全 文 :植物科学学报 2016ꎬ 34(2): 299~307
Plant Science Journal http: / / www.plantscience.cn
DOI:10 11913 / PSJ 2095 ̄0837 2016 20299
蒋征ꎬ 王红ꎬ 张小龙ꎬ 乐巍ꎬ 戴仕林ꎬ 吴啟南. 裂叶荆芥花穗腺鳞代谢规律研究[J] . 植物科学学报ꎬ 2016ꎬ 34(2): 299-307
Jiang Zꎬ Wang Hꎬ Zhang XLꎬ Yue Wꎬ Dai SLꎬWu QN. Research on the metabolism of Schizonepetae spica glandular scale inclusion[J] .
Plant Science Journalꎬ 2016ꎬ 34(2): 299-307
裂叶荆芥花穗腺鳞代谢规律研究
蒋 征1ꎬ 王 红1ꎬ 张小龙1ꎬ 乐 巍1ꎬ 戴仕林1ꎬ 吴啟南1ꎬ2ꎬ3∗
(1. 南京中医药大学药学院ꎬ 南京 210023ꎻ 2. 江苏省中药资源产业化过程协同创新中心ꎬ 南京 210023ꎻ
3. 中药资源产业化与方剂创新药物国家地方联合工程研究中心ꎬ 南京 210023)
摘 要: 为揭示荆芥穗腺鳞在不同开花序列中数量性状及内含物的代谢规律ꎬ 本实验通过对荆芥穗不同开花序列
的萼片进行腺鳞密度及半径的测算ꎬ 以腺鳞指数拟合评价其数量性状的动态变化ꎻ 同时对不同开花序列腺鳞内
含物中 6种单萜类成分(β ̄月桂烯、 d ̄柠檬烯、 dl ̄薄荷酮、 薄荷呋喃、 胡薄荷酮、 β ̄石竹烯)进行气相色谱检测
与定量研究ꎮ 结果显示: 腺鳞的主要发生阶段为开花前期ꎬ 并于开花期基本完成ꎻ 荆芥穗开花后ꎬ 腺鳞因受到
外界因素的影响数量逐渐减少ꎻ 以 D10轮为界ꎬ 腺鳞中对薄荷烷型单萜类成分的代谢过程存在明显的物候迭代规
律ꎬ 并致使胡薄荷酮在腺鳞内含物中蓄积ꎮ 说明荆芥穗腺鳞于开花期基本完成其数量性状增长及内含物的合成ꎬ
但薄荷酮、 薄荷呋喃、 β ̄石竹烯等化合物在开花后期仍处于旺盛代谢状态ꎬ 并且其含量变化可直接造成荆芥穗
药效性质的改变ꎬ 因此 D10轮可作为荆芥穗的采收节点ꎮ
关键词: 荆芥穗ꎻ 腺鳞ꎻ 萜类代谢ꎻ 气相色谱仪
中图分类号: Q 文献标识码: A 文章编号: 2095 ̄0837(2016)02 ̄0299 ̄09
收稿日期: 2015 ̄11 ̄16ꎬ 退修日期: 2015 ̄12 ̄21ꎮ
基金项目: 国家自然科学基金项目(81473313)ꎻ 江苏高校优势学科建设工程资助项目ꎻ 国家公益性行业专项(201407002)ꎻ 国家公
共卫生行业专项(2014002)ꎻ 江苏省 2014年度普通高校研究生科研创新计划项目(KYLX_0969)ꎮ
This work was supported by grants from the National Natural Science Foundation of China (81473313)ꎬ Priority Academic Program
Development of Jiangsu Higher Education Institutionsꎬ Special Research Project of National Public Service Industry (201407002)ꎬ
Special Research Project of National Public Health Industry (2014002)ꎬ and Creative Research Program for College Graduates of
Jiangsu Province (KYLX 0969) .
作者简介: 蒋征(1991-)ꎬ 男ꎬ 硕士研究生ꎬ 研究方向为中药品质评价(E ̄mail: jyjiangzheng@163 com)ꎮ
∗通讯作者(Author for correspondence E ̄mail: qnwyjs@163 com)ꎮ
Research on the Metabolism of Schizonepetae Spica
Glandular Scale Inclusion
JIANG Zheng1ꎬ WANG Hong1ꎬ ZHANG Xiao ̄Long1ꎬ YUE Wei1ꎬ DAI Shi ̄Linꎬ WU Qi ̄Nan1ꎬ2ꎬ3∗
(1. College of Pharmacyꎬ Nanjing University of Chinese Medicineꎬ Nanjing 210023ꎬ Chinaꎻ 2. Collaborative
Innovation Center of Chinese Medicinal Resources Industrializationꎬ Nanjing 210023ꎬ Chinaꎻ
3. National and Local Collaborative Engineering Center of Chinese Medicinal Resources
Industrialization and Formulae Innovative Medicineꎬ Nanjing 210023ꎬ China)
Abstract: The dynamic rules of quantitation and inclusion of glandular scales during flowering
of Schizonepetae spica were evaluated by measuring the calyx radius and glandular scale
density. Quantitative study of six types of monoterpenoids ( β  ̄myrceneꎬ d ̄limoneneꎬ dl ̄
menthoneꎬ menthofuranꎬ pulegoneꎬ and β  ̄caryophyllene) in glandular scale inclusion was
performed using gas chromatography during flowering. Most glandular scales were formed
during the pre ̄flowering stage. The number of glandular scales declined after blossoming due
to environmental factors. The metabolism of glandular scale inclusion was obvious and the
pulegone accumulated during flowering. The quantity and inclusion of glandular scales were
generated before blossoming. Howeverꎬ menthoneꎬ menthofuran and β ̄caryophyllene were
still in a state of high metabolism during the later stage and their contents affected the efficacy
of Schizonepetae spica. Thereforeꎬ the D10 period was determined as the optimal harvest time
for Schizonepetae spica.
Key words: Schizonepetae spicaꎻ Glandular scalesꎻ Metabolism of terpenoidsꎻ Gas chroma ̄
tography
荆芥穗为唇形科植物裂叶荆芥(Schizonepeta
tenuifolia Briq.)的干燥花穗ꎬ «中国药典» [1]记载
荆芥穗具有解表散风、 透疹、 消疮的功效ꎬ 主治感
冒、 头痛、 麻疹、 风疹、 疮疡初起ꎮ 曾南等[2]和
李军晖[3]研究表明ꎬ 挥发油成分是荆芥穗的功效
物质基础ꎬ 且主要储存于腺鳞中ꎬ 故腺鳞的数量及
内含物成分的变化对荆芥穗品质具有重要影响ꎮ 笔
者前期研究发现ꎬ 荆芥穗中的腺鳞主要分布在花萼
片上ꎮ
腺毛是指植物中能分泌挥发油、 树脂、 黏液等
物质的毛茸ꎬ 由单细胞或多细胞构成ꎬ 其中含有多
个分泌细胞并成辐射状排列者为腺鳞[4]ꎮ 腺毛广
泛存在于唇形科、 茄科、 菊科等植物中[5ꎬ6]ꎬ 主要
具有抵抗外界胁迫的作用ꎬ 如干旱、 紫外线、 生物
胁迫等ꎮ 因此ꎬ 腺毛内含物常具有多种生物活性ꎬ
并已受到众多学者的关注[7-9]ꎮ
裂叶荆芥为无限花序ꎬ 并且开花过程有着较为
严格的规律ꎬ 即底花先开ꎬ 顶花后开ꎬ 故荆芥穗萼
片的垂直空间顺序ꎬ 亦是其开花的物候顺序ꎮ 开花
作为植物重要的物候期过程ꎬ 对于花穗类药材的品
质有着重要影响ꎬ 故本实验以腺鳞为维度ꎬ 以期探
究开花过程中腺鳞的代谢规律及其对荆芥穗药材品
质的影响ꎮ
1 仪器与材料
1 1 植物材料及处理
2015年 8月 1 日从江苏省南京市南京中医大
学药苑采集 10个荆芥穗ꎬ 经吴啟南教授鉴定为唇
形科植物裂叶荆芥(Schizonepeta tenuifolia Briq.)
的花穗ꎮ 将新鲜裂叶荆芥花穗用清水洗净ꎬ 并依据
开花序列进行标记与区划(图 1)ꎬ 然后自然干燥、
避光保存ꎮ
1 2 仪器和试剂
7890A GC 气相色谱仪 (美国安捷伦公司)ꎻ
SetREO Discovery V20 体视显微镜(德国蔡司公
司)ꎻ JXFSTPRP ̄24全自动快速研磨仪(上海净信
实业发展有限公司)ꎻ WH ̄90A 微型漩涡混悬器
(上海振苯科学仪器有限公司)ꎻ KH ̄300SP 型超
声波提取设备 (昆山禾创超声仪器有限公司)ꎻ
SAGA ̄10TY实验室级超纯水器(南京易普易达科
技发展有限公司)ꎮ
β ̄月桂烯标准品(批号: 20150703ꎬ 纯度 ≥
960%)购自北京圣宝莱科学技术有限公司ꎻ d ̄柠
檬烯(批号: 100470 ̄201302ꎬ 纯度为 960%)、 胡
薄荷酮 (批号: 111706 ̄201205ꎬ 纯度为 998%)、
dl ̄薄荷酮(批号: 111705 ̄201105ꎬ 纯度为 998%)
标准品购自中国药品食品检定研究院ꎻ 薄荷呋喃标
准品(批号: 101442870ꎬ 纯度 ≥ 990%)购自美
国西格玛奥德里奇公司ꎻ β ̄石竹烯标准品(批号:
1527052ꎬ 纯度 ≥ 960%)购自上海晶纯生化科技
股份有限公司ꎻ 乙酸乙酯(批号: 1402027ꎬ 农残
级)购自上海晶纯生化科技股份有限公司ꎻ 超纯水
为本实验室自制ꎮ
2 实验方法
2 1 腺鳞数量性状研究
2 1 1 荆芥穗萼片采集与区划
为更好地标识荆芥穗各轮萼片的开花序列ꎬ 我
们将开花轮萼片标记为 0 轮ꎬ 向上依次标记为 U1
(Up1)、 U2、 U3ꎬ 向下依次标记为 D1(Down1 )、
D2、 D3、 D4等(图 1: A)ꎻ 然后ꎬ 将采集的 10 株
裂叶荆芥花穗的各轮萼片分别剪下进行标记与分
组ꎮ
2 1 2 腺鳞密度与萼片直径的测算
将各组萼片用镊子从基部撕开平铺于载玻片
上ꎬ 再压盖一枚载玻片以保证萼片的平整ꎮ 将装片
置于体视显微镜下观察、 采集图像ꎬ 同时将图像标
注成相同大小的栅格(栅格面积为 011 mm2ꎬ 图
1: B)ꎮ 由萼片基部至顶部纵向随机选取 5 ~ 8 个
栅格ꎬ 统计腺鳞个数并计算腺鳞密度ꎮ 运用蔡司
ZEN显微图像分析软件对荆芥穗萼片的直径进行
测算ꎬ 每轮平行测算 10次ꎮ
003 植 物 科 学 学 报 第 34卷
U1
U2
D1
D2
D3
D4
A
“ ”0
B
图 1 荆芥穗开花序列标记与腺鳞密度测算显微图
Fig 1 Identification of flowering sequence and estimation of glandular scale density of Schizonepetae spica
2 2 腺鳞内含物代谢规律研究
2 2 1 标准品溶液制备
精密称取 β ̄月桂烯 40366 mg、 d ̄柠檬烯
18694 mg、 dl ̄薄荷酮 15584 mg、 薄荷呋喃
4834 mg、 胡薄荷 酮 16758 mg、 β ̄石 竹 烯
5839 mg、 萘 1185 mg、 正十六烷 20560 mgꎬ
分别置于 10 mL容量瓶中ꎬ 并用乙酸乙酯超声溶
解后ꎬ 定容、 混匀得到各标准品储备液ꎮ
分别精密吸取萘、 正十六烷储备液 1 mL 于
250 mL容量瓶中ꎬ 用乙酸乙酯超声溶解 10 minꎬ
定容、 混匀得到内标提取液ꎮ
分别精密吸取 β ̄月桂烯、 d ̄柠檬烯、 dl ̄薄荷
酮、 薄荷呋喃、 胡薄荷酮、 β ̄石竹烯、 萘、 正十六
烷储备液 50 μL、 05、 05、 01、 25、 02、 04、
04 mL 于 100 mL 容量瓶中ꎬ 用乙酸乙酯定容、
混匀得到混合标准品溶液ꎮ
2 2 2 供试品溶液制备
取荆芥穗萼片于体式显微镜下检视腺鳞并计
数ꎻ 然后将计数后的萼片放入 05 mL 离心管中ꎬ
加入 5粒铁珠(直径 3 mm)、 200 μL 内标提取液ꎬ
于组织匀浆仪中 60 Hz 匀浆 30 sꎻ 再将匀浆液置
于 25℃、 25 KHz、 300 W条件下超声处理 30 minꎬ
经 3000 r / min离心 10 min后ꎬ 吸取上清液ꎻ 连续
提取 2 次ꎬ 合并提取液ꎻ 将提取液 13 000 r / min
离心 10 min后ꎬ 吸取上清液过 022 μm微孔滤膜ꎬ
收集滤液即为待测溶液ꎮ
2 2 3 气相色谱检测条件
毛细管柱 DB ̄5(30 m × 025 mm × 025 μm)ꎻ
载气: 氮气(N2)ꎬ 流速为 1 mL / minꎻ 进样口温度
为 250℃ꎮ 程序升温至 50℃ꎻ 再以 10℃/ min 升温
至 90℃ꎬ 保持 15 minꎻ 最后以 5℃/ min 升至
200℃ꎬ 保持 5 minꎮ 进样量 2 μLꎬ 不分流ꎮ 气化
室和检测器温度均为 250℃ꎮ
2 2 4 标准曲线绘制
将混合标准品溶液以内标提取液等比稀释后ꎬ
在 7890A GC 气相色谱仪上进行检测分析ꎻ 然后
以峰面积为纵坐标(Y)、 各标准品浓度为横坐标
(X)进行标准曲线绘制ꎮ 逐级稀释混合标准品溶
液ꎬ 并以信噪(S / N)为 3与 10时分别考察各标准
品与总挥发油的检测限与定量限ꎮ
2 2 5 方法学考察
精密度实验: 取混合标准品溶液在 7890A GC
气相色谱仪上连续进样 6 次ꎬ 测定各组分峰面积ꎬ
并计算各化合物含量的相对标准偏差ꎬ 即 RSD值ꎮ
稳定性实验: 取荆芥穗萼片提取液在 7890A
GC气相色谱仪上分别于 0、 2、 4、 8、 12、 24 h
进样ꎬ 测定各组分峰面积ꎬ 并计算各化合物含量相
对标准偏差ꎬ 即 RSD值ꎮ
103 第 2期 蒋 征等: 裂叶荆芥花穗腺鳞代谢规律研究
3 结果与分析
3 1 腺鳞数量性状研究
荆芥穗萼片上腺鳞的数量是评价荆芥穗萼片中
含有挥发油总量的直观指标ꎬ 但在实验操作中很难
保证荆芥穗萼片的完整性ꎬ 从而造成统计偏差ꎬ 故
以下列公式对腺鳞总数进行模拟ꎮ
P = DpSc (1)
式中ꎬ P 为单张萼片的腺鳞总数ꎬ Dp为萼片
上腺鳞的密度ꎬ Sc为萼片的面积ꎮ 荆芥穗萼片平
铺后近似扇形ꎬ 故其面积测算公式为:
Sc =
θ
2π
πr 2 (2)
式中ꎬ r 为萼片的长度ꎬ θ 为萼片基部角度ꎮ
将公式(2)代入公式(1)可得:
P = Dp
θ
2π
πr 2 = θ
2
Dpr 2 (3)
由公式(3)可知ꎬ 腺鳞总数 P 与腺鳞的密度
Dp、 萼片长度 r、 萼片基部角度 θ 成正相关ꎮ 但荆
芥穗的开花过程是以沿半径方向的径向生长为主ꎬ θ
几乎无变化ꎬ 故 P 与腺鳞密度、 半径平方的积成正
相关ꎬ 因而将 Dp× r 2定义为腺鳞指数 Eꎮ
对腺鳞密度与萼片长度进行统计分析ꎬ 结果表
明(图 2)腺鳞密度于 U1、 U2层处于较高水平ꎬ 当
进入 0轮后却迅速减少ꎬ 随后保持相对平稳的水
平ꎻ 萼片半径与腺鳞密度的动态变化趋势相反ꎬ 即
萼片半径主要在 0轮即开花前迅速增长ꎬ 而开花后
基本保持平稳ꎬ 由此推测萼片半径增长亦可能是腺
鳞密度急剧下降主要因素ꎮ
为更好的反映腺鳞的数量性状ꎬ 对荆芥穗各开
花序列下腺鳞指数 E的变化情况进行分析发现(图
3)ꎬ 腺鳞指数 E 随着开花进程于 0 轮达到最大ꎬ
之后逐渐缓慢减小ꎮ
通过对腺鳞密度、 萼片半径及腺鳞指数 E 的
综合分析可知ꎬ 腺鳞在数量性状上的增长主要在
U1与 0轮之间ꎬ 0轮萼片已基本完成了腺鳞数量性
状上的生理增长ꎬ 随后呈缓慢下降趋势ꎮ
3 2 腺鳞内含物代谢规律的定量研究
3 2 1 气相色谱检测条件
由图 4 可见ꎬ β ̄月桂烯、 d ̄柠檬烯、 dl ̄薄荷
酮、 薄荷呋喃、 萘、 胡薄荷酮、 β ̄石竹烯、 正十六
烷可被有效分离ꎬ 其保留时间分别为 7938、 9210、
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25
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10
U2 U1 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13
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U2 U1 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13
3.5
3 0.
2 5.
2 0.
1 5.
B
图 2 荆芥穗各开花序列腺鳞密度与萼片半径的动态变化
Fig 2 Dynamic change in glandular scale density
and calyx radius during flowering of Schizonepetae spica
200
150
100
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U2 U1 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11D12 D13
图 3 荆芥穗各开花序列腺鳞指数的动态变化
Fig 3 Dynamic changes in glandular
scale index during flowering of Schizonepetae spica
15711、 16389、 17964、 22583、 30428、
37612 minꎻ 各开花序列腺鳞内含物中ꎬ 各目标峰
与其他杂质峰分离度良好ꎮ 说明设定的气相色谱检
测条件可满足本实验要求ꎮ
3 2 2 标准曲线绘制及方法学考察
由各标准品线性回归方程(表 1)可见ꎬ 各标准
品浓度在线性范围内与气相色谱峰面积的线性关系
良好ꎬ 相关系数大于 09990ꎻ 定量与检测限、 精密
203 植 物 科 学 学 报 第 34卷
!"#$ Time ( )min
%&()*+
Mixed standards
,)*+
Sample
1
2
3
4
5
6
7
8
5
5
10
10
15
15
20
20
25
25
30
30
35
35
1. β ̄月桂烯(β ̄myrcene)ꎻ 2. d ̄柠檬烯(d ̄limonene)ꎻ 3. dl ̄薄荷酮(dl ̄menthone)ꎻ 4. 薄荷呋喃(menthofu ̄
ran)ꎻ 5. 萘(naphthalene)ꎻ 6. 胡薄荷酮(pulegone)ꎻ 7. β ̄石竹烯(β ̄caryophyllene)ꎻ 8. 正十六烷(hexade ̄
cane)ꎮ
图 4 荆芥穗腺鳞内含物的气相色谱图
Fig 4 Gas chromatograms of glandular scale inclusion during flowering of Schizonepetae spica
度及稳定性检测结果显示(表 2)ꎬ 各化合物含量的
RSD值均小于 3%ꎮ 说明本实验建立的同时测定腺
鳞中 6种萜类的方法具有良好的系统适用性ꎮ
表 1 线性方程及参数
Table 1 Linear equations and parameters
组分
Components
线性方程
Standard
curve
线性范围
Linear range
(μg / mL)
相关系数
Correlation
coefficient
β ̄月桂烯 Y = 5.570X +0.072 1.001 ~ 20.183 0.9998
d ̄柠檬烯 Y = 5.425X +0.455 0.467 ~ 93.400 0.9999
dl ̄薄荷酮 Y = 6.180X +0.447 0.390 ~ 77.920 0.9998
薄荷呋喃 Y = 5.796X +0.108 0.483 ~ 4.834 0.9990
胡薄荷酮 Y = 110.671X +3.495 2.095 ~ 418.95 0.9999
β ̄石竹烯 Y = 4.831X +0.070 0.584 ~ 11.678 0.9998
表 2 方法学考察
Table 2 Results of the methodological study
组分
Components
检测限
Detection
limit
(μg / mL)
定量限
Quantitation
limit
(μg / mL)
精密度
Precision
RSD (%)
稳定性
Stability
RSD (%)
β ̄月桂烯 0.334 1.001 1.15 2.10
d ̄柠檬烯 0.156 0.467 1.07 1.61
dl ̄薄荷酮 0.130 0.390 0.36 2.24
薄荷呋喃 0.161 0.483 1.87 1.29
胡薄荷酮 0.698 2.095 2.50 2.95
β ̄石竹烯 0.195 0.584 1.79 2.49
3 2 3 腺鳞内含物代谢规律定量分析
3 2 3 1 腺鳞挥发油中主要萜类物质总含量
β ̄月桂烯、 d ̄柠檬烯、 dl ̄薄荷酮、 薄荷呋喃、
胡薄荷酮、 β ̄石竹烯 6种萜类物质共占总峰面积的
80%以上ꎬ 故本研究以此 6种萜类物质含量的总和
来代表或反映腺鳞挥发油含量ꎮ 挥发油总量是评价
腺鳞分泌状态的常规总量指标ꎮ 由图 5可见ꎬ 在荆
芥穗的整个开花过程中ꎬ 腺鳞仍然保持着生物代谢
活性ꎬ 其中挥发油总量处于缓慢的持续增长中ꎮ
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()* Process of flowering
U2 U1 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13
400
300
200
100
0
图 5 荆芥穗各开花序列腺鳞中挥发油总量的动态变化
Fig 5 Dynamic changes in essential oil content
in glandular scales during flowering
of Schizonepetae spica
303 第 2期 蒋 征等: 裂叶荆芥花穗腺鳞代谢规律研究
3 2 3 2 对薄荷烷型单萜
对薄荷烷型单萜类成分普遍存在于唇形科植物
中ꎬ 故对于此类化合物在植物体内的转运代谢过程
已研究的较为清晰(图 6) [10ꎬ11]ꎮ 对薄荷烷型单萜
是荆芥穗腺鳞中最主要的成分ꎬ 包含 d ̄柠檬烯、
胡薄荷酮、 dl ̄薄荷酮、 薄荷呋喃等ꎻ 单萜类化合
物含量的改变对荆芥穗的药材品质具有直接影响ꎮ
对荆芥穗不同开花序列腺鳞内含物中 4种单萜类成
分含量进行气相色谱检测ꎬ 结果表明(图 7): 开花
前期即 U1、 U2轮腺鳞中 d ̄柠檬烯含量较高ꎬ 进入
花期后 d ̄柠檬烯含量显著下降ꎬ 之后逐渐趋于平
稳ꎻ 胡薄荷酮作为 d ̄柠檬烯代谢的下游产物ꎬ 在
此阶段(0 ~ D10)缓慢增加并于 D10轮达到峰值ꎻ
dl ̄薄荷酮、 薄荷呋喃含量处于相对较低水平ꎬ 且
D10轮后两者含量显著增加ꎮ
综上分析发现(图 6ꎬ 图 7)ꎬ 对薄荷烷型单萜
类成分在腺鳞中的代谢过程存在较为明显的两大阶
段ꎬ 即 U2 ~ D10轮ꎬ d ̄柠檬烯经多步代谢生成胡薄
荷酮ꎬ 并在腺鳞中储存蓄积(图 6: 方框 1 代谢过
程)ꎻ D10 ~ D13轮ꎬ 胡薄荷酮逐渐代谢为 dl ̄薄荷酮
与薄荷呋喃(图 7: 方框 2代谢过程)ꎮ
3 2 3 3 其他烯萜类化合物
对荆芥穗不同开花序列腺鳞内含物中 β ̄月桂
烯与 β ̄石竹烯含量进行气相色谱检测ꎬ 结果显示
(图 8)β ̄月桂烯含量在整个开花周期中缓慢增加ꎬ
而 β ̄石竹烯随开花周期呈逐渐递增趋势ꎬ 并于 D10
轮腺鳞中达到峰值ꎮ d ̄柠檬烯、 β ̄月桂烯与 β ̄石竹
烯的直接和间接合成前体皆为牻牛儿基焦磷酸
(geranyl pyrophosphateꎬ GPP)ꎬ 且 β ̄月桂烯与
β ̄石竹烯在整个开花周期的合成积累会直接对 d ̄
柠檬烯的合成产生竞争ꎬ 亦对以 d ̄柠檬烯为合成
前体的单萜类化合物有竞争作用ꎮ
3 2 3 4 六种萜类化合物含量的主成分分析
为了揭示荆芥穗不同开花序列腺鳞内含物中 6
种萜类成分含量之间的关系ꎬ 对其进行了主成分分
析ꎮ 结果显示(表 3)前 3 个因子的特征值大于 1ꎬ
累计方差贡献率为 89239%ꎬ 说明前 3 个因子可
以反映腺鳞内含物中 6 种萜类成分含量的总体情
况ꎬ 故提取这 3个因子为主成分ꎮ
荆芥穗腺鳞中 6种萜类化合物在提取主成分中
的载荷矩阵(图 9)显示ꎬ β ̄月桂烯、 β ̄石竹烯、 胡
薄荷酮在 3个主成分的载荷图中相对集中ꎬ 而薄荷
DMAPP IPP
OPPi
OH O O
O
O
OO O O
Mintlactone
Geranyl pyrophosphate ( ) Limonene- - ( )- -trans-Isopiperitenol ( )- -Isopiperitenone (+)-cis-Isopulegone
( )- -Menthone Isomenthone Menthofuran (+)-Pulegone
1
2
图 6 对薄荷烷型单萜类成分的代谢过程
Fig 6 Metabolic process of p ̄menthone monoterpenoids
403 植 物 科 学 学 报 第 34卷
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U2 U2
U2 U2
U1 U1
U1 U1
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D1 D1
D1 D1
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D2 D2
D3 D3
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D4 D4
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D5 D5
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D6 D6
D7 D7
D7 D7
D8 D8
D8 D8
D9 D9
D9 D9
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D10 D10
D11 D11
D11 D11
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图 7 荆芥穗不同开花序列腺鳞中对薄荷烷型单萜类成分含量的动态变化
Fig 7 Dynamic changes in p ̄menthone monoterpenoid content in
glandular scales during flowering of Schizonepetae spica
β-
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U2 U2U1 U10 0D1 D1D2 D2D3 D3D4 D4D5 D5D6 D6D7 D7D8 D8D9 D9D10 D10D11 D11D12 D12D13 D13
A B
CH3
CH3
CH2
H2C
CH3
CH3
CH2
H C3
H
H
图 8 荆芥穗不同开花序列腺鳞中其他烯萜类成分含量的动态变化
Fig 8 Dynamic changes in two types of terpenoid content in glandular
scales during flowering of Schizonepetae spica
呋喃与薄荷酮也相对集中ꎬ 说明这两组成分在不
同开花序列腺鳞中的含量变化趋势相对一致ꎻ 而
柠檬烯与其他 5 种萜类成分在载荷图中的离散程
度较高ꎬ 表明柠檬烯与其他萜类成分的代谢途径
可能不同ꎮ
4 讨论
4 1 腺鳞数量性状
腺鳞的数量性状于开花前期至开花期阶段变化
最为显著ꎬ 且此物候过程中荆芥穗萼片半径增加明
503 第 2期 蒋 征等: 裂叶荆芥花穗腺鳞代谢规律研究
表 3 提取平方和后的特征值及方差贡献率
Table 3 Eigenvalues and total variance of the extracted components
成分
Components
初始特征值
Initial eigenvalues
提取平方和载入
Extracte and load of sum of squares
特征值
Eigenvalues
方差贡献率(%)
Variance
contribution
累计方差贡献率(%)
Accumulated
variance
contribution
特征值
Eigenvalues
方差贡献率(%)
Variance
contribution
累计方差贡献率(%)
Accumulated
variance
contribution
1 2.673 44.544 44.544 2.673 44.544 44.544
2 1.515 25.255 69.798 1.515 25.255 69.798
3 1.166 19.441 89.239 1.166 19.441 89.239
4 0.371 6.190 95.429
5 0.253 4.224 99.654
6 0.021 0.346 100.000
1.0
1.0 1.0
0.5
0.50.5
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图 9 6种萜类的空间载荷图
Fig 9 Loading diagram of six types
of terpene in space
显ꎬ 而腺鳞密度相对减少ꎻ 腺鳞指数 E 亦有增加ꎬ
并于 0轮达到峰值ꎮ 说明开花前期是腺鳞自然增长
的主要阶段ꎬ 并于 0轮时已基本完成ꎻ 0轮后腺鳞
指数逐渐下降ꎬ 这可能是腺鳞受到风、 雨水、 昆虫
等多种环境因素的影响而导致其数量下降ꎮ
4 2 腺鳞内含物代谢规律
在开花过程中ꎬ 腺鳞挥发油中主要萜类物质的
总含量呈持续上升趋势ꎬ 但其主要形成时期为开花
前期ꎮ 其中ꎬ 对薄荷烷型单萜类成分的代谢过程存
在明显的物候迭代规律ꎬ 即 D10轮前腺鳞主要以 d ̄
柠檬烯作为反应底物并经多步合成为胡薄荷酮ꎬ
D10轮后腺鳞中胡薄荷酮逐步转化为 dl ̄薄荷酮与薄
荷呋喃等下游产物ꎮ 胡薄荷酮与 dl ̄薄荷酮被认为
是荆芥穗发挥抗炎作用的药效成分之一ꎬ 故二者的
积累对荆芥穗药性的形成具有重要作用ꎬ 但薄荷呋
喃存在较明显的肝毒性ꎬ 入药时需要限量控
制[12-14]ꎮ 故若以 D10轮作为荆芥穗采收的节点ꎬ
即开花至 D10轮时进行荆芥穗的采收ꎬ 可在保证有
效成分含量的同时ꎬ 减少相关毒性化合物的生成ꎮ
腺鳞分泌细胞合成的次生代谢产物可经胞吐作
用储存于分泌细胞与外层角质层之间ꎬ 并且不再进
入分泌细胞参与代谢[15ꎬ16]ꎮ 由于腺鳞分泌的胡薄
荷酮与其下游产物之间存在空间与时间上的错位阻
隔ꎬ 致使腺鳞中胡薄荷酮大量蓄积ꎮ 胡薄荷酮是多
种萜类物质合成的中间体ꎬ 其在荆芥穗中的单一积
累表明相比薄荷(Mentha haplocalyx Briq.)等其他
唇形科植物ꎬ 裂叶荆芥拥有更加简单的萜类合成背
景ꎬ 并且具有高效靶向合成某种单一萜类物质的潜
力ꎬ 同时也是优良的基因工程改造对象ꎮ 此外ꎬ β ̄
月桂烯含量在裂叶荆芥整个开花过程中变化不大ꎬ
且其主要合成时期为开花前期ꎬ 而 β ̄石竹烯表现
为逐渐递增的趋势ꎮ β ̄石竹烯具有抗炎、 镇痛、 抗
氧化等多种药理活性[17]ꎬ 其含量的增加对荆芥穗
整体药效有促进作用ꎮ
综上分析ꎬ 腺鳞内含物的合成及其数量性状的
增长阶段主要为开花前期至开花期ꎻ 以 D10轮为
界ꎬ 腺鳞内含物中对薄荷烷型单萜类成分的代谢过
程存在明显的物候迭代规律ꎻ 以 D10轮作为荆芥穗
的采收节点ꎬ 可在较大程度上保证荆芥穗的有效性
和安全性ꎮ
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(责任编辑: 刘艳玲)
703 第 2期 蒋 征等: 裂叶荆芥花穗腺鳞代谢规律研究