不同艾叶资源的出绒率及其有效成分比较研究

陈昌婕, 张智慧，苗玉焕，万利淼，王家金，刘大会*

(1.湖北中医药大学药学院，湖北 武汉 430065；2.云南省农业科学院药用植物研究所，云南 昆明 650231；3. 湖北泽熙中药科技有限公司，湖北 蕲春 438300)

【研究意义】艾叶为菊科植物艾(ArtemisiaargyiH. Lév. & Vaniot)的干燥叶片，是中国传统中药材和民俗植物，早在《五十二病方》中就有将艾用于艾灸的疗法[1]。艾叶内服温经止血、散寒止痛，外用祛湿止痒、消毒杀菌，除用作中药饮片外，还被大量制作成清艾应用于针灸理疗[2]。现代药理研究表明，艾叶中的黄酮及酚酸类成分具有镇痛消炎、改善血液循环、温经止血等作用[3]；艾叶中的挥发油成分则具有杀菌抑菌、抗病防虫、止痒等作用[4]。随着艾灸和相关艾制品在大健康产业上的广泛应用，艾在全国广为推广，现四川资中地区已开始人工种植，另外云南建水和贵州兴义等地也在大面积引种栽培。艾叶资源众多，各地引种的品种来源混乱，导致各地引种种植艾叶的产量和品质低下，极大影响种植户的生产效益和临床用药安全。【前人研究进展】目前，不同学者开展了不同产地的艾叶质量评价的研究。宋叶等[5]对来源于8个产地的艾叶样品挥发油进行综合评价，发现蕲春九尖艾质量最佳。胡吉清等[6]对来源于30个产地的艾叶进行质量评价，发现蕲艾的综合表现最佳。王小俊等[7]运用UPLC-DAD-MS 对来源于56个产地的艾叶中黄酮及酚酸类成分进行定性和定量分析，发现蕲艾的成分具有一定的独特性。【本研究切入点】前人研究表明，来源于不同产地的艾叶具有明显差异，但除了遗传因素外，各产地的土壤条件、湿度、温度、气候差异、栽培管理措施、采收和种植时期以及干燥加工的条件也会对艾叶品质产生影响。为了更加客观的评价不同品种和资源的艾叶质量，最大限度降低环境因子的影响，通过收集不同产地和资源的艾叶种苗，于同一时期在湖北蕲春县蕲艾种植基地进行栽培，采用相同的田间管理措施，于同一时期采收加工，再对样品进行综合质量评价。【拟解决的关键问题】从出绒率、挥发油含量、黄酮及酚酸类组分含量、矿质元素成分含量4个方面研究不同艾叶资源的质量差异，为艾叶资源评价、良种选育和引种栽培提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况和供试材料

收集来源于湖北蕲春县、湖北孝感市、湖北随州市、河南南阳市5个地区的10批艾叶资源，于2017年12月种植于湖北省蕲春县八里湖蕲艾种植基地，基地海拔25 m，年平均气温15～18 ℃，土壤类型为灰潮土，无霜期 230～260 d，降水量1200～1500 mm，试验地土壤pH值为4.55，有机质19.64 g/kg，全氮1.11 g/kg，全磷1.30 g/kg，全钾29.63 g/kg。均采用相同的田间管理措施，并于次年6月采收，阴干后保存备用。具体样品信息见表1。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 出绒率测定 按照文献方法[8]进行优化，从每份艾叶样品中抽取艾叶干品10 g，置于转速为28000 r/min的高速万能粉碎机中粉碎30 s，将粉碎后的混合物置于一号筛中，反复筛净粉末，取艾绒称重，计算艾绒所占的百分比即为出绒率。

表1 艾叶资源采集信息

1.2.2 总挥发油含量测定 除去样品枯叶和细枝，用剪刀将艾叶样品剪碎，用四分法取样品各100 g，分别置于2000 mL圆底烧瓶中，加入1000 mL蒸馏水，浸泡过夜，参照2015年版《中国药典(四部)》通则 2204“挥发油测定法”测定其挥发油含量，并观察艾叶挥发油的颜色。

1.2.3 黄酮及酚酸类成分含量测定 按高效液相色谱法并参考相关文献[9]，测定样品中绿原酸、新绿原酸、隐绿原酸、异绿原酸B、异绿原酸A、异绿原酸C、山奈酚、棕矢车菊素、异泽兰黄素的含量。色谱条件：采用Agilent EClipse XDD-C18色谱柱(4.6 mm×250 mm×5 μm)，流动相为乙腈(A)和0.2 %磷酸水溶液(B)，梯度洗脱(A：0～12 min，10 %→20 %；12～25 min，20 %→25 %；25～50 min，25 %→65 %；50～55 min，65 %→10 %)，流速0.8 mL/min；柱温30 ℃，检测波长330 nm。对照品和样品的色谱图见图1。

1.2.4 矿质元素含量测定 氮(N)用凯氏定氮法测定，磷(P)用钼锑抗比色法测定，钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、铁(Fe)、锌(Zn)、锰(Mn)等元素采用火焰法-原子吸收分光光度法测定；铜(Cu)元素利用石墨炉法-原子吸收分光光度法测定[10]。

1.3 数据分析

利用 Excel 2010、SPSS 25.0和 SIMCA-P14.1等统计软件对数据进行主成分、相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同艾叶资源的出绒率比较

从图2可见，品种Q1-品种Q6的出绒率范围为26.3 %～32.3 %，平均值为29.9 %；其中品种Q3、品种Q6的出绒率最高，品种Q4、品种Q5次之。将蕲春艾叶出绒率的平均值与其他4个产地的艾叶相比较可知，南阳艾叶的出绒率最高，襄阳艾叶与蕲春艾叶次之，孝感艾叶和随州艾叶最低。

1：新绿原酸；2：绿原酸；3：隐绿原酸；4：异绿原酸B；5：异绿原酸A；6：异绿原酸C；7：山奈酚；8：棕矢车菊素；9：异泽兰黄素 1:Neochlorogenic acid; 2:Chlorogenic acid; 3:Cryptochlorogenic acid; 4:Isochlorogenicacid B; 5:Isochlorogenicacid A; 6:Isochlorogenicacid C; 7:Keampferol; 8:Jeceosidin; 9:Eupatilin图1 混合对照品(A)和艾叶样品(B)的HPLC图Fig.1 HPLC Chromatogram of reference substances (A) and Artemisia argyi sample (B)

2.2 不同艾叶资源的总挥发油含量比较

从表2可见，不同艾叶资源挥发油颜色不同，含量也存在明显差异。品种Q1～Q6的总挥发油含量范围为0.59 %～0.85 %，平均值为0.72 %；其中品种Q6的总挥发油含量最高，品种Q3、品种Q5次之。将蕲春艾叶中总挥发油含量的平均值与其他4个产地的艾相比较可知，蕲春艾叶的总挥发油含量最高，随州艾叶与孝感艾叶次之，襄阳艾叶与南阳艾叶最低。

图2 不同艾叶资源的出绒率比较Fig.2 The output rates of moxa with different Artemisia argyi varieties

2.3 不同艾叶资源的黄酮及酚酸类成分含量比较

2.3.1 不同艾叶资源中各成分含量差异 从表3可见，不同艾叶资源中绿原酸、异绿原酸B、异绿原酸A、异绿原酸C、山奈酚、棕矢车菊素、异泽兰黄素等成分含量上均存在显著性差异，从变异系数来看，异绿原酸B、异绿原酸A、异绿原酸C、山奈酚、异泽兰黄素的含量差异较大，这说明不同艾叶资源积累有效成分的能力有明显差异。品种Q1中的异绿原酸B、异绿原酸C的含量显著高于其他艾叶资源；品种Q2中的绿原酸、山奈酚、异泽兰黄素的含量显著高于其他艾叶资源；品种Q2、品种Q3中的棕矢车菊素的含量显著高于其他艾叶资源。从图3可见，不同艾叶资源中各黄酮及酚酸类成分占总量的比例也存在一定的差异，品种Q1中异绿原酸B、异绿原酸C组分占总量的比例最高；品种Q3中异泽兰黄素组分占总量的比例最高；品种Q6中绿原酸组分占总量的比例最高；品种XY中异绿原酸A组分占总量的比例最高；品种NY中的新绿原酸、隐绿原酸、山奈酚、棕矢车菊素组分占总量的比例最高。

表2 不同艾叶资源的总挥发油的比较

图3 不同艾叶资源中9种黄酮及酚酸类成分占有效成分总和百分比Fig.3 The percentage of 9 flavonoids and phenolic acids component in different Artemisia argyi varieties

2.3.2 主成分因子分析 采用SPSS25.0 统计软件，对艾叶中9种黄酮及酚酸类成分进行主成分分析。从表4可见，前3个主成分的初始特征值均大于1且累计贡献率达到了87.06 %，因此提取前3个主成分并计算每种成分对应的特征向量。从表5可见，第一主成分中异绿原酸A的贡献度最大，第二主成分中山奈酚的贡献度最大，第三主成分中棕矢车菊素的贡献度最大。由于第一主成分的贡献率较高，因此艾叶中黄酮和酚酸类成分中异绿原酸A的含量是最佳的评价指标。根据主成分因子的贡献率，可以构建艾叶黄酮及酚酸类成分的评价函数：F=0.515F1+ 0.338F2+0.147F3，把9种成分含量带入公式，得到不同艾叶资源中有效成分的综合得分值及排名。由此可知，不同艾栽培品叶片的黄酮及酚酸类成分含量差异较大，其中，品种Q2得分最高，品种Q6次之，品种NY最低。

表4 3个主成分的特征值、贡献百分率、累积贡献率及其特征向量

续表4 Continued table 4

表5 不同艾叶资源黄酮及酚酸类成分的综合评价

2.3.3 PCA分析 运用PCA无监督多变量数据分析法扩大样本间差异，可综合分析不同艾叶资源有效成分的差异性[11]。由图4可见，将10种艾叶资源中9种黄酮及酚酸类成分含量导入SIMCA-P 14.1软件，建立PCA模型。前3个主成分的累计贡献率为87.1 %，基本可以代表所涉及的化学成分的主要特征。根据PCA结果，可以将不同的艾叶资源聚为4类；同样来源于蕲春的6种艾叶资源并未聚为一类，这说明同一产地不同品种艾叶资源的化学成分存在明显差异；品种XG、品种SZ、品种Q1、品种Q5、品种Q6聚为一类，品种NY、SZ聚为一类，这说明不同产地的艾叶化学成分含量可能相近。

图4 10种艾叶资源中9种黄酮及酚酸类成分的PCA分布Fig.4 Plot based on PCA model for 9 flavonoids and phenolic acids component in 10 Artemisia argyi varieties

2.4 不同艾叶资源中矿质元素含量比较

从表6可见，不同艾叶资源中蕴含的矿质元素平均含量为K>N>Mg>P>Ca>Fe>Mn>Zn>Cu， 其中N、P、K、Ca、Mg、Mg、Fe、Cu、Zn元素含量上存在显著性差异。从变异系数来看，P、Ca、Fe、Cu、Zn元素含量差异较大，这说明不同艾叶资源富集矿质元素的能力存在很大的差异。不同资源相比，品种Q1中Zn元素含量较高；品种Q2中P、Mn元素含量较高；品种Q3中K元素含量较高；品种Q4中N元素含量较高；品种Q5中P含量较高；品种Q6中N、P元素含量较高；品种XG中P元素含量较高；品种XY中Fe元素含量较高；品种NY中Ca、Fe、Cu元素含量较高。

2.5 相关性分析

从表7可见，新绿原酸与绿原酸、异绿原酸A、异泽兰黄素，绿原酸与异绿原酸A、异泽兰黄素，隐绿原酸与异绿原酸B、异绿原酸C，异绿原酸B与异绿原酸A、异绿原酸C，异绿原酸A与异绿原酸C，山奈酚与棕矢车菊素、异泽兰黄素，呈显著正相关。这反映出艾叶药材中各成分含量之间存在的相互协同或拮抗关系。

表6 不同艾叶资源中矿质元素含量

表7 艾叶出绒率挥发油、黄酮、酚酸间的相关性分析

3 讨 论

蕲春是艾叶公认的道地产区，自明朝以来就广受推崇。近30年来对于艾叶的道地性研究也证明了蕲艾的确具有其独特性[12]。目前不同品种艾叶的质量评价主要是从不同的产地取样后进行研究测定，而每个取样点的环境复杂多样，野生艾的生长年限甚至采收时间均有不同，栽培艾的种植时间、栽培方法、采收加工也存在一定的差异，这些因素都会影响艾叶质量评价的结果。因此，从多个取样点收集样品进行测定可以挑选出最优质的道地产区，却无法判定最优质的艾叶品种。考虑到这些因素，本试验将来源于5个产地的10批的艾苗移栽到蕲春同一块试验地进行种植，保证从栽培到采收的所有条件都一致，证明了来源于蕲春的品种确实具有一定的优势。此前，宋叶[5]等将蕲春艾移栽到山西本地并与本地品种相比较，也验证了蕲春艾移栽品种的挥发油产质量更佳。艾叶出绒率越高，越适合作为灸材使用；而化学成分含量高，药效更佳；除此之外，艾叶中蕴含着丰富的矿质元素，Mn 和Zn元素对于艾叶的安胎效果发挥着重要的作用[13]，K元素有助于提高纤维作物的质量[14]，增强其吸湿性和燃烧性[15]。通过本研究发现，从不同产地移栽的艾叶出绒率、化学成分、矿质元素含量等方面均存在较大的差异，南阳艾和襄阳艾的出绒率及矿质元素含量优于部分蕲春艾，而蕲春艾的总挥发油和黄酮及酚酸类成分含量普遍较高；不仅如此，同样来源于蕲春的6种蕲艾也各有不同，雨湖艾、漕河艾和蕲州香艾的出绒率较高，蕲州香艾的总挥发油含量最高，洪咀七尖艾的黄酮及酚酸类成分的综合得分值最高。

艾叶应用广泛，应该根据其用途选择合适的品种进行种植，而不能仅仅根据单一成分的含量高低来衡量艾叶质量的好坏。若要用于制作艾条、艾柱，就可将出绒率较高的南阳艾和襄阳艾引种种植；若要将艾叶提取挥发油用于洗浴用品、驱蚊液等产品时，可选择香艾这种挥发油含量高的品种进行种植；若要将其用于汤剂，就可选择黄酮及酚酸类成分较高的蕲春七尖艾。总之，影响艾叶品质的因素众多，生存环境的不同导致了艾叶品种的多样性，如何根据艾叶的用途和不同品种的特征选择合适的材料推广种植就成了重中之重。但本实验所选取的艾叶产地不够全面，主要为蕲春及其周边地区，还需要对更多地区的艾叶品种进行进一步分析，为全面开发艾叶资源提供科学依据。

4 结 论

从不同产地移栽至湖北蕲春进行种植的艾叶出绒率及其有效成分含量具有明显差异，南阳艾和襄阳艾的出绒率及矿质元素含量优于部分蕲春艾，而蕲春艾的总挥发油和黄酮及酚酸类成分含量普遍较高；蕲春艾不同品种间，雨湖艾、漕河艾和蕲州香艾的出绒率较高，蕲州香艾的总挥发油含量最高，洪咀七尖艾的黄酮及酚酸类成分的综合得分值最高。各地在进行艾叶引种栽培时，应按照艾叶的品质特点选择适宜的材料进行推广种植。