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Total Flavonoid Dynamics of Caragana microphylla Lam.

不同生长时期小叶锦鸡儿黄酮类化合物含量的变化动态



全 文 :第19卷 第6期
 Vol.19  No.6
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
   2011年  11月
  Nov.  2011
不同生长时期小叶锦鸡儿黄酮类
化合物含量的变化动态
蒙秋霞1,张丽珍2,牛 宇3*
(1.山西省农业科学院农业环境与资源研究所,山西 太原 030006;2.山西大学生命科学学院,山西 太原 030006;
3.山西省农业科学院农业资源与经济研究所,山西 太原 030006)
摘要:为研究小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.)各部位黄酮类化合物动态变化规律,确定其适宜采收的部
位和时期,采用硝酸铝显色法测定了不同生长时期小叶锦鸡儿植株各部位的总黄酮含量。结果表明:一年生去叶
枝及根中总黄酮含量于4月达到最高,分别为1.021%和0.249%,半年生去叶枝和二年生去叶枝于9月达到最高,
分别为0.990%和0.868%。半年生枝、一年生枝和二年生枝上叶总黄酮含量分别在在9月、7月和6月达到最高,
分别为2.669%,2.517%和2.223%。半年生枝和一年生枝上的花总黄酮含量在5月达到最高,分别为3.324%和
3.368%,二年生枝上花在4月达到最高,为3.345%。半年生枝、一年生枝和二年生枝上种子总黄酮含量均在7月
达到最高,分别为0.837%,0.840%和0.812%。总黄酮含量的高低顺序为花>复叶>去叶枝韧皮部>去叶枝>
种子>去叶枝木质部>根韧皮部>根木质部。如以黄酮类物质的利用为目的,应重点采集花、复叶及枝条的韧皮
部,并应在9月采集一年生和半年以内枝、叶,保留其地下部分,有望获得较高的得率。
关键词:小叶锦鸡儿;黄酮类化合物;动态变化
中图分类号:Q946.839    文献标识码:A     文章编号:1007-0435(2011)06-0943-05
Total Flavonoid Dynamics of Caragana microphylla Lam.
MENG Qiu-xia1,ZHANG Li-zhen2,NIU Yu3*
(1.Institute of Agricultural Environment and Resources,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan,
Shanxi Province 030006,China;2.Colege of Life Sciences,Shanxi University,Taiyuan,Shanxi Province 030006,China;
3.Institute of Agricultural Resources and Economy,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan,Shanxi Province 030006,China)
Abstract:Caragana microphylla Lam.is becoming an important forage plant used for wind-break,sand-
fixing,revegetation trials and soil amelioration in arid and semi-arid areas of northern China.Previous re-
search found that the species was both rich in flavonoids and a potential resource for falvonoid extraction.
Total flavonoid contents in different parts of C.microphylla were measured using the aluminum nitrate
spectrophotometric method.Results showed that total flavonoid contents of one-year-old branch and root
samples in April reached a peak(1.021%and 0.249%);while half-year-old branches and two-year-old
branches in September peaked(0.990% and 0.868%).Total flavonoid contents in half,one-year-old
branches and leaf of two-year-old branches peaked at 2.669%,2.517%and 2.223%in September,July
and June,respectively.Total flavonoid contents in flowers of half-and one-year-old branches reached their
peaks in May(3.324%and 3.368%).Total flavonoid content in flowers of half-and one-year-old branch
peaked in April(3.345%).Total flavonoid contents in seeds of half-,one-,and two-year-old branches
peaked in July(0.837%,0.840%and 0.812%,respectively).Total flavonoid content of plant tissue was
ranked as:flower>compound leaf>cortex of branch>branch without leaves>seed>xylem of branch>
cortex of root>xylem of root.
Key words:Caragana microphylla Lam.;Flavonoid;Dynamics
  小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.)别
名糜卜、小叶金雀花等,为高1~2m的豆科(Legu-
minosae)锦鸡儿属(Caragana Fabr.)落叶灌木,主
要分布于东北、华北、西北和西南的草原区和荒漠
收稿日期:2011-07-07;修回日期:2011-09-07
基金项目:山西省国际科技合作项目(2011081067);山西省农业科学院院级项目(YGG1136)资助
作者简介:蒙秋霞(1979-),女,壮族,广西崇左人,博士,助理研究员,主要从事野生植物保护与利用研究,E-mail:qiuxia_meng@126.com;
*通信作者 Author for correspondence,E-mail:kayneo@126.com
草 地 学 报 第19卷
区,在广大牧区常大面积连成片,形成小叶锦鸡儿灌
丛草原。该植物耐旱、耐寒、耐高温和盐碱、枝繁花
茂、根系发达,有根瘤,是我国北方干旱、半干旱地区
的优质牧草,也是植被恢复和生态建设的重要树
种[1]。小叶锦鸡儿是记载的中药、藏药和蒙药,具有
祛风湿、活血、镇静、强心、利尿、消炎等功效。民间
用于治疗骨髓炎、风湿性关节炎、高血压、咽喉炎、妇
科疾病等[2],是极具开发价值的特色资源优势植物。
黄酮类化合物在植物中分布广泛,随着研究的深入
黄酮类化合物在医药领域的应用取得了良好的社会
效益和经济效益,如银杏黄酮、葛根黄酮在医药领域
的广泛应用[3,4]。由于牧草具有生物量大、原料易
得、提取残渣仍可作为饲料利用的特点,近年来从苜
蓿(Medicago L.)、胡枝子(Lespedeza Michx)等牧
草中提取黄酮类化合物是提高牧草经济附加值研究
的新课题[5~7],具有重要的现实意义。有研究发现
小叶锦鸡儿富含黄酮类成分[8],是一种极具潜力的
黄酮类物质提取资源植物。黄酮类物质在植物体内
的空间分布和生长时期的动态变化直接影响提取得
率,但迄今有关小叶锦鸡儿各器官中黄酮类化合物
动态变化的研究尚未见报道。为此,本试验对小叶
锦鸡儿各器官中的总黄酮含量及其动态变化进行研
究,以期明确黄酮类化合物的积累动态与植物生长
发育阶段的关系,确定其适宜的采收部位和采收期,
为其黄酮类提取和可持续利用提供科学依据。
1 材料和方法
1.1 植物材料
1.1.1 植物材料 小叶锦鸡儿各部位材料采集于
山西省农业科学院试验地,为人工栽培的半年生、一
年生和两年生植株。根据物候观察,小叶锦鸡儿在
太原的萌动期在4月上旬,展叶期在4月中旬,开花
期在4月中旬至5月中旬,结实期在5月下旬至7
月上旬,果熟期在7月中旬至8月中旬,落叶期在
10月中旬,生长期为194d。选择同时播种、生长良
好、有代表性的植株10株,挂牌标示,每月中旬采
集。将各株材料按不同生长时间、不同部位分类混
合,60℃烘干,粉碎,过40目筛,装入干燥容器中备
用。由于半年生枝条的韧皮部与木质部难以分离,
因此只准备了去叶枝材料。
1.1.2 试剂 芦丁(分子式 C27H30O16,分子量
610.52,批号020620)来自北京化学试剂厂。常用
化学试剂为分析纯,水为去离子水。
1.2 方法
1.2.1 小叶锦鸡儿提取液的准备 采用硝酸铝显
色法[8]。粉碎过筛后的各部位植物材料于60℃干
燥3h,分别精密称取1.0000g,置索氏提取器中,
加乙醚加热回流至提取液无色,冷却,弃去乙醚液,
加70%乙醇50℃水浴浸提5h,冷却,双层滤纸过
滤,滤液用70%乙醇定容至50mL后待测。
1.2.2 芦丁标准贮备液的制备 精密称取120℃
干燥至恒重的芦丁标准样品0.1014g,用50%乙醇
溶解后移至50mL棕色容量瓶中,用70%乙醇定容
至刻度,放入冰箱中备用。
1.2.3 芦丁标准应用液的制备 每次使用时,精密
吸取10mL芦丁标准贮备液于100mL容量瓶中,
用70%乙醇稀释至刻度。
1.2.4 标准曲线的绘制 精密吸取芦丁标准应用
液各0.0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0mL,分别置于
25mL容量瓶中,设3个重复,各加水至6mL,加
5%亚硝酸钠溶液1mL,混匀,放置6min。加10%
硝酸铝溶液1mL,混匀,放置6min。加4%氢氧化
钠试液10mL,再加水至刻度,摇匀,放置15min后
以未加芦丁标准应用液的待测液为参比溶液,在
510nm波长处测定芦丁标准品溶液的吸光度。用
最小二乘法进行线性拟合,得到芦丁浓度与吸光度
的线性回归方程。
1.2.5 小叶锦鸡儿总黄酮含量测定 每月制备标
准曲线,拟合出标准曲线回归方程。准确吸取定容
后的小叶锦鸡儿提取液500~3000μL 6份,分别置
于25mL容量瓶中,其中一份用70%乙醇定容至刻
度,作为参比溶液,其余5个重复按1.2.4项下自
“各加水至6mL”起同法操作,于510nm处测定吸
光度,将吸光度值代入标准曲线回归方程,得到小叶
锦鸡儿提取液浓度,经换算后得到小叶锦鸡儿植物
材料中的总黄酮含量。
1.3 数据处理
数据采用Excel 2007和PASW Statistics 18进
行统计分析,总黄酮含量差异用单因素方差分析
(One-Way ANOVA-Duncan’s multiple range test)
进行比较。
2 结果与分析
2.1 小叶锦鸡儿复叶总黄酮积累动态
小叶锦鸡儿复叶中黄酮类的积累动态规律如图
449
第6期 蒙秋霞等:不同生长时期小叶锦鸡儿黄酮类化合物含量的变化动态
1所示。小叶锦鸡儿展叶到落叶期间二年生枝上叶
的总黄酮含量显著低于一年生枝(P<0.01)和半年
生枝(P<0.05)上的叶。一年中不同枝龄的叶总黄
酮含量变化有所差异,但5月叶的总黄酮含量都最
低,在1.878%~2.160%之间。二年生枝上叶的总
黄酮含量在6月最高,达到2.233%,在7,8月略微
下降至2.025%和2.060%后,在9月达到1个次高
峰(2.134%),随后又开始回落。一年生和半年生枝
上叶的总黄酮含量变化相似,在4-5月呈下降趋
势,含量在2.045%~2.364%之间,而在5-6月呈
升高趋势,在6月达到一个高点,此时一年生枝上叶
总黄酮含量为2.458%,半年生枝上叶为2.400%,
在7,8月又逐渐下降,之后在9月上升至最高峰,此
时一年生枝上叶总黄酮含量为2.449%,半年生枝
为2.669%,然后开始回落。
图1 小叶锦鸡儿复叶总黄酮积累动态
Fig.1 Accumulative dynamics of total flavonoid
in C.microphyllaleaf
2.2 小叶锦鸡儿花和种子总黄酮积累动态
由图2可知,不同枝龄的小叶锦鸡儿花和种子
中的总黄酮含量差异不显著,且都仅有一个高峰期。
半年生和一年生枝上花中的总黄酮在4-5月时处
于上升状态,5月盛花期时达到高峰,为3.172%~
3.368%。而二年生枝上花的总黄酮含量在4月即
达到最高峰,可能是因为这些花的发育早于其他枝
龄的花。在4-6月时连续下降,6月花期结束时只
能采集到零星花朵,且不同枝龄的花总黄酮含量下
降至2.679%~3.214%。其中以二年生枝上花的
黄酮含量下降幅度最为剧烈,可能是因为二年生枝
上的花先于其他枝龄的花凋谢,黄酮类化合物被破
坏或转移。小叶锦鸡儿种子在7-8月成熟,但6月
中旬可采集到未成熟种子。不同枝龄的小叶锦鸡儿
种子总黄酮含量很接近,在0.587%~0.836%之
间。其中,7月种子总黄酮含量达到最高峰,在
0.812%~0.840%之间,8月随着种子的成熟,黄酮
含量有所下降。
2.3 小叶锦鸡儿根和去叶枝总黄酮积累动态
在一年的生长中,小叶锦鸡儿不同枝龄去叶枝
的总黄酮含量显著高于根(P<0.01),半年生去叶
枝总黄酮含量显著高于二年生去叶枝(P<0.05)
(图3)。根和去叶枝总黄酮含量总体呈下降趋势,
但在4月和8-9月各有1个高峰,2个峰值较为接
近(P>0.05,P>0.01),这与叶中的总黄酮含量变
化有所不同。
2.4 小叶锦鸡儿根和去叶枝的韧皮部总黄酮积累
动态
由图4可知,一年当中小叶锦鸡儿根和去叶枝
的韧皮部总黄酮含量大小为一年生去叶枝>二年生
去叶枝>根,且差异显著(P<0.01)。不同部位韧
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草 地 学 报 第19卷
皮部总体变化趋势与在茎中的变化相似,在8,9月
出现最高峰,在3,4月出现次高峰,稍有不同的是不
同枝龄去叶枝中总黄酮含量在4月和9月相接近
(P>0.01),而一年生去叶枝韧皮部在9月的总黄
酮含量为1.501%,稍高于4月的1.400%(P<
0.01),二年生去叶枝韧皮部9月的总黄酮含量则稍
低于4月的含量(P<0.01)。
图4 小叶锦鸡儿根和去叶枝的韧皮部总黄酮积累动态
Fig.4 Accumulative dynamics of total flavonoid
in cortex of C.microphylla
2.5 小叶锦鸡儿根和去叶枝的木质部总黄酮积累
动态
由图5可知,小叶锦鸡儿根和去叶枝的木质部
总黄酮含量大小亦为一年生去叶枝>二年生去叶枝
>根。一年生和二年生去叶枝的总黄酮含量均显著
高于根部(P<0.01),一年生和二年生去叶枝之间
的总黄酮含量差异不显著(P>0.05)。木质部总黄
酮含量总体变化趋势与去叶枝及韧皮部相似,都在
9月出现最高峰,在4月出现次高峰。其中,二年生
图5 小叶锦鸡儿根和去叶枝的木质部总黄酮的积累动态
Fig.5 Accumulative dynamics of total flavonoid
in xylem of C.microphylla
去叶枝和根中2个总黄酮含量高峰值比较接近(P
>0.01),而一年生去叶枝木质部总黄酮含量在9月
达到高峰值为0.741%,在4月达到次高峰值为
0.560%,仅为9月高峰值的75%(P<0.01)。
3 讨论
小叶锦鸡儿不同部位黄酮类物质的含量差异较
大,主要积累在花和复叶中,枝条的韧皮部和种子次
之,枝条的木质部和根中较少。这可能与这些部位
的内部结构和功能有关。小叶锦鸡儿花实际上是变
态的叶,由大量成熟的薄壁细胞组成,薄壁细胞是合
成营养物质、形成和积累次生代谢产物的主要场所。
此外,花冠还因细胞液中存在的色素(如查尔酮、花
色素及其苷类等)而呈现黄色[9],因而在花中测出高
含量的黄酮类化合物。复叶由表皮、输导组织和叶
肉组成,其中叶肉是主要组成部分,也是由大量薄壁
细胞组成,因此复叶也是黄酮类富集的部位。枝条
与根的结构相似,均具有输导、贮藏作用,因此也含
有一定的黄酮类物质。但枝条中的黄酮类含量高于
根,而韧皮部黄酮类含量高于木质部,可能与其内部
贮藏细胞在这些部位所占的比例高低有关。
小叶锦鸡儿不同部位黄酮类物质的动态变化是
次生代谢物的生长积累与植物体生长发育之间相互
作用的结果,并受到光照、温度、土壤含盐量等环境
因素的影响[10~13]。小叶锦鸡儿根和去叶枝中的总
黄酮含量在12月到来年4月缓慢升高,达到1个高
峰,然后在经历了5-7月的低谷后,在8-9月达到
第2个高峰,之后在10-11月回落。Carvalho等[14]
发现长日照能诱导大量类黄酮途径相关基因的表
达,从而显著增加甘薯(Ipomoea batatas)叶片中的
黄酮醇含量。小叶锦鸡儿在4月中旬展叶后,随着
叶发育进程的推进,作为黄酮生物合成起源的光合
产物增加,加上日照时间的延长诱导类黄酮途径相
关基因的表达,引起叶中总黄酮含量的提高,并被输
送到植株各部位,在4月达到高峰。在5月盛花期
测定小叶锦鸡儿花的总黄酮含量为3.368%,在7
月测定种子的总黄酮含量为0.840%,含量较高,而
这2个月正是小叶锦鸡儿其他器官总黄酮含量处于
低谷的时候。可见,5月和7月黄酮类化合物可能
被优先分配到繁殖器官中,使得其他部位黄酮含量
减少。8月以后由于生长季节光合产物大量积累,
加上种子的成熟,作为黄酮生物合成底物的光合产
物重新分配到营养器官中,使得根、枝和叶的总黄酮
649
第6期 蒙秋霞等:不同生长时期小叶锦鸡儿黄酮类化合物含量的变化动态
合成与积累再度增加,形成第2次高峰。10-11月
由于落叶期开始,光合作用下降,光合产物积累减
少,且日照缩短,类黄酮途径相关基因的表达受到抑
制,导致黄酮类合成和积累减少。
由测定结果可知,除花和种子以外,小叶锦鸡儿
各部位的黄酮含量第1次高峰值(4月)通常低于第
2次(8-9月),且持续时间较短,可能由以下原因
造成:第一,前期属于器官大量分化形成期,光合产
物向其他产物的迅速转化导致光合产物总积累量不
够,因而向黄酮类化合物的转化相对不够;第二,生
物体内黄酮合成的起源为光合产物,因此植物中黄
酮类化合物的合成依赖于光。由于采样地点所处的
太原市全年日照时数主要集中分布于5月下旬至9
月,4月至5月上旬的光照强度不足,且沙尘天气较
多,造成光合作用下降,进而影响类黄酮的合成。同
时由于黄酮合成的关键调速酶苯丙氨酸氨解酶
(PAL)是光诱导酶,其活性与光照强度和光密度有
关,PAL酶活性的降低导致类黄酮合成速率的下
降[15]。
采用相同的方法和标准品进行测定,小叶锦鸡
儿在不同生长时期地上部位的总黄酮含量均远远高
于小冠花(Coronilla varia)、百脉根(Lotus cornicu-
latus)、鹰嘴紫云英(Astragalus sinicus)和红豆草
(Onobrychis viciaefolia)等豆科牧草[16],证明除了
作为牲畜饲牧草料和生态建设植物外,小叶锦鸡儿
在黄酮类化合物的提取和利用方面具有巨大的开发
价值,值得进一步研究和探索。
4 结论
4.1 小叶锦鸡儿体内含有较多的黄酮类物质,植株
总黄酮含量的高低顺序是花>复叶>去叶枝韧皮部
>去叶枝>种子>去叶枝木质部>根韧皮部>根木
质部。
4.2 一年生去叶枝和根中总黄酮含量于4月达到
最高,分别为1.021%和0.249%,半年生去叶枝和
二年生去叶枝中于9月达到最高,分别为0.990%
和0.868%。半年生枝、一年生枝和二年生枝上叶
总黄酮含量分别在在9月、7月和6月达到最高,分
别为2.669%,2.517%和2.223%。半年生枝和一
年生枝上的花总黄酮含量在5月达到最高,分别为
3.324%和3.368%,二年生枝上的花在4月达到最
高,为3.345%。半年生枝、一年生枝和二年生枝上
种子总黄酮含量均在 7 月达到最 高,分 别 为
0.837%,0.840%和0.812%。
4.3 如以黄酮类物质的利用为目的,应重点采集
花、复叶及枝条的韧皮部,并应在9月采集一年生和
半年以内枝、叶,保留其地下部分,有望获得较高的
得率。此时距种子成熟期已过去一个多月,不会因
破坏其营养器官而对小叶锦鸡儿种子的发育产生影
响,可以保证种子的产量和质量。如植株不用于采
种,在5月开花展叶期采集花、叶提取总黄酮也有望
获得较高的得率。
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(责任编辑 李美娟)
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