全 文 ：收稿日期:2009-06-12
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 , 副教授 , 研究方向生物质材
料化学。
＊通讯作者:E-mail:haiyingwang908@yahoo.com.cn
doi:10.3969/j.issn.1006-9690.2010.01.014
小蓬草地上部分精油的活性组分
刘志明1 ,王海英 2＊ ,刘姗姗 2 ,蒋乃翔1 ,马大龙 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 利用气质联用仪(GC-MS)对水蒸气蒸馏提取小蓬草(Conyzacanadensis)地上部分精油的挥发性组分进
行了分析 , 匹配度 74以上的活性组分有柠檬烯 、α-佛手柑油烯 、顺式 -β -麝子油烯等萜类化合物 ,反式 -对 -薄
荷 -2, 8-二烯醇 、顺式 -对 -薄荷 -2, 8-二烯 -1-醇 、香芹醇 、反式香芹醇等醇类化合物 , s-香芹酮等酮类化合
物。通过纸上种子发芽的生物测定试验 , 结果表明小蓬草地上部分精油对受体植物油菜种子萌发具有抑制作用 ,
且具有 50%抑制作用的丙酮溶液的适宜浓度 IC50为 0.6 mg/mL。
关键词 小蓬草;精油;活性组分;气质联用
中图分类号:Q946.85 文献标识码:A 文章编号:1006-9690(2010)01-0050-05
ActiveComponentsofEssentialOilfromtheAerialPart
ofConyzacanadensis
LiuZhiming1 , WangHaiying2 , LiuShanshan2 , JiangNaixiang1 , MaDalong2
(1.KeyLaboratoryofBio-basedMaterialScienceandTechnologyofMinistryofEducation, Colegeof
MaterialScienceandEngineering, NortheastForestryUniversity, Harbin150040, China;2.Colegeof
Forestry, NortheastForestryUniversity, Harbin150040, China)
Abstract ThevolatilecomponentsofessentialoilfromtheaerialpartofConyzacanadensiswithsteam
distilationwereanalyzedbygaschromatography-massspectrometry(GC-MS).Activecomponents
matchingmorethan74 areterpenoids(limonene, α-bergamotene, (E)-β -farnesene), alcohols
(trans-p-mentha-2 , 8-dienol, cis-p-mentha-2, 8-dien-1-ol, carveol, trans-carveol)and
ketones(s-carvone).Theresultsofstandardseedgerminationassayonpapershowthattheessentialoil
fromtheaerialpartofConyzacanadensishadinhibitionefectsonseedgerminationofthereceptorplantof
rapeseed, and50% inhibitionoftheappropriateconcentrationofacetoneIC50 was0.6mg/mL.
Keywords Conyzacanadensis;essentialoil;activecomponents;GC-MS
芳香植物(aromaticplants)是含有较多芳香性
物质(精油或树脂状分泌物)的植物 ,包括全部香料
植物 、一部分药用植物 、一部分园艺植物(芳香蔬
菜 、果树和一部分观赏植物)和一些尚没有被开发
利用的野生植物 ,是兼有药用植物和香料植物共有
属性的植物类群 。小蓬草 [ Conyzacanadensis(L.)
Cronq.] (syn.ErigeroncanadensisL.),菊科 (Com-
positae)白酒草属一年生草本 ,原产于北美洲 ,现广
泛分布于世界各地。小蓬草具有浓郁芳香气味 ,是
一种芳香植物 ,嫩茎叶作饲料 ,全草或鲜叶入药 ,可
以提取精油[ 1-3] 。植物精油可以在医药 、食品 、精细
化工等方面具有广阔应用前景。植物精油除了可以
作为食用香料和日用香料赋香之外 ,还具有杀菌 、驱
—50—
第 29卷第 1期
2010年 2月 中 国 野 生 植 物 资 源ChineseWildPlantResources Vol.29 No.1Feb.2010
虫 、杀虫等功效。近年来 ,有研究表明植物精油还具
有除草作用 , Tworkoski的研究结果表明肉桂(Cin-
namomumzeylanicum)精油具有较强的除草活性 ,而
丁香酚(eugenol)是该精油的主要成分[ 4] 。植物源
除草剂是近年来环境友好型除草剂的研究重点 ,但
形成商品的植物源除草剂还比较少 ,植物源除草剂
的开发一般以具有化感作用(alelopathy)的植物为
靶标 ,研究其具有除草作用的活性成分 ,直接利用或
进行活性成分分子结构修饰 、结构改造 ,开发新型除
草剂。化感作用是植物(包括微生物)释放化学物
质到外部环境 ,影响(抑制或促进)邻近植物(异种
个体或同种个体)的生长和发育 。检测化感物质
(alelochemicals)对受体植物种子萌发是化感物质
活性研究的一种常见方法 ,化感物质对种子萌发的
影响是植物化感作用研究的重要内容 ,也是研究热
点 [ 5-7] 。小蓬草夏秋季易形成单种优势群落 ,影响
其他植物生长 ,可以利用小蓬草的化感作用开发为
环境友好型除草剂 ,但这方面的研究报道很少 ,曹慕
岚等的研究结果表明小蓬草体内抗旱机制多种多
样 ,能够适应多种生境;小蓬草具有化感作用和生物
毒性 ,其水浸提液对蚕豆根尖细胞有丝分裂产生不
同程度的抑制和损伤 ,具有明显的遗传毒性;新鲜小
蓬草地上部分和地下部分水浸提液对受体植物水稻
和油菜种子最终萌发及根长具有抑制作用 [ 8-10] 。
Park等[ 11]研究了韩国小蓬草的挥发性组分 。 Choi
等 [ 12]的研究结果表明韩国小蓬草精油具有细胞毒
性 。许桂芳等[ 13]研究了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的抑
制作用 。高兴祥等[ 14]研究了小蓬草全株干粉乙酸
乙酯和乙醇提取物潜在的除草活性。本文研究通过
气相色谱 -质谱 (gaschromatography-massspec-
trometry)分析秋季小蓬草地上部分水蒸气蒸馏精油
的挥发性组分 ,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植物试材油菜 ,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 (standardseed
germinationassayonpaper)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 、环境友好型除草剂提供仿生合成模板 。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供体植物为小蓬草(Conyzacanadensis)地上部
分 , 2008年 9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。室温下自然
风干备用 。受体植物的种子为苏州青油菜种子 ,购
自哈尔滨市种子市场。
1.2 试验方法
1.2.1 小蓬草地上部分精油的提取方法
称取 30g小蓬草地上部分干样 ,剪成 1 ～ 2 cm
小段 ,置于 500 mL三颈烧瓶中 , 水蒸气蒸馏提取
3h。提取结束后 ,提取液每次用 50 mL乙醚萃取 ,
共萃取两次 ,合并乙醚层 ,加入适量无水 Na2SO4干
燥 15 min,过滤后置于 40 ℃水浴下蒸干乙醚溶剂 ,
得到浅黄色油状精油。再用正己烷(色谱纯)将精
油配制成浓度为 0.04 g/mL的溶液 ,进行气相色谱
-质谱(GC-MS)分析 。
1.2.2 小蓬草地上部分精油的气相色谱 -质谱
(GC-MS)分析方法
利用 GC/MS 6890N-5973insert(Agilent,
USA),对 0.04 g/mL正己烷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
30 m,内径 0.25mm,膜厚 0.25 μm, FID检测器;初
始温度 60 ℃, 停留 4 min, 升温速率 20 ℃/min,
160 ℃停留 6 min后 ,再以 5 ℃/min的升温速率升
温到 220℃,保持 2 min。进样口温度 260 ℃,进样
量 1.0 μL,分流比 20∶1,氦气载气 ,流速 1 mL/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 ～ 260 u。
1.2.3 小蓬草地上部分精油的纸上种子发芽试验
方法
借鉴 Weiss提出的纸上种子发芽测定标准和国
内种子萌发测定方法 [ 14-15] ,选取籽粒饱满 、大小均
匀的受体植物油菜种子 ,置于铺有两层滤纸的已消
毒直径为 9 cm培养皿内 ,每皿各放置 10粒种子 ,分
别加入 1 mL用丙酮(不溶于水的植物天然产物常
用溶剂)配制的 60 mg/mL的小蓬草地上部分精油
(对照加 1 mL丙酮)和 9 mL蒸馏水 ,混合均匀 ,盖
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第 1期 刘志明 , 等:小蓬草地上部分精油的活性组分
好培养皿盖。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 ～ 2 mm
为种子发芽的标准 , 3次重复 ,每天观察记录发芽种
子的数量 ,连续统计 7天。
配制 100 mg/mL小蓬草地上部分精油丙酮溶
液 ,然后分别用丙酮稀释成 50 mg/mL、25 mg/mL、
12.5mg/mL和 6.25 mg/mL的小蓬草地上部分精
油丙酮溶液 ,按照上述方法进一步研究不同浓度小
蓬草地上部分精油丙酮溶液对受体植物油菜种子萌
发的抑制作用。
配制 10 mg/mL小蓬草地上部分精油丙酮溶
液 ,然后分别用丙酮稀释成 5 mg/mL、2.5 mg/mL、
1.25mg/mL和 0.625 mg/mL的小蓬草地上部分精
油丙酮溶液 ,按照上述方法进一步研究不同浓度小
蓬草地上部分精油丙酮溶液对受体植物油菜种子萌
发的抑制作用。
1.2.4 小蓬草地上部分精油的纸上种子发芽试验
数据分析方法
根据记录的数据计算下列参数 [ 9, 16] :(1)最终
发芽率 (FinalGermination, FG)FG=发芽种子总
数 /供试种子总数;(2)化感效应敏感指数(Indexof
AlelopathicEfect, RI)RI=1-C/T(T≥C), RI=T/
C-1(T
的强弱;(3)发芽指数(GerminationIndex)GI=∑Gt/
Dt。式中 , Dt为发芽日数 , Gt为与 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 结果与分析
2.1 小蓬草地上部分精油的气相色谱 -质谱(GC
-MS)结果与分析
小蓬草地上部分精油挥发性组分气相色谱 -质
谱(GC-MS)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 74
以上的 10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 ,小蓬草地上部分精油挥发性组
分列于表 1。
表 1 小蓬草地上部分精油的挥发性组分
归类 挥发性组分 保留时间 /min 质量分数 /%
烃类
(0.2785)a
柠檬烯(94)b 6.613 0.1581
α-佛手柑油烯(96)b 10.475 0.0612
顺式 -β -麝子油烯(93)b 11.360 0.0122
α-姜黄烯(98)b 11.662 0.0470
醇类
(0.0986)a
反式 -对 -薄荷 -2, 8-二烯醇 (91)b 8.231 0.0185
顺式 -对 -薄荷 -2, 8-二烯 -1-醇(74)b 8.436 0.0143
香芹醇(98)b 9.310 0.0434
反式香芹醇(99)b 9.429 0.0224
酮类
(0.4619)a
s-香芹酮(96)b 9.817 0.0363
2, 4-二氢 -2-甲基 -5-苯基 -3氢 -吡唑 -3-酮 (43)b 16.323 0.4256
氮类
(0.0268)a 二苯胺(90)b 19.269 0.0268
未知
(0.1343)a
未知 9.127 0.0122
未知 14.252 0.0835
未知 15.644 0.0386
注:a为质量分数 , b为匹配度 ,保留时间 16.323min的质谱(m/z)为 15, 27, 39, 51, 63, 77, 89, 103, 115, 131, 143, 159, 174。
从表 1可以看出小蓬草地上部分精油挥发性组
分中 ,烃类化合物 4种 ,醇类化合物 4种 ,酮类化合
物 2种 ,含氮类化合物 1种 ,匹配度 74以上的 10种
物质被鉴定 ,小蓬草地上部分精油挥发性组分中 ,柠
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中 国 野 生 植 物 资 源 第 29卷
檬烯 、α-佛手柑油烯 、顺式 -β -麝子油烯 、α-姜
黄烯 、反式 -对 -薄荷 -2, 8-二烯醇 、顺式 -对 -
薄荷 -2, 8-二烯 -1-醇 、香芹醇 、反式香芹醇 、s
-香芹酮在波兰干小蓬草个体发育不同阶段的水蒸
馏(hydrodistilation)5 h全草精油(herboil)中被检
测到[ 17] ,有研究表明 ,萜类化合物 、酚类化合物 、直
链醇 、脂肪族醛和酮等具有化感作用[ 7, 18-20] ,小蓬
草地上部分精油具有开发为植物源除草剂的潜力。
从表 1保留时间 16.323 min的质谱人工解析
可知 ,质量差规律的判断依据:最高质量峰与其他碎
片离子质量差 ,如出现以下质量差 , 4到 13, 19到 25
(含氟化合物例外), 37, 38, 50到 53, 65, 66,则最高
质量峰不是分子离子峰 。另外如差为 14的情况出
现 ,应考虑是否有同系物出现 ,该质谱中质量数最高
的峰是 m/z174(偶数), 与 m/z159(奇数)相差
15 u,为失去合理中性物 ,因此可以认定 m/z174为
分子离子峰 。因其余碎片峰(m/z)都是奇数 ,可知
该分子离子的碎片峰为分子离子单纯的断裂反应
(脱掉中性自由基),根据 “氮素原则 ”,凡不含 N原
子或含有偶数个 N原子的化合物 ,分子离子的质荷
比应为偶数(或相对分子质量是偶数)。如果含有
偶数个 N原子 ,质谱中出现 m/z77, 51, 39等弱的碎
片离子峰 ,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。相对分子质量 M=174的
分子离子峰 ,离子失去碎片的情况有:M-43失去的
中性碎片为 NHCO,高度分支碳链分支处有环酰胺;
M-31失去的中性碎片为 CH2NH2;M-15失去的
中性碎片为 CH3 ,高度分支的碳链 ,在分支处甲基裂
解(侧链甲基)[ 21-24] ,结合计算机质谱库自动检索 ,
初步判定为 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 小蓬草地上部分精油纸上种子发芽试验结果
与分析
60 mg/mL的小蓬草地上部分精油对受体植物
油菜种子萌发的影响 , 100 mg/mL、 50 mg/mL、
25 mg/mL、12.5 mg/mL和 6.25 mg/mL 5个不同
浓度丙酮溶液的小蓬草地上部分精油对受体植物油
菜种子萌发的影响 , 10 mg/mL、 5 mg/mL、 2.5
mg/mL、1.25 mg/mL和 0.625 mg/mL 5个不同浓
度丙酮溶液的小蓬草地上部分精油对受体植物油菜
种子萌发的影响测试结果均列于表 2。
表 2 小蓬草地上部分精油对受体植物油菜种子萌发的影响
小蓬草地上部分
精油浓度 /(mg/mL)
最终发芽率
(FG)
发芽指数
(GI)
化感效应敏感
指数(RI)
0 0.80 4.17 -
60 0＊＊ 0 -1
0 0.83 5.72 -
100 0＊＊ 0 -1
50 0＊＊ 0 -1
25 0＊＊ 0 -1
12.5 0＊＊ 0 -1
6.25 0＊＊ 0 -1
0 0.90 3.67 -
10 0＊＊ 0 -1
5 0＊＊ 0 -1
2.5 0＊＊ 0 -1
1.25 0.17＊＊ 0.56 -0.81
0.625 0.50＊＊ 1.51 -0.44
注:＊＊表示与对照进行一维方差分析在 0.01水平上的差异极显
著性。 -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。
从表 2可以看出 , 60 mg/mL的小蓬草地上部分
精油对受体植物油菜种子萌发具有抑制作用 ,且与
对照相比差异极显著 。 100 mg/mL、50 mg/mL、25
mg/mL、12.5 mg/mL和 6.25 mg/mL 5个不同浓度
丙酮溶液的小蓬草地上部分精油对受体植物油菜种
子萌发均具有抑制作用 ,且与对照相比差异极显著。
10 mg/mL、5 mg/mL、 2.5 mg/mL、 1.25 mg/mL和
0.625mg/mL5个不同浓度丙酮溶液的小蓬草地上
部分精油对受体植物油菜种子萌发均具有抑制作
用 ,且与对照相比差异极显著。小蓬草地上部分精
油抑制油菜种子发芽 50%抑制剂浓度 IC50(inhibitor
concentrationcausing50% inhibition)为 0.6mg/mL。
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 2可以看出 ,小蓬草地上部分精油处理的受体
植物油菜种子发芽指数均低于对照种子发芽指数 ,
说明小蓬草地上部分精油处理抑制了受体植物油菜
种子发芽速度 。
综合以上分析 ,可以看出小蓬草地上部分精油
主要是通过抑制受体植物油菜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 、α-佛手柑
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第 1期 刘志明 , 等:小蓬草地上部分精油的活性组分
油烯 、顺式 -β -麝子油烯等萜类化合物 ,反式 -对
-薄荷 -2, 8-二烯醇 、顺式 -对 -薄荷 -2, 8-二
烯 -1-醇 、香芹醇 、反式香芹醇等醇类化合物 , s-
香芹酮等酮类化合物 , 2, 4-二氢 -2-甲基 -5-苯
基 -3氢 -吡唑 -3-酮为第一主成分 ,有望作为除
草剂仿生合成模板 ,需进一步分离 、提纯 、鉴定 。
3 结 论
小蓬草地上部分精油对受体植物油菜种子萌发
具有 50%抑制作用的丙酮溶液的适宜浓度 IC50为
0.6mg/mL。小蓬草地上部分精油对受体植物油菜
种子萌发具有抑制作用的活性组分匹配度 74以上
的有柠檬烯 、α-佛手柑油烯 、顺式 -β -麝子油烯 、
反式 -对 -薄荷 -2, 8-二烯醇 、顺式 -对 -薄荷 -
2, 8-二烯 -1 -醇 、香芹醇 、反式香芹醇 、s-香芹
酮等化合物 。 2, 4 -二氢 -2 -甲基 -5 -苯基 -3
氢 -吡唑 -3-酮为第一主成分 ,有望作为除草剂仿
生合成模板 ,需进一步分离 、提纯 、鉴定。
参考文献:
[ 1] 王羽梅.中国芳香植物 上册 [ M] .北京:科学出版社 , 2008:
401.
[ 2] 林镕 ,陈艺林(中国科学院中国植物志编辑委员会).中国植物
志 [ M].北京:科学出版社 , 1985:348-350.
[ 3] 聂绍荃 ,袁晓颖 ,杨逢建.黑龙江植物资源志 [ M] .哈尔滨:东
北林业大学出版社 , 2003:700-701.
[ 4] TworkoskiT.Herbicideefectsofessentialoils[ J] .WeedSci-
ence, 2002, 50:425-431.
[ 5] VyvyanJR.Aleochemicalsasleadsfornewherbicidesandagro-
chemicals[ J] .Tetrahedron, 2002, 58:1631-1646.
[ 6] AnjumT, BajwaR.Fieldappraisalofherbicidepotentialofsun-
flowerleafextractagainstRumexdentatus[ J] .FieldCropsRe-
search, 2007, 100:139-142.
[ 7] 杨期和 ,叶万辉 ,廖富林 ,等.植物化感物质对种子萌发的影响
[ J].生态学杂志 , 2005, 24(12):1459-1465.
[ 8] 曹慕岚.入侵植物加拿大飞蓬抗旱性及生物毒性的初步研究
[ D].硕士学位论文 , 2007.
[ 9] 曹慕岚 ,李翔.入侵植物—加拿大飞蓬对作物种子萌发及幼苗
生长的影响 [ J] .成都大学学报:自然科学版.2008, 27(3):
187-190.
[ 10] 曹慕岚 ,罗群 ,张红 ,等.入侵植物加拿大飞蓬(Erigeroncana-
densisL.)生理生态适应初探 [ J] .四川师范大学学报:自然
科学版.2007, 30(3):387-390.
[ 11] ParkYH, ChoiHJ, WangHY, etal.Volatilecomponentsof
ErigeroncanadensisL.inKorea[ J].KoreanJournalofWeed
Science, 2007, 27(3):268-274.
[ 12] ChoiHJ, WangHY, KimYN, etal.Compositionandcytotox-
icityofessentialoilextractedbysteamdistilationfromhorseweed
(ErigeroncanadensisL.)inKorea[ J] .JournaloftheKorean
SocietyforAppliedBiologicalChemistry, 2008, 51(1):55-59.
[ 13] 许桂芳 ,刘明久 ,晁慧娟.入侵植物小蓬草化感作用研究 [ J].
西北农业学报 , 2007, 16(3):215-218.
[ 14] 高兴祥 ,李美 ,于建垒等.小飞蓬提取物除草活性的生物测定
[ J] .植物资源与环境学报 , 2006, 15(1):18-19.
[ 15] WeissY, BaruchR, AvidorSetal..Determinationofplantre-
sistancetocarbamateherbicidalcompoundsinhibitingceldivi-
sionandearlygrowthbyseedandplantletsbioassays[ J].Nature
Protocols, 2006, 1(5):2282-2287.
[ 16] SaxenaA, SinghDV, JoshiNL.Autotoxiceffectsofpearlmil-
letaqueousextractsonseedgerminationandseedlinggrowth[ J].
JournalofAridEnvironments, 1996, 33:255-260.
[ 17] LisA, PiggotJR, GóraJ.Chemicalcompositionvariabilityof
theessentialoilofConyzacanadensisCronq.[ J] .Flavourand
FragranceJournal, 2003, 18:364-367.
[ 18] 李霞.萜类化合物对植物的化感作用 [ J] .通化师范学院学
报 , 2006, 27(2):80-81.
[ 19] 张学文 , 刘亦学 , 刘万学 ,等.植物化感物质及其释放途径
[ J] .中国农学通报 , 2007, 23(7):295-297.
[ 20] 王延鹏.植物间化感作用研究概况 [ J] .山东林业科技.
2008, 176(3):84-88.
[ 21] 邓芹英 ,刘岚 ,邓慧敏.波谱分析教程 [ M].2版.北京:科学
出版社 , 2007:261-275.
[ 22] 朱淮武.有机分子结构波谱解析 [ M] .北京:化学工业出版
社 , 2005:273-277.
[ 23] 孟令芝 ,龚淑玲 ,何永炳.有机波谱分析 [ M] .2版.武汉:武
汉大学出版社 , 2003:14-51.
[ 24] 王光辉 ,熊少祥.有机质谱解析 [ M] .北京:化学工业出版
社 , 2005:130-160.
—54—
中 国 野 生 植 物 资 源 第 29卷