中国特有植物地涌金莲的化学成分及应用价值研究进展

唐 靓，李丕睿，冯博雅，赵万里，陈 雨*

(1.南京林业大学化学工程学院，江苏南京 210037；2.江苏省中国科学院植物研究所(南京中山植物园)江苏省中药材生态种植与高值化利用工程研究中心，江苏南京 210014)

地涌金莲[Musellalasiocarpa(Fr.)C.Y.Wu ex H.W.Li]是芭蕉科(Musaceae)地涌金莲属大型丛生草本植物，是地涌金莲属植物唯一成员，别名地涌莲、千叶佛莲、矮芭蕉等[1]。地涌金莲原产我国云南和四川等西南地区，是我国特有植物，现已驯化成为热带和亚热带花卉。其花除具有观赏价值外，还可入药，具有收敛止血作用，民间用于治疗白带、红崩及大肠下血；茎汁可用于解酒及草乌中毒[2]。此外，地涌金莲的假茎可作饲料，具有饲用价值[3]；其根系发达，可涵养水分，防止水土流失，具有生态价值[4]，可见地涌金莲有着广阔的开发利用前景。

前期，对地涌金莲的研究多侧重于种群遗传多样性[5-7]、组培快繁技术[8-11]、园艺观赏价值[12]、引种栽培技术[13]以及保护生物学[14]等方面。近年来，地涌金莲的化学成分及其药理活性也逐渐受到关注。已有研究表明，该植物主要含二芳基庚烷类、phenylphenalenone类、甾醇类和长链脂肪类等化学成分，其中phenylphenalenone类化合物是香蕉的植保素。现代药理学研究表明，地涌金莲化学成分具有抗氧化、抗菌和抗肿瘤等药理活性。为进一步深入挖掘其资源价值，该研究从生物学特征、地理分布、化学成分、药用价值和观赏价值等方面，对地涌金莲的研究进展进行了系统梳理，并提出了开发利用展望，以期为地涌金莲的资源保护和合理开发利用提供参考。

1 生物学特征

地涌金莲植株较矮小，地上部分的叶鞘层层包围重叠，螺旋状排列，称为假茎，假茎粗壮，高约1.0～1.5 m；叶片呈浓绿色，形似芭蕉叶；最具观赏性的苞片一般为金黄色，极少数为橙红色[15]。地涌金莲因其先花后叶，于早春开花时忽从地下涌冒而出，悄然绽放，故谓之“地涌金莲”。地涌金莲为雌雄同株植物，雌、雄花着生于同一花序上，花序下部的花为两性花或雌花，每苞片内一般有3朵花，少数为2～4朵花，极少数只有1朵花；上部的花为雄花，每苞片内一般有4朵花，少数为2～3或5～6朵花，极少数只有1朵花[15]。它的花期长达8～10个月，开花后假茎逐渐枯萎而死。所结果实为浆果，三棱状卵形，外被黑褐色硬毛，内具多粒扁球形种子，种子颜色多为褐色或黑褐色[16]。

2 地理分布

野生地涌金莲现主要分布于云南省西北部和中部以及四川省南部金沙江流域，生长在海拔1 600～2 200 m的悬崖峭壁[17]。2019年Ma等[17]报道了地涌金莲的生长起源，在中国西南地区的悬崖生境中发现了9个野生地涌金莲种群。通过对3个叶绿体DNA片段(psbA-trnH、trnL-F和rpl16)进行系统发育分析，揭示了目前野生地涌金莲种群的分布格局及其传播途径的影响因素，推断地涌金莲野生种群的起源在金沙江的丽江一带，靠近延边、攀枝花。造成这种情况的原因可能与青藏高原的隆起、横断山的造山运动以及古地中海的西退有关。古红河的改道和河流对其支流的截流是导致地涌金莲野生种群生境破碎化的主要因素。

3 地涌金莲化学成分

地涌金莲的化学成分含有二芳基庚酮类、脂肪类、甾醇类以及其他化合物，主要活性成分为二芳基庚酮类化合物。

3.1 二芳基庚酮类地涌金莲中二芳基庚酮类化合物主要包括：phenylphenalenone类、acenaphthone类、musellarines类以及线性二芳基庚烷类化合物。该植物中二芳基庚酮类化合物结构类型丰富，是研究二芳基庚烷类成分之间生源关系的理想植物对象。

3.1.1Phenylphenalenones类。苯基非那烯酮(phenylphenalenones)类化合物是一类源自苯丙氨酸合成途径的稠环二芳基庚烷类天然产物，目前仅发现于单子叶植物纲芭蕉科(Musaceae)、血皮草科(Haemodoraceae)、旅人蕉科(Strelitziaceae)和雨久花科(Pontederiaceae)植物中[18]。该类化合物是一种酚类代谢物，由一个含酮基团的三环非那烯酮和一个侧苯环组成。根据它们的结构差异，又可分为四大类：phenylphenalenones(PhPN)、oxabenzochrysenones(OBCN)、phenylbenzoisochromenones(PBIC)和phenylbenzoisoquinolinediones(PBIQ)[19]。它们之间的生源关系如图1所示，是由苯丙氨酸和甲酸合成二芳基庚烷中间体，二芳基庚烷发生[4+2]环化形成PhPN母核，PhPN进一步氧化可形成OBCN、PBIC和PBIQ类化合物。目前，从地涌金莲植物中得到的phenylphenalenones类化合物均为PhPN类化合物。

图1 PhPN、OBCN、PBIC和PBIQ的生源关系Fig.1 Biosynthetic relationships of PhPN，OBCN，PBIC，and PBIQ

2001年，杨维力等[20]从地涌金莲全草中首次分离和鉴定出4个PhPN类化合物，分别是2-hydroxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(1)、2-methoxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(2)、2-hydroxy-9-phenyl-phenalen-1-one(3)、2-methoxy-9-phenyl-phenalen-1-one(4)。2006年，Qin等[21]从地涌金莲的地上部分分离得到了2-methoxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(2)。2011年，Dong等[22]从地涌金莲植物中首次分离得到2个新的phenylphenalenone类化合物2-methoxy-9-(3′，4′-dihydroxyphenyl)-1H-phenalen-1-one(6)和2-methoxy-9-(3′-methoxy-4′-hydroxyphenyl)-1H-phenalen-1-one(7)。

3.1.2acenaphthone类。Dong等[22]从地涌金莲的地上部分分离出了acenaphthone类化合物，这是从地涌金莲植物中获得的新的acenaphtylene衍生物(10)。

3.1.3musellarins类。Dong等[22]从地涌金莲的地上部分还分离出了5个双环二芳基庚烷类化合物(11～15)。2014年，Li等[23]通过Achmatowicz 重排、Kishi 还原和 Friedel-Crafts 环化反应构建三环骨架，在合成的最后阶段中芳基重氮盐经 Heck 偶联反应将芳基以 2，6-反式方式引入二氢吡喃等关键合成步骤用 15～16 步反应实现了musellarin A～C(11～13)的非对映选择性全合成。2015年，付蕾等[24]还从青龙衣抗肿瘤活性部位分离得到环状二芳基庚烷类化合物枫杨素，并在此基础上进行了其首次全合成，作者将目标化合物拆分成Ar1-C4和Ar2-C32个片段，先通过羟醛缩合反应构建C7骨架，然后氢化还原，再经过威廉森合成法合成环二苯醚，最后在酸性条件下脱保护得到目标化合物。目前，从地涌金莲植物中分离得到的二芳基庚酮类化合物共17个(1～17)(图2)，具体化合物名称如表1所示。

3.2 脂肪类从地涌金莲分离和鉴定出的化合物中，除二芳基庚酮类化合物以外，还包括脂肪类化合物(18～36)，它们大多为长链饱和脂肪酸，如硬脂酸[25]、二十二、二十四、二十六、二十八、三十碳酸等长链饱和脂肪酸[20]，少数为不饱和脂肪酸[26]以及烷烃类化合物[21，25]，2021年，Li等[26]通过GC-MS分析技术，从地涌金莲乙酸乙酯部分中鉴定出了一些脂肪类化合物，如图3、表2所示。

3.3 甾醇类地涌金莲的化学成分中，除了phenylphenalenone类、脂肪类化合物以外，还包括植物甾醇[20，25]和糖苷[20-21，25](37～41)，如图4、表3所示。

3.4 其他化合物地涌金莲的化学成分除了上述主要成分以外，还含有黄酮类、苯丙素类、含氮化合物[18]以及酚酸[23]等化合物(42～55)。2006年Qin等[21]从地涌金莲的地上部分首次分离出一个新的内酯化合物并取名musellactone(49)。2021年Li等[23]采用不同极性溶剂制备地涌金莲不同极性的粗提物，根据对其进行抗氧化性能和酶抑制活性试验的结果，选择化学成分含量和生物活性较高的乙酸乙酯部位进行HPLC-MS/MS分析，从中分离得到多个黄酮类化合物，如图5、表4所示。

图2 二芳基庚酮类化合物(1～17)结构式Fig.2 Structures of diaryl heptanones(1-17)

表1 从地涌金莲中分离鉴定的二芳基庚酮类化合物(1～17)Table 1 Identified diaryl heptanones(1-17)from Musella lasiocarpa

图3 脂肪类化合物(18～36)结构式Fig.3 Structures of fats(18-36)

4 地涌金莲应用价值

4.1 药用价值

4.1.1止血、消炎。夏季时采集地涌金莲的花瓣，晒干入药，可收敛止血，亦能治疗白带、红崩以及大肠下血。地涌金莲不仅花瓣可以止血固脱，其茎的汁液也具有多种药效。如治疗慢性气管炎、止咳、祛痰和平喘等，也可内服用于醒酒以及解草乌之毒[2]。此外，研究表明地涌金莲的化学成分有利尿作用，对降低胆固醇、治疗高血脂和抗动脉粥样硬化也具有显著疗效，还有研究发现其可治疗宫颈癌和皮肤溃疡[27]。

表2 从地涌金莲中分离鉴定的长链脂肪酸类化合物(18～36)Table 2 Identified long chain fatty acids(18-36)from Musella lasiocarpa

图4 甾醇类化合物(37～41)结构式Fig.4 Structures of sterols(37-41)

表3 从地涌金莲中分离鉴定的甾醇类化合物(37～41)Table 3 Identified sterols(37-41)from Musella lasiocarpa

4.1.2抗菌作用。2001年，杨维力等[20]以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌、白色假丝酵母和黑曲霉作指示菌进行了抗菌活性测试，结果表明：2-hydroxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(1)对蜡状芽孢杆菌的生长具有抑制作用。2006年，Qin等[21]采用平板稀释法测定化合物 musellactone(49)和2-methoxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(2)在0.2 mg/mL浓度下对大肠杆菌、铜绿假单胞菌、大芽孢杆菌、藤黄八叠球菌和枯草芽孢杆菌的抑菌活性，结果表明：化合物musellactone(49)和2-methoxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(2)对藤黄八叠球菌都有抑制作用，musellactone(49)对芽孢杆菌有抑制作用，而2-methoxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(2)对大肠杆菌有一定的抑制作用。

4.1.3抗肿瘤作用。2006年Qin等[21]还测定了化合物 6，7-isoquinolinediol，1，2，3，4-tetrahydro-1，2-dimethyl(52)对KB(人口腔表皮癌)、HL-60(急性白血病)和 BEL-7404(肝细胞癌)3种人类癌细胞的抑制作用，当IC50值低于10 μg/mL时，可判断该化合物对3种人类癌细胞有抑制作用，结果发现化合物52对KB的IC50值为5.2 μg/mL，对HL-60的IC50值为1.9 μg/mL，对BEL-7404的IC50值为8～10 μg/mL，说明化合物52对这3种人类癌细胞均有抑制作用。

2011年Dong等[22]采用MTT法对5种人类肿瘤细胞系(HL-60、SMMC-7721、A-549、MCF-7和SW480)进行细胞毒活性评价，结果发现：2-hydroxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(1)、2-hydroxy-9-(3′，4′-dihydroxyphenyl)-1H-phenalen-1-one(5)、2-methoxy-9-(3′-methoxy-4′-hydroxyphenyl)-1H-phenalen-1-one(7)、2-hydroxy-4-(4′-methoxyphenyl)-1H-phenalen-1-one(9)、musellarin B(12)和(4E，6E)-1，7-bis(4-hydroxyphenyl)-hepta-4，6-dien-3-one(16)这6个化合物具有细胞毒活性，其中新化合物2-methoxy-9-(3′，4′-dihydroxyphenyl)-1H-phenalen-1-one(6)对5种人类肿瘤细胞系的细胞毒活性最强，IC50值分别为5.8、10.3、6.3、3.3和2.3 μmol/L。musellarin A(11)对Hepa1c1c7细胞具有显著的醌还原酶活性，而mesellarin C～E(13～15)的生物活性尚未报道[23]。在地涌金莲植株中，除了PhPN类化合物具有抗肿瘤活性，脂肪酸也具有多种生物活性，例如超过70%的不饱和脂肪酸对癌症和降低冠心病具有一定的作用[28]。

4.1.4抗氧化。2021年Li等[26]采用不同极性溶剂对地涌金莲进行萃取，得到不同极性组分(石油醚、乙酸乙酯、正丁醇和水部位)以及甲醇粗提物，对其进行总抗氧化能力测试，α-葡萄糖苷酶、乙酰胆碱酯酶和黄嘌呤氧化酶抑制活性测试，并利用HPLC-MS/MS和GC-MS技术对生物活性最好的部位进行了分析和鉴定，结果表明：在所有组分中，乙酸乙酯部位表现出最强的DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力和α-葡萄糖苷酶抑制能力，IC50值分别为22.17、12.10和125.66 μg/mL，对于乙酰胆碱酯酶和黄嘌呤氧化酶抑制能力，水部位和甲醇粗提物分别表现出最强的活性，IC50值分别为(10.11±1.38)和(5.23±0.35)μg/mL，表明地涌金莲可视为一种优秀的天然抗氧化剂来源。2021年刘晓雪等[29]以地涌金莲汁为原料，采用ABTS法和DPPH法分析不同浓度地涌金莲的抗氧化活性，并在Hep-G2细胞水平上建立乙醇和四氯化碳氧化损伤模型，分析其发酵液的抗氧化活性以及对细胞受损模型的保护作用，结果表明：地涌金莲发酵液对ABTS和DPPH自由基皆有一定的清除能力，能在一定程度上减少乙醇和四氯化碳对Hep-G2细胞的氧化损伤作用，表明地涌金莲具有一定的保健食品价值。研究报道，化合物catechin(53)具有一定的α-葡萄糖苷酶抑制活性和自由基清除能力[30]。

4.2 植保素PhPN类化合物是地涌金莲的主要活性成分之一，该类化合物具有多种生物活性，比如抗菌活性和抗肿瘤活性。从目前报道中了解，芭蕉科芭蕉属植物主要化学成分为酚性成分且也主要是PhPN类化合物[31]，芭蕉属植物芭蕉与地涌金莲植株有着相同的药理作用，作为民间草药，全株均可入药，有清热解毒、止咳化痰以及利尿等功效[32]。此外，作为香蕉和野生香蕉自身产生的防御性成分，PhPN类化合物在抵御病原微生物(香蕉叶斑病菌、香蕉枯萎病菌)[33]，线虫(香蕉穿孔线虫)[34]、害虫(香蕉象鼻虫、香蕉蚜虫)[35]侵袭时发挥了重要作用，是香蕉重要的诱导型植保素(phytoalexin)和组成型植保素(phytoanticipin)[36]。香蕉是芭蕉科芭蕉属植物，也是我国南方重要的经济作物之一。因此，对该类化合物的研究不仅有利于地涌金莲植物资源的保护和利用，对香蕉的抗病性育种也有一定价值。

4.3 食用价值地涌金莲是彝族人民的传统美食，夏天，彝族人取其鲜嫩的假茎，去除叶鞘，取最中心的部位，当地人称之为“芭蕉心”，与肉丝或肉片爆炒，或者与牛羊肉等炖煮熬成汤，做成一道美味的菜肴；地涌金莲的假茎部位富含粗纤维，食之可帮助人们消化、通便，同时还具有减脂、美容等功效。冬季地涌金莲处于盛花期，可采集其花做汤或凉拌做成凉菜等[37]，此外，地涌金莲的花瓣还可做蜜饯，味道十分美味。地涌金莲不仅可以用来做成美味佳肴，也是云南地区十分重要的饲料植物。云南彝族自治州的人们将地涌金莲栽至房前屋后，取其全株用作猪饲料，发现以地涌金莲饲养的牲口生长快且肉质肥美[3，38]。

图5 其他化合物(42～55)结构式Fig.5 Structures of other compounds(42-55)

表4 从地涌金莲中分离鉴定的其他类型化合物(42～55)Table 4 Identified other compounds(42-55)from Musella lasiocarpa

4.4 观赏价值我国幅员辽阔，拥有得天独厚的气候条件，野生花卉种类繁多，享有“花卉之国”之称。地涌金莲的花一般为黄色，极少数为橙红色，苞片鲜艳有光泽，花期较长，能保持很长时间不枯萎，绽放期宛如一朵盛开的莲花，景观奇美，具有很高的观赏价值[39-40]。

4.5 生态价值地涌金莲是云南地区综合治理水土保持措施中的首选植物，其易种植、易管理、成本低且一次种植，可永续利用，能与多数植物共生，是生态环境建设中的主要植物品种。地涌金莲是多年生草本植物，丛状生长，且株繁叶大，对地面覆盖广，因此具有很高的防风固土、涵养水分、防止水土流失的作用以及保护和促进农业生物多样性[4，41]。

5 展望

综上所述，地涌金莲中含有二芳基庚酮类、脂肪酸类、酯类、甾醇类等多种化合物，具有止血、消炎、抗菌、抗肿瘤等活性，可用于治疗高血脂、宫颈癌和皮肤溃疡等病症。但是目前对地涌金莲全草或地上部分的研究报道相对较多，对其花、果皮、种子等部位的化学成分研究报道较少，且对其活性成分和药理作用的报道也较少，需要重视地涌金莲中天然产物的提取分离、纯化和鉴定工作，明确其各个部位的活性成分和各自功效。同时，对于其具有抗肿瘤功效的成分，应进一步展开深入研究，探索其作用靶点和作用机制。

作为我国特有的草本植物，地涌金莲具有其独特的分类地位，在芭蕉科的系统进化研究中具有很高的科研价值。近年来对地涌金莲的研究主要围绕其种群遗传多样性、快速繁殖技术、药用化学成分分析、自然分布以及栽培种植技术和园林观赏利用等方面，可供参考的解析地涌金莲系统进化研究的文献资料还不够充足。此外，研究表明地涌金莲的phenylphenalenones类化学成分是其近缘种属植物香蕉和野生香蕉的植保素，用于应对病原攻击或胁迫。因此，地涌金莲此类化学成分的深入研究将对香蕉的抗病性育种有积极的参考意义。

总之，应该充分利用现代科学技术对其含有药用价值的化学成分进行分离、鉴定，运用新型药理模型探索其药理机制，为地涌金莲的资源保护和合理开发利用提供参考，使地涌金莲这一中国特有的种质资源发挥出更大的价值。