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裂叶荆芥花穗腺鳞代谢规律探究

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《植物科学学报》2016年第三期

摘要:

为揭示荆芥穗腺鳞在不同开花序列中数量性状及内含物的代谢规律,本实验通过对荆芥穗不同开花序列的萼片进行腺鳞密度及半径的测算,以腺鳞指数拟合评价其数量性状的动态变化;同时对不同开花序列腺鳞内含物中6种单萜类成分进行气相色谱检测与定量研究。结果显示:腺鳞的主要发生阶段为开花前期,并于开花期基本完成;荆芥穗开花后,腺鳞因受到外界因素的影响数量逐渐减少;以D10轮为界,腺鳞中对薄荷烷型单萜类成分的代谢过程存在明显的物候迭代规律,并致使胡薄荷酮在腺鳞内含物中蓄积。说明荆芥穗腺鳞于开花期基本完成其数量性状增长及内含物的合成,但薄荷酮、薄荷呋喃等化合物在开花后期仍处于旺盛代谢状态,并且其含量变化可直接造成荆芥穗药效性质的改变,因此D10轮可作为荆芥。穗的采收节点。

关键词:

荆芥穗;腺鳞;萜类代谢;气相色谱仪

荆芥穗为唇形科植物裂叶荆芥的干燥花穗,《中国药典》[1]记载荆芥穗具有解表散风、透疹、消疮的功效,主治感冒、头痛、麻疹、风疹、疮疡初起。曾南等[2]和李军晖[3]研究表明,挥发油成分是荆芥穗的功效物质基础,且主要储存于腺鳞中,故腺鳞的数量及内含物成分的变化对荆芥穗品质具有重要影响。笔者前期研究发现,荆芥穗中的腺鳞主要分布在花萼片上。腺毛是指植物中能分泌挥发油、树脂、黏液等物质的毛茸,由单细胞或多细胞构成,其中含有多个分泌细胞并成辐射状排列者为腺鳞[4]。腺毛广泛存在于唇形科、茄科、菊科等植物中[5,6],主要具有抵抗外界胁迫的作用,如干旱、紫外线、生物胁迫等。因此,腺毛内含物常具有多种生物活性,并已受到众多学者的关注[7-9]。裂叶荆芥为无限花序,并且开花过程有着较为严格的规律,即底花先开,顶花后开,故荆芥穗萼片的垂直空间顺序,亦是其开花的物候顺序。开花作为植物重要的物候期过程,对于花穗类药材的品质有着重要影响,故本实验以腺鳞为维度,以期探究开花过程中腺鳞的代谢规律及其对荆芥穗药材品质的影响。

1仪器与材料

1.1植物材料及处理2015年8月1日从江苏省南京市南京中医大学药苑采集10个荆芥穗,经吴啟南教授鉴定为唇形科植物裂叶荆芥的花穗。将新鲜裂叶荆芥花穗用清水洗净,并依据开花序列进行标记与区划(图1),然后自然干燥、避光保存。

1.2仪器和试剂气相色谱仪(美国安捷伦公司);体视显微镜(德国蔡司公司);全自动快速研磨仪(上海净信实业发展有限公司);微型漩涡混悬器(上海振苯科学仪器有限公司);超声波提取设备(昆山禾创超声仪器有限公司);实验室级超纯水器(南京易普易达科技发展有限公司)。

2实验方法

2.1腺鳞数量性状研究

2.1.1荆芥穗萼片采集与区划

2.1.2腺鳞密度与萼片直径的测算

2.2腺鳞内含物代谢规律研究

2.2.1标准品溶液制备

2.2.2供试品溶液制备

2.2.3气相色谱检测条件

2.2.4标准曲线绘制

2.2.5方法学考察

3结果与分析

3.1腺鳞数量性状研究

荆芥穗萼片上腺鳞的数量是评价荆芥穗萼片中含有挥发油总量的直观指标,但在实验操作中很难保证荆芥穗萼片的完整性,从而造成统计偏差,故以下列公式对腺鳞总数进行模拟。为更好的反映腺鳞的数量性状,对荆芥穗各开花序列下腺鳞指数E的变化情况进行分析发现(图3),腺鳞指数E随着开花进程于0轮达到最大,之后逐渐缓慢减小。开花序列腺鳞内含物中,各目标峰与其他杂质峰分离度良好。说明设定的气相色谱检测条件可满足本实验要求。

3.2腺鳞内含物代谢规律的定量研究

3.2.1气相色谱检测条件

3.2.2标准曲线绘制及方法

学考察由各标准品线性回归方程(表1)可见,各标准品浓度在线性范围内与气相色谱峰面积的线性关系良好,相关系数大于0.9990;定量与检测限、精密度及稳定性检测结果显示(表2),各化合物含量的RSD值均小于3%。说明本实验建立的同时测定腺鳞中6种萜类的方法具有良好的系统适用性。

3.2.3腺鳞内含物代谢规律定量分析

3.2.3.1腺鳞挥发油中主要萜类物质总含量

3.2.3.2对薄荷烷型单萜

3.2.3.3其他烯萜类化合物对荆芥穗不同开花序列

3.2.3.4六种萜类化合物含量的主成分分析

结果显示(表3)前3个因子的特征值大于1,累计方差贡献率为89.239%,说明前3个因子可以反映腺鳞内含物中6种萜类成分含量的总体情况,故提取这3个因子为主成分。呋喃与薄荷酮也相对集中,说明这两组成分在不同开花序列腺鳞中的含量变化趋势相对一致;而柠檬烯与其他5种萜类成分在载荷图中的离散程度较高,表明柠檬烯与其他萜类成分的代谢途径可能不同。

4讨论

4.1腺鳞数量性状

腺鳞的数量性状于开花前期至开花期阶段变化最为显著,且此物候过程中荆芥穗萼片半径增加明显,而腺鳞密度相对减少;腺鳞指数E亦有增加,并于0轮达到峰值。说明开花前期是腺鳞自然增长的主要阶段,并于0轮时已基本完成;0轮后腺鳞指数逐渐下降,这可能是腺鳞受到风、雨水、昆虫等多种环境因素的影响而导致其数量下降。

4.2腺鳞内含物代谢规律

在开花过程中,腺鳞挥发油中主要萜类物质的总含量呈持续上升趋势,但其主要形成时期为开花前期。其中,对薄荷烷型单萜类成分的代谢过程存在明显的物候迭代规律,即D10轮前腺鳞主要以d-柠檬烯作为反应底物并经多步合成为胡薄荷酮,D10轮后腺鳞中胡薄荷酮逐步转化为dl-薄荷酮与薄荷呋喃等下游产物。胡薄荷酮与dl-薄荷酮被认为是荆芥穗发挥抗炎作用的药效成分之一,故二者的积累对荆芥穗药性的形成具有重要作用,但薄荷呋喃存在较明显的肝毒性,入药时需要限量控制[12-14]。故若以D10轮作为荆芥穗采收的节点,即开花至D10轮时进行荆芥穗的采收,可在保证有效成分含量的同时,减少相关毒性化合物的生成。腺鳞分泌细胞合成的次生代谢产物可经胞吐作用储存于分泌细胞与外层角质层之间,并且不再进入分泌细胞参与代谢[15,16]。由于腺鳞分泌的胡薄荷酮与其下游产物之间存在空间与时间上的错位阻隔,致使腺鳞中胡薄荷酮大量蓄积。胡薄荷酮是多种萜类物质合成的中间体,其在荆芥穗中的单一积累表明相比薄荷(MenthahaplocalyxBriq.)等其他唇形科植物,裂叶荆芥拥有更加简单的萜类合成背景,并且具有高效靶向合成某种单一萜类物质的潜力,同时也是优良的基因工程改造对象。

综上分析,腺鳞内含物的合成及其数量性状的增长阶段主要为开花前期至开花期;以D10轮为界,腺鳞内含物中对薄荷烷型单萜类成分的代谢过程存在明显的物候迭代规律;以D10轮作为荆芥穗的采收节点,可在较大程度上保证荆芥穗的有效性和安全性。

参考文献:

[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典:一部[M].北京:中国医药科技出版社,2015.

[2]曾南,沈映君,刘旭光,李军晖.荆芥挥发油抗炎作用研究[J].中药药理与临床,1998,14(6):24-26.

[3]李军晖.荆芥挥发油对炎症介质白三烯拮抗作用的研究[D].成都:成都中医药大学,2004.

[4]张彦文,周浓.植物学[M].武汉:华中科技大学出版社,2014.

[5]镇兰萍,杨俊,俞年军.安徽野生菊属植物叶下表面特征的研究[J].植物科学学报,2013,31(1):99-106.

[6]陆畅,王芳,张小平.不同地区青檀叶片的解剖及表皮特征的比较研究[J].植物科学学报,2012,30(4):337-351.

[7]何婷,汤奇,曾南,苟玲,刘金伟,杨靖,于柳,王哲,龚锡平.荆芥挥发油及其主要成分抗流感病毒作用与机制研究[J].中国中药杂志,2013,38(11):1772-1777.

作者:蒋征 王红 张小龙 乐巍 戴仕林 吴啟南 单位:南京中医药大学药学院 江苏省中药资源产业化过程协同创新中心 中药资源产业化与方剂创新药物国家地方联合工程研究中心

植物科学学报责任编辑:杨雪    阅读:人次
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