全 文 ：第 44卷第 1期
2010年 1月
生 物 质 化 学 工 程
BiomassChemicalEngineering
Vol.44 No.1
Jan.2010
小蓬草精油活性组分分析
收稿日期:2009-11-09
基金项目:黑龙江省林业厅科技推广项目(01043208003)
作者简介:刘志明(1971-),男 ,黑龙江明水人,副教授 ,博士 ,从事生物质材料化学方面的研究;E-mail:zhimingliuwhy@126.com。
刘志明 1 , 王海英 2 , 刘姗姗2 , 蒋乃翔 1 , 李 玲2
(1.东北林业大学材料科学与工程学院;生物质材料科学与技术教育部重点实验室 ,
黑龙江 哈尔滨 150040;2.东北林业大学 林学院 , 黑龙江 哈尔滨 150040)
摘 要:利用气相色谱-质谱法对水蒸气蒸馏提取小蓬草精油的挥发性组分进行了分析 , 匹配度 83%以上的活性组分
有 5种 , 其中 4种为萜类化合物(柠檬烯 、α-佛手柑油烯 、顺式-β-金合欢烯 、反式-β-金合欢烯)。 通过纸上种子发芽的
生物测定试验 , 结果表明 ,小蓬草精油对受体植物青菜 、白菜 、小麦 、高粱种子萌发具有抑制作用 ,小蓬草精油对 4种受体
植物种子萌发具有 50%抑制作用的丙酮溶液的适宜浓度 IC50分别为 0.4、0.6、0.4、 0.8g/L。精油的活性组分主要有柠
檬烯等萜类化合物 、 2, 3-二甲基-4(3H)-喹唑啉酮等酮类化合物。
关键词:小蓬草;精油;气相色谱-质谱法;萜类化合物
中图分类号:TQ91 文献标识码:A 文章编号:1673-5854(2010)01-0022-05
AnalysisofActiveComponentsofEssentialOilfromConyzacanadensis
LIUZhi-ming1 , WANGHai-ying2 , LIUShan-shan2 , JIANGNai-xiang1 , LILing2
(1.KeyLaboratoryofBio-basedMaterialScienceandTechnologyofMinistryofEducation, Colegeof
MaterialScienceandEngineering, NortheastForestryUniversity, Harbin150040, China;
2.ColegeofForestry, NortheastForestryUniversity, Harbin150040, China)
Abstract:ThevolatilecomponentsofConyzacanadensisessentialoilfromsteamdistilationwereanalyzedbygaschromatography-
massspectrometry(GC-MS).Therearefivekindsofactivecomponentswithmatchofmorethan83 %, ofwhichfourcompo-
nentsareterpenoids(limonene, α-bergamotene, (E)-β-farnesene, (Z)-β-farnesene).Theresultsofstandardseedgermination
assayonpapershowedthattheessentialoilofC.canadensishadinhibitionefectsonseedgerminationofthereceptorplants
(BrassicachinensisLinn., B.pekinensisRupr., TriticumsestivumLinn., Sorghumbicolor(Linn.)Moench).Theessentialoilof
C.canadensisonthereceptorplantsseedgerminationto50% inhibitionoftheappropriateconcentrationofacetoneIC50 were
0.4, 0.6, 0.4, 0.8g/L, respectively.TheactivecomponentsofessentialoilfromC.canadensisaremainlyterpenoids(limonene,
etc.)andketones(2, 3-dimethyl-4(3H)-quinazolinone, etc.).
Keywords:Conyzacanadensis;essentialoil;gaschromatography-massspectrometry;terpenoids
植物精油(essentialoil),也称作精油 、香精油 、挥发油或芳香油 ,是以芳香植物的花 、根 、茎 、叶 、枝 、
干 、皮 、果实或分泌物等为原料 ,经水蒸气蒸馏 、压榨等工艺提取的具有香气和(或)香味的挥发性油状
液体物质的总称 [ 1] 。植物精油主要应用在食品 、烟酒 、香水 、洗涤用品等产品赋香上 ,也常用于开发杀
菌 、驱虫等外用药 。近年来 ,有研究表明植物精油具有除草活性 ,主要是利用植物精油中具有化感作用
(alelopathy)的萜类 、酚类 、脂肪族酮等化合物为仿生合成模板开发除草剂[ 2-7] ,小蓬草新鲜茎叶水浸提
液(含有酚类物质)对小麦种子萌发和幼苗生长具抑制作用;小蓬草全株干粉乙酸乙酯和乙醇提取物具
有潜在的除草活性[ 8-13] 。本研究通过气相色谱-质谱分析夏季小蓬草水蒸气蒸馏提取精油的挥发性组
分(从植物精油角度),选择生长迅速 、对药剂反应敏感的常用作测定除草剂活性的小粒种子受体植物
青菜 、白菜 、小麦 、高粱 ,借鉴除草活性初步筛选中适合小粒种子发芽常用的 Weiss提出的纸上种子发芽
测定标准方法(培养皿法)进行生物测定 ,寻找新颖除草活性先导化合物 ,为开发高效 、低毒 、环境友好
第 1期 刘志明 ,等:小蓬草精油活性组分分析 23
型除草剂提供仿生合成模板。
1 实 验
1.1 材料
野生鲜小蓬草(Conyzacanadensis)地上部分 , 2009年 6月下旬采自黑龙江省哈尔滨市 ,东北林业大
学城市林业示范基地 ,并经东北林业大学林学院森林植物资源学植物标本室鉴定 。
受体植物的种子为青菜(BrasicachinensisLinn.)、白菜(B.pekinensisRupr.)、小麦(Triticumsestivum
Linn.)、高粱(Sorghumbicolor(Linn.)Moench),均购自哈尔滨市种子市场。
1.2 方法
1.2.1 小蓬草精油的提取 称取 140g小蓬草地上部分鲜样 ,剪成 1～2cm小段 ,置于 500mL三颈烧瓶
中 ,水蒸气蒸馏提取 3h。提取结束后 ,提取液用 20mL乙醚萃取 ,乙醚相加入适量无水 Na2SO4干燥
15min,过滤后置于 40℃水浴下蒸去乙醚溶剂 ,得到黄色油状精油 。再用甲醇(色谱纯)将精油配制成
浓度为 0.04g/mL的溶液 ,进行气相色谱-质谱(GC-MS)分析 。
1.2.2 小蓬草精油的气相色谱-质谱分析 利用 GC-MS6890N-5973insert(Agilent, USA), 对
0.04g/mL甲醇精油溶液进行了气-质联用分析。分析条件如下:DB-17MS毛细管柱 ,柱长 30m,内径
0.25mm,膜厚 0.25μm, FID检测器;起始温度 40℃,保留 4min,以 5℃/min的速率升到 250℃,保留
10min。进样口温度 260℃,进样量 1.0μL,分流比 10∶1,氦气载气 ,流速 1mL/min;质谱连接口温度:
280℃,离子源温度:230℃,轰击电压 70eV,扫描检测范围:15～260u。
1.2.3 小蓬草精油的纸上种子发芽数量测定 丙酮是除草活性生物测定中不溶于水的植物天然产物
常用的溶剂 ,配制 1.5g/L小蓬草精油丙酮溶液 ,然后分别用丙酮稀释成 0.75、0.375、 0.187 5g/L的小
蓬草精油丙酮溶液 ,借鉴 Weiss提出的纸上种子发芽测定标准和国内种子萌发方法 [ 12, 14]选取籽粒饱满 、
大小均匀的受体植物种子 , 在已消毒直径为 9cm培养皿内分别加入 1mL的 1.5、 0.75、 0.375、
0.1875g/L的小蓬草精油丙酮溶液(对照加 1mL丙酮)和同等剂量蒸馏水 ,混合均匀 ,铺上 2层滤纸 ,将
10粒受体植物种子水平摆成 1行 ,盖好培养皿盖。所有处理均重复 3次 ,放在 HPG-280H人工气候箱
内(25±1)℃黑暗培养 ,以胚根或胚轴突破种皮 1 ～ 2mm为种子发芽标准 ,每天观察记录受体植物发芽
种子的数量 ,连续统计 7天 。 4种受体植物(青菜 、白菜 、小麦 、高粱)种子分别参照上述方法操作。
1.2.4 小蓬草精油的纸上种子发芽数据分析方法 根据记录的数据计算下列参数 [ 9, 15] :1)最终发芽
率(FinalGermination, Rf)Rf=发芽种子总数 /供试种子总数;2)化感效应敏感指数(IndexofAlelopathic
Efect, Ri)Ri=1-C/T(T≥C), Ri=T/C-1(T
Dt—发芽日数;Gt―与 Dt相对应的每天发芽种子数 。
试验数据用 SPSS16.0软件进行数据处理 ,对各参数在不同处理之间的差异进行一维方差分析 。
2 结果与讨论
2.1 小蓬草精油的气相色谱-质谱结果与分析
小蓬草精油挥发性组分气相色谱-质谱的总离子流色谱图经计算机质谱库自动检索 、解析和部分
化合物的人工解析 ,匹配度 83%以上的 5种物质被鉴定 ,通过面积归一化法计算各化合物的质量分
数 ,小蓬草精油挥发性组分列于表 1。
从表 1可以看出 ,匹配度 83%以上的化合物有 5种 ,均为烃类化合物 ,质量分数为 18.60%。柠檬
烯 、α-佛手柑油烯 、α-姜黄烯 、顺式-β-金合欢烯和反式-β-金合欢烯还在波兰干小蓬草个体发育不同
阶段的水蒸馏 5h全草精油 、叶精油 、花精油 ,法国(Alps)、意大利(Rome)、西班牙(Sevile)、比利时 、保
24 生 物 质 化 学 工 程 第 44卷
加利亚(Plovdiv)、立陶宛(Vilnius)和以色列开花期的干小蓬草全草精油中被检测到 [ 16] 。
表 1 小蓬草精油的挥发性组分
Table1 VolatilescomponentsofessentialoilfromC.canadensis
类别
classification
挥发性组分
volatiles
保留时间 /min
retentiontime
匹配度 /%
match
质量分数 /%
massfraction
烃类
hydrocarbons
柠檬烯 limonene 12.198 94 13.07
α-佛手柑油烯 α-bergamotene 23.700 97 2.23
顺式-β-金合欢烯 (E)-β-farnesene 24.499 83 2.03
反式-β-金合欢烯 (Z)-β-farnesene 25.513 95 0.56
α-姜黄烯 α-curcumene 26.150 98 0.71
酮类
ketones
2, 4-二氢-2-甲基-5-苯基-3氢-吡唑-3-酮 1)
2, 4-dihydro-2-methyl-5-phenyl-3H-pyrazol-3-one 29.462 43 21.53
2, 3-二甲基-4(3H)-喹唑啉酮 1)
2, 3-dimethyl-4(3H)-quinazolinone 31.231 30 45.52
未知
unknown
未知 unknown 24.121 ― 0.44
未知 unknown 30.444 ― 2.72
未知 unknown 30.616 ― 9.80
未知 unknown 31.426 ― 0.36
未知 unknown 31.620 ― 0.39
未知 unknown 32.235 ― 0.64
1)m/z为 15、27、39、 51、 63、77、89、 103、115、131、 143、159、 174。
表 1中小蓬草精油第一主成分(保留时间 31.231min)和第二主成分(保留时间 29.462min)质谱
相同且匹配度低 ,机器自动检索匹配度低 ,可能的原因有:分离的不好或是新物质或谱库中没有这种物
质或为同分异构体。小蓬草精油第一主成分与第二主成分质谱相同 ,此两种物质有可能是同分异构体 ,
质谱人工解析可知 , m/z15、 27、 39、 51、 63、77表明化合物含有苯基 , m/z89表明苯基上有一个含碳的
取代基 [ 17-19] 。根据质量差规律[ 20]判断 m/z174为分子离子峰 ,相对分子质量 M=174 ,结合计算机质谱
库自动检索 ,初步判定为 2, 3-二甲基-4(3H)-喹唑啉酮和 2, 4-二氢-2-甲基-5-苯基-3氢-吡唑-3-
酮 ,但有待于进一步分离 、提纯 、鉴定 。
2.2 小蓬草精油纸上种子发芽试验结果与分析
1.5、 0.75、 0.375、 0.187 5g/L4个不同浓度溶液的小蓬草精油对受体植物青菜 、白菜 、小麦 、高粱
种子最终发芽率的影响测试结果列于表 2至表 4。
表 2 小蓬草精油对受体植物种子最终发芽率的影响(n=3)
Table2 EffectsofessentialoilfromC.canadensisonseedsfinalgerminationofthereceptorplants
小蓬草精油浓度 /(g·L-1)
concentrationofessentialoil
fromC.canadensis
发芽率 germination
青菜
B.chinensis
白菜
B.pekinensis
小麦
T.sestivum
高粱
S.bicolor
1.5 0.00＊＊ 0.00＊＊ 0.00＊＊ 0.07＊＊
0.75 0.10＊＊ 0.37＊＊ 0.10＊＊ 0.47
0.375 0.57＊＊ 0.80 0.67 0.60
0.1875 0.80 0.93 0.63＊ 0.73
0 0.87 0.97 0.90 0.80
从表 2种子最终发芽率可以看出 , 1.5g/L小蓬草精油对青菜 、白菜 、小麦种子发芽具有完全抑制作
用 ,且与对照相比差异均极显著 。
从表 3可以看出 ,小蓬草精油对青菜 、白菜 、小麦 、高粱种子发芽均表现为抑制 ,以小蓬草精油的丙
酮溶液浓度(g/L)为横坐标 ,抑制率(%)为纵坐标作剂量反应曲线得到 50%抑制剂浓度 IC50 ,即抑制
青菜种子发芽 IC50为 0.4g/L、抑制白菜种子发芽 IC50为 0.6g/L、抑制小麦种子发芽 IC50为 0.4g/L、抑
制高粱种子发芽 IC50为 0.8g/L;得到最低完全抑制浓度(lowestcomplete-inhibitionconcentration, LCIC),
即抑制青菜种子发芽 LCIC为 0.9g/L、抑制白菜种子发芽 LCIC为 1.5g/L、抑制小麦种子发芽 LCIC为
第 1期 刘志明 ,等:小蓬草精油活性组分分析 25
1.2g/L、抑制高粱种子发芽 LCIC为 1.6g/L。
表 3 小蓬草精油对受体植物种子化感效应敏感指数的影响 1)
Table3 IndexofalelopathiceffectofessentialoilfromC.canadensisonthereceptorplantsseeds
小蓬草精油浓度 /(g·L-1)
concentrationofessentialoil
fromC.canadensis
化感效应敏感指数 indexofalelopathicefect
青菜
B.chinensis
白菜
B.pekinensis
小麦
T.sestivum
高粱
S.bicolor
1.5 -1.00 -1.00 -1.00 -0.92
0.75 -0.88 -0.62 -0.89 -0.42
0.375 -0.35 -0.17 -0.26 -0.25
0.1875 -0.08 -0.03 -0.30 -0.08
0 ― ― ― ―
1)-表示化感作用表现为抑制 ,表中数据均为 3次重复的平均值。-meansinhibition, aldataweretheaverageofthreereplications.
种子发芽指数是从置床开始算起的 ,发芽指数高就说明该种子发芽所用的时间短 ,发芽速度快。从
表 4可以看出 ,小蓬草精油处理的青菜 、白菜 、小麦 、高粱种子发芽指数均低于对照种子发芽指数 ,说明
小蓬草精油处理抑制了青菜 、白菜 、小麦 、高粱种子发芽速度。
表 4 小蓬草精油对受体植物种子发芽指数的影响
Table4 EfectsofessentialoilfromC.canadensisonseedsgerminationindexofthereceptorplants
小蓬草精油浓度 /(g·L-1)
concentrationofessentialoil
fromC.canadensis
发芽指数 germinationindex
青菜
B.chinensis
白菜
B.pekinensis
小麦
T.sestivum
高粱
S.bicolor
1.5 0.00 0.00 0.00 0.22
0.75 0.31 0.79 0.18 1.37
0.375 1.82 2.56 1.71 1.97
0.1875 2.77 2.87 1.86 2.23
0 4.17 3.81 2.92 3.50
综合以上分析 ,可以看出小蓬草精油主要是通过抑制受体植物青菜 、白菜 、小麦 、高粱种子发芽速度
进而实现抑制其种子萌发 ,活性组分有柠檬烯等萜类化合物 、 2, 3-二甲基-4(3H)-喹唑啉酮等酮类化
合物。 2, 3-二甲基-4(3H)-喹唑啉酮为第一主成分 ,有望作为除草剂仿生合成模板 。
3 结 论
3.1 小蓬草精油对受体植物青菜 、白菜 、小麦 、高粱种子萌发具有抑制作用的活性组分匹配度 83%以
上的化合物有 5种 ,其中 4种为柠檬烯 、α-佛手柑油烯 、顺式-β-金合欢烯 、反式-β-金合欢烯等萜类化
合物。
3.2 小蓬草精油对受体植物青菜 、白菜 、小麦 、高粱种子萌发具有 50%抑制作用的丙酮溶液的适宜浓
度 IC50分别为 0.4、 0.6、 0.4、 0.8g/L,对 4种受体植物具有抑制作用。
3.3 精油的活性组分主要有柠檬烯等萜类化合物 、 2, 3-二甲基-4(3H)-喹唑啉酮等酮类化合物 。
3.4 小蓬草精油第一主成分与第二主成分质谱相同且匹配度低 ,此两种物质有可能是同分异构体 ,经
人工解析初步确定为 2, 3-二甲基-4(3H)-喹唑啉酮为第一主成分。从植物中寻找具有除草活性的先
导化合物作为仿生合成模板是植物源除草剂的研究热点之一 , 2, 3-二甲基-4(3H)-喹唑啉酮有望作为
除草剂仿生合成模板 ,后续研究中需进一步分离 、提纯和鉴定 。
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