全 文 :基金项目:国家自然科学基金(编号:31901972)
作者简介:韩邦兴(1978—),男,皖西学院副教授,博士。
E-mail:hanbx1978@sina.com
通讯作者:张玲
收稿日期:2015-06-21
第31卷第4期
2 0 1 5年7月
Vol.31,No.4
Jul.2 0 1 5
DOI:10.13652/j.issn.1003-5788.2015.04.002
苍术属药用植物挥发油成分的组分分析
Component analysis of rhizomes of Chinese Atractylodes medicinal plants
韩邦兴1
HAN Bang-xing1
彭华胜2
PENG Hua-sheng2
张 玲2
ZHANG Ling2
(1.皖西学院生物与制药工程学院,安徽 六安 237012;2.安徽中医学院药学院,安徽 合肥 230031)
(1.College of Biological and Pharmaceutical Engineering,West Anhui University,Lu’an,Anhui 237012,China;
2.College of Pharmacy,Anhui University of Chinese Medicine,Hefei,Anhui 230012,China)
摘要:为探索大别山及其东部丘陵地区苍术属药用植物根状
茎中挥发油成分与药材之间的关系,对大别山及其东部丘陵
地区苍术属药用植物进行连续采样,采用GC—MS对14个
样品的挥发油成分进行分析,运用SPSS分析软件对挥发油
成分进行聚类分析、主成分比较。结果表明:白术及其过渡
类型、北苍术挥发油颜色较浅,低海拔的南苍术挥发油颜色
较深;聚类结果表明白术、大别山600m以上的南苍术、江淮
丘陵地区以及大别山600m以下的苍术分别聚类;除白术类
型外,不同区域样品的苍术醇含量随海拔高度的增加而增
加;苍术酮含量随海拔高度的增加而降低。大别山及其东部
丘陵地区苍术属药用植物根状茎中挥发油的特点与白术、汉
苍术与南苍术区域划分相一致;苍术类群中苍术醇、苍术酮
相对含量与海拔之间关系密切。
关键词:苍术属;挥发油;气相色谱—质谱联用;大别山
Abstract:To explore the relationship between the essential oils from
the rhizomes of Chinese Atractylodes medicinal plants in Dabie
Mountains and its eastern hily regions and the medicinal products.
The medicinal plants of Atractylodes regions were investigated suc-
cessively,GC—MS analysis was performed for 14samples of differ-
ent areas,and cluster analysis and principal component analysis were
carried out by SPSS.Result:The colour of the essential oils of A.
macrocephala,its transition types and A.chinensis was lighter,
while of A.lanceain low altitude areas it was deeper.Clustering re-
sults showed that three categorizations were clustered.A.macro-
cephala was in a group,A.lanceadistributed above 600min Dabie
Mountains were in a group,while Atractylodes in yangtze-huaihe
hily regions and below 600min Dabie Mountains were in a group.
Besides A.macrocephala ,the hinesol content of other samples in
different areas increased with increasing altitude,while the atrac-
tylone content decreased with altitude.The essential oils characteris-
tics from the rhizomes of Chinese Atractylodes medicinal plants in
Dabie Mountains and its eastern hily regions were consistent with
the regional division of Chinese crude drugs“Baizhu”,“Han Cang-
zhu”and“Bei Cangzhu”.The hinesol and atractylone contents of the
breeds of Atractylodes had close relationship with the elevation.
Keywords:Atractylodes;essential oil;GC—MS;dabie mountains
大别山及其东部丘陵是苍术属药用植物分布的重要区
域,分布有白术、罗田苍术和苍术3种苍术属植物。苍术属
植物的药用部位是根状茎,挥发油是其主要活性成分之一,
具有解痉镇痛、抗炎、抗病毒等功效[1,2]。研究认为,大别山
海拔650m以上的苍术与江苏茅山等地的苍术在挥发油组
成方面存在明显差异[3,4],而大别山区及其东部丘陵地带的
苍术属药用植物性状随海拔高度变化呈现连续过渡[5]。对
于该区域苍术属植物根状茎的挥发油成分的连续过渡性,目
前尚未见报道。因此,本研究拟对大别山及其东部丘陵地区
苍术属药用植物根状茎的挥发油组分进行研究,通过对挥发
油组成、相对百分含量、以及苍术原植物和药材性状特点等
进行分析,探讨上述地区苍术挥发油与性状之间是否存在连
续过渡,旨在为该地区的苍术属药用植物的资源利用提供一
定参考依据。
1 材料与方法
1.1 试剂与仪器
无水硫酸钠:分析纯,国药集团化学试剂有限公司;
气质联用仪:Saturn 2200型,美国Varian公司。
1.2 材料
苍术属样品:实地采集14个(见表1),所有样品经安徽
中医药大学彭华胜教授鉴定。
1.3 方法
1.3.1 挥发油的提取 样品洗净后于60℃左右干燥至恒
重,粉碎,过20目筛,按2010版中国药典一部XD甲法提取
挥发油[6],并用无水硫酸钠脱水。
1.3.2 GC—MS条件
(1)GC条件:石英毛细管柱(CP5860,30m×0.25mm);
载气高纯氦;流速1.0mL/min;进样口温度220℃;程序升
5
温:柱温50℃,以20℃/min升至100℃,再以6℃/min升
至220℃;检测器FID;分流比:50∶1。
(2)MS条件:EI离子源,电离能量70eV,离子阱温度
150℃,传输线温度280℃,电子倍增管电压2 400V[7]。
1.4 数据处理
所有数据运用SPSS 11.5软件进行处理。
2 结果与分析
2.1 苍术属药用植物根状茎样品提取的挥发油颜色
14种来自于大别山及其东部丘陵地区苍术属药用植物
根状茎样品提取的挥发油颜色见表1。由表1可知,3种
苍术属根状茎中挥发油的颜色呈现淡黄色、橙黄色、红棕
色及红褐色4种由浅至深的梯度变化。其中南京、巢湖、
滁州、桐城等东部丘陵地区海拔300m以下地区的苍术
挥发油显色深,为红棕色或红褐色;在大别山区,海拔600m
左右的潜山逆水、岳西古坊等地的苍术挥发油颜色较浅,为
淡黄色和橙黄色;随海拔升高,在海拔900m及以上区域的
岳西明党山的苍术挥发油又显红棕色。白术的挥发油颜色
最浅,显淡黄色。同地区栽培的苍术挥发油颜色因种质
而异。
表1 样品来源及其挥发油的颜色
Table 1 Sample source and the color of essential oil
样品编号 种名 采集地 叶 花 类型 海拔 挥发油的颜色
C01 A.lancea 南京燕子矶 不裂或浅裂 白色 南苍术 20m,药园移栽 红棕色
C02 A .lancea 滁州琅琊山 不裂或浅裂 白色 南苍术 200m,野生 红褐色
C03 A.lancea 巢湖太湖山 不裂或浅裂 白色 南苍术 100m,药园移栽 红棕色
C04 A.lancea 桐城中义 不裂或浅裂 白色 南苍术 220m,野生 红褐色
C06 A.lancea 潜山逆水 不裂或浅裂 白色 南苍术 600m,野生 橙黄色
C07-1 A .lancea 岳西明党山 不裂或深裂 白色 罗田苍术 930m,野生 红棕色
C07-2 A.lancea 岳西明党山 不裂或深裂 白色 罗田苍术 1 000m,野生 红棕色
C08 A.lancea 岳西古坊 不裂或深裂 白色 罗田苍术 633m,野生 淡黄色
C09 A.lancea 英山陶家乡英太寨 不裂或浅裂 白色 南苍术 600m,栽培 淡黄色
C20 A.lancea 英山陶家河乡 不裂或浅裂 白色 南苍术 600m,栽培 红褐色
C21 A.chinensis 英山陶家河乡 不裂或深裂 白色 北苍术 600m,栽培 橙黄色
C22 A..chinensis 英山陶家河乡 深裂 白色 北苍术 600m,栽培 橙黄色
H01 A.macrocephala 岳西巍岭 羽状深裂 淡紫色 过渡类型 700m,栽培 淡黄色
B10 A.macrocephala 潜山逆水 羽状全裂 紫色 白术 800m,栽培 淡黄色
茅苍术与白术挥发油颜色明显不同,历代本草[8]中记载
白术断面为白色,苍术有朱砂点(朱砂点为苍术根状茎横切
面上油室中红棕色挥发油)。白术、过渡类型、北苍术挥发油
颜色较浅,而南苍术挥发油颜色较深。这与历代本草记载南
苍术断面“朱砂点”一致。
2.2 苍术属药用植物根状茎样品提取的挥发油的主要化学
成分
对不同产地的苍术样品进行挥发油成分分析,其总离子
流色谱图见图1(选择C01样品的总离子流)。
根据计算机质谱数据库SATURN和 NIST检索,对挥
发油成分进行鉴定,并用峰面积归一化法计算各化合物的相
对百分含量,结果见表2。
由表2可知,各样品挥发油中成分均以倍半萜、烯烃、芳
烃、酮类等为主要化学结构类型。但不同样品挥发油中主要
成分的相对含量具有明显的区别:南苍术挥发油(除C20外)
中,倍半萜(苍术醇和苍术酮)>烯烃>芳烃>酮类;汉苍术
中,倍半萜(苍术醇和苍术酮)>烯烃(芳烃、酮类极少);北苍
术中,倍半萜(苍术醇和苍术酮)>芳烃>烯烃>酮类;白术
中,倍半萜及其衍生物(苍术酮、羟基苍术酮和乙酰氧基苍术
酮)>芳烃>烯烃>酮类。
图1 苍术(C01)挥发油成分的总离子流图
Figure 1 Chemical constituents of the essential oil of
A.lancea(C01)total ion chromatogram
6
基础研究 2015年第4期
表2 14个样品挥发油中主要化学成分
Table 2 Chemical constituents of the essential oil formAtractylodes plants o in 14samples
化合物
保留时间/
min
相对含量/%
C01 C02 C03 C04 C06 C07-1 C07-2 C08 C09 C20 C21 C22 H01 B10
α-蒎烯 3.22 0.09 0.06 5.13 0.07
α-水芹烯 3.88 0.12 1.43 0.32 0.38 0.05 0.17
丁子香烯-11 9.13 0.52 0.57 1.22 0.41 0.50 0.05 0.05 0.33 0.12 1.47 0.58 0.27
6s-2,3,8,8-四甲基三环
[5,2,2,(1,6)]-undeo-
2-烯
9.80 1.29 1.42 2.97 0.94 1.14 0.14 0.71 0.23 3.68 1.48 0.48 0.60
1-(5,5-二甲基-1-环戊烯-
1-yl)-2-甲氧基苯
9.93 1.51 1.82 3.64 1.15 1.36 0.17 0.17 0.85 0.28 4.26 1.11 0.58 0.43
绿叶烯 10.39 1.24 1.45 3.08 0.95 1.05 0.08 0.10 0.66 0.19 0.47 3.43 1.30 0.48 0.52
aciphylene 10.51 1.51 1.22 2.60 0.82 1.08 0.31 0.22 0.69 0.39 0.15 4.40 2.08 1.01 1.08
柏木烯 11.16 0.56 0.43 0.84 0.34 0.41 0.12 0.03 0.26 0.14 0.27 1.41 0.86 0.48 0.55
长叶烯-(V4) 11.46 0.10 0.23 0.13 0.09 1.42 0.05 0.36
十氢-4α-甲基-1-亚甲基-
7-(1-甲基亚乙基)萘
11.80 0.85 0.16 0.58 0.51 1.01 0.25 0.27 0.37 0.28 1.34 2.01 1.24 1.29 6.41
1,2,3,4,4α,5,6,8α-八
氢-4α,8-二甲基-2-(1-甲
基亚乙基)萘
12.71 1.7 0.14 0.78 0.45 0.47 0.22 0.57 0.37 15.21 18.84 3.66 1.89 4.40
β-古芸香烯 12.92 0.65 0.86 0.72 0.69 1.65 11.50 4.94 1.93 7.97 3.00 2.27 0.94 1.50 0.75
1,2,3,4,5,6,7,8-八氢-
1,4-二甲基-7-(1-甲基乙
缩醛)-(1s-cis)-甘菊环烃
13.19 4.47 0.22 0.82 1.01 0.92 0.08 0.64 0.16 2.24 4.60 6.58 12.51 3.51
cubenol 14.16 0.29 0.17 0.36 0.33 1.03 0.90
γ-荜澄茄烯 14.15 0.63 0.69 1.01 0.27 0.33
反式-3-乙烯基-3-甲基-2-
(1-甲基乙烯基)-6-(1-甲
基乙缩醛)-环己酮
14.73 8.79 3.16 2.26 2.09 2.07 4.19 4.44 3.00 2.16 3.22 0.11 1.63
苍术醇 15.01 27.05 37.01 43.60 44.70 50.81 67.69 78.31 55.08 77.02 38.14 16.21 5.73 39.41 0.81
苍术酮 15.33 38.26 36.81 25.22 36.50 29.55 3.72 4.04 20.95 6.21 27.62 25.38 62.76 27.58 19.28
长叶烯-12 15.41 2.60 1.88 1.93 2.76 1.27 1.12 1.74
(+)3,8-二甲基乙烯基-
5-(1-甲基乙烯基)-1,2,
3,4,5,6,7,8-八氢甘菊
环烃-6-酮
16.42 1.50 0.18 0.12 0.38 0.15 0.24 0.31 0.72 0.53 2.50
2-羟基芴 17.14 3.56 7.32 3.18 3.17 1.54 1.53 1.48 0.69 0.40
羟基苍术酮 18.57 0.20 0.13 0.08 0.41 4.13
8,9-二氢长叶烯 19.18 0.18 0.20 1.47
4,5-二氢异长叶烯 19.30 0.34 0.20 0.82 3.03
2-苯甲基苯酚 20.51 0.11
罗汉松酸 20.92 0.20 0.45 1.69
2-羟基-5-(3-甲基-2-丁烯
基)-4-(1-甲基乙烯基)-
2,4,6-环庚三烯-1-酮
21.04 0.28 0.07 1.81
乙酰氧基苍术酮 21.16 0.42 1.33 16.33
4-苯硝基腙-环己酮 21.85 1.92
苍术烯内酯甲 22.48 3.08
7
第31卷第4期 韩邦兴等:苍术属药用植物挥发油成分的组分分析
2.3 苍术属药用植物根状茎样品提取的挥发油成分聚类
分析
采用SPSS 11.5统计软件对以上14个样品挥发油中主
要化学成分进行聚类分析,结果见图2。
图2 样品挥发油主成分的聚类分析
Figure 2 Cluster analysis of the chemical composition
of essential oils of A.lancea
由图2可知,14个样品可以聚为四大类。白术单独聚为
一类;江苏南京、安徽滁州、桐城、巢湖等江淮丘陵地区以及
大别山潜山、岳西等地600m以下的苍术聚为一类,显示出
大别山及东部丘陵海拔600m以下地区的苍术在挥发油组
成上具有一致性;大别山900m以上的高海拔山区及西部的
野生南苍术聚为一类;湖北栽培的北苍术聚为一类。
2.4 苍术属药用植物根状茎样品提取的挥发油主成分比较
苍术属药用植物的挥发油具有解痉镇痛、抗炎等功效,
苍术醇、苍术酮是挥发油主要有效成分[1-4]。因此,选取苍
术挥发油中主成分苍术醇、苍术酮进行比较,结果见图3。
图3 14个样品挥发油苍术醇与苍术酮的含量
Figure 3 Contents of hinesol and atractylone of essential
oil components in 14samples
由图3可知,不同产地南苍术挥发油中苍术醇与苍术酮
的总和都在60%以上;北苍术挥发油中两种成分总和稍低,
为41.59%;白术挥发油中两者之和最小,仅为20.09%。
运用SPSS 11.5统计软件对14个样品挥发油中苍术醇、
苍术酮相对含量进行正态性检验,结果显示Shapiro-Wike统
计量分别为0.962(P=0.777>0.05)和0.923(P=0.239>
0.05),说明14个样品中苍术醇、苍术酮相对含量服从正态
分布,成连续性变化。
对14个样品挥发油中主成分苍术醇、苍术酮相对含量
和海拔高度做散点图和拟合曲线,结果见图4、5。
图4 14个样品中苍术醇含量和海拔高度之间
的散点图及拟合曲线
Figure 4 The scatter diagram and curve fitting between
hinesol content and altitude in 14samples
图5 14个样品中苍术酮含量和海拔高度之间
的散点图及拟合曲线
Figure 5 The scatter diagram and curve fitting between
atractylone content and altitude in 14samples
由图4、5可知,按海拔高度可将采样地分为3个区域:
300m以下、600~800m和900m以上。苍术醇、苍术酮相
对含量与海拔之间具有一定规律性,除白术类型外,不同区
域样品的苍术醇含量随海拔高度的增加而增加;苍术酮含量
随海拔高度的增加而降低。
运用SPSS 11.5统计软件对苍术醇含量和海拔进行回
归分析,苍术醇含量和海拔高度之间的关系模型为:Y =
0.09×exp(X/162.4)+ 36.88(Y 为苍术醇相对百分含
量,%;X为海拔高度,m;R2=0.971 9);对苍术酮含量和海
拔进行回归分析,苍术酮含量和海拔高度之间的关系模型
为:Y = -0.68×exp(X/253.4)+35.87(Y 为苍术酮相对
8
基础研究 2015年第4期
百分含量,%;X 为海拔高度,m;R2=0.980 8)。两个模型
均通过显著性检验(P≤0.05)。
利用Excel软件对各样品挥发油中主成分苍术醇、苍术
酮相对含量的比值排序后做折线图,见图6。
图6 14个样品挥发油中苍术醇与苍术酮的比值
Figure 6 The Line chart of Ratio of hinesol content
andatracty lone content in 14samples
由图6可知,生长于低海拔丘陵地带的苍术挥发油中,
苍术醇与苍术酮的比例几乎相当,而生长于高海拔山区的苍
术挥发油中,苍术醇与苍术酮的比例相差很大,最大的可达
到19.38倍。北苍术中苍术醇的含量低于苍术酮,而白术挥
发油中几乎不含苍术醇。
对于南苍术,由西向东,随着海拔的逐渐降低,苍术醇与
苍术酮的比值呈现连续降低的趋势:C07-2(海拔1 000m,比
值为19.38)→C07-1(海拔930m,比值为18.20)→C09(海拔
700m,比值为12.40)→C08(海拔633m,比值为2.63)→C06
(海拔600m,比值为1.72)→C04(海拔220m,比值为1.22)→
C02(海拔200m,比值为1.01)→C01(海拔20m,比值为
0.71)。对于北苍术,此比值降为0.64和0.09。白术中则降
至最低,为0.04。
3 结论
本研究结果显示,白术、过渡类型、北苍术挥发油颜色较
浅,而南苍术挥发油颜色较深,这与历代本草记载南苍术断
面“朱砂点”一致。从挥发油主成分聚类图可以看出,挥发油
成分的聚类结果与药用植物性状也有一定关系:低海拔的苍
术为阳生环境,根状茎连珠状横走,断面朱砂点明显;高海拔
的罗田苍术为林下阴生环境,根状茎多垂直向下生长,有明
显的如意头,断面朱砂点不明显。挥发油主成分聚类分析结
果支持胡世林等[9]将罗田苍术命名为亚种,也与传统将大别
山区与低海拔的苍术分别称为“汉苍”与南苍术相一致。但
本研究未能更大范围内采集样品,不能探讨邻近地区乃至全
中国的术属的挥发油情况,后期将在更大量样品的基础上进
一步分析术属的挥发油及性状等方面的关系。
参考文献
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第31卷第4期 韩邦兴等:苍术属药用植物挥发油成分的组分分析