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瑞香狼毒根际疣孢青霉菌YL-52次生代谢产物的研究



全 文 :西北农业学报 2012,21(4):172-175
Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica
瑞香狼毒根际疣孢青霉菌YL-52次生代谢产物的研究

张 琦1,孙艺方2,常振国2,周 乐1
(1.西北农林科技大学 理学院,陕西杨凌 712100;2.西北农林科技大学 生命科学学院,陕西杨凌 712100)
摘 要:旨在了解瑞香狼毒根际疣孢青霉菌YL-52(Penicillium verruculosum YL-52)次生代谢产物的组成
和结构。利用溶剂萃取、反复硅胶柱层析分离和Sephadex LH-20柱层析纯化等方法从发酵液中分离出化合
物,并采用IR、ESI-MS、1 H NMR、13 C NMR和DEPT等方法综合完成结构的分析鉴定。从发酵液乙酸乙酯
部分中分离出5个化合物,化合物2和化合物3分别被鉴定为熊果酸和扁枝衣二酸,并首次证明瑞香狼毒根
际微生物-疣孢青霉菌发酵液中存在熊果酸和扁枝衣二酸。
关键词:瑞香狼毒;疣孢青霉菌YL-52;次生代谢产物;微生物
中图分类号:Q936    文献标志码:A     文章编号:1004-1389(2012)04-0172-04
Secondary Metabolite Constituents of Penicillium verruculosum
YL-52Isolated in the Rhizosphere of Stellera chamaejasme
ZHANG Qi 1,SUN Yifang2,CHANG Zhenguo2 and ZHOU Le1
(1.Northwest A&F University Colege of Science,Yangling Shaanxi 712100,China;
2.Northwest A&F University Colege of Life Sciences,Yangling Shaanxi 712100,China)
Abstract:To study the constituents and structures of secondary metabolite of Penicillium verruculo-
sum YL-52.The compounds was isolated by extraction,silica gel and Sephadex LH-20column chro-
matography.Their structures were elucidated by IR,ESI-MS,1 H NMR,13C NMR and DEPT.Five
compounds were obtained from the ethyl acetate,of which 2and 3were identified as Ursolic acid and
Evernic acid.The two identified compounds ursolic acid(2)and evernic acid(3)were both firstly
found in the fermentation liquid of Penicillium verruculosum.
Key words:Stellera chamaejasme;Penicillium verruculosum YL-52;Secondary metabolite;Microor-
ganisms
  根际微生物是指聚居在植物根表面1mm以
内的土壤并以根际分泌物为主要营养源的微生物
类群,植物与其根际微生物之间具有共生关系。
植物根际分泌物的种类和组成影响根际微生物的
数量和种群结构[1],而根际微生物的代谢物质反
过来影响植物的生长。近几十年来的研究表明,
微生物已成为人们发现小分子生物活性物质和新
天然化合物的重要生物源。微生物次生代谢产物
的研究也因此成为天然产物化学研究的重要领
域。到目前为止,这一领域的研究主要集中在植
物内生菌和海洋微生物的次生代谢产物方面,关
于植物根际微生物及其次生代谢产物的研究还非
常少。
瑞香狼毒(Stellera chamaejasme L.)是瑞香
科狼毒属植物,别名狼毒、断肠草等,其根是传统
中药。关于瑞香狼毒根的化学成分及其生物活性
研究已有很多报道[2-7],但关于其根际微生物及其
次生代谢产物的研究尚属空白。瑞香狼毒的根有
大毒,其根际土壤具有异株克生作用[8]。据此推
断,瑞香狼毒根际可能存在特殊的微生态环境和
* 收稿日期:2011-05-03  修回日期:2011-06-05
基金项目:国家自然科学基金(30571402,31000865)。
第一作者:张 琦,女,在读硕士,研究方向为天然产物活性物质与构效关系。E-mail:zhangqi-smile0914@163.com
通讯作者:周 乐,男,教授,博导,主要从事天然产物化学和有机合成的教学与研究。E-mail:zhoulechem@yahoo.com.cn
特殊的生物活性代谢物质。基于这种考虑,杨利
珍等[9]对瑞香狼毒根际的微生物进行分离鉴定,
并从中发现1株对其他细菌和真菌均有较高抑制
活性的真菌,即疣孢青霉菌 YL-52。本试验旨在
了解疣孢青霉菌YL-52的次生代谢产物,为进一
步研究其抗菌活性成分鉴定基础。
1 材料与方法
1.1 材 料
发酵菌株从生长于陕西太白山的瑞香狼毒根
际分离得到,经西北农林科技大学生命科学学院
秦宝福副教授鉴定为疣孢青霉菌 YL-52(Peni-
cillium verruculosum YL-52)。
1.2 仪 器
WFH-203三用紫外分析仪,LS-B 50L型立
式压力蒸汽灭菌器,DH6000A型电热恒温培养
箱,CHA-S型恒温振荡培养箱,XT-4双目显微熔
点测定仪,BRUKER AVANCE-III-500型超导核
磁共振仪,LCMS-2010质谱仪,Thermo Fisher傅
立叶红外光谱仪 (KBr压片)。
1.3 试 剂
乙酸乙酯、正丁醇等化学试剂均为分析纯,柱
层析硅胶和薄层层析硅胶(青岛海洋化工厂生
产),Sephadex LH-20(Waltman公司),大孔吸附
树脂D101(天津农药股份有限公司),琼脂、葡萄
糖(均为国产试剂)。
1.4 方 法
1.4.1 培养基的制作 固体和液体PDA培养
基参照文献[10]的方法配制。
1.4.2 菌种的活化 将固体斜面保藏的YL-52
菌株转接至固体PDA培养基上,每个平板接种
3处,呈正三角形分布。置28℃恒温培养箱活化
培养2d。
1.4.3 菌悬液的制备 将活化好的菌种打成菌
饼 (d=0.7cm)接入经高温湿热灭菌的PDA液
体培养基。每250mL的三角瓶装100mL液体
PDA,每瓶接菌饼2个,然后置恒温振荡培养箱,
28℃、150r/min培养2d。
1.4.4 YL-52液体发酵培养 在超净工作台上
用灭菌的带刻度的试管取菌悬液3~5mL,转至
湿热灭菌的PDA液体培养基,置恒温振荡培养
箱,培养条件同“1.4.3”,发酵8d,共得发酵液
80L。
1.4.5 发酵液的提取分离 将发酵液减压滤去
菌丝体,依次采用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇对滤
液分别进行萃取。每种溶剂连续萃取3次,每次
萃取溶剂的用量为滤液体积的1/3。分别对3种
溶剂萃取液和萃取后的滤液减压浓缩至干,得石
油醚萃取物(12.5g)、乙酸乙酯萃取物(18.0g)、
正丁醇萃取物(25.2g)和水溶物(30.4g)。
对乙酸乙酯萃取物 (18.0g)进行硅胶柱层
析(d=85mm、h=600mm,100~200目硅胶
850g),用氯仿-甲醇混合液[V(氯仿)∶V(甲醇)
=50∶1、25∶1、10∶1、5∶1,各梯度约5~6L]
按极性递增的顺序进行洗脱。分步收集各梯度洗
脱液并分别减压蒸除溶剂,依次得A1、A2、A3和
A4洗脱物。
硅胶薄层显示,A1和A2在λ=365nm下均
有明显的蓝色斑点,故将二者合并,记为 B
(3.0g)。对 B 进 行 二 次 硅 胶 柱 层 析 (d=
35mm、h=400mm,200~300目硅胶65g),用
石油醚-丙酮混合液[V(石油醚)∶V(丙酮)=
25∶1、10∶1、5∶1,各梯度约2.5L]按极性递
增的顺序进行洗脱。分步收集各梯度洗脱液并分
别减压蒸除溶剂,依次得B1、B2和B3洗脱物。
以石油醚-丙酮[V(石油醚)∶V(丙酮)=5∶1]为
展开剂,得化合物1(30mg)。对B2中在λ=365
nm呈蓝色斑点的化合物进行再次硅胶柱层析分
离,对B1中在λ=365nm呈蓝色斑点化合物进
行硅胶制备薄层层析分离,以石油醚-乙酸乙酯混
合液[V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=10∶1、8∶1、
5∶1、2∶1、1∶1,各梯度约0.5L]按极性递增的
顺序进行洗脱,合并含有目标化合物的流份并减
压蒸除溶剂,得化合物2(40mg)。A3进行硅胶
柱层析,用石油醚-乙酸乙酯[V(石油醚)∶V(乙
酸乙酯)=20∶1、10∶1、5∶1、2∶1、1∶1,各梯
度约2L]进行梯度洗脱,分步收集各流份。其
中,石油醚-乙酸乙酯[V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)
=1∶1]流份中富含在λ=254nm下呈暗红色斑
点的物质,将其合并后蒸除溶剂。残留物再反复
进行硅胶柱层析,氯仿-甲醇[V(氯仿)∶V(甲醇)
=50∶1~10∶1,各梯度约1.5L]洗脱。最后,
再用Sephadex LH-20柱层析对目标化合物进行
纯化,氯仿-甲醇[V(氯仿)∶V(甲醇)=1∶1,约
0.5L]洗脱,得到化合物3(12mg)。采用类似
方法,对 A4进行反复硅胶柱层析分离,氯仿-甲
醇[V(氯仿)∶V(甲醇)=25∶1~1∶1,各梯度
约1.5L]梯度洗脱,得富含目标化合物的部分
·371·4期        张 琦等:瑞香狼毒根际疣孢青霉菌YL-52次生代谢产物的研究
A4-5。对A4-5采用硅胶制备薄层层析,以氯仿-
甲醇[V(氯仿)∶V(甲醇)=5∶1]进行分离,分
别得富含化合物4的 A4-5-1和富含化合物5的
A4-5-2两个部分。最后,用Sephadex LH-20柱
层析分别对 A4-5-1和 A4-5-2进行纯化(甲醇洗
脱),得到纯化合物4(6mg)和5(17mg)。
2 结果与分析
2.1 化合物2和3的理化性质与结构鉴定
化合物2为白色粉末,熔点265~267℃,使
φ=5%的硫酸-乙醇显紫红色。Negative ESI-MS
(m/z)显示负离子峰455.52[M-H]-,表明相对
分子质量为456。IR(KBr,cm-1,表明分子中有
羟基(ν3 423),甲基(ν2 927、2 871、1 378、
1 388),羰基(ν1 697)。13 C NMR谱显示,分子含
有30个碳,其中有1个羰基碳(δC179.7)、2个双
键碳(δC139.0,125.4)、1个连氧的sp3 杂化碳
(δC77.9)和26个不连杂原子的sp3 杂化碳。
DEPT谱显示,分子含有7个CH3、9个CH2、7个
CH 和7个季碳原子。综合 MS、13 C NMR 和
DEPT的分析结果,判断化合物2可能为五环三
萜类化合物(图1);1 H NMR显示分子中存在1
个烯烃质子[δ5.48,(1H,t)]和1个连氧的饱和
碳质子[5.48(1H,t,3.0)]。以上分析表明,化
合物2可能是齐敦果烷或乌苏烷型五环三萜。进
一步与文献数据比对,显示化合物2与熊果酸
(Ursolic acid)[11-12]核磁数据完全一致,因此化合
物2被鉴定为熊果酸。
化合物3为白色粉末,熔点140~142℃,在
λ=254nm下为暗红色斑点。Negative ESI-MS
(m/z)显示准分子离子峰为330.96[M-H]-,表
明相对分子质量为332。13C NMR(125MHz,ac-
etone-d6)显示在δ为95~170ppm时存在14个
sp2 杂 化 碳,其 中 2 个 为 羰 基 碳 (δ169.4,
172.8),其余12个碳表明化合物3中含有2个苯
环。基于2个苯环的碳信号呈现成对分布的特
征,表明分子具有较高的对称性。羰基碳的化学
位移值表明其为酸或酯类。此外,13 C NMR谱显
示分子中存在1个甲氧基(δ55.0)和2个甲基(δ
23.4,23.1),DEPT谱进一步显示分子中还存在
4个连质子的芳环碳,即=CH。1 H NMR (500
MHz,acetone-d6)显示4个芳环质子均为单峰
[δ6.78(1H,s),6.74(1H,s),6.46(1H,s),
6.40(1H,s)],表明芳环质子互处于间位或对
位。δH2.65(3H,s)和δH2.63(3H,s)表明2
个甲基可能连接于芳环上。根据δC150~166
ppm存在4个sp2 杂化碳信号,表明芳环上连有
4个羟基或烃氧基。综合以上分析,化合物3可
能是2个4取代的芳香酸形成的酯(图 1)。
MS、1 H NMR和13 C NMR认定化合物3分子式
为C17H16O7。进一步与类似化合物的波谱数据进
行比对,证明化合物3与扁枝衣二酸 (Evernic
acid)[13]的核磁数据完全一致。因此,化合物3
被鉴定为扁枝衣二酸。
  化合物2为白色粉末,熔点 265~267 ℃
(CHCl3/MeOH)。IR(KBr)νmax:3 423,2 927,
2 871,1 697,1 458,1 378,1 388,1 028,997
cm-1。Negative ESI-MS m/z:455.52[M-
H]-1。1 H NMR (500 MHz,Py-d5)δ:1.05
(3H,s,C-23),1.02(3H,s,CH3-24),1.22
(3H,s,CH3-25),0.89(3H,s,CH3-26),1.24
(3H,s,CH3-27),0.95(3H,d,J=6.3Hz,
C H3-29),0.99(3H,d,J=6.3Hz 6.5,CH3-
30),3.45(1H,dd,10.0,6.0,H-3),5.48
(1H,t,3.0,H-12)。13C NMR(125Hz,Py-d5)
δ:179.7(C-28),139.0(C-13),125.4(C-12),
77.9(C-3),55.6 (C-5),53.3(C-18),47.8
(C-17),47.8(C-9),42.3(C-14),39.8(C-8),39.3
(C-19),39.2(C-20),39.2(C-1),38.9(C-4),37.2
(C-22),37.1(C-10),33.4(C-7),30.9(C-21),28.6
图1 化合物2和3的结构
Fig.1 The structures of compound 2and 3
·471· 西 北 农 业 学 报                  21卷
(C-15),28.5(C-23),27.9(C-2),24.7(C-16),
23.7(C-27),23.4(C-11),21.2(C-29),18.6(C-6),
17.3(C-26),17.2(C-30),16.4(C-24),15.5(C-25)。
化合物3为白色粉末,熔点140~142℃(丙
酮)。Negative ESI-MS m/z:330.96 [M-
H]-。1 H NMR(500MHz,acetone-d6)δ:6.78
(1H,s,H-3′),6.74(1H,s,H-5′),6.46(1H,
s,H-3),6.40(1H,s,H-5),3.87(3H,s,
H-9),2.65(3H,s,H-8′),2.63(3H,s,H-8),
1.29(3H,s,OH)。13 C NMR (125MHz,ace-
tone-d6)δ:δ23.1(C-8),23.4(C-8′),55.1(C-9),
98.8(C-3),104.8(C-3′),108.4(C-5),111.2
(C-1),111.2(C-1′),116.2(C-5′),143.4(C-6′),
143.7(C-6),153.9(C-4′),164.2(C-2′),164.9(C-
2),165.6(C-4),169.4(C-7),172.8(C-7′)。
2.2 化合物1、4、5的理化性质
化合物1易溶于氯仿、丙酮和乙酸乙酯,为淡
膏状物并伴有颗粒,在可见光下显蓝色荧光,使φ
=5%的硫酸-乙醇显草绿色。Rf=0.41[V(石油
醚)∶V(乙酸乙酯)=10∶1],Rf=0.31[V(石油
醚)∶V(丙酮)=20∶1]。在两种展开体系中均
呈单一斑点。
化合物4易溶于甲醇和丙酮,为黄色油状物
质,在λ=365nm下呈棕色。Rf=0.56[V(氯仿)
∶V(甲醇)=2∶1],Rf=0.37[V(氯仿)∶V(甲
醇)∶V(水)=3∶1∶0.1]。在两种展开体系中
均呈单一斑点。
化合物5易溶于甲醇和二甲基亚砜(DM-
SO),为白色固体,在λ=254nm下呈黑色斑点。
Rf=0.53[V(氯仿)∶V(甲醇)∶V(水)=1∶1∶
0.1],Rf=0.67[V(正丁醇)∶V(醋酸)∶V(水)
=4∶1∶1]。在2种展开体系中均呈单一斑点。
3 讨 论
熊果酸是天然三萜类化合物,主要存在于木
犀科植物女贞、蔷薇科植物枇杷和杜鹃花科植物
熊果的叶中,在其他植物和青霉菌提取物[14]中也
有发现。扁枝衣二酸属于地衣酸类,常见于地衣
绿槽枝衣[15]和短柄五加[16]等生物体。熊果酸具
有抗炎、抗菌、抗病毒[17-19]、降血脂[20]、抗促癌[21]
等多种生物活性,扁枝衣二酸对多种革兰氏阳性
细菌具抗菌活性,特别对结核杆菌有高度的抑制
活性,在国外医疗中已被作为地衣抗菌素“EVo-
sin I”的活性成分之一而得到应用。基于前人对
熊果酸和扁枝衣二酸抗菌活性的报道,可以肯定
二者在瑞香狼毒根际疣孢青霉菌 YL-52发酵液
的抗菌活性方面具有重要作用。关于化合物1、
化合物4、化合物5,由于其谱图复杂,目前尚无法
确定其准确结构。
参考文献:
[1] 朱丽霞,章家恩,刘文高.根系分泌物与根际微生物相互作
用研究综述[J].生态环境,2003,12(1):102-105.
[2] Niwa M,Takamizawa H,Tatematsu H,et al.Piscicidal con-
stituents of Stellera chamaejasme L.[J].Chemical &Phar-
maceutical Buletin,1982,30(12):4518.
[3] Yoshida M,Fengw J,Saijo N,et al.Antitumor activity of
daphane-type diterpene gnidimacrin isolated from Stellera
chamaejasme L.[J].International Journal of Cancer,1996,
66:268-273.
[4] 张国洲,王亚维,徐汉虹,等.瑞香狼毒杀虫活性成分的提取
与分离(I)[J].安徽农业大学学报,2000,27(4):340-344.
[5] 张国洲,王亚维,徐汉虹,等.瑞香狼毒杀虫活性成分的提取
与分离(Ⅱ)[J].安徽农业大学学报,2000,27(4):345-347.
[6] 侯太平,崔 球,陈淑华,等.瑞香狼毒中灭蚜活性物质的结
构鉴定[J].有机化学,2002,22(1):67-70.
[7] 周 乐,元 超,秦宝福,等.瑞香狼毒根的抑菌活性成分研
究[J].西北植物学报,2003,23(11):1977-1980.
[8] 于福科,马永清,李秀维.瑞香狼毒的组织培养及快速繁殖
[J].植物生理学通讯,2005,41(1):59.
[9] 杨利珍,周 乐,徐 虹,等.一株青霉菌的分离鉴定及抑菌
活性成分研究[J].西北农业学报,2009,18(4):98-102.
[10] 程丽娟,薛泉宏.微生物学实验技术[M].西安:世界图书
出版公司,2000:108.
[11] 陈德昌.中药化学对照品工作手册[M].北京:中国医药科
技出版社,2000:286.
[12] 张 洁,喻 蓉,吴 霞,等.枸骨叶的化学成分研究[J].
天然产物研究与开发,2008,20:821-823.
[13] Narui T,Sawada K,Takatsuki S,et al.NMR assignments
of depsides and tridepsides of the lichen family Umbilicari-
aceae[J].Phy-tochemistry,1998,48:815-822.
[14] 吴萍茹,马旭闽,方金瑞.车前草内生真菌w-90次级代谢
产物的研究[J].海峡学报,2005,17(6):116-119.
[15] 周忠玉,王立松,王 飞,等.绿槽枝衣的化学成分[J].
云南植物研究,2007,29(5):586-590.
[16] 胡浩斌,樊 君.短柄五加的化学成分研究(II)[J].中国药
学杂志,2009,44(15):1137-1140.
[17] Tapondjou L A,Lontsi D,Sondengam B L,et al.In vivo
anti-nociceptive and anti-inflammatory effect of the two
triterpenes,ursolic acid and 23-hydroxyursolic acid,from
Cussonia bancoensis[J].Archives of Pharmacal Research,
2003,26(2):143-146.
[18] Chen G,Lu H,Wang C,et al.Effect of five triterpenoid
compounds isolated from leaves of Diospyros kakionstimu-
lus-in-duced superoxide generation and tyrosylphosphory-
lation in human polymorphonuclear leukocytes[J].Clinica
Chimica Acta,2002,320:11-16.
[19] Kashiwada Y,Nagao T,Hashimoto A,et al.Anti-AIDS agents
38anti-HIV activity of 3-O-acylursolic acid deriva-tives[J].
Journal of Natural Products,2000,63(12):1619-1622.
[20] 林 科,张太平,张鹤云.山楂中熊果酸的提取及对小鼠的降
血脂作用[J].天然产物研究与开发,2007,19:1052-1054.
[21] Guevara A P,Amor E,Russesl G.Antimutagens from
Plumeria acuminate Ait[J].Mutation Research,1996,
361:67-72.
·571·4期        张 琦等:瑞香狼毒根际疣孢青霉菌YL-52次生代谢产物的研究