全 文 ：第 30卷　第 1期 西北农林科技大学学报 (自然科学版 ) Vol. 30 No. 1
2002年 2月 Jour. of No rthw est Sci-Tech Univ . o f Ag ri. a nd Fo r. ( Na t. Sci. Ed. ) Feb. 2002
几种矿质元素对杜仲叶次生代谢物的影响初探
张　檀 ,白明生* ,刘　丽* ,马希汉 ,司守霞*
(西北农林科技大学 林学院 ,陕西杨陵 712100)
　　 [摘　要 ]　通过对同一立地条件下生长的 40个杜仲无性系叶中次生代谢物 (有效成分 )及吸收的 6种矿质元
素的测定 ,初步研究了矿质元素主动吸收的差异性及其与次生代谢物含量的关系。结果发现 ,不同个体对矿质元素
的吸收差异极显著 ,从而说明个体生长发育特性 (遗传因素 )是调控树木吸收矿质元素的重要因素 ;对 6种矿质元
素与次生代谢物含量的通径分析结果显示 ,镁 ( Mg )对杜仲叶中 6种次生代谢物的合成和积累有一定的促进作用 ,
而锰 ( Mn)则有负影响作用。
[关键词 ]　杜仲叶 ;次生代谢物 ;矿质元素
[中图分类号 ]　 S794. 901; S759. 3　　　 [文献标识码 ]　 A [文章编号 ]1000-2782( 2002) 01-0119-04
　　杜仲 (Eucommia ulmoides Oliv. )是我国特有的
经济林树种 ,属国家二类珍稀濒危保护植物。杜仲既
是传统的上等药材 ,又是提取橡胶的工业原料和主
要的水土保持树种。杜仲的化学成分很复杂 ,近几年
来 ,国内外研究认为绿原酸、京尼平甙酸、京尼平甙、
桃叶珊瑚甙、总黄酮等次生代谢物是杜仲叶中含量
较高的生物活性物质 ,杜仲胶是目前正在开发的天
然橡胶 [1 ]。因此 ,如何提高杜仲叶中上述次生代谢物
的含量 ,成为目前亟待解决的问题。有关药用植物中
矿质元素分析的研究很多 ,但深入探讨药用植物吸
收矿质元素的差异性及其与次生代谢物含量关系的
研究甚少 [2 ] ,特别是杜仲 ,未见有关报道。众所周知 ,
呼吸作用从糖酵解、三羧酸循环到电子传递与氧化
磷酸化 ,需要一系列矿质元素参加 ,尤其是 Mn, Zn,
Fe, Cu, Co起着十分重要的作用 [3 ]。 另外 , Mg作为
叶绿素分子的中心原子 ,是若干种酶的专一性活化
剂 ,而且在植物代谢中也起着重要的作用 [4 ]。为此 ,
作者在初步研究的基础上 [5, 6 ] ,测定了杜仲叶中以上
6种矿质元素 ,研究不同无性系对矿质元素吸收的
差异性 ,并与次生代谢物含量进行了相关分析 ,以期
为提高杜仲叶中次生代谢物的含量提供有效途径。
1　材料与方法
1. 1　试验材料
　　所用杜仲叶采自原西北林学院杜仲优树汇集
圃 ,为同一立地条件下生长的、同一树龄 ( 8年 )的 40
个杜仲无性系 (从四川、湖南、贵州、陕西等省选择的
优良单株 ,采用根段无性繁殖方法建立的优树汇集
圃 ) ,每一个无性系中 ,随机抽取 2株 , 1997-06-15在
树体同一部位 (树冠中部 )的东南西北 4个方向分别
采集叶片 ,杀青 (采下叶片后 ,立即在烘箱内恒温 95
℃烘 5 min) ,叶片自然风干后备用。
1. 2　次生代谢物含量分析方法
总黄酮的提取测定采用硝酸铝 -亚硝酸钠比色
法 [7 ] ;杜仲胶的提取测定采用改进的碱浸法 [ 8] ;绿原
酸、京尼平甙、京尼平甙酸及桃叶珊瑚甙的测定采用
反相高效液相色谱 ( HPLC)法 [9 ]。
色谱条件: 色谱柱为 NOVA-pak C18 ( 4μm, 3. 9
mm× 75 mm) ,流动相为甲醇—水—冰乙酸 (体积比
为 10∶ 90∶ 1) ,流速为 1 mL /min,检测波长 232
nm。
主要仪器为 754型紫外 -可见分光光度计 (上海
第三分析仪器厂制造 ) ; Waters高效液相色谱系统 ,
包括 486紫外检测器 , 510型泵 (美国 Milfo rd) ;
XW T-204型台式自动平衡记录仪 (上海大华仪表
厂 )。 主要试剂为桃叶珊瑚甙、京尼平甙和京尼平甙
酸 (和光纯药工业株式会社 ,日本 ) ,芦丁 (上海试剂
二厂 ) ,绿原酸 (德国进口 )。
矿质元素由西北农林科技大学中心实验室采用
原子吸收分光光度计 (日立 180-80型 )分析测定。
[收稿日期 ]　 2001-06-26
[基金项目 ]　陕西省科技研究重大项目 ( 97K04-G2)
[作者简介 ]　张　檀 ( 1957- ) ,女 ,河南延津人 ,副教授 ,主要从事经济林开发利用的教学和科研工作。
* 白明生现在宁夏大学 (银川 , 750000)工作 ;刘丽现在南京农业大学 (南京 , 210095)工作 ;司守霞现在河南省林业学校 (洛阳 , 471002)
工作。
DOI : 10. 13207 /j . cnki . jnwaf u. 2002. 01. 029
2　结果与分析
2. 1　不同地区和不同无性系叶中矿质元素含量分析
由表 1可见 ,不同地区间 ( F )或不同无性系间
(F′) ,杜仲叶中同一种矿质元素含量存在着显著或
极显著差异。由于本研究所测定个体的繁殖方法 (根
段繁殖 )、树龄、生长时期、生长地块及立地条件、经
营措施都相同 ,土壤有效态矿质元素也基本一致 ,故
可以认为 ,这种差异是由于他们来自不同的地理环
境引起的。在原地区多年的天然杂交、自然选择和人
工培育的过程中 ,形成了多个在形态、结构、生理生
化上具有稳定差异的类型 ,从而反映出个体生长发
育特性 (遗传因素 )不同 ,对矿质元素的吸收亦不同 ,
进而表现出各个无性系对矿质元素吸收的差异性。
由此可以说明 ,个体生长发育特性 (遗传因素 )是调
控植物吸收矿质元素的重要因素。
表 1　不同无性系 (叶中 )矿质元素的含量与分析
Table 1　 The contents of mine ral elemenents in the leaves of differ ent clones and sta tistical analy sis μg /g
无性系 Clones Cu Mg Zn Fe M n Co
黔 1 Qian 1 4. 615 2 375 10. 050 332. 5 66. 65 0. 695
黔 9 Qian 9 4. 365 2 545 15. 250 407. 5 70. 55 0. 415
黔 11 Qian 11 3. 775 3 075 14. 150 355. 5 105. 50 0. 535
黔 3 Qian 3 4. 485 2 815 13. 800 367. 5 48. 65 0. 225
黔 8 Qian 8 5. 855 2 555 56. 650 365. 0 64. 80 0. 470
湘 18 Xiang18 3. 750 3 405 32. 650 337. 5 60. 65 0. 475
湘 16 Xiang16 3. 775 2 125 9. 875 377. 5 40. 65 0. 520
湘 3 Xiang 3 6. 240 2 320 32. 000 331. 5 94. 15 0. 510
湘 15 Xiang 15 5. 390 2 140 36. 050 313. 0 51. 00 0. 320
湘 5 Xiang 5 8. 115 3 115 60. 250 434. 0 58. 15 0. 630
湘 11 Xiang 11 5. 510 3 065 39. 050 272. 5 34. 15 0. 465
略 50 Lu e 50 7. 130 2 315 23. 300 402. 5 129. 00 0. 815
略 51 Lu e 51 5. 275 3 290 17. 900 395. 5 100. 25 0. 325
略 9 Lu e 9 4. 615 3 065 20. 400 311. 5 49. 90 0. 775
略 24 Lu e 24 4. 365 2 415 15. 750 467. 5 80. 36 0. 730
略 14 Lu e 14 4. 240 2 915 68. 150 371. 0 94. 15 0. 355
略 49 Lu e 49 6. 365 3 055 20. 900 341. 0 151. 00 0. 155
略 1 Lu e 1 3. 140 3 140 10. 650 147. 5 111. 00 0. 135
略 43 Lu e 43 5. 365 3 925 17. 300 139. 0 165. 50 0. 180
略 41 Lu e 41 9. 615 1 890 11. 250 322. 5 69. 65 0. 260
略 10 Lu e 10 3. 500 2 855 14. 650 147. 5 35. 40 0. 145
略 25 Lu e 25 3. 115 3 140 18. 750 301. 5 131. 00 0. 470
略 27 Lu e 27 3. 250 2 950 16. 000 331. 5 80. 00 0. 310
略 23 Lu e 23 2. 890 2 455 20. 900 190. 0 58. 15 0. 140
略 0 Lu e 0 2. 640 3 075 14. 250 275. 0 113. 00 0. 175
略 11 Lu e 11 2. 250 2 990 50. 250 199. 0 75. 90 0. 145
略 28 Lu e 28 3. 390 3 955 20. 750 294. 0 102. 00 0. 375
略 2 Lu e 2 2. 615 2 115 20. 500 180. 0 56. 75 0. 215
略 8 Lu e 8 5. 140 3 315 23. 600 254. 0 159. 50 0. 155
略 45 Lu e 45 3. 240 2 415 13. 050 331. 5 51. 75 0. 145
略 39 Lu e 39 3. 630 2 940 28. 150 285. 0 83. 50 0. 160
略 33 Lu e 33 2. 390 2 125 17. 900 237. 5 53. 85 0. 140
略 16 Lu e 16 2. 640 1 990 24. 500 400. 0 114. 00 0. 165
略 7 Lu e 7 5. 140 2 890 32. 500 370. 0 142. 00 0. 185
略 3 Lu e 3 3. 500 2 155 12. 500 143. 0 93. 25 0. 140
灌 3 Guan 3 5. 515 2 815 23. 900 296. 0 92. 75 0. 455
灌 2 Guan 2 4. 390 2 315 15. 000 197. 5 37. 90 0. 125
灌 9 Guan 9 4. 740 3 315 23. 750 351. 0 71. 00 0. 280
灌 1 Guan 1 4. 390 3 515 26. 000 342. 5 170. 50 0. 315
灌 10 Guan 10 4. 390 2 675 20. 900 298. 5 70. 05 0. 230
F 2. 958* 2. 900* 2. 913* 3. 247* 2. 887* 2. 980*
F′ 60. 988* * 25. 088* * 173. 856* * 56. 081* * 151. 335* * 300. 000* *
　　注 ( Note): F 0. 05( 3, 36)= 2. 86,F 0. 01 ( 3, 36)= 4. 38; F′0. 01 ( 36, 40) = 2. 22, F′0. 05( 36, 40)= 1. 74.
2. 2　杜仲叶中次生代谢物含量与矿质元素的相关
分析
通径分析方法是数量遗传学中的重要数学方法
之一 ,已广泛应用于其他领域因果机理的分析中 ,通
径分析对决定因子的识别更加准确实际 ,故本研究
采用通径分析方法对杜仲叶中的矿质元素 (表 1)与
各次生代谢物含量 (表 2)的关系进行了分析。由表 2
可见 ,各地区 ( F )和各无性系 ( F′)间的次生代谢物
含量 ,均达到极显著差异。
120 西北农林科技大学学报 (自然科学版 ) 第 30卷
表 2　不同无性系 (叶中 )次生代谢物的含量与分析
Table 2　 Th e contents o f seconda ry metabolites in the leaves of diffe rent clones and statistical analysis mg /g
无性系
Clones
京尼平甙酸
Geniposidic
acid
绿原酸
Ch lorogenic
acid
京尼平甙
Geniposide
桃叶珊瑚甙
Aucubin
总黄酮
Flav onoid s
杜仲胶
Gut la-perch a
黔 1 Qian 1 0. 67 20. 12 0. 48 12. 28 15. 67 13. 0
黔 9 Qian 9 1. 82 28. 52 1. 09 26. 76 15. 23 20. 7
黔 11 Qian 11 0. 82 20. 61 0. 51 23. 03 22. 17 32. 0
黔 3 Qian 3 0. 73 16. 00 0. 45 17. 41 15. 93 32. 5
黔 8 Qian 8 0. 80 14. 33 0. 26 32. 95 16. 87 21. 0
湘 18 Xiang 18 1. 26 25. 71 0. 83 18. 19 14. 10 24. 9
湘 16 Xiang 16 0. 92 16. 52 0. 45 14. 09 13. 03 32. 8
湘 3 Xiang 3 1. 07 23. 47 0. 44 13. 01 23. 93 19. 9
湘 15 Xiang 15 1. 06 17. 73 0. 46 22. 85 11. 90 29. 9
湘 5 Xiang 5 1. 25 24. 64 0. 57 13. 35 17. 35 28. 7
湘 11 Xiang 11 0. 98 23. 06 0. 77 11. 62 27. 70 34. 7
略 50 Lu e 50 0. 61 13. 90 0. 39 12. 46 12. 37 24. 9
略 51 Lu e 51 1. 13 16. 00 0. 28 22. 44 9. 43 26. 9
略 9 Lu e 9 1. 63 32. 08 1. 20 19. 93 32. 20 12. 5
略 24 Lu e 24 0. 80 17. 97 0. 33 15. 56 15. 97 24. 9
略 14 Lu e 14 1. 07 22. 34 0. 41 16. 75 22. 37 30. 6
略 49 Lu e 49 0. 46 12. 74 0. 38 10. 79 10. 23 13. 4
略 1 Lu e 1 0. 92 40. 74 0. 52 39. 82 36. 63 35. 7
略 43 Lu e 43 0. 64 13. 10 0. 40 14. 93 11. 37 21. 9
略 41 Lu e 41 0. 95 20. 91 0. 85 21. 00 18. 23 29. 8
略 10 Lu e 10 0. 74 26. 76 0. 92 21. 22 34. 50 19. 9
略 25 Lu e 25 0. 87 22. 73 0. 77 17. 37 29. 57 19. 8
略 27 Lu e 27 1. 23 28. 02 0. 82 14. 35 16. 03 30. 5
略 23 Lu e 23 0. 89 17. 79 0. 53 40. 50 20. 57 28. 8
略 0 Lu e 0 1. 02 39. 42 0. 98 25. 86 33. 93 20. 0
略 11 Lu e 11 1. 10 35. 18 1. 12 19. 48 28. 93 24. 5
略 28 Lu e 28 0. 67 20. 02 0. 41 19. 28 15. 97 17. 6
略 2 Lu e 2 0. 52 13. 34 0. 52 20. 23 23. 60 30. 2
略 8 Lu e 8 0. 79 11. 50 0. 39 0. 99 9. 97 24. 9
略 45 Lu e 45 0. 88 38. 67 0. 82 15. 15 25. 50 24. 0
略 39 Lu e 39 0. 95 24. 01 0. 50 27. 83 27. 30 19. 4
略 33 Lu e 33 0. 88 33. 36 0. 86 19. 84 26. 10 18. 4
略 16 Lu e 16 0. 67 14. 54 0. 70 21. 15 11. 47 18. 8
略 7 Lu e 7 0. 52 20. 42 0. 39 23. 12 24. 30 24. 3
略 3 Lu e 3 0. 66 15. 85 0. 66 30. 66 18. 90 20. 6
灌 3 Guan 3 1. 22 27. 68 0. 61 13. 08 23. 38 23. 5
灌 2 Guan 2 0. 37 43. 00 1. 18 23. 19 44. 97 17. 6
灌 9 Guan 9 0. 71 9. 34 0. 35 21. 77 23. 60 22. 8
灌 1 Guan 1 0. 88 21. 74 1. 45 21. 37 24. 30 23. 6
灌 10 Guan 10 0. 65 19. 86 0. 74 12. 84 11. 90 18. 1
F 44. 855* * 7. 50* * 43. 40* * 86. 00* * 130. 67* * 219. 59* *
F′ 30. 364* * 14. 61* * 41. 41* * 94. 45* * 114. 25* * 129. 71* *
　　注 ( Note): F 0. 01( 3, 40)= 4. 38; F′0. 01 ( 36, 40)= 2. 17.
表 3　各矿质元素与次生代谢物含量的通径分析
Table 3　 Path Analy sis of mine ral elements and th e contents o f seconda ry me tabo lites
矿质元素
Mineral elements
总影响 (通径系数 ) To tal ef fect ( path coef ficient )
京尼平甙酸
Geniposidic acid
绿原酸
Ch lorogenic acid
桃叶珊瑚甙
Aucubin
京尼平甙
Genipos ide
黄酮
Flav onoid s
杜仲胶
Gut la-perch a
Mg 0. 247 7 0. 106 3 0. 111 1 0. 053 7 0. 066 4 0. 038 3
Mn - 0. 322 1 - 0. 308 1 - 0. 091 4 - 0. 166 4 - 0. 229 0 - 0. 196 2
Zn 0. 119 4 - 0. 011 7 0. 031 7 - 0. 068 3 0. 053 9 0. 137 3
Fe 0. 158 1 - 0. 155 2 - 0. 147 5 - 0. 136 5 - 0. 449 7 0. 668 1
Cu - 0. 082 7 - 0. 213 4 - 0. 202 9 - 0. 163 4 - 0. 171 5 0. 094 2
Co 0. 229 2 - 0. 014 1 - 0. 160 3 - 0. 000 5 0. 088 7 - 0. 139 6
　　由表 3中的通径分析结果发现 , M g对黄酮、京
尼平甙酸、京尼平甙、桃叶珊瑚甙、绿原酸和杜仲胶
的含量均产生正影响 ,从而可以认为 Mg对杜仲叶
中上述 6种次生代谢物的合成和积累有一定的促进
作用 ,而 Mn有负影响作用 (其原因有待进一步研
究 )。
121第 1期 张　檀等:几种矿质元素对杜种叶次生代谢物的影响初探
3　结论与讨论
杜仲不同无性系 (叶中 )的矿质元素含量差异极
显著 ,从而说明树木的个体生长发育特性 (遗传因
素 )是调控杜仲吸收矿质元素的重要因素 ;通过通径
分析发现 , Mg与各次生代谢物含量关系呈正相关。
Mg是以离子状态进入植物体的 ,在体内一部分形
成有机化合物 ,一部分以离子状态存在。 Mg是叶绿
素的成分 ,是叶绿素分子的中心原子 ,故它与光合作
用关系密切 ; M g是许多酶 (如葡萄糖激酶、果糖激
酶、半乳糖激酶、磷酸戊糖激酶、乙酰辅酶 A合成
酶 ,谷氨酰半胱氨酸合成酶、琥珀酰辅酶 A合成酶
等 )的活化剂 ,故与碳水化合物的转化和降解以及氮
代谢有关 ; Mg还是核糖核酸聚合酶的活化剂 , DN A
和 RNA的合成 ,以及蛋白质合成中氨基的活化过
程都需 Mg的参加 , Mg为蛋白质合成所必需的核
糖亚单位联合作用提供一个桥接元素 [4 ] ,因此 , Mg
在核酸和蛋白质代谢中起着重要作用 ,而这些初级
代谢的速率及途径会直接影响次级代谢。 由于 Mg
对乙酰辅酶 A合成酶有活化作用 ,而乙酰辅酶 A是
糖酵解与三羧酸循环的一个连接环节 ,也是次级代
谢的关键底物 ,称为“代谢钮” ,它是次生代谢中黄酮
类化合物、萜类化合物和橡胶等的起始物 ;另外 ,由
于 Mg是核糖核酸聚合酶的活化剂 ,大多数 AT P酶
的底物是 Mg· AT P,而 ATP与丙酮酸合成磷酸烯
醇式丙酮酸 ,磷酸烯醇式丙酮酸和 4-磷酸赤藓糖合
成莽草酸 ,而莽草酸又是黄酮类化合物和苯丙基类
化合物的起始物。所以 , Mg直接影响次生代谢作用
中的乙酰辅酶 A途径和莽草酸途径 ,从而促进了杜
仲叶中上述 6种次生代谢物的合成和积累。
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Influnence of th e mineral elements on secondary metabolites
o f Eucommia ulmoldes leav es
ZHANG Tan, BAI Ming-sheng
*
, LIU Li
*
,MA Xi-han, SI Shou-xia
*
(College of Forest ry ,N orthwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry , Yangling , Shaanxi 712100,China)
Abstract: Th rough determining the contents o f secondary metaboli tes ( bio activ e consti tuents) and 6
mineral elements in the leaves o f 40 di fferent clones g row ing in the same si te type, w e have studied the dif-
ferences of the active abso rbtion of the elements and their rela tionship with the contents of metabo li tes. It
has been found that g reat di fferences exist among the individuals in the abili ty of activ ely abso rbing mineral
elements, indicating that the g row th features of individuals ( genetic facto rs) a re impo rtant factors in regu-
lating th e abso rbtion of mineral elements. Pa th ana lysis on the mineral elements and the contents of
metaboli tes show s that M g can promo te the synthesis and accumula tion of metabolites. M n plays a negativ e
function in the metabo lism process.
Key words: leav es o f Eucommia ulmoides ( Du Zhong ) ; seconda ry metabolites; minera l elements
122 西北农林科技大学学报 (自然科学版 ) 第 30卷