马铃薯叶中茄尼醇含量与生育期及品种的关系

侯雨佳,曾学勤,郝晋彬,侯先槐

(1.华南师范大学 生命科学学院,广东广州 510631;2.山西忻州一中,山西 忻州034000;3.山西忻州师范学院 附属中学,山西忻州 034000)

茄尼醇(Solanesol)是广泛存在于高等植物、哺乳动物和微生物体内的一种天然产物,其含量在烟叶、马铃薯叶和桑叶中尤为突出[1,2]。作为合成泛醌类药物不可替代的关键中间体,茄尼醇是药物合成的重要原料,如辅酶Q10[3,4]。随着国际市场上辅酶Q10等药物用量的日益增加,茄尼醇的需求量也相应地显著增加[5]。目前市售茄尼醇产品主要从烟叶中提取。日本首先成功地从废烟叶中提取茄尼醇,自2003年以来,我国已有少数厂家能从烟叶中提取茄尼醇并合成辅酶Q10。但烟叶成本高,又与烟草行业争原料,从桑叶中提取茄尼醇存在与蚕农的矛盾。现已有研究证明马铃薯叶中含有茄尼醇,但马铃薯叶在收获马铃薯后,却因无人收购而被视为废弃物处理。现在我国马铃薯种植面积年约500万hm2,居世界第一位[6]。正如陈爱国等指出,中国对茄尼醇在基础理论及农业方面的研究几乎是空白,与日、美等国相比存在较大差距[1]。因此,茄尼醇原料供应体系及调控茄尼醇含量农艺措施两方面的研究已逐渐成为新的热点。为此,本文研究了马铃薯不同品种和不同生育期叶片中茄尼醇的含量,以期为合理利用马铃薯叶,使其变废为宝、增收致富开辟新的道路,亦为马铃薯资源的综合利用提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 实验材料

实验材料采自山西省忻州市试验点,实验品种共7种。其中,东北白、紫花白和静石2号用于研究不同生育期马铃薯叶茄尼醇含量的变化,分别在现蕾前、盛花期、膨大期及收获期采摘成熟叶片;而晋薯2号、晋薯3号、晋薯7号和晋薯10号用于分析不同品种之间马铃薯叶中茄尼醇的含量,均在收获期采摘。

1.2 实验方法

1.2.1 样品采收

采收的叶片在18～23℃、湿度20%～45%条件下阴干粉碎,保持水分含量为10%～15%。

1.2.2 样品提取

采用索格林特提取器回流提取的方法,以正己烷为提取溶剂,加热回流提取,加热温度75℃,提取时间8 h,然后蒸馏回收正己烷得提取浸膏。

1.2.3 浸膏中茄尼醇含量检测方法

用高效液相色谱仪(HPLC)测定浸膏中茄尼醇含量。色谱条件:安捷伦1100高效液相色谱仪,DAD检测器;色谱柱:安捷伦Zorbax SB-C18柱(4.6 mm ×250 mm,5 μ m);流动相:100%甲醇 ;洗脱方式:等梯度洗脱;流速:1 mL◦min-1;进样量:10 μ L;洗脱时间 :60 min;柱温:35 ℃;检测波长:210 nm。并计算各品种的茄尼醇浓度。

1.2.4 马铃薯叶中茄尼醇定性定量分析

定性采用保留时间定性法[2](标准样法);定量采用外标法[2](峰面积比值法)。

2 结果与分析

2.1 不同生育期、不同品种马铃薯叶中茄尼醇含量变化

不同品种马铃薯在4个生育期的茄尼醇含量见图1。从图1可以看出,叶片中茄尼醇含量均表现为现蕾前略高于盛花期,盛花期之后呈现递增趋势,收获期含量达到最高。

图1 不同生育期、不同品种马铃薯叶中茄尼醇含量Fig.1 Solanesol contents of potato leaves of different development periods and varieties

2.2 同一生育期、不同品种马铃薯叶中茄尼醇含量比较

从图 2可以看出,“晋薯2号”、“晋薯 3号”、“晋薯7号”和“晋薯10号”四个品种马铃薯收获期采摘的叶中茄尼醇含量具有明显差异,其中,晋薯3号含量最高,为0.7925%,而晋薯10号含量最低,为0.2912%。

图2 同一生育期、不同品种马铃薯叶中茄尼醇含量Fig.2 Solanesol contents of potato leaves of different varieties at the same stage

2.3 不同区域、不同土壤质地对马铃薯叶中茄尼醇含量的影响

东北白采于五台县陈家庄,紫花白和静石2号采于五寨县孙家坪,晋薯系列均采于神池烈堡乡。3块采样地的土壤养分情况见表1。

表1 三个采样地的土壤养分调查结果Table 1 Investigation result of soil nutrient of three sites

神池烈堡乡土壤中全氮和碱解氮含量均为最高,而其有效磷含量则为最低;五寨县孙家坪土壤的全氮含量比神池烈堡乡略低,但碱解氮的含量却显示最低,而其有效磷含量则为3块采样地中最高;五台县陈家庄土壤的全氮含量较前二者略低,而其碱解氮和有效磷含量均居中。调查时同时发现,五台县陈家庄和五寨县孙家坪乡的马铃薯块茎公顷产量较高,而神池烈堡乡则表现为叶片产量较高,造成马铃薯块茎公顷产量却较低。可见,不同品种的茄尼醇含量有所差异还可能与土壤养分有一定关系。因为氮肥的主要作用是促进植株营养体枝叶的生长,有效磷主要是促进果实、茎的生长。因此,可以考虑适当多施磷肥通过提高块茎公顷产量以提高叶片产量及茄尼醇含量。

3 结论与讨论

新陈代谢是生命体的主要特征,生命体在新陈代谢的基础上进行生长、发育、繁殖等生理活动。叶是马铃薯进行光合作用的器官,通过光合作用将二氧化碳和水这些无机物合成有机物,供给生命体物质和能量。茄尼醇是马铃薯叶在光合作用暗反应过程中所产生的光合产物碳水化合物转化的次生代谢产物[1],也称天然产物。次生代谢产物是在新陈代谢过程中积累的中间有机小分子,是植物在长期进化中与生态环境相互作用、相互适应的结果,在生命活动过程中扮演着重要的角色。

不同生育期、不同品种马铃薯叶中茄尼醇含量的结果表明,尽管“东北白”、“紫花白”、“静石2号”是三个不同的品种,但茄尼醇含量均表现出了相同的规律,即在整个马铃薯生育期的进程中,马铃薯叶中茄尼醇含量在盛花期最低,现蕾期略高于盛花期,盛花期之后茄尼醇含量逐渐增高,并在收获期达到最高。作为提取茄尼醇的原料,收获期采摘叶片最为合适,亦不影响马铃薯块茎的产量。而盛花期茄尼醇含量降低,这可能与马铃薯在开花过程中,大量的光合产物由供应营养生长转为输入到生殖生长为中心,从而影响到茄尼醇的代谢过程有关,导致其含量略微下降。伴随着花朵的凋谢,光合产物在生育后期得到迅速积累,有机物逐渐转化,叶中茄尼醇含量相应增加,故又呈现回升趋势。

同一生育期、同一地块的不同品种马铃薯叶中茄尼醇含量研究结果中发现,在土壤养分环境相似的同一地块条件下、收获期四个品种马铃薯叶中茄尼醇的含量不同。可见,马铃薯品种亦是导致叶中茄尼醇含量不同的因素之一。有关不同区域、不同土壤质地对马铃薯叶中茄尼醇含量的影响有待作进一步的探讨。

目前,世界上茄尼醇的提取原料主要是烟叶,其中茄尼醇含量在0.5%～1.0%之间[7,8]。虽然烟叶中茄尼醇含量相对较高,但用烟叶做原料提取茄尼醇时,存在与烟厂争原料的问题,成本较高。与本文中7个品种在收获期所提取的茄尼醇含量比较可以发现,大部分品种的马铃薯叶茄尼醇含量在收获期都能达到0.3%以上,特别是“晋薯3号”马铃薯叶中茄尼醇含量高达近0.8%。由此可见,马铃薯是一种“双产值”产品,不仅可以提供马铃薯块茎,还可以将其叶片充分利用,作为茄尼醇的丰厚原料,加上其成本低,取材更为广泛、便捷,可以显著提高马铃薯种植的附加值,变废为宝。

[1]陈爱国,申国明,梁晓芳,等.茄尼醇的研究进展与展望[J].中国烟草科学,2007,28(6):44-48.

[2]段文贵,陈小鹏,安鑫南.从烟草中提取茄尼醇的方法[J].林产化工通讯,2000,34(2):21-25.

[3]李英华 ,邓天昇,杜俊民,等.烟叶浸膏中茄尼醇的提纯[J].烟草科技,2008(4):42-45.

[4]王亚红,曲晓姝,祝波,等.烟叶中茄尼醇提取精制与分析鉴定的研究进展[J].天津化工,2007,21(6):7-9.

[5]胡江涌,梁勇,谢亚,等.土豆叶中茄尼醇的高速逆流色谱法分离纯化及质谱解析[J].色谱,2007(4):528-531.

[6]孙慧生.马铃薯生产技术百问百答[M].北京:中国农业出版社,2006:1-3.

[7]邵国寅.从废次烟叶中提取茄尼醇的研究[D].长沙:湖南大学硕士研究生论文,2003:4-7.

[8]赵春建,李春英,祖元刚.烟草茄尼醇含量的品种间差异及其在生长期内的变化[J].植物生理学通讯,2007,43(2):298-300.