松科植物针叶中脂溶性化学成分研究进展

张亮亮, 管勤昊， 郑光耀

(1.中国林业科学研究院 林产化学工业研究所；江苏省生物质能源与材料重点实验室，江苏 南京 210042；2.南京林业大学 江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心，江苏 南京 210037)

松科是裸子植物中最大的一科，包括松属、雪松属、落叶松属、金钱松属、银杉属、云杉属、黄杉属、油杉属、铁杉属和冷杉属，共有10属230种，广泛分布于北半球[1-3]。我国松科植物资源丰富，拥有松科植物所有的属。松科植物分布遍于全国，几乎均系高大乔木，绝大多数都是森林树种及用材树种，亦为森林更新、造林的重要树种。松科植物有较高的经济价值，可以提供树脂，提炼松节油作为多种化工产品的原材料，可以作为园林的绿化树种，其种子可以食用，球果、树皮、针叶及种子壳具有药用价值。松科植物具有极强的环境适应性和生存能力，最低可以忍受-60 ℃的极寒温度和高达50 ℃的高温环境，能在各类土壤中生长，包括裸露的矿质土壤、火山灰、砂土、钙质土、石灰岩土、灰化土及红壤等，尤其是在高纬度与高海拔的山地环境中，绝大多数森林都是由松科植物所组成的单纯林或混交林。松科植物在复杂多样的自然地理条件和特定的地史演变过程中，以其独特的生物学特性对不同的生长环境产生生态适应，形成了一套完善的自我防御体系，这种防御体系除了具有维护自然生态平衡的功能和产生可供人们利用的木材资源外，还蕴藏着大量化学结构独特、新颖和生物活性显著的化合物，因此，松树次生代谢产物是一个值得科研人员探索和研究的重要领域。

松针又称松叶、松毛、山松须、猪鬃松针等，为松科植物的叶子，是进行光合作用、制造养分的主要器官，具有很高的营养价值和药用价值[3-5]。明代医学家李时珍在《本草纲目》中记载：“松针，气味苦、温，无毒，久服令人不老，轻身益气，主治风湿疮，生毛发，安五脏，守中，不饥延年”。近代《全国中草药汇编》记录了民间利用松针治疗疾病的经验：“松针具有祛风活血、明目安神，解毒止痒等功能”，可用来治疗夜盲症、高血压、流行性感冒、神经衰弱和风湿关节痛，外用治疗冻疮等。现代研究表明，松针具有镇痛、镇静、抗炎、镇咳、祛痰、平喘、调血脂、抗氧化、抗衰老、抗突变等多种生物活性和药用活性功效，其利用价值正日益受到重视[6-8]。本文针对松针化学成分、提取工艺、生物活性的国内外研究现状及其主要应用进行综述，以期为今后相关研究提供参考。

1 松针化学成分研究

1.1 国内相关研究

1.1.1化学成分 在国内，松针资源的化学成分、提取方法和生物活性已有大量的研究报道，主要集中在黄酮、多酚、原花青素、木脂素、莽草酸等水溶性化学成分和挥发油的萜类化合物。郭春晓等[9]对松科松属植物油松松针的非挥发性成分进行了研究，利用硅胶柱色谱、聚酰胺柱色谱、Sephadex LH-20葡聚糖凝胶柱色谱等手段，从油松松针中分离得到了5,4′-二羟基-3,7,8-三甲氧基- 6-甲基黄酮、芹菜素、柚皮素、高良姜素等多种黄酮类化合物。刘东彦等[10]从雪松松针中分离得到5个黄酮类化合物，分别为3′,5′-二甲氧基杨梅素-3-O-(6′-O-乙酰基)-α-D-吡喃葡萄糖苷、 2R,3R-二氢杨梅素、 2R,3R-二氢槲皮素、杨梅素、槲皮素。冯卫生等[11]提取并萃取得到马尾松松针水煎液的正丁醇部位，并利用色谱分离技术分离纯化得到了3个木脂素化合物：(7S,8R)- 4,9,9′-三羟基-3,3′二甲氧基-7,8-二氢苯并呋喃-1′-丙醇基新木脂素、(7S,8R)-3′,4,9′-三羟基- 4-甲氧基-9-O-莽草酰基-7,8-二氢苯并呋喃-1-丙基新木脂素和4,4,8-三羟基- 4,4′-二甲氧基-9-木脂内酯。常博等[12]采用硅胶、凝胶、反相柱等色谱技术对云南黄果冷杉枝叶乙醇提取物进行分离纯化，得到13个化合物：(7S,8S)-3-甲氧基-3′,7-环氧-8,4′-氧化新木脂素- 4,9,9′-三醇、木质素苷B、 8,8′-二羟基松脂素、莽草酸正丁酯、对羟基苯甲酸、莽草酸、咖啡酸、阿魏酸二十四醇酯、苯甲酸、芹菜素-8-C-ɑ-L-鼠李糖-(1→2)-β-D-葡萄糖苷、丁香亭-3-O-芸香糖苷、 5-羟基-3,4′,7-三甲氧基黄酮、 4′,5-二羟基-3,7-二甲氧基- 6-甲基黄酮。Li等[13]采用硅胶柱、Sephadex LH-20 凝胶柱、C18 反相硅胶柱等分离技术和红外、质谱、核磁等波谱分析方法从秦岭冷杉枝叶乙醇提取物的氯仿部位分离和鉴定出6个新的羊毛脂甾烷型三萜化合物和其它17种已知化合物。Chen等[14]应用HPLC 测得马尾松松针、测柏叶和八角茴香3种原料中莽草酸的量分别是5.71%，1.74%和8.95%。Xie等[15]应用GC-MS 技术从油松、柴松、黑皮油松、扫帚油松、巴山松和马尾松的松针精油中分离和鉴定出72种化合物，主要成分是α-蒎烯、冰片酯、β-丁香烯、α-愈创木烯、大根香叶烯D。

1.1.2提取方法 张卫丽等[16]研究了超声波辅助方法提取马尾松松针中总黄酮，得到松针总黄酮提取的最佳工艺条件为：料液比1 ∶20(g ∶mL)、提取时间56 min、超声波功率90%、乙醇体积分数40%，在此条件下松针总黄酮得率为1.59%。陈菲等[17]采用闪式提取工艺研究了松针中原花青素的提取工艺，确定了闪式提取松针中原花青素的最佳工艺条件为：乙醇体积分数60%、料液比1 ∶12(g ∶mL)、提取时间1.5 min、提取电压80 V，与回流提取法比较，闪式提取法在提取率、提取时间与耗电量方面优势较明显。Song等[18]研究了蒸汽闪爆技术辅助提取落叶松松针中总黄酮，在蒸汽压力1.5 MPa，爆破维压时间40 s条件下，松针总黄酮得率达到5.08%，是未经蒸汽闪爆预处理的2.54倍。谢济运等[19]研究了湿地松松针中莽草酸的提取工艺，通过单因素试验和正交试验，确定了乙醇浸提法提取莽草酸的最佳工艺：乙醇体积分数为60%，料液比1 ∶25(g ∶mL)，提取温度75 ℃，提取时间2.5 h，莽草酸得率为1.49%。杨桃等[20]采用超临界CO2萃取法提取华山松松针中的挥发油成分，通过正交试验设计及响应面分析，确定了CO2萃取法提取松针挥发油的最佳提取工艺参数：萃取压力34 MPa、萃取温度45 ℃、萃取时间2.2 h，挥发油的得率为1.549%。

1.1.3生物活性 徐丽珊等[21]研究发现马尾松、黑松和湿地松3种松针水提液具有较好的总抗氧化能力和抑制猪油的脂质过氧化能力。Zeng等[22]通过体外抑菌试验研究表明，雪松松针水提物对大肠杆菌、变形杆菌属、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和蜡样芽胞杆菌等食源性细菌均有显著的抑制作用。Wu等[23]从雪松松针甲醇提取物中分离鉴定出8种化合物，并测定了化合物对DPPH 和ABTS 自由基清除作用以及红细胞氧化性溶血抑制作用，结果显示3-p-反式香豆酮-2-羟基奎宁酸、原儿茶酸、 2R,3R-二氢杨梅素、马尾松糖苷B、杨梅树皮素-3-葡萄糖苷5种化合物具有很强的抗氧化活性。邢雁霞等[24]研究发现马尾松松针可以延长小鼠力竭游泳时间，提高抗疲劳能力；延长小鼠常压耐氧时间，提高耐缺氧能力；同时使血清SOD 活力明显升高、MDA 含量明显降低。王春梅等[25]通过给小鼠连续灌胃松针醇提物，观察其对正常小鼠血糖以及对肾上腺素和四氧嘧啶引起的高血糖小鼠血糖的影响，发现松针醇提取物具有显著降低血糖的作用。

国内在松针脂溶性物质的研究和开发方面报道较少。何大祥等[26]利用气相色谱-质谱联用技术对不同生长期油松松针中提取的有机组分及其分布特征进行了系统分析和研究，检测出丰富的生物标志化合物分子，包括正构烷烃、倍半萜类系列化合物等。通过对化合物的特征离子碎片分析和文献对比鉴定，从油松松针中检测出15种倍半萜类化合物。孙敏卓等[27]采用超声波抽提法提取了冷杉枝叶的脂溶性物质，经柱层析组族层分离和GC-MS技术，从冷杉脂溶性物质中检测出56种化合物，其中脂肪酸(极性馏分)占到了95.28%，同时在冷杉脂溶性物质中发现一系列萜类化合物(0.16 mg/g)。

1.2 国外松针化学成分研究

在国外，松针脂溶性物质的化学成分、提取工艺、药理活性、开发利用一直是松针研究和开发的重要课题。松针脂溶性物质的化学组成极其复杂，主要包括酸性物质和中性物质等，含有几十至上百种的化学成分，其中酸性物质主要是不饱和脂肪酸、饱和脂肪酸、二萜酸等化合物，中性物质主要是倍半萜类、二萜类、三萜类、甾类化合物、脂肪族醇和生育酚等化合物，挥发物质(精油)主要是单萜类、倍半萜类化合物，仅占松针脂溶性物质5%左右[28,29,30-32]。松针脂溶性物质中，二萜类化合物居多，主要为二环、三环的二萜和环烯醚萜及其衍生物，其化学结构见图1。其中反- 4-表-湿地松酸、反- 4-湿地松酸、 4-表-杉醛酸、杉醛酸、松柏烯、异瑟模环烯醇、 4-表-异瑟模环烯醇主要存在于韩国红松和黑松的针叶中，3β-羟基对苯二甲酸、 3β-乙酰氧基对苯二甲酸、 19-O-琥珀酸主要存在于西伯利亚堰松松针和脱落小枝中[33]。

Simón等[34]应用GC-MS技术研究意大利石松针叶脂溶性物质的化学组成，鉴定出65个化合物，主要成分为l-柠檬烯、β-石竹烯、大根香叶烯、 11E,13Z-劳丹二烯-8-醇、松香醇、油酸、硬脂酸、松香酸、异海松酸、左旋海松酸、长叶松酸和脱氢枞酸等。Arrabal等[28]采用乙醚/石油醚(体积比1 ∶1)作为溶剂提取欧洲两种海岸松松针所含脂溶性物质，并利用GC-MS技术研究了提取物单萜类、倍半萜类、中性二萜类、脂肪酸和树脂酸成分在夏季和冬季的分布特征和变化规律。其研究发现：成年海岸松松针中萜烯类和脂肪酸成分无论在个体水平还是全球水平均表现出一定的分布特征和季节变化规律，且不同次生代谢产物并非表现出相同的环境敏感性，不同树种表现出对环境条件不同的适应性。Shpatov等[35]采用正已烷提取生长在韩国的红松及西伯利亚地区的偃松针叶、小枝和外皮的脂溶性成分，对所含酸性物质和中性物质提取得率及所含活性成分进行了分析，结果见表1。

图1 部分主要松针脂溶性物质化学结构

由表1数据可知，两种松树的不同部位正己烷提取物提取得率差异较大，总体来说小枝>松针>树皮，且两种松树不同部位提取物所含酸性物质和中性物质差异明显；偃松松针中含有较多的中性物质，而红松松针中含有较多的酸性物质，两种松树小枝提取物中所含酸性物质和中性物质差异不大。应用GC-MS技术对松针脂溶性提取物的酸性物质和中性物质进行化学分析，结果发现：生长在库页岛地区的偃松针叶主要成分是劳丹型树脂酸，而生长在贝加尔湖地区的偃松针叶主要成分是枞酸型树脂酸和异海松烷型二萜，它们之间存在定性或明显的定量差异，部分劳丹型树脂酸化合物具有广泛的生物学活性，如抗菌、抗真菌、抗细胞毒性、抗雄性素及抗恶性细胞增生等生物活性[35]。

Roshchin等[36]研究了挪威云杉针叶异丙醇提取物的中性二萜，由烃、醛、氧化物、酯、醇等组成，主要成分有聚戊烯醇乙酸酯、甾醇、三萜醇、表迈诺醇、苦山柰萜醇和脱氢松香二烯衍生物，云杉针叶萜类化合物的化学组成与树干提取的松脂不同。Masendra等[37]采用二氯甲烷提取了生长在印度尼西亚的6种松科植物树皮内皮和外皮的亲脂性成分，并利用GC-MS技术对其成分进行了分析鉴定，研究发现：不同种类松科植物及同一种松树的内皮和外皮所含亲脂性成分及其分布特征不尽相同。Shpatov等[33]利用GC-MS技术对生长在韩国和西伯利亚的红松针叶和小枝脂溶性提取物的化学成分进行了比较研究，研究发现：生长在韩国的红松针叶脂溶性成分主要为龙脑香豆素、兰伯松脂酸、二十九烷醇、甾醇及其酯类；而西伯利亚红松针叶中含有少量的龙脑香豆素、兰伯松脂酸、甾醇及其酯类，但含有大量其它化学结构的15-O-功能化劳丹型酸。Shpatov等[38]采用GC-MS技术分别研究了西伯利亚黑松不同部位(针叶、脱叶小枝、树干外皮)所含脂溶性成分的特征，结果发现：针叶脂溶性提取物主要成分是劳丹型二萜类化合物(顺式璎柏酸)，而脱叶小枝及树干外皮脂溶性提取物主要成分为松香烷型化合物(新松香酸、脱氢枞酸、松香酸、左旋海松酸、长叶松酸)，两者之间具有明显的化学组成差异。有研究[39]发现，西伯利亚冷杉为抵御高寒地区恶劣环境对其自身生长的影响，含有其它松科植物都不具有的针叶三萜酸，其能够调节农作物的生长，提高农作物的抗病害能力。并且该研究显示，西伯利亚冷杉针叶石油醚提取物的萜类化合物主要有两种类型——单萜和三萜，二萜类化合物含量则极少。

2 松针脂溶性物质的生物活性

俄罗斯是世界上利用赤松和云杉针叶进行工业规模生产松针脂溶性提取物的主要国家，而且其提取技术是综合利用和无废弃物的绿色清洁生产技术，主要产品及其制剂有叶绿素-胡萝卜素软膏、维生素原浓缩物、针叶油、叶绿素及其金属衍生物、聚戊烯醇、植物甾醇、香脂膏、针叶蜡、ROPREN药物、RX-87驱避剂、SILBIOL抗菌剂、FOSPRENIL抗病毒制剂和畜禽饲料粉等，这些产品广泛用于医药、香料、化妆品、食品、饲料和农业等行业[40]。

2.1 在药物开发方面的应用

就药物开发而言，松针脂溶性物质可以有效预防或治疗许多慢性疾病。Беспалов等[41]实验表明：松针叶绿素-胡萝卜素软膏可以有效抑制化学致癌物在大鼠体内引起的乳腺癌、大肠癌、皮肤癌、宫颈癌和肺癌等恶性肿瘤的发展，减少患癌症疾病的风险。Беспалов等[42]还发现，松针维生素原浓缩物可以有效抑制大鼠腹腔注射沙丁胺醇诱导的良性前列腺增生，效果优于治疗泌尿系症状的锯棕榈果实提取物。Шабанов等[43]通过研究松针聚戊烯醇对CCl4诱导亚急性肝机能障碍和脑病模型大鼠的行为表现、血液生化指标、肝脏形态学结构以及脑区单胺类神经递质的影响，证实松针聚戊烯醇具有明显的大鼠肝脏和神经保护作用。Soultanov等[44]临床研究发现：松针聚戊烯醇能够改善慢性酒精中毒患者肝、胰和肾功能，使戒酒综合症迅速减少，改善脑部多发神经病变，血液谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)和凝血活酶(AP)活性，血淀粉酶，胆红素，胆固醇和尿淀粉酶恢复到正常水平，说明松针聚戊烯醇是极好的治疗慢性酒精中毒的药物。Fedotova等[45]通过被动回避、Morris水迷宫等实验测定松针聚戊烯醇对β-淀粉样蛋白诱导大鼠记忆缺失的效果，结果表明：松针聚戊烯醇能够有效改善阿尔茨海默病模型大鼠的学习和记忆能力。

2.2 在农业方面的应用

在农业方面，松针脂溶性物质还用于开发绿色、生态、安全的饲料添加剂、植物保护剂、兽药和植物生长促进剂等。Vitina等[46]试验表明：在肉鸡饲料中添加0.04%～0.05%松针叶绿素-胡萝卜素软膏或维生素原浓缩物，饲养肉鸡24 d后，其质量增加了4.31%～7.58%，料肉比降低了6.28%～7.33%，鸡肉含胡萝卜素的量增加了0.45～0.57 mg/kg，含ω-3不饱和脂肪酸的量增加了0.53～0.57 mg/kg，含胆固醇的量减少了111.6～236.6 μg/kg。Zarinš等[47]用松针脂溶性提取物的酸性物质制成Fitoekols-IF植物制剂，在温室和田间进行了蔬菜和果树的杀菌和杀虫试验，可以有效抑制真菌引起的疾病，减少病虫害的发展，试验组的杀菌和杀虫性能比对照组提高了55%～81%。Ozherelkov等[48]试验证实：松针聚戊烯醇磷酸盐具有抗病毒活性，可以对抗粘液病毒、正粘液病毒、托加病毒、环形病毒、冠状病毒和其他病毒，可以激活巨噬细胞，提高杀菌和杀噬菌活性，降低溶酶体和细胞膜渗透性，增加生产白细胞介素-1，可用于治疗和预防家畜的病毒性感染，以及预防家畜的传染病。冷杉针叶脂溶性物质三萜酸具有与植物生长调节剂相似的生物学效应，能够提高农作物产量和品质，降低细菌和真菌对植物的致病率，增加植物耐寒力和抗旱性，促进果实成熟等功效，而且对人和动物无害，在植物体和土壤内无残留，是一种绿色无公害的农作物生长促进剂[48-52]。俄罗斯科研人员的实验室和田间药效试验表明：从西伯利亚冷杉针叶中提取的三萜酸混合物，具有与植物生长素相似的生物学效应，可使农作物产量提高10%～30%，使细菌和真菌对植物的发病率降低50%和75%，增加农作物的抗旱性和耐寒力，并能够加快农作物和果实的成熟[52-54]。郑光耀等[55]研究了从冷杉针叶中提取的三萜酸制剂对番茄生长及产量和品质的影响，结果表明：施用冷杉针叶三萜酸制剂可以有效增强番茄植株的生长势，增加植株茎粗，提高番茄坐果率，番茄产量比清水对照增产8.7%，还可提高番茄果实中干物质、维生素C、可溶性蛋白和可溶性糖含量，降低果实中可滴定酸含量，而且与嘧菌·百菌清混合使用有增效作用。郑光耀等[56]还研究了不同用量冷杉针叶三萜酸制剂对水稻产量和品质的影响，结果表明：与喷清水对照相比较，施用冷杉针叶三萜酸后能够提高水稻千粒质量和产量(能使水稻增产16.60%)，并能提高稻米的糙米率、整精米率、直链淀粉含量和蛋白质含量，改善稻米碾磨品质和营养品质。

3 结语与展望

我国是世界上松科植物属种最丰富多样的国家，具有除松属和雪松属以外所有属、种的最大多样性，是一个巨大的松科植物资源宝库。我国森林中不仅分布着松科植物现存的所有属，而且还有我国特有的银杉属、金钱松属和油杉属。松科植物蕴藏着化学结构新颖、多样和生物活性显著的次生代谢产物，我国松科植物丰富，为其合理开发利用和科学研究提供了得天独厚的条件。在国内，目前松针资源的化学成分、提取方法和生物活性研究主要集中在黄酮、多酚、原花青素、木脂素、莽草酸等水溶性化学成分和挥发油的萜类化合物，而在松针脂溶性物质的研究和开发方面报道较少。在国外，松针脂溶性物质的化学成分、提取工艺、药理活性、开发利用一直是松针研究和开发的重要课题。目前，在松针脂溶性物质研究与开发过程中还有许多科学问题需要进一步研究和探讨，比如高海拔、高纬度、低温、干旱和瘠薄等特殊生境的松针脂溶性物质组成差异，是否存在一些抗逆的化学成分，以及这些成分是否具有提高农作物低温抗性等特殊的生物学功效作用，这方面在今后的研究中需要关注。因此，针对松针脂溶性成分的研究及开发利用提出以下3点建议：1) 加强针对不同种属松树针叶脂溶性物质化学组成特征研究。对不同种属的松针脂溶性物质进行分离纯化及其化学结构鉴定，探明松针脂溶性物质化学组成与种属及生长环境的关系；2) 关注针叶脂溶性物质所含抗逆性成分研究。通过对不同种属松针脂溶性物质化学组成比较研究，以期发现松针中存在的特有抗逆的化学成分；3) 提高对于针叶脂溶性物质对农作物低温抗性作用研究。研究松针脂溶性提取物对农作物生长及产量和品质的影响，开发植物生长促进剂。综上所述，松针资源的研究与利用对于开发植物生长促进剂、生物杀虫剂等生物制剂，促进松针资源的开发利用从传统的粗放型农业产业向现代的高效型生物医药产业转化，开拓松科植物针叶资源化学利用新领域具有重要的指导作用。