全 文 ：广西莪术优良种质挥发油成分的聚类分析
王 建， 杨 妮， 朱锦萍
（广西中医药大学药学院，广西 南宁 530001）
摘 要：利用聚类分析软件对 150 份不同种质桂莪术挥发油成分进行分析，为临床用药需要及选育优良
桂莪术种质提供参考依据。采用 GC-MS联用仪测定初步筛选出来的优良种质桂莪术挥发油成分，通过聚类分
析软件筛选其特征挥发性组分并进行比较，得出不同种质桂莪术挥发油成分分析结果。结果表明：以不同变量
为标准进行聚类分析，各不同种质桂莪术均能聚集成类。 以莪术烯和 β-榄香烯为变量均聚为 3 类，以莪术二
酮为变量聚为 2 类，以莪术烯、β-榄香烯为变量聚为 4 类，以莪术烯、莪术二酮、β-榄香烯三者为变量聚类分
为 3类，以所有成分为变量聚为 4类。
关键词：广西莪术； GC-MS； 挥发油； 聚类分析
中图分类号：R248.1 文献标识码：A 文章编号：1004－874X（2015）02－0089-05
Clustering analysis on volatile components from
different species of Curcuma kwangsiensis
S. G. Lee et C. F. Liang
WANG Jian, YANG Ni, ZHU Jin-ping
(Guangxi University of Chinese Medicine, Nanning 530001, China)
Abstract: Using cluster analysis software to analyze 150 volatile components from different species of Curcuma
kwangsiensis to provide the basis needs for clinical and selecting good C. kwangsiensis varieties. GC-MS was used
to analyze the volatile components of good C. kwangsiensis varieties which were prescreened from others. The
characteristic volatile components were screened and compared by the SPSS software, and then the result could be
obtained from the analysis. According to the cluster analysis by using different standards, we could see that different
C. kwangsiensis varieties could be divided into classes. When Curzerene was used as the analysis standard, the
samples could be divided into 3 classes, when β-Elemene was used as the analysis standard, the samples could be
divided into 3 classes, when using Curdione as the analysis standard, the samples could be divided into 2 classes,
when using Curzerene and β-Elemene as the analysis standard, the samples could be divided into 4 classes, when
using Curzerene, β-Elemene and Curdioneas as the analysis standard, the samples could be divided into 3 classes,
and when using the whole components as the analysis standard, the samples could be divided into 4 classes.
Key words: Curcuma kwangsiensis S. G. Lee et C. F. Liang; GC-MS; volatile components; clustering analysis
莪术为姜科植物蓬莪术（Curcuma phaeocaulis
Val.）、 广西莪术 （C. kwangsiensis S. G. Lee et C. F.
Liang）或温郁金（C. wenyujin Y. H. Chen et C. Ling）
的干燥根茎 [1]。 其味辛、苦，性温，具有行气破血，消
积止痛的功效。 现代药理表明挥发油有较好的抗肿
瘤、抗炎、抗菌、抗病毒作用 [2-4]，尤其在治疗肿瘤方
面莪术具有很大的开发潜力。 挥发油中莪术醇、莪
术酮 、莪术二酮、β-榄香烯及吉马酮等是其主要活
性成分，亦是莪术挥发油的主要抗肿瘤活性成分[5]。
广西莪术习称“桂莪术”，为广西道地药材。 经
笔者多年研究发现桂莪术出现种间变异 [6-7]，仅在广
西不同产地桂莪术植物形态及药材产量不同，具有
的挥发油种类及含量更是各异，经研究发现有的桂
莪术药材含油量较高达到每 1 kg 含油量 14.1 mL
收稿日期：2014-04-17
基金项目：国家自然科学基金（81160500）
作者简介：王建（1959-），女，教授，E-mail：642413556@
qq.com
广东农业科学 2015年第 2期 89
C M Y K
DOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2015.02.031
表 1 部分桂莪术挥发油提取结果
挥发油含量
（mL）
1.41
1.32
1.21
1.20
1.20
1.15
1.15
1.10
1.02
1.00
1.00
0.97
莪术重
（g）
416.5
307.0
216.0
273.0
170.1
167.0
-
151.2
157.5
269.5
-
295.0
编号
玉 18/B97
玉 11/A28
药圃
A28
D3
D2
D13
D5
玉 19/B2
C39
D15
C108
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
注：“-”表示该数据未记载，表 2 同。
以上，诸如此类的优良种质应予以重视。 桂莪术挥
发油成分种类及含量差异大，不同挥发油成分的药
理作用有差别。 利用聚类分析软件以成分进行归
类，有助于将不同种质桂莪术进行归类整合，根据
用药需要可筛选出需要的莪术种质，进而选择性地
选育该类桂莪术品种。 因国内尚无文献报道桂莪术
挥发油成分的聚类分析，故本研究对桂莪术挥发油
成分进行聚类分析具有实际意义，由此可根据临床
需要选出含所需挥发油成分的莪术种质，增强治疗
的针对性，同时可为广西莪术的良种选育提供参考
依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试所用不同种质类型广西莪术单株材料鲜
品均采自栽培于广西南宁仙葫区基地的广西莪术，
经鉴定均为广西莪术。 从 150 份莪术材质选取 25
份优秀种质桂莪术材料进行研究。 其中编号为药
圃、 玉 18/B97、 玉 19/B2、 玉 14/C29、 玉 16、C39、
C108、A28、D2、D5、D13、D15、D3、药用 2、玉 11/A28
为含油量高者，其含油量为 0.9 mL/100g，单株莪术
重不计；编号为玉 13/C106、玉 4/B81、玉 10/A12、玉
17/B6、玉 22、玉 6/C84、玉 1/C59、玉 18/B97、玉 14/
C29、C105、C16、 广城 1 号为含油量及产量均高者，
即含油量≥0.5 mL/100g，单株莪术重 400 g以上者。
1.2 试验方法
1.2.1 挥发油的提取 参照中国药典 2010 年版附
录 XD 挥发油提取方法，分别取不同种质广西莪术
当选株系的根状茎洗净、 晾干， 每份取鲜品 100.0
g，切碎。 置 1 000 mL 圆底烧瓶中，加水 500 mL，加
热煮沸并保持微沸 5 h，静置分层后读取挥发油体
积，并收集挥发油置于 2 mL 离心管中保存。 结果
见表 1。
1.2.2 挥发油成分的 GC-MS 分析 样品预处理：
取挥发油约 0.05 mL，加入甲醇稀释至约 1.5 mL，超
声 5 min后取出，加入无水硫酸钠适量除去水分，离
心 10 min，取出即得。
GC-MS测定条件： 色谱柱为 HP-5MS （30 m×
0.32 mm×0.25 μm）。 升温程序为初始 60℃（4 min），
以 10℃ /min 升温至 100℃， 再以 4℃ /min 升温至
108℃，保持 2 min，以 4℃/min升温至 156℃，保持 10
min，以 20℃/min 升温至 280℃，保持 2 min；气化温
度 250℃，检测器温度 280℃；载气为高纯氦气；载气
流量 1.5 mL/min；进样量 1 μL；分流比 50∶1；溶剂延
迟 3 min。 质谱条件：电子轰击（EI）电离源，电子能
量 70 eV，离子源温度 230℃，四级杆温度 150℃；图
谱库为 NIST08。
2 结果与分析
2.1 GC-MS分析结果
吸取离心后的挥发油 1 μL 进行分析测定。 通
过 GC-MS 分析，得出 25 个优良种质桂莪术鲜品挥
发油的质谱图， 通过化学工作站数据系统分析，按
峰面积归一化法进行计算求得各化学成分在挥发
油中的相对百分含量。 通过 NIST08 标准图库进行
检索，选取匹配度 SI>90的化合物，结合有关文献进
行人工检索和解析，确认各化合物，共鉴定出 36 个
化合物，成分分析结果列于表 2。
2.2 挥发油成分聚类分析
利用 SPSS 19.0 聚类分析软件， 先对全部数据
进行统一标准化处理，再利用标准化后的数据进行
聚类分析[6-7]。 分别筛选特征性组分，按不同的成分
为变量进行分析，分析结果见图 1~图 6。
2.2.1 以莪术烯为变量所得成分聚类结果 当以
莪术烯为变量时所得的成分聚类分析结果（图 1）显
示，C105 独自成类，莪术烯百分含量 10%以上；D2、
D13、C39、药圃 、玉 19/B2、玉 18/B97、A28、玉 10/
A12、C16、玉 1/C59、玉 4/B81、玉 17/B6、药用 2、玉 6/
C84、玉 22、玉 13/C106 聚成另一类，莪术烯的百分
90
C M Y K
药圃
-
0.44
0.87
-
-
22.56
0.70
5.18
2.22
0.56
0.79
0.48
D15
-
0.49
0.36
-
0.72
24.48
1.90
4.80
1.84
-
0.79
1.86
D13
-
0.62
0.51
0.17
0.68
25.56
1.63
4.94
1.99
-
0.91
1.91
D5
-
0.23
0.27
-
-
24.65
1.35
3.80
1.58
-
0.47
1.71
D2
-
0.37
0.46
0.12
0.26
25.16
1.48
4.43
1.89
-
0.89
1.89
C108
0.14
0.24
0.36
-
0.27
15.74
1.05
3.29
1.38
-
0.60
0.26
C105
-
0.48
-
-
0.67
20.00
-
1.47
1.33
1.71
0.65
0.73
A28
-
-
0.45
-
-
39.18
2.30
8.13
3.46
-
1.49
2.93
C39
0.39
1.26
1.07
0.51
0.38
24.83
1.92
5.77
2.35
-
0.99
1.89
化合物
2-庚醇
α-蒎烯
莰烯
桧烯
β-蒎烯
桉树脑
沉香醇
樟脑
异龙脑
龙脑
4-萜烯醇
β-榄香烯
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
表 2 各优良种质广西莪术挥发油成分分析结果（部分）
相对含量（%）
玉 14/C29
玉 16
D15
D5
玉 11/A28
C108
广城 1
D3
药圃
玉 10/A12
C16
玉 18/B97
D2
玉 1/C59
玉 4/B81
玉 17/B6
D13
玉 19/B2
药用 2
玉 6/C84
玉 22
C39
A28
玉 13/C106
C105
10
11
8
6
15
4
17
14
9
21
25
12
5
18
19
23
7
13
16
20
24
1
2
22
3
0 5 10 15 20 25
图 1 以莪术烯为变量所得成分聚类结果
C39
D2
药用 2
D13
D15
玉 16
D5
玉 18/B97
玉 19/B2
玉 11/A28
D3
A28
玉 13/C106
玉 22
C105
玉 6/C84
药圃
C16
玉 10/A12
玉 1/C59
玉 17/B6
C108
玉 4/B81
广城 1
玉 14/C29
1
5
16
7
8
11
6
12
13
15
14
2
22
24
3
20
9
25
21
18
23
4
19
17
10
0 5 10 15 20 25
图 2 以 β-榄香烯为变量所得成分聚类结果
玉 22
C16
C39
玉 13/C106
玉 17/B6
玉 6/C84
玉 10/A12
玉 1/C59
玉 4/B81
药用 2
广城 1
玉 19/B2
D3
玉 14/C29
玉 18/B97
D15
药圃
D2
D13
C105
C108
A28
玉 16
玉 11/A28
D5
24
25
1
22
23
20
21
18
19
16
17
13
14
10
12
8
9
5
7
3
4
2
11
15
6
0 5 10 15 20 25
图 3 以莪术二酮为变量所得成分聚类结果
药圃
玉 10/A12
C16
玉 1/C59
玉 17/B6
玉 4/B81
玉 13/C106
玉 6/C84
玉 22
C108
广城 1
D2
D13
药用 2
玉 19/B2
玉 18/B97
D15
玉 16
玉 11/A28
D5
D3
C39
A28
玉 14/C29
C105
9
21
25
18
23
19
22
20
24
4
17
5
7
16
13
12
8
11
15
6
14
1
2
10
3
0 5 10 15 20 25
图 4 以莪术烯、β-榄香烯为变量所得成分聚类结果
91
C M Y K
药圃
玉 10/A12
C16
玉 1/C59
玉 17/B6
玉 4/B81
玉 13/C106
玉 6/C84
玉 22
C108
广城 1
D15
D3
D3
D13
药用 2
玉 19/B2
玉 18/B97
C39
A28
玉 16
玉 11/A28
D5
玉 14/C29
C105
9
21
25
18
23
19
22
20
24
4
17
8
14
5
7
16
13
12
1
2
11
15
6
10
3
0 5 10 15 20 25
图 5 以莪术烯、莪术二酮、β-榄香烯为变量
所得成分聚类结果
玉 1/C59
玉 4/B81
玉 10/A12
玉 17/B6
玉 13/C10
C16
玉 22
玉 6/C84
A28
药用 2
C108
D3
玉 11/A28
药圃
玉 19/B2
D15
玉 16
D2
玉 18/B97
玉 14/C29
D13
D5
C39
广城 1
C105
18
19
21
23
22
25
24
20
2
16
4
14
15
9
13
8
11
5
12
10
7
6
1
17
3
0 5 10 15 20 25
图 6 以所有成分为变量所得成分聚类结果
含量为 4%~10%；D15、玉 16、D5、玉 14/C29、C108、
玉 11/A28、广城 1、D3聚成一类，莪术烯百分含量为
0~3%。
2.2.2 以 β-榄香烯为变量所得成分聚类结果 当
以 β-榄香烯为变量时所得成分聚类分析结果（图
2）显示，玉 14/C29独自聚成一类，β-榄香烯的百分
含量范围在 4%~6%之间；C39、玉 16、玉 19/B2、D2、
D13、玉 18/B97、D15、D3、A28、玉 11/A28、药用 2、D5
聚成一类，β-榄香烯的百分含量范围在 1%~2%之
间；C108、药圃、C105、玉 22、广城 1、玉 10/A12、C16、
玉 1/C59、玉 4/B81、玉 17/B6、玉 6/C84、玉 13/C106
聚成另一类，β-榄香烯的百分含量范围在 0~1%之
间。
2.2.3 以莪术二酮为变量所得成分聚类结果 当
以莪术二酮为变量时所得成分聚类分析结果（图 3）
显示，玉 11/A28、D5、玉 16聚成一类，为含有莪术二
酮成分的莪术种质其成分百分含量范围在 4%~
11%之间；而剩下其他莪术种质聚成另一类，均未检
出莪术二酮。
2.2.4 以莪术烯、β-榄香烯为变量所得成分聚类结
果 当以莪术烯、β-榄香烯为变量时所得成分聚类
分析结果（图 4）显示，C105 独自成类，其含莪术烯
的量超过 10%， 为 12.42%； 玉 14/C29独自聚成一
类，为含莪术烯较低（1%~3%）、含 β-榄香烯较高者
（4%~6%)； 药圃、 玉 10/A12、C16、 玉 1/C59、 玉 4/
B81、玉 17/B6、玉 6/C84、玉 22、玉 13/C106、C108、广
城 1聚成一类，为含莪术烯较高（1%~7%）、含 β-榄
香烯较低者（0~1%)；D15、玉 16、D5、玉 11/A28、D3、
D2、D13、C39、玉 19/B2、玉 18/B97、A28、药用 2聚成
一类，其含莪术烯（1%~6%）、β-榄香烯（1~3%)均较
高。
2.2.5 以莪术烯、 莪术二酮、β-榄香烯为变量所得
成分聚类结果 当以莪术烯、 莪术二酮、β-榄香烯
三者为变量时所得成分聚类分析结果（图 5）显示，
玉 16、D5、玉 11/A28 聚成一类，为莪术烯、莪术二
酮、β-榄香烯 3种成分均含的优良种质； 玉 14/C29
独自聚成一类，其为不含莪术二酮，含 β-榄香烯较
高（4%~6%），含莪术烯较低（1%~3%）；剩下的其他
莪术种质归为另一类，不含莪术二酮，含 β-榄香烯
较低（0~3%），含莪术烯较高（1%~13%）。
2.2.6 以全部成分为变量所得成分聚类结果 当
以全部成分为变量时所得成分聚类分为 4 类时结
果（图 6）显示，C105独自成类；广城 1 独自成类；玉
1/C59、玉 4/B81、玉 10/A12、玉 17/B6、玉 6/C84、玉
22、C16 能聚成一类 ；D15、 玉 16、D5、 玉 14/C29、
C108、玉 11/A28、D3、D2、D13、C39、药圃、玉 19/B2、
玉 18/B97、A28、药用 2、玉 13/C106聚成一类。
3 结论与讨论
以莪术烯为变量进行分类的依据是莪术烯作
为莪术药材的一种特征性组分， 其含量和存在与
否可作为莪术药材质量优劣的参考依据；以 β-榄
92
C M Y K
香烯，莪术二酮为变量进行聚类分析的依据是 β-
榄香烯、莪术二酮在莪术抗肿瘤研究中较常见，其
含量也能作为莪术药用价值的一个判断标准，并
能为临床用药提供参考； 以所有成分为变量进行
聚类分析是从全局考虑其不同莪术种质的亲疏关
系， 在育种时可选择亲疏关系较远的莪术进行杂
交育种，提高其种内变异，以获得更优良的桂莪术
品种。
从 GC-MS 成分分析结果可以看到，只在药材
D13 中检出了吉马酮， 而吉马酮作为莪术的有效
成分理应在每个药材中都存在， 分析结果显示却
只在一个药材中检出， 可能的原因是挥发油在保
存过程中未能冷藏保存，导致挥发油成分损失，这
可能也是其他抗癌有效成分如 β-榄香烯、莪术二
酮等成分在药材中检不全的原因。 检出结果显示
大多数药材中均含有莰烯、蒎烯、桉树脑、沉香醇、
樟脑和异龙脑，且含量较高。 桉树脑、沉香醇、樟
脑、龙脑和异龙脑等可作为香料、天然挥发油成分
使用于医药等领域， 莰烯和蒎烯等萜类成分还可
作为有机合成的原料，如 β-蒎烯的主要工业用途
为热裂解成月桂烯，作为合成开链萜的原料；与甲
醛加成生成诺卜醇，其乙酸酯用作香料。 以 β-蒎
烯为原料，已生产出多种香料和维生素 A、维生素
E 等。
莪术优良品种的开发利用可带来可观的药用
价值及经济价值，应予以重视。 莪术除了采收根茎
外其块茎还是药材郁金的来源，并且郁金也具有较
高的药用价值，可在今后的研究中结合郁金药材进
行细胞分子水平和成分分析等研究。 根据聚类分析
结果可初步筛选出含有不同有效成分的桂莪术品
种，由此可根据临床需要选择性使用含治疗有效成
分高的桂莪术种质，从而提高用药效率亦可减少药
材损耗量；此外可初步判定不同种质桂莪术亲缘关
系的远近，进行良种选育时可选择亲缘关系较远的
品种进行杂交，提高种内变异，有助于在种内传递
性状优良的遗传基因 [8]。 莪术的成分聚类分析为药
材质量标准的制定及良种选育提供必要的参考依
据。
参考文献：
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（责任编辑 刘 翀）
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