云南引种淡白紫锥菊不同器官挥发油成分分析

徐世娟,卢海啸,黄华希,郭艺鹏,朱昌叁,陈 荣,4,*

(1.玉林师范学院生物与制药学院，广西农产资源化学与生物技术重点实验室,广西玉林 537000;2.红河学院,云南蒙自 661100;3.吉林农业大学中药材学院,吉林长春 130118； 4.广西壮族自治区林业科学研究院,广西南宁 530002)

淡白紫锥菊(EchinaceapallidaNutt)为菊科紫锥菊属多年生草本植物,分布于美国中东部和加拿大南部地区,该物种与同属紫锥菊、狭叶紫锥菊均为《美国药典》收录的紫锥菊药材基源,紫锥菊在提高免疫、抗炎[1]、抑菌[2]、抗氧化、抗病毒抗氧化[3]、抑制肿瘤等方面效用明显[4],已成为全世界最常用的具免疫增强功能的草药之一,并用作膳食补充剂,且销量逐年上升[5-6]。紫锥菊的药效与其挥发性成分有着密切关系,到目前为止,其挥发性成分研究的报道较多,曾栋等[7]对湖南栽培紫锥菊的根和花进行了挥发油分析;文瑞芝等[8]]对湖南产紫锥菊干根中挥发性成分进行了报道;王弘等[9]以北京引种栽培的紫锥菊根为研究对象,结合水蒸气蒸馏法提取挥发油并进行了成分测定;但是均未对紫锥菊的不同器官即根、茎、叶、头状花序、花序梗进行比较,且采用的研究材料为紫锥菊而非淡白紫锥菊。同时,我国多个省份均有紫锥菊属植物的引种和栽培技术研究报道[10-11],却未见云南蒙自市引种栽培生产的淡白紫锥菊挥发油成分分析报道。

因此,本研究采用固相微萃取(SPME)结合气相色谱质谱联用(GC-MS)技术对云南省蒙自市引种栽培的淡白紫锥菊营养器官即根、茎、叶和繁殖器官即头状花序、花序梗中的挥发性成分进行分析鉴定。比较淡白紫锥菊同一产地不同器官间挥发性成分的差异的同时探讨蒙自做为引种生产区,其出产淡白紫锥菊药材与原产地及各引种栽培地的挥发性成分的共性与特性,从而为紫锥菊药材的品质评价、资源利用和引种栽培基地选址提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

淡白紫锥菊种子 华南农业大学广东省兽用中药与天然药物工程技术研究中心吴鸿教授鉴定提供,栽培试验地处北纬23°35′,东经103°42′,海拔1300 m;年均气温18.6 ℃,极端最低气温-2.9 ℃,极端最高气温33.8 ℃,年均降雨量815.8 mm,年均蒸发量1599.8 mm,无霜日337.4 d,年均日照时数2234 h,试验区为缓坡地,有灌溉设施。

QP2010 GC-MS仪 日本岛津;Rtx-5MS色谱柱(30.0 m×0.25 μm×0.25 μm) 美国Restek公司;SPME固相微萃取装置(50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头,57328-U型,15 mL顶空瓶) 美国supeilco公司;DFY-400摇摆式高速万能粉碎机 温岭市林大机械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 材料采收及预处理 研究材料于2017年8月淡白紫锥菊盛花期时采收,流水冲洗去泥沙后分成茎、叶、根、头状花序、花序梗共5个不同器官部位(其中花序梗包括头状花序梗和总花序梗),室内阴干到含水量约为8%时装入密封袋中-20 ℃低温贮存1个月后测定。

1.2.2 挥发油分析测定 淡白紫锥菊材料经植物材料粉碎机粉碎后过20目筛待测,分别准确称取1.000 g不同器官(即根、茎、叶、头状花序、花序梗)待测样品粉末放入15 mL萃取瓶中,置于70 ℃水浴条件下预热30 min,用配备50/30 μm DVB/CAR/PDMS涂层萃取头的固相微萃取装置对样品中挥发性成分吸附30 min,然后插入气相色谱-质谱联用仪进样口中脱吸附5 min进行检测分析。

1.2.3 GC-MS测定方法条件 色谱条件:进样方式为不分流模式,进样口温度250 ℃,程序升温:初始温度40 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升至280 ℃,维持2 min,总程序时间55 min,载气为高纯氦气(纯度:99.999%),流速为1.0 mL/min。

质谱条件:EI离子源温度230 ℃,接口温度250 ℃,溶剂延长1 min,质量扫描范围为35～500 m/z,电压70 eV。

1.3 数据处理

数据分析采用保留时间结合标准质谱库(NIST2005、WILEY 7)检索,确定化合物的结构,采用峰面积归一化法进行含量计算。

2 结果与分析

2.1 挥发油成分的组成类别

淡白紫锥菊5个不同器官的挥发性成分,经过GC-MS分析鉴定如图1,参比标准质谱库,取相似匹配度90%以上的成分,结果列于表1中,具体共鉴定出53种成分,鉴定的成分占总色谱峰面积在83.860%～93.828%之间。淡白紫锥菊挥发性物质组成以萜烯类成分为主,不同器官萜烯类成分含量在51.962%～69.728%之间,在根、茎、叶、头状花序和花序梗中的萜烯类成分含量的具体数据分别为51.962%、69.561%、66.113%、69.728%和58.152%;另外含量较高的还有醇类和醛类成分,两类成分不同器官含量分别在6.217%～15.064%之间和1.269%～16.227%之间;此外,还含有酮类、酯类、醚类、杂环类、稠环芳香烃类、炔类、烯烃类和烷烃类化合物。就各器官而言,淡白紫锥菊根中挥发性成分组成以萜烯类和醛类成分为主,两类成分相对含量分别为51.962%和16.227%;茎、叶、花和花序梗中挥发性成分组成均以萜烯类和醇类成分为主,其中茎中两类主要成分相对含量分别为69.561%和14.206%,叶中两类主要成分相对含量依次为66.113%和10.544%,头状花序中两类主要成分相对含量为69.728%和6.217%,花序梗中两类主要成分相对含量分别为58.152%和15.064%;花序梗中醇类成分含量较头状花序中高142.3%,另外花序梗中醛类成分含量为9.423%,较头状花序中4.542%高107.5%;可见两个部位存在一定的特异性。

图1 淡白紫锥菊不同器官挥发性成分的GC-MS TIC谱图Fig.1 GC-MS TIC of volatile constituents in different organs of E. pallida Nutt注:A为根;B为茎;C为叶;D为花序梗;E为头状花序。

王弘等[9]报道北京栽培的紫锥菊根中挥发性成分主要为烷类物质,相对含量占30.1%,萜烯类成分仅为3.21%,该报道与本研究中淡白紫锥菊根中萜烯类成分含量高于50%的结果差别大,推测应与栽培区域的海拔高度等有关系。Mazza等[12]的研究结果显示淡白紫锥菊原产国之一加拿大栽培的淡白紫锥菊根中醛类和萜烯类化合物含量高,而叶、茎和花中的挥发性成分以萜烯类成分含量高;本研究显示蒙自栽培的淡白紫锥菊根中萜烯类化合物含量高达51.962%,醛类化合物高达16.227%,叶、茎、头状花序和花序梗中均以萜烯类成分含量最高,可见两地栽培的淡白紫锥菊根中成分具有相似之处,应与两地海拔高度相近、昼夜温差均较大等环境因素相关。

2.2 淡白紫锥菊不同器官挥发油成分

从表1可以看出,淡白紫锥菊5个器官其挥发性成分组成不同,其中淡白紫锥菊根中鉴定出20种挥发性成分,以16碳二烯酸相对含量最高,数值为8.666%;其他的主要挥发性成分按照含量从大到小顺序排列依次有δ一杜松烯(4.959%)、α-水芹烯(4.919%)、2-正戊基呋喃(4.816%)、正辛醛(4.653%)、α-荜澄茄油烯(4.294%)、癸醛(3.428%)、α-衣兰油烯(3.411%)、α-律草烯(3.385%)、3,5-辛二烯-2-酮(3.356%);以上10种成分总相对含量为45.887%。从相关引种报道来看,斯洛伐克栽培的淡白紫锥菊根中挥发性成分中环十五烷酮和8-十五碳烯-2-酮的含量较高,达到26.1%和18.32%[13];湖南栽培的紫锥菊干根中以1,11-十二烷二烯、n-十六酸含量较高,相对含量分别为14.29%、11.34%[9];而北京栽培的紫锥菊根中甲基16烷含量最高为28.15%[9];但均与本实验中云南蒙自生产的淡白紫锥菊根中成分差异较大,该现象是否与海拔高度等因子有关还有待研究。而文瑞芝等[8]采用顶空固相微萃取方法对湖南栽培的紫锥菊挥发性成分进行分析，认为二苯胍和苯胺含量最高,相对含量分别近达到54.5%和19.5%,该报道与曾栋等[7]采用同一产地的紫锥菊为研究材料,而结果差异极大,具体原因不明。以上报道均未分析叶、茎和花序梗的挥发性成分,对同一产地不同器官即根、茎、叶、头状花序和花序梗的挥发性成分进行比较分析的报道具有实践价值,这方面的研究有待补充。

表1 淡白紫锥菊不同器官挥发油化学成分及相对含量(%)Table 1 Chemical composition of the essential oil in the headspace of different organs of E. pallida Nutt(%)

续表

淡白紫锥菊茎中鉴定出27种挥发性成分,以γ-杜松烯相对含量最高,数值为10.44%;其他的主要挥发性成分按照含量从大到小顺序排列依次有α-律草烯(8.02%)、10-十一烯-1-醇(7.439%)、二去氢菖蒲烯(7.434%)、大根香叶烯D(6.740%)、β-荜澄茄油烯(6.120%)、石竹素(5.606%)、榄香烯(3.963%)、α-紫穗槐烯(3.914%)、α-胡椒烯(3.549%);以上10种成分总相对含量为63.225%。淡白紫锥菊叶中共鉴定出30种挥发性成分,以α-紫穗槐烯相对含量最高,数值为17.609%;其他的主要挥发性成分按照含量从大到小顺序排列依次有1-十八烷烯(9.381%)、α-律草烯(5.638%)、石竹素(5.421%)、α-衣兰油烯(5.340%)、柏木烯醇(5.327%)、16碳二烯酸(5.248%)、β-荜澄茄油烯(4.672%)、大根香叶D(3.789%)、表-二环倍半水芹烯(3.502%);以上10种成分总相对含量为65.927%。南非引种栽培的紫锥菊有根和叶的挥发性成分报道,2个营养器官均以大根香叶烯D和石竹素成分为主[1];意大利引种栽培生产的紫锥菊地上部分挥发性成分含量以橙花叔醇为最高,其次为大根香叶烯D[14];由此可见,本研究中实验材料与上述2个引种地的挥发性成分也存在一定差异。

淡白紫锥菊头状花序中共鉴定出34种挥发性成分,以α-紫穗槐烯相对含量最高,数值为7.704%;其他的主要挥发性成分按照含量从大到小顺序排列依次有1-十八烷烯(7.693%)、石竹素(7.238%)、α-衣兰油烯(6.828%)、β-荜澄茄油烯(6.135%)、δ一杜松烯(5.765%)、β-榄香烯(5.288%)、γ一杜松烯(5.174%)、大根香叶D(4.997%)、桉油烯醇(4.417%);以上10种成分总相对含量为61.239%。伊朗引种栽培的淡白紫锥菊的头状花序中挥发性成分以大根香叶烯D为主,相对含量达到51.4%[15];印度引种栽培的紫锥菊干花大根香叶烯D含量可高达33.5%[16];可见此2个引种生产区域的干花挥发性成分具有相似性而均与本研究实验材料差别较大,但本研究结果与前述2个报道均为萜烯类成分占优势;而湖南栽培[7]的紫锥菊干花中2,6-二叔丁基对甲基苯酚含量最高,与相关报道相差甚远,其原因有待深入探讨。

淡白紫锥菊花序梗中鉴定出32种挥发性成分,以石竹素相对含量最高,数值为10.152%;其他的主要挥发性成分按照含量从大到小顺序排列依次有α-紫穗槐烯(7.255%)、桉油烯醇(6.533%)、β-荜澄茄油烯(6.398%)、δ一杜松烯(5.548%)、α-香柠檬烯(5.070%)、γ一杜松烯(4.837%)、十八烷醇(4.560%)、表-二环倍半水芹烯(4.087%)、α-荜澄茄油烯(2.854%);以上10种成分总相对含量为57.294%。可以看出,本实验中淡白紫锥菊花序梗与头状花序中挥发性成分相似性和特异性共存,特异性如花序梗中不含1-十八烷烯而头状花序中该成分含量较高;头状花序中含有稠环芳香烃类成分,而花序梗中不含该成分,这一现象应与该物种虫媒传粉习性及该成分只在头状花序中代谢合成相关[17]。

3 结论

本研究采用SPME结合GC-MS技术分析云南省蒙自市栽培的淡白紫锥菊不同器官即根、茎、叶、头状花序和花序梗中的挥发性成分,共鉴定出53种化合物,其中萜烯类23种、醛类10、醇类9、酮类4,另有烯烃类、酯类、醚类、杂环类、稠环芳香烃类、炔类和烷烃类各1种,总体上以萜烯类、醇类、醛类化合物为主。云南蒙自市引种栽培的淡白紫锥菊不同器官中均以萜烯类成分相对含量最高,这一特征与该物种原产国加拿大出产淡白紫锥菊相近[12],与斯洛伐克等国外引种栽培地不同[13-14]。就国内各引种地报道情况来看,云南省蒙自市引种生产的淡白紫锥菊药材原料的挥发性成分与湖南[7-8]、北京[9]等地不同;湖南出产紫锥菊药材的两篇报道差别明显[7-8],其原因有待深入研究。国内未检索到淡白紫锥菊的挥发性成分研究报道;本研究采用同质栽培条件,对淡白紫锥菊不同器官包括营养器官和繁殖器官进行挥发性成分分析,从国内外文献检索来看,目前对淡白紫锥菊同一产地不同器官挥发性成分方面的分析研究资料较为欠缺,本研究具有较好的资料补充作用;研究结果表明,不同器官挥发性成分差别较大。而不同引种栽培地点紫锥菊药材挥发性成分的明显差异及同一栽培地出产淡白紫锥菊不同器官挥发性成分的特异性存在,会导致何种药效学变化,还有待进一步研究验证。