短周期叶用林模式下不同杜仲无性系枝皮化学成分分析- 大数跨境

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短周期叶用林模式下不同杜仲无性系枝皮化学成分分析

天然产物研究与开发

2022-12-13

导读：本文探究短周期叶用林模式下不同杜仲无性系枝皮的化学成分及含量特征。

孟益德1,2,3 王琦1,2,3 刘攀峰1,2,3 杜红岩1,2,3 杜庆鑫1,2,3*

1 中国林业科学研究院经济林研究所

2 经济林种质创新与利用国家林业和草原局重点实验室

3 国家林业草原杜仲工程技术研究中心

前言

杜仲(Eucommia ulmoide Oliv.)，是第四纪冰川侵袭后留存于我国的单种属孑遗树种，也是我国重要的林源药用树种，自古以取皮入药而著称。杜仲皮富含木脂素类、环烯醚萜类、苯丙素类、黄酮等化合物，例如，京尼平苷酸具有降血压和调节血压的功效，京尼平苷具有抗肿瘤活性和抗补体性，桃叶珊瑚苷具有较强的镇痛、抗菌消炎作用。而木脂素类松脂醇二葡萄糖苷则是杜仲皮中已知的、具有降血压功效的活性成分，因此，杜仲皮作为中药在医疗保健等方面起着十分重要的作用。

随着杜仲全树综合开发利用理念的提出，杜仲的栽培模式也由传统的药用栽培模式发展至果用杜仲栽培模式、雄花用栽培模式、材药兼用栽培模式以及叶用栽培模式等多种经营模式。杜仲叶用林栽培模式利用杜仲萌芽能力强的特性，使经营周期缩短，极大提高了杜仲叶、皮的产量和质量，经济效益显著。有研究对传统乔林和叶用林模式杜仲叶中化学成分进行了比较分析，发现次生代谢物可有效区分乔林与叶林。此外，叶用林相较于乔林模式的杜仲叶及皮中绿原酸含量更高，确定了叶用林栽培为最佳栽培模式。另有研究认为施用外源激素可显著提高短周期叶林杜仲叶及皮的胶含量。但是对叶用林栽培模式下不同杜仲无性系间枝皮化学成分研究尚未开展，限制了叶用林栽培模式下枝皮资源开发利用。

顶空固相微萃取(HS-SPME)是一种集萃取、浓缩和解吸于一体的样品预处理技术，该方法操作简便、用样量少、无繁杂的前处理过程，同时可以避免样品中不稳定成分的氧化和分解。近年来与气相质谱(GC-MS)相结合，已被广泛应用于植物挥发性成分的研究。研究表明，很多挥发性物质成分不仅可直接抗虫、入药，或作为有机合成的先导成分，而且又是植物各代谢途径的重要中间体，对分析植物代谢网络和研究植物自身防御反应等具有一定的指导作用。傅里叶变换红外光谱(FTTR)也是质量评价中常用的分析方法，可对样品进行整体上定性分析，具有快速、准确、无损的特点。因此，本研究采用高效液相色谱法(HPLC)对短周期叶用林栽培模式下8个杜仲无性系枝皮7种主要活性成分的含量进行测定，结合顶空固相微萃取-气质联用(HS-SPME-GC-MS)技术分析其挥发性成分，找出不同无性系杜仲枝皮中差异性挥发物质，并利用红外光谱进行比较分析。初步判定各无性系的化学特征，以期为杜仲短周期叶用林模式下枝皮的质量控制、定向培育以及资源开发利用提供科学依据。

代表性结果

讨论与结论

本研究采用HPLC和HP-SPME-GC-MS对短周期叶用林模式下不同杜仲无性系枝皮的化学成分进行了定量检测分析，同时利用红外光谱进行了比较，提取出了8个无性系枝皮的指纹图谱，初步分析了化学成分和红外图谱的关系。发现8个杜仲无性系枝皮中各化学成分之间存在差异，7种主要活性成分中环烯醚萜类物质桃叶珊瑚苷、京尼平苷酸和京尼平苷在不同杜仲无性系枝皮中含量均较高，环烯醚萜类具有多种生物活性，因此，可对叶林模式下不同杜仲无性系枝皮中环烯醚萜类成分加以利用。Zhang等发现杜仲枝皮中松脂醇二葡萄糖苷含量随树龄的增加呈而增加，故松脂醇二葡萄糖苷在老皮中含量高，新皮中含量较低。叶用林杜仲皮中标志性化合物松脂醇二葡萄糖苷平均含量相对较低，仅无性系EU1、EU4、EU7中含量大于0.1%，符合2020版中药药典的要求，所以将松脂醇二葡萄糖苷作为药用质量指标时应选择这3个无性系杜仲枝皮加以利用。

植物特异性挥发性物质在植物信息的传递过程中起着重要的信号作用。本研究利用植物代谢组学的策略，研究杜仲枝皮释放挥发性物质的种类和数量，植物代谢组所得数据需对所得数据进行峰对齐、切割、滤噪等预处理，因此选择了MS-DIAL软件对多个样本质谱峰进行特征峰匹配、对齐以及提取，结合数据库共检测出酯类、醇类、醛类、萜类、酮类、内酯、烯类7大类70种挥发物质成分。吴婷婷等发现在茶树单作和花生+茶树间作模式中，醛类和脂类化合物是茶树总挥发物的主要组成部分，主要起着趋避害虫和引诱天敌的作用。醇、醛、酯类是不同杜仲无性系枝皮的主要挥发化合物，可能在趋避植食性昆虫防御中发挥着主要作用，有待进一步研究。异植物醇是由四个异戊二烯分子首尾相接而构成的双萜类的二十碳不饱和烯叔醇，是生产维生素E的主要原料，萜类物质异植物醇在无性系 EU2、EU5以及EU8中相对含量均最高，且存在四氢香叶醇、乙基芳樟醇、橙花醇和葎草烯等萜烯类挥发物，具有抗炎、抑菌和抗肿瘤等药理，这对于杜仲枝皮进一步药用价值开发有一定的指导意义。

监督方法是用来探索完全未知数据特征的方法，根据样本特性对原始数据信息进行分类，将具有相似特征的目标数据归在同源的类中，并使用相应的可视化技术直观地表达出来，目前常见的无监督方法有聚类分析和主成分分析等。本文利用UPLC测定数据进行聚类，将杜仲8个无性系分为3个组别，主成分分析提取出3个主成分，其中在第一维度上环烯醚萜类物质京尼平苷酸、京尼平苷、桃叶珊瑚苷贡献最大。并通过PLS-DA模型对杜仲枝皮挥发物质成分在不同无性系之间的差异作进一步分析，筛选出22种挥发性物质可将其作为差异挥发成分，主要为酯类挥发性成分。桃叶珊瑚苷、京尼平苷酸等环烯醚萜类物质是叶用林杜仲枝皮中主要次生代谢物质，且其合成前体是香叶醇等单萜类物质，因此，下一步可以考虑利用GC-MS技术进行杜仲枝皮萜烯类挥发物的靶向代谢组分析。此外，杜仲在幼年期均表现为相同的树皮特征，颜色呈青灰色，不开裂，皮孔显著，没有可以识别的形态特征，后期可将傅里叶变换红外光谱技术应用于叶用林模式下不同无性系杜仲皮的快速区分。该研究成果发表在《天然产物研究与开发》2022年第11期，欢迎引用(点击左下方“阅读原文”可查看全文)。

引用格式：孟益德,王琦,刘攀峰,等.短周期叶用林模式下不同杜仲无性系枝皮化学成分分析[J].天然产物研究与开发,2022,34:1871-1882. Meng YD,Wang Q,Liu PF,et al.Analysis on chemical constituents of branch bark of different Eucommia ulmoidesclones under short-period foliar forest mode[J].Nat Prod Res Dev,2022,34:1871-1882.