入侵植物黄顶菊的化学成分及生物活性

李建恒，侯力峰 ，贺学礼

(1.河北大学 药学院，河北 保定 071002；2．河北大学 生命科学学院，河北 保定 071002)

1 黄顶菊概述

黄顶菊(Flaveriabidentis(L.) Kuntze)是菊科黄顶菊属(Flaveria)一年生草本植物，染色体2n=36.株高8～105 cm，茎被微绒毛直立，以紫色为常见；叶亮绿色，无毛或密被短柔毛，交互对生，具刺状锯齿或锯齿，披针状椭圆形；头状花序，总苞片3～4枚，多数于分枝顶端及主枝密集成蝎尾状聚伞花序，头状花序具2～8朵花；黑色瘦果，倒披针形或近棒状.近年入侵中国后，随着环境、生存条件的变化其在形态上发生了相应变化，如小花数增加，植株变高等[1-4].

黄顶菊主要分布于南美洲，后随着经济贸易、人员交往等原因扩散到北美洲南部、美洲中部、非洲的南非和埃及、西印度群岛、欧洲的法国和英国、澳大利亚以及亚洲的中国和日本等国家[3].黄顶菊具有喜光、喜湿、嗜盐、耐干旱，生长迅速，结实量巨大等生态习性，使得它具有极强的生态适应性和生长可塑性.许多国家都将其视为重要的外来入侵植物.2001年河北首次被发现于衡水湖畔，随后蔓延开来，保定、邢台、廊坊、沧州、石家庄、邯郸等地均有发现，其分布呈现以中南部为中心向河北省周边其他省市扩散趋势.白艺珍等[5]研究表明，黄顶菊在中国潜在适生区域可能主要集中于东南部的15个省(市、自治区).作为入侵植物，黄顶菊严重挤压了入侵地植物生存空间，并对入侵地生态系统和区域经济发展造成危害.2007年5月29日农业部第862号公告中，黄顶菊被定为中国入境植物检疫性有害生物[6].

目前，国内学者对黄顶菊的研究主要是对其来源及译名、形态特征、化感作用、生物学和生态学特性、防除对策等方面.国外学者对黄菊属植物系统进化、体内C4光合酶及次生代谢产物、植物遗传学、光合生理特性与C4途径演化等方面作了系统研究[7].

2 化学成分研究

从20世纪70年代至今，国内外大量学者对黄顶菊中的成分进行研究.近年来魏芸课题组通过深入研究黄顶菊，分离得到多种物质，并建立黄顶菊叶6种主要成分的指纹图谱，为黄顶菊的定量分析与鉴定提供方法[8-14].

黄顶菊化学成分包括类黄酮、总皂苷、噻吩类、萜类、酚类、酯类、甾体类等，其中研究和报道较多的是黄酮类和噻吩类物质，尤其是黄酮硫酸酯类物质.研究表明，黄酮类及含硫化合物是重要化感物质，化感物质能够对新入境动植物和微生物进行防御和抑制[15].对入侵植物黄顶菊而言，化感物质是其成功入侵的重要保障.

2.1 黄酮类

黄酮类物质广泛存在于绿色植物中，具有多种生物活性，如抗氧化、抗肿瘤、抗病毒、抑菌等.Pereyra de Santiago等用体积分数50%的甲醇从黄顶菊叶片中分离出槲皮素3,7,3’,4’-四硫酸酯，此物质是第1种从植物中分离出的类黄酮聚类盐.目前，从黄顶菊(不包括黄顶菊变种)中已分出4种槲皮素硫酸酯物质，分别为槲皮素3,7,3’,4’-四硫酸酯、槲皮素-3-硫酸酯、槲皮素-3,7,3’-三硫酸酯、槲皮素3-乙酰-7,3’,4’-三硫酸酯[16](图1).

R1R2R3R4 化合物KSO3HHH槲皮素3硫酸酯KSO3KSO3HKSO3槲皮素3,7,3三硫酸酯COCH3KSO3KSO3KSO3槲皮素3乙酰7,3,4三硫酸酯KSO3KSO3KSO3KSO3槲皮素3,7,3,4四硫酸酯

图1黄顶菊中槲皮素硫酸酯

Fig.1QuercetinsulfateofFlaveriabidentis(L)Kuntze

魏芸等[8-13]从黄顶菊中分离到万寿菊素-3-O-葡糖苷、异槲皮苷、异鼠李素-3-硫酸酯、紫云英苷等黄酮类物质，并研究了总黄酮类化合物、异鼠李素-3-硫酸酯和紫云英苷的分离富集方法.其中高质量、低成本紫云英苷标准品的国产化制备具有深远意义.

2.2 噻吩类

噻吩类化合物是菊科植物特有的天然光敏剂，对治疗癌症及病毒性感染等疾病表现出巨大潜力[17].Agnese等[18]从黄顶菊花、叶和根中分离出2种噻吩类衍生物，即5-(3-丁烯-1-炔基)2,2’-联二噻吩和α-三联噻酚.Wei等[14]用石油醚作为提取液，首次从黄顶菊中分离得到5-(3-戊烯-1-炔基)-2,2’联二噻吩(表1).

表1 黄顶菊中噻吩类物质

2.3 酚酸类

酚酸类物质广泛分布在药用植物中，具有各种药理活性，主要体现在心血管系统和血液系统，如抗氧化作用、抗动脉粥样硬化等；免疫系统，如抗炎、抗病毒等作用[19].黄顶菊中此类物质研究较少.

3 生物活性研究

随着研究方法不断完善，对黄顶菊生物活性的深入研究成为可能，主要集中在昆虫拒食性、杀虫、抗菌、化感作用等方面.

3.1 昆虫拒食性

Green等[20]研究发现，同一块地里黄顶菊植株上没有棉铃虫，据此推断棉铃虫对黄顶菊可能具有拒食性，需要进一步实验证明[16].周文杰[21—22]研究表明，黄顶菊乙醇提取物对珊瑚豆蚜、报茎苦荬菜蚜以及蚜虫和玉米螟有较高的拒食率，且持效期较长.黄顶菊乙醇提取物对别的昆虫是否也有拒食性，以及黄顶菊其他溶剂的提取物是否也可产生拒食效果，还有待进一步探讨.

3.2 杀虫作用

天然杀虫剂常常提取自菊科植物.阿根廷科学家Broussalis等1999年研究发现，体积分数5%的甲醇萃取黄顶菊(地上部分全草)得到的萃取液对米象具有较强杀灭活性，致死率超过60%[2,16].周文杰[21-22]研究发现，黄顶菊乙醇提取物对珊瑚豆蚜、报茎苦荬菜蚜以及蚜虫和玉米螟都有显著触杀效果，72 h后校正死亡率都超过50%.从黄顶菊中分离得到的α-三联噻吩是一种典型的光活化毒素，对蚊幼虫、蝇幼虫和其他昆虫有强烈光活化毒杀作用[23]，可能是黄顶菊提取物中起杀虫活性作用的主要有效成分.在印度黄顶菊一直被当作杀虫植物[16].据此认为黄顶菊可作为一种潜在的杀虫剂原料.

3.3 抗菌活性

黄顶菊中黄酮类物质具有很强的抑菌作用.Bardón等[24]对黄顶菊叶和花氯仿提取液抗菌作用研究发现，对金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)强度抗菌活性达到中等水平.芦站根等[25]研究不同溶剂黄顶菊叶提取物抑菌作用，发现乙醇提液抑菌效果强于水，且体积分数80%的乙醇提取液抑菌作用最强.与Bardón和芦站根对细菌的作用研究不同，闫宏等[26]观察了黄顶菊不同溶剂提取物抑制真菌的效果，结果表明，乙醇提取物对小麦赤霉病原菌(Gibberellazeae)有较好抑制效果，为无毒环保的生物农药开发提供了方向.Ferraro等对产于阿根廷和巴拉圭的30多种菊科植物进行了药用筛选，结果发现黄顶菊具有一定的抗病毒活性[16,27]，可以尝试分析具体的抗病毒成分，然后制成药物造福人类.

3.4 化感作用

黄顶菊作为一种入侵植物，对入侵地土壤环境的影响，充分证明了黄顶菊化感作用的存在[28].冯建永等[29]研究了黄顶菊对4种受体植物化感作用的释放途径，结果表明，化感方式主要通过根系分泌方式和植株残体向环境中释放化感物质.这些化感物质据其浓度不同表现出不同作用效果，但通常以抑制作用为主.黄顶菊不同器官在不同发育时期的化感作用差异明显，总体表现为叶片和花的化感作用较强，茎秆次之，根系化感作用最弱，随着黄顶菊成熟度增加，化感物质日益增多，化感作用越来越强.由于植物化感物质多为次生代谢产物，不同光照、温度、水分等条件都会影响化感作用[28].目前，黄顶菊化感作用对粗提物的生物测定较多，对化感物质分离鉴定研究较少.全面研究黄顶菊化感作用及化感物质，对其开发利用与防治有重要意义.

3.5 除草活性

许文超等[30]研究发现，黄顶菊茎叶丙酮提取物对马唐、反枝苋等有抑制作用.张金林等[31]对黄顶菊根、茎、叶、花、种子粉碎，用有机溶剂进行浸泡提取，二甲苯溶解提取物，加入农药助剂配成除草剂乳油.目前该乳油已获专利，成为首个以黄顶菊加工而成的除草剂.这种除草剂的应用范围有多大，是否会对环境产生不利影响以及(如何提取分离主要除草成分)具体的除草机制仍需进一步研究.

3.6 抗凝血作用

Guglielmone等[32-33]将黄顶菊中分离得到的槲皮素3,7,3’,4’-四硫酸酯(QTS)与槲皮素3-乙酰-7,3’,4’-三硫酸酯(ATS)用于抗凝血作用研究，研究发现，QTS和ATS能有效抑制凝血酶.与传统血小板聚集抑制剂比较，QTS效果更优秀.随后Guglielmone等[34]深入研究QTS和ATS对人类单核细胞LPS诱导的促凝血因子表达的影响,发现QTS具有抗血栓形成特性.另外QTS无毒且水溶性好的特性，使其作为抗血栓药具有良好的开发前景.

4 小结与展望

黄顶菊是新近入侵中国的植物，已经受到中国政府和科研工作者的广泛关注和高度重视，对黄顶菊的研究已全面展开，各项研究显示其有较高的利用价值.另外黄顶菊入侵中国后形态上发生变化，且该属植物易发生种间杂交，因此在做具体研究之前有必要确定研究对象是变种还是种间杂交的新类型.黄顶菊化学成分多集中于各种浸提液生物活性研究，其浸提液的杀虫、抗菌、化感作用、抗凝血等活性，表明黄顶菊有较高的潜在利用价值.一方面完善化学成分提取、分离、纯化方法，结合农学、医药等领域相关技术和知识，对具体化学成分的生物活性和化感作用等进行深入研究，为天然除草剂、杀虫剂等的研究奠定基础.另一方面可以研究以黄顶菊为原料制作动物饲料或生物燃料的可行性.黄顶菊的防治首先是预防，相关部门应切实做好黄顶菊基础知识普及工作，对未入侵地区应加强防范.对已入侵地区，在防止入侵进一步扩大前提下，应结合入侵地环境、入侵程度等具体情况，选择1种或多种现有措施进行综合防治.现有的防治方法包括化学防治、机械铲除、生物防治等，但这些方法在清除入侵植物的同时，对本地物种可能产生负面影响.因此，有必要更深入研究其入侵机理，再结合生态学等相关知识，寻找新的防治方法.其中已有人通过植物替代的方法，成功地减缓或阻止外来植物入侵.也可以分析出黄顶菊中具体的化感物质，运用生物、化学等各种手段减少其化感物质的积累，降低其入侵特性，从而达到防治的目的.通过研究，如果能有效控制黄顶菊的入侵，将其变废为宝，将对生态环境建设和经济发展产生深远影响.

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