荊條不同部位揮發油成分的GC-MS分析

魏 婧，唐麗杰，婁曉月，侯婷婷，楚雨汝，劉 艷，劉冰冰，王 寧，錢慧琴

（新鄉醫學院三全學院，河南新鄉 453000）

荊條（Vitex negundovar.heterophylla）是黃荊的主要變種，系馬鞭草科牡荊屬多年生小灌木，分布于我國東北、華中、西北等地區。在我國民間多當草藥使用，其莖葉可治久痢，而花、枝葉可作為提取植物芳香油的原料[1]。此外，荊條具有較高的經濟價值，花可作為優良的蜜源，葉片可泡茶飲用，也可開發成具抗疲勞、提神醒腦等功效的功能性食品[2-3]。現代研究表明，荊條主要含有木脂素、類黃酮、環烯醚萜類、倍半萜類和三萜類等成分，具有顯著的抗炎、抗氧化的藥理活性[4-8]。

目前，關于荊條的揮發油的研究多集中于GCMS分析荊條葉和花中揮發油組成成分。劉晶鑫等[8]和王發松等[9]從荊條葉的揮發油中發現β-丁香烯含量較高。張書鋒等[10]發現野生荊條花揮發油的主要化學成分為β-丁香烯、β-水芹烯和桉油精等。這些研究對于了解荊條葉和花中揮發油成分有一定的幫助，但忽略了荊條莖揮發油成分的研究，未能全面分析荊條莖、葉和花之間揮發油成分組成與含量差異。因此，本實驗采用GC-MS技術對荊條不同部位中揮發性組成成分進行比較，旨在為明確荊條不同部位的物質基礎和荊條的合理開發利用提供科學支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

荊條 采自河南省輝縣市，于2021年7月花開放后采集；無水乙醇、石油醚、無水硫酸鈉 分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

FA2004電子天平 上海良平儀器儀表有限公司；1200型手掌離心機 江蘇新康醫療器械有限公司；安捷倫7890B 7000C氣質聯用儀、Agilent 19091S-433色譜柱（30 m×250 μm×0.25 μm） 美國Agilent公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 材料預處理 將新鮮的荊條按照莖、葉、花三個部位進行裁剪、洗凈、陰干、粉碎，過65目篩，備用。

1.2.2 揮發油的提取 稱取荊條莖、葉、花粗粉各50 g，置1000 mL圓底燒瓶中，按照料液比1:10 mL/g加入蒸餾水，室溫浸泡2 h，按照2020 版《中國藥典》四部附錄中“揮發油測定法”中的“甲法”提取10 h，靜置冷卻分層，得淡黃色油狀物。用石油醚溶解油狀物置離心管中，再加無水硫酸鈉，于12000 r·min-1離心30 min，吸取上清液，備用。

1.2.3 GC-MS分析 色譜條件：Agilent 19091S-433色譜柱（30 m×250 μm×0.25 μm），載氣為氦氣，流量2.3145 mL/min，進樣量為0.2 μL，不分流，進樣口溫度250 ℃；程序升溫條件：初始溫度60 ℃，保持1 min，然后以12 ℃·min-1升至200 ℃后，再以5 ℃·min-1升至280 ℃·min-1，保持4 min。

質譜條件：離子源EI，電子能量70 eV，離子源溫度250 ℃，質量范圍m/z 40～500。

1.3 數據處理

采用NIST 10標準質譜圖庫和文獻資料分析荊條莖、葉和花的揮發油成分總離子流圖確定其組成，根據峰面積歸一化法計算各揮發性成的相對百分含量[11]。采用SIMCA 14.1軟件和微生信在線平臺（http://www.bioinformatics.com.cn）對荊條不同部位的揮發油成分進行主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 荊條不同部位揮發油成分分析

荊條莖、葉和花中揮發油的總離子流圖如圖1，按照面積歸一法計算各揮發油成分相對百分含量，結果見表1。

圖 1 荊條不同部位揮發油的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of different parts of VNH

由表1可知，從荊條不同部位中的揮發油成分共鑒定出83種，包括烯烴類34種，酮類12種、醇類16種、氧化物類和烷烴類各3種、醚類、酯類和醛類各2種、其他10種。荊條莖、葉和花中分別鑒定出14、58和55種，相對含量分別占其總揮發油的59.91%、98.32%和95.83%。

表1 荊條不同部位揮發油成分Table 1 Volatile components from different parts of VNH

2.2 揮發油成分類別

為了確定荊條中不同部位主要貢獻成分的類型，根據化合物的官能團將揮發油成分進行分類，并計算出各類化合物的相對百分含量，結果見表2。荊條莖、葉和花中所含主要化合物有烯烴類（35.15%、60.85%和50.06%）和醇類（7.23%、20.89%和14.00%），不同部位中烯烴類均以β-丁香烯（19.12%）占絕對主導；莖和花中醇類以β-桉葉醇（5.2%和3.94%）為主要貢獻成分，而葉中則以桉樹腦（6.91%）為主要成分。另外，荊條葉和花中烯烴類和醇類化合物的含量和數量均明顯高于其莖。由表2可看出荊條不同部位主要揮發油成分組成相似，但在揮發油成分組成和含量上仍存在一定的差異。

表2 荊條不同部位各揮發油成分的含量及數量Table 2 Various volatile components and quantities in different part of VN

續表1

2.3 共有成分和特有成分

荊條莖、葉和花中所含共有揮發油成分有8種，包括γ-pyronene（7）、β-丁香烯（11）、β-金合歡烯（12）和3,7（11）-桉葉二烯（22）等。由圖2可知，荊條不同部位的共同成分的相對含量存在較大差異，其中β-丁香烯在荊條不同部位中含量都較高，β-丁香烯是一種萜烯類成分，在抗腫瘤、鎮痛、神經保護、抗菌、抗炎和抗氧化等方面產生顯著的生物活性[12-17]。β-金合歡烯（12）的含量莖（8.77%）＞葉（8.44%）＞花（5.73%），β-金合歡烯調節H2O2誘導的氧化應激神經毒性和遺傳毒性[18]；另外，β-金合歡烯是多種蚜蟲蟲害的警報信息素[19]，因此，可通過吸引蚜蟲捕食者來作為間接防御[20-21]。β-甲基紫羅蘭酮（36）的含量花 （10.27%）遠高于其莖（4.67%）和葉（3.09%），可作為食用香料和日用香精。莖中茅蒼術醇（58）和β-桉葉醇（59）的含量高于其花和葉，β-桉葉醇具有潛在的抗過敏、抗腫瘤和抗血管生成活性[22-25]。茅蒼術醇能夠抑制腫瘤細胞的增殖和凋亡而發揮其抗腫瘤活性[26-27]。

圖 2 荊條不同部位共有成分的堆積圖Fig.2 Stacked plot of the common components from different parts of VNH

從荊條不同部位中揮發油成分的組差異分析，荊條花中特有成分有21種，占其揮發油成分量的21.88%，包括烯烴類7種（6.17%），酮類4種（7.39%），醇類5種（3.39%），氧化物類1種（0.44%），其他4種（4.49%），主要特有成分有2,3-二氫-3-[2-氨基乙基]-5-甲氧基-1,3-二甲基吲哚-2-酮（3.97%）、二苯環庚烯酰胺（3.3%）、檜烯（2.57%）等。荊條葉中特有成分22種，占其揮發油成分的18.26%，包括烯烴類9種（10.61%）、酮類3種（1.65%）、醇類4種（3.2%）、醛類2種（0.6%）、氧化物類2種（1.22%）、酯類1種（0.86%）、其他1種（0.12%），主要特有成分有β-松油烯（8.2%）、欖香醇（2.01%）、丁香烯氧化物（1.12%）等。荊條莖中特有揮發油成分4種，占其揮發油成分的8.68%，包括正二十一烷（3.45%）、N-（2-氧代-1,3-二氫苯并咪唑-5-基）乙酰胺（2.75%）、2,4-二叔丁基苯酚（1.81%）、14-甲基十五烷酸甲酯（0.67%）。

2.4 主成分分析

為了直觀、判斷荊條不同部位之間揮發油成分是否存在差異，采用Smica-P軟件對荊條不同部位揮發性進行主成分分析，具體結果見得分圖3和載荷圖4。得分圖是通過分析不同樣品之間的距離判斷各樣品揮發油組成成分的差異程度，載荷圖根據不同化合物與原點之間的距離和方向確定各種揮發油成分與各個主成分之間的相關性[28]。

由圖3可知，第1和2主成分的方差貢獻率分別為52.2%和47.8%，累計方差貢獻率達到100%，能全面反映樣品的整體信息。因此，以上兩個主成分可作為數據分析的有效成分。在得分圖中顯示荊條不同部位處于相對獨立的空間，表明荊條不同部位揮發油成分有顯著差別，同時說明PCA分析能夠對荊條不同部位進行有效的區分。此外，圖中花和莖中距離較近，二者與葉距離較遠，說明花和莖中揮發油的組成和含量有一定的相似性，而與葉有較大差異。

由圖4可知，各個揮發油成分在載荷圖中中各象限的分布較為分散，說明差異明顯的相關物質在主成分中的貢獻率比較大。載荷圖中各個揮發油成分與原點的距離越遠，該成分對應主成分的相關性越高，說明這些化合物可能就是區分不同部位的關鍵化合物[29]。β-松油烯（3）、欖香醇（54）、丁香烯氧化物（69）等揮發油成分，分布于第一象限內，與PC1呈正相關，是荊條葉的主要差異成分。檜烯（2）、2,3-二氫-3-[2-氨基乙基]-5-甲氧基-1,3-二甲基吲哚-2-酮（38）、二苯環庚烯酰胺（78）等物質位于第二象限，與PC1呈負相關，是花的主要差異性成分。莖的差異性成分位于第三、四象限內，與PC2呈負相關，其中貢獻較大的包括2,4-二叔丁基苯酚（75）、14-甲基十五烷酸甲酯（63）、正二十一烷（73）等。以上差異性成分可作為區分荊條不同部位的化學標志物。

圖 3 荊條不同部位揮發油主成分析得分圖Fig.3 Score scatter plot of PCA of volatile components in different parts of VNH

圖 4 荊條不同部位揮發油的主成分析載荷圖Fig.4 Loading scatter pot of PCA of volatile components in different parts of VNH

2.5 聚類分析

采用Ward聚類法，以Euclidean距離為測度，相對百分含量為基準，對荊條不同部位的揮發油成分進行聚類分析[30]，結果見圖5。上方樹狀表示荊條不同部位的聚類，中部填充顏色的深淺表示各部位中各類揮發油成分含量的高低，顏色越深表示相對含量越高。由上方的聚類分析可知，荊條的花和莖聚為一類，再與葉聚為一類，說明荊條花和莖揮發油成分種類和含量間有一定的相似度，但與葉之間的差別較大，這與主成分分析的結果保持一致。

圖 5 荊條不同部位揮發油聚類熱圖Fig.5 Clustering heat map of volatile components of different parts of VNH

3 結論

本實驗采用GC-MS聯用分析技術從荊條莖、葉和花中的揮發油中共鑒定出83種揮發性成分，其中，從莖中鑒定出14種，葉中鑒定出58種，花中分鑒定出55種。通過PCA和聚類分析發現荊條不同部位的揮發油組成成分和含量存在一定的差異。從種類的角度來看，荊條不同部位揮發性成分中既有共有成分，也存在特有成分。共有揮發性成分僅有8種，且相對含量存在較大差異。其中，β-丁香烯在荊條莖、葉和花中相對含量較高，分別為19.12%，17.98%和16.61%。另外，從分類的角度來看，荊條莖、葉和花中烯烴類化合物相對含量較高，而烯烴類主要成分中β-丁香烯和β-金合歡烯的含量較高。β-丁香烯在抗腫瘤、鎮痛、神經保護、抗菌、抗炎等方面顯示較好的藥理活性，而β-金合歡烯可以作為某些香料產品的基本原料。因此，無論是在臨床上，還是在農業或者工業生產中，荊條莖揮發性成分的加工和開發都是不可忽視的。綜上所述，荊條不同部位揮發油具有較高藥用和工業價值，這為荊條不同部位揮發油的合理應用提供理論依據。