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Chemometrics Characterization of Iridoids in Gentiana rigescens and Swertia mileensis

滇龙胆与青叶胆环烯醚萜类物质计量特征分析



全 文 :滇龙胆与青叶胆环烯醚萜类物质计量特征分析∗
沈  涛1ꎬ 黄衡宇2ꎬ 张  霁3ꎬ 赵艳丽3ꎬ 金  航3ꎬ 王元忠3∗∗
(1 玉溪师范学院资源环境学院ꎬ 云南 玉溪  653100ꎻ 2 云南中医学院中药学院ꎬ 昆明  650500ꎻ
3 云南省农业科学院药用植物研究所ꎬ 昆明  650200)
摘要: 龙胆科龙胆属滇龙胆 (Gentiana rigescens) 与獐牙菜属青叶胆 (Swertia mileensis) 为我国特有种ꎮ 采
用高效液相色谱法测定其中马钱苷酸、 獐牙菜苦苷、 龙胆苦苷和当药苷含量ꎬ 结合多变量分析研究环烯醚
萜类成分含量及其构成比例在龙胆科植物种内和种间的差异ꎮ 研究结果显示ꎬ 4种环烯醚萜类成分的计量
特征呈现种间差异ꎬ 依据环烯醚萜类成分含量及其构成比例ꎬ 所有滇龙胆样品可分为 4类ꎮ 马钱苷酸含量
与纬度呈极显著负相关 (R= -0􀆰 348ꎬ P<0􀆰 05)ꎬ 与海拔呈极显著正相关 (R= 0􀆰 307ꎬ P<0􀆰 01)ꎻ 獐牙菜苦
苷含量与经度呈极显著负相关 (R= -0􀆰 592ꎬ P<0􀆰 01)ꎬ 高海拔有利于植株中当药苷构成比例的增加 (R =
0􀆰 245ꎬ P<0􀆰 05)ꎻ 地理因子对植株中龙胆苦苷含量变化影响不显著 (P>0􀆰 05)ꎮ
关键词: 滇龙胆ꎻ 青叶胆ꎻ 环烯醚萜ꎻ 变化ꎻ 多变量分析
中图分类号: Q 946              文献标志码: A              文章编号: 2095-0845(2015)01-105-08
Chemometrics Characterization of Iridoids in
Gentiana rigescens and Swertia mileensis
SHEN Tao1ꎬ HUANG Heng ̄yu2ꎬ ZHANG Ji3ꎬ ZHAO Yan ̄li3ꎬ JIN Hang3ꎬ WANG Yuan ̄zhong3∗∗
(1 College of Resource and Environmentꎬ Yuxi Normal Universityꎬ Yuxiꎬ Yunnan 653100ꎬ Chinaꎻ 2 College of Traditional Chinese
Medicineꎬ Yunnan University of Traditional Chinese Medicineꎬ Kunming 650500ꎬ Chinaꎻ 3 Institute of
Medicinal Plantsꎬ Yunnan Academy of Agricultural Sciencesꎬ Kunming 650200ꎬ China)
Abstract: Gentiana rigescens and Swertia mileensis belonged to Gentianaceae are endemic plants in China. Four iri ̄
doids (loganic acidꎬ swertiamarinꎬ gentiopicroside and sweroside) in G􀆰 rigescens and S􀆰 mileensis were determined
by HPLC ̄DAD. Their chemometrics characterizations were analyzed with multiple statistical analyses. The results
showed that there were differences of chemometrics characterization of the iridoids between the two species. All the
samples of G􀆰 rigescens could be classified into four groups based on contents and percentage contents of the four iri ̄
doids. Content of loganic acid had significant negative correlation with longitude (R = -0􀆰 348ꎬ P<0􀆰 05) and had
significant positive correlation with altitude (R = 0􀆰 307ꎬ P<0􀆰 01). Longitude had significant negative correlation
with content of swertiamarin (R= -0􀆰 592ꎬ P<0􀆰 01) and had significant positive correlation with percentage content
of sweroside (R= 0􀆰 245ꎬ P<0􀆰 05). Howeverꎬ content of gentiopicroside hadn’ t correlation with geographical fac ̄
tors (P>0􀆰 05) in the study.
Key words: Gentiana rigescensꎻ Swertia mileensisꎻ Iridoidsꎻ Variationꎻ Multiple statistical analyses
  植物次生代谢化学物质形成、 积累和分布
受特定基因控制和环境的共同作用 (Ahuja 等ꎬ
2010ꎻ Yang等ꎬ 2012)ꎬ 其结构、 种类在不同物种
间的变化、 差异从分子水平反应植物各类群的特
植 物 分 类 与 资 源 学 报  2015ꎬ 37 (1): 105~112
Plant Diversity and Resources                                    DOI: 10.7677 / ynzwyj201514045

∗∗
基金项目: 国家自然科学基金 (81260608ꎬ 31260077)ꎻ 云南省自然科学基金 (2013FD050ꎬ 2013FZ150ꎬ 2013FD066)
通讯作者: Author for correspondenceꎻ E ̄mail: boletus@126􀆰 com
收稿日期: 2014-03-16ꎬ 2014-07-25接受发表
作者简介: 沈涛 (1984-) 男ꎬ 讲师ꎬ 硕士ꎬ 主要从事药用植物资源评价研究ꎮ E ̄mail: science_st@126􀆰 com
征、 亲缘关系和对环境的适应 (Wallis等ꎬ 2011ꎻ 李
德铢等译ꎬ 2012ꎻ李恒等ꎬ 2013)ꎮ 化学成分的含量、
比例等计量特征可用于探讨植物种间和种内差异
(Sârbu等ꎬ 2013ꎻ Herraiz ̄Peñalver等ꎬ 2013)ꎮ
环烯醚萜 ( Iridoid) 是一类单萜衍生物ꎬ 为
龙胆科植物的代表性化学成分ꎬ 具有分类学意义
(何延农等ꎬ 1988ꎻ Struwe和 Albertꎬ 2002)ꎮ 滇龙
胆 (Gentiana rigescens) 和青叶胆 (Swertia mileen ̄
sis) 分别录属于龙胆科龙胆属和獐牙菜属ꎬ 为中
国特有种ꎬ 主要分布于我国西南地区 (何延农
等ꎬ 1988)ꎮ 滇龙胆与青叶胆均为传统保肝良药
(中华人民共和国药典委员会ꎬ 2010)ꎬ 药理学研
究显示马钱苷酸 ( loganic acid)、 獐牙菜苦苷
(swertiamarin)、 龙胆苦苷 (gentiopicroside) 和当
药苷 (sweroside) 等环烯醚萜类成分是其主要药
效成分 (马丽娜等ꎬ 2008ꎻ Wang 等ꎬ 2012)ꎮ 目
前龙胆科中环烯醚萜成分的结构及其活性有不少
报道 (Vendittia等ꎬ 2013ꎻ Wang 等ꎬ 2013ꎻ Suya ̄
ma等ꎬ 2013ꎻ Huang 等ꎬ 2013)ꎬ 但其计量特征
在种间和种内的变化研究报道较少 ( Cao 和
Wangꎬ 2013ꎻ Yang 等ꎬ 2014)ꎮ 本研究以滇龙胆
和青叶胆为研究对象ꎬ 以马钱苷酸、 獐牙菜苦
苷、 龙胆苦苷和当药苷含量为评价指标ꎬ 结合多
变量分析探究环烯醚萜类成分含量和构成比例在
两种龙胆科植物中的变化ꎬ 结果为龙胆科植物环
烯醚萜类成分的计量特征及其资源评价研究提供
理论依据ꎮ
1  实验部分
1􀆰 1  材料及仪器
1􀆰 1􀆰 1  样品的采集与处理  采集地详细信息见表 1ꎮ 滇
龙胆共计 7个种群ꎬ 采集自云南曲靖、 昆明、 楚雄、 文
山、 临沧和贵州兴义ꎬ 其中ꎬ 临沧长房 (CF) 种群与掌
龙 (ZL) 种群为人工栽培三年的滇龙胆ꎮ 青叶胆 1 个种
群采集自云南弥勒ꎮ 采集时间 2012 年 10 月至 11 月初ꎬ
所采样品均由云南省农业科学院药用植物研究所金航研
究员与云南省中医学院黄衡宇教授鉴定为滇龙胆和青叶
胆ꎬ 凭证标本保存于云南省农业科学院药用植物研究
所ꎮ 鲜样采集后ꎬ 每个种群随机选取 10株ꎬ 去除根部泥
土放入 55 ℃烘箱烘干至恒重ꎮ 干燥样品全株粉碎过 100
目筛ꎬ 样品粉末放入自封袋避光保存ꎮ
1􀆰 1􀆰 2  主要仪器及试剂  仪器: 岛津二极管阵列高效液
相色谱仪 ( LC ̄10Avpꎬ 日本岛津)ꎻ 植物样品粉碎机
(XA ̄1ꎬ 中国江苏金坛亿通电子有限公司)ꎻ 超声波清洗
仪 (PS ̄40ꎬ 中国东莞市洁康超声波设备有限公司)ꎻ 万
分之一电子分析天平 (AR124CNꎬ 美国奥豪斯)ꎻ 美国
Millipore纯水系统 (Milli ̄Q Academicꎬ 美国 Millipore)ꎮ
试剂: 马钱苷酸ꎬ 獐牙菜苦苷ꎬ 龙胆苦苷ꎬ 当药苷
对照品购自中国食品药品检定研究院ꎮ 乙腈 (色谱纯ꎬ
美国天地)ꎬ 甲酸 (分析纯ꎬ 中国天津风船化学试剂科
技有限公司)ꎮ 水为超纯水ꎬ 其它试剂均为分析纯ꎮ
1􀆰 2  分析方法
1􀆰 2􀆰 1  色谱条件  C18反相高效液相色谱柱 (Shim ̄pack
VP ̄ODSꎬ 150 mm × 4􀆰 6 mmꎬ 5 μmꎬ 日本岛津)ꎮ 流动
相: 乙腈 (B) ̄0􀆰 1%甲酸水溶液 (A)ꎻ 梯度洗脱 0􀆰 00 ~
5􀆰 00 minꎬ 流动相 B为 5%ꎻ 5􀆰 01 ~ 10􀆰 00 minꎬ 流动相 B
为 5% ~ 10%ꎻ 10􀆰 01 ~ 26􀆰 00 minꎬ 流动相 B 为 10% ~
26%ꎻ 流速 1􀆰 00 mL􀅰min-1ꎻ 柱温 30 ℃ꎬ 进样量 10 μLꎮ
1􀆰 2􀆰 2  样品溶液的制备   称取样品粉末 0􀆰 2500 g 放入
具塞试管中ꎬ 倒入 10􀆰 00 mL 35%乙醇溶液超声提取 45
minꎬ 提取溶液通过 0􀆰 45 μm针式过滤器过滤ꎬ 取滤液为
供试样品溶液ꎮ
1􀆰 2􀆰 3  对照品溶液的制备   精密称取马钱苷酸 (2􀆰 60
mg)ꎬ 獐牙菜苦苷 (40􀆰 00 mg)ꎬ 龙胆苦苷 (40􀆰 08 mg)ꎬ
当药苷 (1􀆰 20 mg) 对照品ꎬ 分别容于 10 mL容量瓶中并
加入适量色谱纯甲醇溶液定容ꎬ 摇匀ꎬ 得马钱苷酸ꎬ 獐
牙菜苦苷ꎬ 龙胆苦苷ꎬ 当药苷对照品储备溶液ꎬ 备用ꎮ
表 1  不同种群滇龙胆与青叶胆样品采集地信息
Table 1  The location of Gentiana rigescens and Swertia mileensis samples in the study
种群
Population
物种
Species 地点 Location
  纬度
Latitude
  经度
  Longitude
海拔
Altitude / m
来源
Form
安龙 (GZ) G􀆰 rigescens 贵州省ꎬ 兴义市ꎬ 安龙县 25°06′1􀆰 67″ 105°26′30􀆰 65″ 1 435 野生
小哨 (XS) G􀆰 rigescens 云南省ꎬ 昆明市ꎬ 小哨 25°10′6􀆰 83″ 102°56′56􀆰 10″ 2 085 野生
砚山 (XJ) G􀆰 rigescens 云南省ꎬ 文山州ꎬ 砚山县 23°51′00􀆰 17″ 104°17′31􀆰 03″ 1 546 野生
南华 (NH) G􀆰 rigescens 云南省ꎬ 楚雄州ꎬ 南华县 25°12′42􀆰 02″ 101°18′38􀆰 33″ 2 036 野生
师宗 (SZ) G􀆰 rigescens 云南省ꎬ 曲靖市ꎬ 师宗县 24°44′59􀆰 58″ 103°47′45􀆰 61″ 1 864 野生
长房 (CF) G􀆰 rigescens 云南省ꎬ 临沧市ꎬ 云县 24°20′39􀆰 20″ 100°24′23􀆰 04″ 2 014 栽培
掌龙 (ZL) G􀆰 rigescens 云南省ꎬ 临沧市ꎬ 云县 24°08′11􀆰 10″ 100°01′33􀆰 48″ 1 949 栽培
弥勒 (ML) S􀆰 mileensis 云南省ꎬ 红河州ꎬ 弥勒县 24°04′28􀆰 50″ 103°17′31􀆰 90″ 1 554 野生
601                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 37卷
1􀆰 3  方法学考察
1􀆰 3􀆰 1  测定波长的选择  比较不同波长 (200~ 300 nm)
条件下样品色谱图及峰面积ꎬ 结果显示 241 nm下 4种环
烯醚萜成分色谱峰均有较大的吸收峰值ꎬ 且各色谱峰间
具有较好的分离度ꎬ 故选取 241 nm为马钱苷酸ꎬ 獐牙菜
苦苷ꎬ 龙胆苦苷和当药苷的检测波长ꎮ
1􀆰 3􀆰 2  线性范围考察   以峰面积为纵坐标ꎬ 溶液浓度
(mg􀅰L-1) 为横坐标绘制标准曲线ꎬ 计算回归方程 (表
2): 马钱苷酸ꎬ 獐牙菜苦苷ꎬ 龙胆苦苷ꎬ 当药苷色谱图
见图 1ꎮ
1􀆰 3􀆰 3  稳定性实验  称取样品粉末 0􀆰 2500 g按照 1􀆰 2􀆰 2
项方法制备样品溶液ꎬ 在 0ꎬ 2ꎬ 4ꎬ 6ꎬ 8ꎬ 12 h 进样ꎬ
测定马钱苷酸、 獐牙菜苦苷、 龙胆苦苷、 当药苷峰面
积ꎻ 并计算 RSD 分别为: 1􀆰 08%ꎬ 1􀆰 23%ꎬ 0􀆰 97%ꎬ 1􀆰 12%
(n= 6)ꎮ 表明样品溶液在 12 h内稳定ꎮ
1􀆰 3􀆰 4  重复性实验  称取 6份 0􀆰 2500 g样品粉末ꎬ 按照
1􀆰 2􀆰 2 项方法制备样品溶液ꎬ 测定马钱苷酸、 獐牙菜
苦苷、 龙胆苦苷、 当药苷峰面积ꎬ 并计算 RSD 分别为
1􀆰 12%ꎬ 1􀆰 31%ꎬ 1􀆰 22%ꎬ 1􀆰 21% ( n = 6)ꎬ 表明方法重
现性良好ꎮ
1􀆰 3􀆰 5  加样回收率   称取已知含量的样品 0􀆰 2500 g 共
12份ꎮ 每份样品加入适量浓度的马钱苷酸ꎬ 獐牙菜苦
苷ꎬ 龙胆苦苷ꎬ 当药苷对照品 (表 3)ꎬ 按照 1􀆰 2􀆰 2 项方
法制备样品溶液ꎬ 在上述色谱条件下测定各化学成分含
量ꎬ 结果见表 3ꎮ
1􀆰 4  统计分析
单因素方差分析 ( One ̄way ANOVA) 和多重比较
(Student ̄Newman ̄Keuls test) 分析滇龙胆、 青叶胆不同种
群中马钱苷酸、 獐牙菜苦苷、 龙胆苦苷和当药苷含量的
差异性ꎮ 环烯醚萜类成分含量与经度、 纬度和海拔的相
关性分析采用皮尔森相关系数 (Pearson correlation coeffi ̄
cient)ꎮ 主成分分析 (Principal component analysisꎬ PCA)
对样品数据矩阵进行分解并获得主成分得分ꎻ 主成分得
分图观察样品化学数据的分离、 聚散趋势ꎮ 聚类分析
(Hierarchical cluster analysisꎬ HCA) 采用 UPGMA 法ꎮ 以
上数据分析均用 SPSS 18􀆰 0软件包进行运算ꎮ
表 2  马钱苷酸、 獐牙菜苦苷、 龙胆苦苷、 当药苷标准曲线
Table 2  Calibration curves of loganic acidꎬ swertiamarinꎬ gentiopicroside and sweroside
成分 Compounds 回归方程 Regression equation R2
      线性范围
      Linear Range / mg􀅰L-1
马钱苷酸 y= 12221072􀆰 20844 x + 30979􀆰 3750 0􀆰 9997       16-260
獐牙菜苦苷 y= 6759334􀆰 5236 x + 18688􀆰 4384 0􀆰 9997       15-4000
龙胆苦苷 y= 11890935􀆰 3331 x + 71718􀆰 0302 0􀆰 9998       7-4080
当药苷 y= 15569942􀆰 68041 x + 39460􀆰 5835 0􀆰 9991       10-120
图 1  四种环烯醚萜类成分色谱图ꎮ (1) 马钱苷酸ꎬ (2) 獐芽菜苦苷ꎬ (3) 龙胆苦苷ꎬ (4) 当药苷
Fig􀆰 1  Chromatogram of four determined iridoid compounds. (1) loganic acidꎬ (2) swertiamarinꎬ (3) gentiopicroside and (4) sweroside
7011期                      沈涛等: 滇龙胆与青叶胆环烯醚萜类物质计量特征分析                       
表 3  方法加样回收率实验结果
Table 3  Recovery study of the method
化学成分
Compounds
原有含量
Original / μg􀅰mL-1
加入量
Amount added / μg􀅰mL-1
测定含量
Determined / μg􀅰mL-1
回收率
Recovery / %
RSD
/ %
40 114􀆰 46 91􀆰 33 1􀆰 12
loganic acid 85􀆰 33 81 168􀆰 19 101􀆰 12 1􀆰 34
163 243􀆰 39 98􀆰 01 1􀆰 77
21 62􀆰 65 100􀆰 76 1􀆰 65
swertiamarin 41􀆰 17 50 90􀆰 93 99􀆰 74 1􀆰 78
87 128􀆰 04 99􀆰 90 1􀆰 76
101 340􀆰 96 102􀆰 85 1􀆰 31
gentiopicroside 230􀆰 5  213 442􀆰 98 99􀆰 88 1􀆰 18
425 656􀆰 35 100􀆰 13 1􀆰 76
14 37􀆰 58 99􀆰 35 1􀆰 12
sweroside 23􀆰 83 24 47􀆰 96 99􀆰 91 1􀆰 17
40 63􀆰 04 98􀆰 76 0􀆰 98
2  结果
2􀆰 1  环稀醚萜类化学成分的含量变化
4种环烯醚萜类成分在滇龙胆与青叶胆中含
量具有差异ꎬ 变化多样 (表 4)ꎮ 滇龙胆中马钱
苷酸与龙胆苦苷含量较青叶胆高ꎬ 差异显著 (P
<0􀆰 05)ꎮ 獐牙菜苦苷在青叶胆中含量最高ꎬ 约
为滇龙胆含量的 7􀆰 32至 45􀆰 27倍ꎬ 差异显著 (P
<0􀆰 05)ꎮ 4种环烯醚萜类成分的总含量种间差异
较小ꎬ 除采自云南师宗 (SZ) 的滇龙胆样品总含
量较低外ꎬ 其余各样品间总含量差异不显著 (P
>0􀆰 05)ꎮ
滇龙胆各种群间环烯醚萜类成分含量亦有不
同程度的变化 (表 4)ꎮ 单因素方差分析和多重
比较显示ꎬ 采集自云南曲靖师宗 (SZ) 的滇龙胆
种群 4 种环烯醚萜类成分含量均较低ꎬ 与其他
种群差异显著 (P<0􀆰 05)ꎮ 马钱苷酸含量在南华
(NH) 种群中最高[(20􀆰 424 ± 9􀆰 745) mg / g]ꎬ
獐牙菜苦苷含量在贵州安龙 (GZ) 种群中最高
[(12􀆰 452 ± 3􀆰 056) mg / g]ꎬ 栽培种群龙胆苦苷
含量较野生种群高ꎮ 楚雄南华 (NH) 种群当药
苷含量最高[(3􀆰 598 ± 2􀆰 237) mg / g]ꎬ 与其他种
群差异显著 (P<0􀆰 05)ꎮ 当药苷与獐牙菜苦苷含
量在不同种群间最高值分别为最低值的 8􀆰 43 倍
和 6􀆰 19倍ꎬ 变化较大ꎻ 龙胆苦苷与马钱苷酸含
量最高值分别为最低值的 2􀆰 31倍和 3􀆰 11 倍ꎬ 变
化较小ꎮ
表 4  滇龙胆与青叶胆裂环稀醚萜类化学物质含量比较
Table 4  The comparation of iridoids in G􀆰 rigescens and S􀆰 mileensis (Mean ± SD)
种群
Population
马钱苷酸含量 
Loganic acid 
/ mg􀅰g-1  
獐牙菜苦苷含量 
Swertimarin 
/ mg􀅰g-1  
龙胆苦苷含量 
Gentiopicroside 
/ mg􀅰g-1  
当药苷含量
Sweroside
/ mg􀅰g-1
总含量
Total contents
/ mg􀅰g-1
GZ 6􀆰 558 ± 1􀆰 582 ab 12􀆰 452 ± 3􀆰 056 d 66􀆰 307 ± 23􀆰 585 cd 1􀆰 231 ± 0􀆰 453 a 86􀆰 547 ± 25􀆰 249 bc
XS 12􀆰 921 ± 5􀆰 053 c 7􀆰 520 ± 1􀆰 390 bc 68􀆰 435 ± 4􀆰 615 cd 0􀆰 962 ± 0􀆰 166 a 89􀆰 838 ± 10􀆰 311 bc
XJ 11􀆰 188 ± 4􀆰 907 bc 5􀆰 950 ± 2􀆰 535 b 61􀆰 297 ± 19􀆰 626 c 0􀆰 556 ± 0􀆰 271 a 78􀆰 991 ± 27􀆰 039 b
NH 20􀆰 424 ± 9􀆰 745 d 5􀆰 195 ± 1􀆰 363 b 56􀆰 499 ± 14􀆰 260 c 3􀆰 598 ± 2􀆰 237 c 85􀆰 715 ± 25􀆰 667 bc
SZ 4􀆰 047 ± 2􀆰 129 a 2􀆰 013 ± 0􀆰 168 a 36􀆰 177 ± 9􀆰 506 b 0􀆰 350 ± 0􀆰 091 a 42􀆰 587 ± 12􀆰 191 a
CF 7􀆰 072 ± 4􀆰 004 ab 5􀆰 742 ± 1􀆰 514 b 72􀆰 517 ± 12􀆰 021 cd 0􀆰 427 ± 0􀆰 238 a 85􀆰 758 ± 21􀆰 121 bc
ZL 15􀆰 376 ± 5􀆰 052 c 8􀆰 380 ± 1􀆰 939 c 83􀆰 499 ± 13􀆰 365 d 1􀆰 475 ± 0􀆰 707 a 108􀆰 730 ± 8􀆰 692 c
ML 3􀆰 244 ± 0􀆰 511 a 91􀆰 133 ± 3􀆰 108 e 2􀆰 872 ± 0􀆰 248 a 2􀆰 335 ± 0􀆰 324 b 99􀆰 584 ± 3􀆰 868 bc
注: 同一列不同小写字母示差异显著 (P<0􀆰 05)
Note: Different lowercase letters in same row were significantly different (P<0􀆰 05)
801                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 37卷
2􀆰 2  环稀醚萜类成分的组成变化
4种环烯醚萜类成分在滇龙胆与青叶胆中的
组成变化见图 2ꎮ 滇龙胆中龙胆苦苷含量占总量
的 84􀆰 95%至 65􀆰 92%ꎬ 是滇龙胆中环烯醚萜的
主要构成成分ꎮ 青叶胆中獐牙菜苦苷含量占总量
的 91􀆰 52%ꎬ 是青叶中环烯醚萜主要构成成分ꎮ
马钱苷酸百分含量在滇龙胆各种群间变化较大
(7􀆰 58%至 23􀆰 83%)ꎮ 当药苷百分含量变化受物
种影响小ꎬ 在滇龙胆与青叶胆中百分含量均处较
低水平ꎮ
2􀆰 3  主成分分析与聚类分析
主成分分析结果见表 5 和表 6ꎮ 以 4 种环烯
醚萜成分含量为指标 (原始观测变量)ꎬ 采用主
成分分析对滇龙胆和青叶胆样品化学信息进行研
究ꎮ Kaiser ̄Meyer ̄Olkin 和 Bartlett 检验显示 KMO
值为 0􀆰 542>0􀆰 5ꎬ Bartlett 球形度检验 P<0􀆰 01 达
到显著水平ꎬ 符合主成分分析要求ꎮ 前两个主成
分累计贡献率达 89􀆰 721%ꎬ 基本反映所有指标
的信息 (表 5)ꎮ 第一主成分贡献率为 55􀆰 237%ꎬ
包括龙胆苦苷和马钱苷酸ꎮ 第二主成分贡献率为
34􀆰 484%ꎬ 包括獐牙菜苦苷和当药苷ꎮ 当药苷特
征向量为 0􀆰 962大于獐牙菜药苷 (0􀆰 409)ꎬ 表明
在第二主成分中当药苷所代表的化学信息较大ꎮ
从前两个主成分构建的得分图 (图 3: A) 中可
直接观测到所有样品被分为两大类ꎬ 青叶胆与滇
龙胆样品具明显的分离趋势ꎬ 4 种环烯醚萜类成
分的计量特征呈现种间差异ꎻ 同种植物化学指标
得分较接近ꎮ
以环烯醚萜含量及其百分含量为变量对不同
种群的滇龙胆样品进行聚类分析ꎬ 结果显示 (图
3: B)ꎬ 师宗 (SZ) 种群与其它种群在化学成分
含量上有较大分化ꎬ 其环烯醚萜类成分含量在所
有种群中最低ꎬ 单独归为一类ꎻ 人工栽培的掌龙
(ZL) 种群龙胆苦苷含量与环烯醚萜类成分总含
量均最高ꎬ 归为第二类ꎻ 南华 (NH) 种群植株
中马钱苷酸含量及其构成比例在所有种群中处较
高水平ꎬ 归为第三类ꎻ 其余滇龙胆种群 (GZꎬ XSꎬ
CFꎬ XJ) 化学成分含量及构成比例较接近ꎬ 归为
第四类ꎮ
2􀆰 4  地理因子对滇龙胆中环稀醚萜类物质含量
的影响
滇龙胆中 4种环烯醚萜类成分计量特征与地
理因子相关性分析显示 (表 7)ꎬ 马钱苷酸含量与分
布区纬度呈极显著负相关 (R=-0􀆰 348ꎬ P<0􀆰 01)ꎬ
表 5  滇龙胆与青叶胆中环烯醚萜主成分的方差分解
Table 5  Total variance explained of principle components of iridoid compounds in G􀆰 rigescens and S􀆰 mileensis
Components
初始特征值 Initial eigenvalues
合计
Total
方差的%
% of Variance
累计%
Cumulative %
提取平方和载入 Extraction sums of squared loadings
合计
Total
方差的%
% of Variance
累计%
Cumulative %
1 1􀆰 999 49􀆰 981 55􀆰 237 1􀆰 999 49􀆰 981 49􀆰 981
2 1􀆰 493 37􀆰 337 89􀆰 721 1􀆰 493 37􀆰 337 87􀆰 319
3 0􀆰 327 8􀆰 174 95􀆰 493
4 0􀆰 18  4􀆰 507 100    
注: 提取方法主成份分析ꎮ Note: Method is principal components
表 6  成份矩阵
Table 6  Component matrix
主成分 Component
1 2
马钱苷酸 0􀆰 738 0􀆰 607
獐牙菜苦苷 -0􀆰 811  0􀆰 409
龙胆苦苷 0􀆰 891 -0􀆰 179 
当药苷 0􀆰 044 0􀆰 962
注: 提取方法主成份分析
Note: Method is principal components
与海拔呈极显著正相关 (R=0􀆰 307ꎬ P<0􀆰 01)ꎬ 即
随海拔的升高ꎬ 植株中马钱苷酸含量与构成比例
上升ꎮ 獐牙菜苦苷含量与经度呈极显著负相关 (R
=-0􀆰 592ꎬ P<0􀆰 01)ꎬ 且随海拔的升高ꎬ 植株中獐
牙菜苦苷在 4种环烯醚萜类成分中所占比例有下
降趋势 (R = -0􀆰 570ꎬ P<0􀆰 01)ꎮ 经度、 纬度和海
拔与植株中龙胆苦苷ꎬ 当药苷含量相关性不显著
(P>0􀆰 05)ꎬ 但海拔可影响滇龙胆中当药苷在环烯
醚萜类成分中的构成比例ꎬ 随海拔的升高ꎬ 当药
苷百分含量呈上升趋势 (R=0􀆰 245ꎬ P<0􀆰 05)ꎮ
9011期                      沈涛等: 滇龙胆与青叶胆环烯醚萜类物质计量特征分析                       
图 2  滇龙胆与青叶胆种群中 4种环烯醚萜成分的组成变化
Fig􀆰 2  Proportions of four main iridoids in G􀆰 rigescens and S􀆰 mileensis populations
图 3  (A) 滇龙胆与青叶胆样品 4种环烯醚萜成分主成分得分图ꎻ (B) 不同滇龙胆种群聚类分析图
Fig􀆰 3  (A) Scores plot of iridoid compounds chemometrics characterizationꎻ (B) hierarchical clustering
analysis of different population of G􀆰 rigescens
3  讨论
植物化学成分绝对含量变化较大ꎬ 其含量在
总含量中的比例相对稳定ꎬ 具分类学意义 (周荣
汉ꎬ 1988)ꎮ 主成分分析表明龙胆苦苷、 马钱苷
酸属第一主成分ꎬ 獐牙菜苦苷、 当药苷属第二主
成分ꎬ 青叶胆与滇龙胆样品可通过前两个主成分进
行良好区分ꎬ 4种环烯醚萜类成分的计量特征呈现
明显的种间差异ꎬ 同种植物化学指标得分较接近ꎮ
011                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 37卷
表 7  滇龙胆中环烯醚萜化学物质与经度、 纬度、 海拔的 Pearson相关性分析
Table 7  Pearson correlation of longitudeꎬ latitudeꎬ and compounds contents in G􀆰 rigescens
化学成分 Compounds 经度 Longitude    纬度 Latitude    海拔 Altitude   
马钱苷酸 0􀆰 129 -0􀆰 348∗∗ 0􀆰 307∗∗
獐牙菜苦苷 -0􀆰 592∗∗ 0􀆰 222 -0􀆰 198
龙胆苦苷 -0􀆰 121 -0􀆰 295 0􀆰 068
当药苷 0􀆰 087 -0􀆰 221 0􀆰 206
马钱苷酸百分含量 0􀆰 158 -0􀆰 219 0􀆰 258∗
獐牙菜苦苷百分含量 -0􀆰 682∗∗ 0􀆰 451∗∗ -0􀆰 570∗∗
龙胆苦苷百分含量 0􀆰 145 0􀆰 012 0􀆰 002
当药苷百分含量 0􀆰 062 -0􀆰 122 0􀆰 245∗
注:∗在 0􀆰 05 水平 (双侧) 上显著相关ꎻ∗∗在 0􀆰 01水平 (双侧) 上显著相关
Note: ∗ Correlation is significant at the 0􀆰 05 level ( two ̄tailed)ꎻ ∗∗ Correlation is significant at the 0􀆰 01 level ( two ̄tailed)
近年研究表明环烯醚萜类成分生物合成途径主要
为甲戊二羟酸途径 (MVA 途径)ꎬ 马钱苷酸、 当
药苷和獐牙菜苦苷依次是后者的前体ꎬ 且均为龙
胆苦苷形成的重要中间体 (Struwe 和 Albertꎬ 2002ꎻ
许敏等ꎬ 2006)ꎮ 结合 4 种环烯醚萜类成分的计
量特征可推测: 滇龙胆主要通过獐牙菜苦苷脱去
5位羟基ꎬ 失去 1 分子 H20 转化和积累龙胆苦
苷ꎻ 青叶胆则主要通过当药苷 5位次甲基氧化形
成羟基转化和积累獐牙菜苦苷ꎮ
依据环烯醚萜类成分含量及其构成比例ꎬ 所
有滇龙胆样品可分为 4 类ꎮ 云南曲靖师宗 (SZ)
种群与其它种群在化学成分含量上有较大分化ꎬ
属环烯醚萜类成分含量较低的种群ꎬ 归为第一
类ꎻ 掌龙 (ZL) 栽培种群属环烯醚萜类成分含量
较高的种群ꎬ 归为第二类ꎻ 云南楚雄南华 (NH)
种群植株中ꎬ 马钱苷酸和当药苷构成比例明显高
于其余种群ꎬ 归为第三类ꎻ 昆明小哨 (XS)、 文
山砚山 (XJ)、 临沧长房 (CF) 和贵州安龙 (GZ)
4个种群虽相聚较远ꎬ 但植株中马钱苷酸、 獐牙
菜苦苷、 龙胆苦苷和当药苷构成比例相近 (约
为: 14 ∶ 7 ∶ 76 ∶ 1)ꎬ 可归为第四类ꎮ
滇龙胆环稀醚萜类成分含量受经度、 纬度和
海拔的共同影响ꎮ 纬度升高不利于植株中马钱苷
酸的积累ꎬ 但有利于獐牙菜苦苷构成比例的提
升ꎻ 随海拔的升高ꎬ 植株中马钱苷酸含量有增加
趋势ꎬ 但高海拔不利于獐牙菜苦苷构成比例的提
升ꎮ 随经度向东迁移ꎬ 植株中獐牙菜苦苷的含量
及构成比例均呈下降趋势ꎮ 地理因子对植株中龙
胆苦苷含量变化影响不显著ꎬ 高海拔有利于当
药苷构成比例的增加ꎮ 植物特定次生代谢产物的
合成与含量多少决定于生物合成途径中多种酶活
性的表达 (何水林ꎬ 2004)ꎬ 而酶的活性常受光
照、 温度、 水分等因素的影响 (Ahuja 等ꎬ 2010)ꎮ
Yang等 (2014) 对分布于青藏高原的麻花艽 (G􀆰 str ̄
aminea) 研究显示ꎬ 环烯醚萜类成分在麻花艽不
同种群间均有较大变化ꎬ 且在特定区域含量较
高ꎮ 近年研究表明ꎬ 滇龙胆中化学成分含量可受
外界环境因素的影响 (沈涛等ꎬ 2011ꎻ Šiler 等ꎬ
2012)ꎬ 伴随海拔、 经度、 维度的变化ꎬ 植物分
布区呈现多种气候类型 (王声跃和张文ꎬ 2002)ꎮ
滇龙胆 4种环稀醚萜类成分含量和构成比例变化
的多样性可能是生物合成途径中相关酶活性受光
照、 温度、 水分等多因素共同影响的结果ꎮ
〔参  考  文  献〕
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