全 文 ：白刺属植物的化学成分分析及系统学意义
努尔巴衣·阿布都沙力克 ,潘晓玲
( 1.新疆大学 资源与环境科学学院 ,新疆 乌鲁木齐 830046)
摘　要: 概述了白刺类植物研究简史 ,分析了白刺属 5种植物和蒺藜科 6种植物的化学成分 ,测了白刺属 3种植
物种子总氨基酸的组成 .结果表明它与蒺藜科其他属的化学成分组成、氨基酸主要组分与含量和特征上有显著
的差异 ,在一定意义上反映了起源上有一定的同源性和遗传上有一定的稳定性 ,并进一步支持将白刺属可以提
升为白刺科 ( Nitra riaceae ).这对我国植物学家最近提出的中亚植物区的系统与演化研究和确定其系统位置的研
究提供参考 .
关键词: 白刺属 ; 蒺藜科 ; 白刺科 ; 氨基酸 ; 系统学
中图分类号: Q948　 　　文献标识码: A　　　文章编号: 1000-2839( 2003) 01-0050-05
Chemical Composition and Its Taxonomic Signif icance Genus N itraria
Nurbay· ABDUSALIH, PAN Xiao-ling
(Col lege of Resources and Environment Science,X in jian g University,Urum qi ,X inj iang 830046,China)
Abstract: The histo r y of the Nitra riodes is briefly surv eyed in the paper. Th e N itra riaceae family is r ecognized by the
present autho r. The rela tionships among the species and probable evo lution of the family ar e discussed on author’ s
cyto lo gica l and compara tiv e mo rphological studies, modern geog raphica l distribution, paleo geog raphical distribution,
ch emical component analysis , chr omosome study are indica ted by Wagner’ s method, with numerical va lues as the
indices. The result show s tha t: Genus Nitra ria is diffe rent fr om other g enus, o f the Zygophylla ceae and it’ s no lection
with o th ers genus, at the same time they suppor t that genus N itraria is an independent in N itra riaceae. Also they discuss
that problem o f o rigin and center ev o lution div er sity.
Key words: Nitr aria; Zygophy llaceae; Nitra riaceae; Amino acid; Taxonomy
1　白刺科植物研究历史
　　蒺藜科是一个古老的科 ,共有 28属 ,约 270多种 ,分布于热带、亚热带和温带地区 .我国北部干旱地
区有 5属 30多种 .本科花粉大量出现于新疆古新世沉积地层中 .其中白刺属 ( Ni tra ria)的起源和系统位
置曾引起许多植物学家和学者的重视 (Комаров, 1908;Попов, 1927; Eng ler, 1931;Ильин, 1937, 1957;吴征
镒 , 1964;Бобров, 1965; J. Hutchinson, 1967;Васильченко, 1982; Dahlg ren, 1983;席以珍 , 1987;李师翁 ,
1994;刘女英心 , 1963, 1998; A. Takh tajan, 1987, 1997) .多数学者认为白刺属的热带性较强 ,并以南古大陆
为发生中心 .但是对于白刺属和蒺藜科的系统位置 ,长期以来颇有争论 .白刺属植物本身是一个较自然
的类群 ,形态学、解剖学、细胞学、孢粉学、胚胎学、化学成分和染色体分析等方面的研究均证明了这一类
群的独特性和独立性 ,多数学者都支持将白刺属提升为独立自然类群的古老的一个小科——白刺科 .
白刺属 ( Ni t raria L. )是古老的一个小属 ,林奈在“植物种志” ( 1753)中以 Nitraria schoberi L.为模
式 ,建立了该属 ,进行了描述 ,并归属在蒺藜科中 .迄今为止 ,近 300年来至少有 20多位中外植物分类学
家研究过白刺属 ,不仅发表了新种 (见表 1) ,而且对属下等级进行了划分 ,并讨论了本属的归属问题 (见
表 2) .一些学者持广义的观点 ,主张建立科下等级 ,属于蒺藜科中 .这种观点到目前为止未曾达成共识 .
第 20卷第 1期 新疆大学学报 (自然科学版 ) Vo l. 20, No. 1
2003年 2月 Journa l o f Xinjiang Univ ersity( Na tural Science Edition) Feb. , 2003
收稿日期: 2001-05-30基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 39760009)作者简介: 努尔巴衣· 阿布都沙力克 ( 1959-) ,男 (塔塔尔族 ) ,副教授 .
其原因 ,一是本属分布范围广 ,二是各研究者占有的资料不完整 ,三是历史和地理的原因 .随着研究的深
入 ,已使本属与蒺藜科其他属的关系以及属的范围逐渐趋于明确了 .
表 1　白刺属植物研究历史
年　代 种命名人 种　名 模式标本产地 特有区
1759 Linne N . schoberi 里海沿岸 中亚
1784 Palla s N . sibirica 贝加尔湖湖岸区 中亚
1797 Lamarck N . senega lensis 非洲北部 非洲
1798 Desfontaines N . tridentata 北非、阿拉伯 北非西亚
1828 De Cando lle N . billardie ri 澳大利亚 澳洲
1876 Ascher s N . retusa 非洲西北部 非洲
1883 Maximov ic z N . sphaero ca rpa 蒙古 中亚
1908 Комаров.В.Л N. robo rowiskii 新疆 中亚
1944 Iljin et Lava N . komarovii 里海沿岸 里海海岸
1946 Бобров.Е.Г N. tanguto rum 柴达木盆地 中国
1965 Бобров.Е.Г N. praev isa 甘肃 中国
1974 Vassil N . pamirica 新疆 帕米尔高原
表 2　白刺属在不同分类系统上的位置
系统 Sy stem 系统位置 Systematic po sitio nMalpighales
( 1959, 1967) Sapindales Geraniales
Rutales
( 1980, 1987)
Zygophy llales
( 1997)
Eng ler ( 1931, 1964) — — Zygophy llaceae — —
J. Hutchinson Zygophyllaceae — — — —
N. A. Saleh . ( 1977) Zygophy llaceae
Cronquist( 1981) — Zygophy llaceae — — —
Thorne( 1986) — Zygophy llaceae — — —
Dah lg ren( 1985) — — Nit rariaceae — —
Takhtajan — — — Nitrariaceae N itra riaceae
2　化学成分分析
　　植物的化学组成随种类而异 ,有些成分在植物中的分布很不均衡 ,有些成分分布只限于某种或几种
植物种 ,有些则较广泛地分布于有亲缘关系的邻近的属或科中 ,而有些则可见于关系很疏远的不同植物
类群 .但植物的亲缘关系和其化学成分之间 ,还是有密切关系的 ,植物化学成分的存在不是偶然的 ,有可
确定的生源和生态基础 .因此化学成分可以作为分类的一项重要参考指标 ,用以研究生物类群之间的亲
缘关系和演化规律 ,揭示物种在分子水平上所反映出来的特有现象 ,从而可以探索各种植物之间的关系
和起源 .
Yeoh等 ( 1984)通过豆科十几种植物叶中氨基酸的分析 ,证明了结合氨基酸在亚科分类等级上意
义 . E. Zuckerkand和 L. Paul lng ( 1965)曾指出“一个有机体合成的所有化学物质 ,在或多或少的程度上
都反映出遗传语言分子中的信息 .所以 ,所有对分类学有用的信息在不同程度上也都与系统发育有关” .
他还指出: “植物中相似的种和相似的属就有相似的信息” . P. M. Smith( 1976)认为: “在自然分类系统中
化学特征将是基本的要素” ,“一个特定的分类群 ( tax a)含有或不含有某种化学组分 .对广泛的植物类群
加以分析以后 ,组分的分布就完全了解了 .最终可以弄清象一个属中几个种含有这种成分 ,而另外几个
种不含有这种成分这样的事实” .国内还有马骥等 ( 1995)对蒺藜科骆驼蓬属植物种子氨基酸组成及其系
统学意义的分析等 .
我们在对白刺科植物进行系统研究的过程中 ,以处于稳定发育阶段的成熟种子为材料 ,研究方法是
试验材料采自野外和中国科学院吐鲁番沙漠植物园 .采集的种子净洗风干后研磨成粉状 ,四分法取样备
用 .对其氨基酸进行了分析 ,并试图探索系统学与生物生态学意义 .
精密称取一定量样品 ,加入适量 6mo l /L· HCl 110℃水解 24h,取一定体积水解液在真空条件下蒸
51第 1期 努尔巴衣· 阿布都沙力克等:白刺属植物的化学成分分析及系统学意义
干 ,用 0. 2mol /L· HCl稀释定容 ,氨基酸自动分析仪测定天冬氨酸等 17种氨基酸 .另取一定体积水解
液 ,过甲酸氧化过液 ,真空条件下蒸干 , 0. 02mol /L· HCl稀释定容 ,氨基酸自动分析仪测定胱氨酸 ,样品
中各组分氨基酸以μmol /g- 1· dry- 1· w t- 1表示 .
3　结果与讨论
　　我国白刺属植物 N. sibi rica, N. tanguto rum , N. schoberi种子总氨基酸组成中 ,均以脯氨酸、丙氨酸、
苏氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、酪氨酸相对含量较高 .这 6种氨基酸含量之和占总氨基酸含量的百分率分别
为 88. 9% , 91. 6% , 91. 5% ,其余 11种氨其酸含量之和仅分别占 11. 1% , 7. 4% , 7. 5%左右 .
经过白刺属化学成分的分析 (见表 3, 4) ,白刺属和蒺藜科其他属在化学成分上无关系 ,彼此相差甚
远 .白刺属植物的果实可食用 ,而其他属都是有毒植物 ,有致幻等精神作用和与之接触能引起神经细胞
坏死 .
表 3　白刺科和蒺藜科的化学成分
化学成分
Chemical
constituents
植物种 Species
白刺属 骆驼蓬属 霸王属 蒺藜属 文　献
N
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N
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T
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rr
e
s
tris
Nit rarin + + + + 有关白刺属
Nitrarimin + + + + + 的 [11, 12, 9,
N itramin + + + + 19, 10]
Nitramidin + +
N itrabirin + +
Schobe rin + + + + +
Sibirin +
Isonitra rin + + +
Isonitr amin + + +
Vasitinon + +
Koma rov in + +
Komarov itin + + 有关骆驼蓬
Komarovinin + + + + 的 [6, 14, 15,
Isokom rovin + + + + + + 16, 17]
Ha rmalin + + + + +
Harmalol + +
Harmine + +
Peganin + +
Pegano l + + 有关霸王属
Peganidin + 的 [17, 18 ]
Ruine + +
Hyno lin +
Isopeganidin +
Dipegin +
Vasitionin + + +
Kumarin + + + 有关蒺藜的
Zygophylo zit + [13, 14 ]
Zygaphabagi +
Kampestirin +
T ribulosin +
Astr aga lin +
T ribuloside +
　　在水分胁迫条件下 ,植物脯氨酸含量变化很大 ,它可成十倍百倍地增长 ,这种异乎寻常的变化 ,引起
了植物学家门的高度注意 .在干旱区中生植物沙柳 ( Salix mongo lica)脯氨酸含量为 0. 16mg /g . dw ,多浆
旱生植物白刺 ( Ni t raria sphaero carpa)脯氨酸含量为 19. 7mg /g. dw ,两者相差 123倍 ,多浆旱生植物骆
驼蓬 ( Peganum harmala )脯氨酸含量为 6. 8mg /g. dw ,多浆旱生植物霸王 ( Zygophyl lum xanthoxylon)为
52 新疆大学学报 (自然科学版 ) 2003年
2. 42mg /g. dw N. sibi rica, N. tanguto rum, N. schoberi种子总氨基酸组成中分别 7. 08, 5, 51, 9. 02 mg /g.
dw ,白刺科植物适应干旱环境的能力 ,远远高于蒺藜科其他属植物 .从脯氨酸在干旱条件下的累积来看 ,
它可能具有适应意义 ;从脯氨酸在干旱条件下的敏感性和显著性来看 ,至少可作为植物在干旱条件下发
生的各种变化中比较敏感的参数和指标 .我们支持这一结论 .
表 4　白刺属和骆驼蓬种子中总氨基酸组成表
氨基酸 N. sibirica (% ) N. tangutorum (% ) N . schobe ri(% ) N. tanguto-
rum
Peganum ha rmala(% )
天门冬氨酸 0. 34　 1. 1 0. 25　 0. 9 0. 32　 1. 0 0. 22 1. 72　 6. 11
苏氨酸 2. 41　 8. 25 2. 57　 2. 06 2. 04　 6. 55 2. 61 5. 16　 18. 32
丝氨酸 0. 32　 1. 09 0. 45　 1. 62 0. 38　 1. 22 0. 33 4. 00　 14. 21
谷氨酸 0. 51　 1. 74 0. 27　 0. 97 0. 35　 1. 12 0. 20 2. 67　 9. 48
脯氨酸 7. 08　 24. 25 5. 51　 19. 88 9. 02　 28. 98 4. 44 1. 61　 5. 72
甘氨酸 0. 23　 0. 79 0. 17　 0. 61 0. 30　 0. 96 0. 19 1. 43　 5. 08
丙氨酸 4. 02　 13. 77 3. 42　 12. 34 3. 87　 12. 43 3. 04 1. 58　 5. 47
缬氨酸 0. 56　 1. 92 0. 68　 2. 45 0. 81　 2. 60 0. 70 2. 54　 9. 02
蛋氨酸 0. 18　 0. 62 0. 13　 0. 47 0. 23　 0. 74 0. 09 0. 82　 2. 91
异亮氨酸 0. 21　 0. 72 0. 35　 1. 26 0. 27　 0. 87 0. 37 0. 95　 3. 37
亮氨酸 0. 87　 2. 98 2. 01　 7. 25 1. 08　 3. 47 1. 29 0. 48　 1. 71
酪氨酸 2. 03　 6. 95 1. 64　 5. 91 1. 94　 6. 23 1. 19 0. 63　 2. 24
苯丙氨酸 2. 14　 7. 33 1. 82　 6. 57 2. 03　 6. 52 1. 34 0. 73　 2. 60
组氨酸 2. 35　 8. 04 2. 18　 7. 86 2. 32　 7. 45 0. 19 0. 75　 2. 66
色氨酸 2. 19　 7. 50 2. 01　 7. 25 1. 96　 6. 30 0. 24
赖氨酸 1. 93　 6. 60 2. 31　 8. 34 2. 17　 6. 97 0. 35 1. 02　 3. 62
精氨酸 1. 82　 6. 23 1. 94　 7. 00 2. 03　 6. 52 0. 36 1. 46　 5. 18
总　量 29. 20　 100 27. 71　 100 31. 12　 100 17. 15 27. 55　 100
　　不同生长环境下唐古特白刺 (一个产新疆 ,另一个产青藏高原 )植物种子中氨基酸含量和组成的基
本情况变化不大 .脯氨酸含量偏低 ,这可能和生长环境和气候干旱胁迫等因素有关 ,很容易看出不同生
长环境对同一物种产生的影响 .白刺属植物与蒺藜科其它属植物在化学成分上的差别 ,为白刺科的独立
提供了又一证据 .白刺科是一个属于白垩纪、老第三纪孑遗的特有植物 .在化石花粉资料中 ,白刺属植物
曾经广泛分布在我国许多地方 ,特别是北部地区 .根据白刺属植物的现代分布区和化石花粉出现的地质
年代的研究结果 ,白刺属植物种类西向东有进化的趋势 ,越往北化石花粉出现的地层年代越年轻 (见表
5) .如:白刺属的化石花粉最早出现在新疆的早第三纪初期的古新世地层种 ;内蒙古的中新世和第四纪
地层中 ;宁夏、渤海沿岸和西藏的渐新世地层中 ;年轻的青海地区的晚第三纪和第四纪的地层中不同程
度的出现 .这可能是喜马拉亚造山运动 ,使北部地区的气候变的干旱化的原因 .
表 5　地质时期白刺属植物在我国的分布
地质年代 化石花粉分布区 距今年龄 (百万年 )
第四纪 甘肃、内蒙古、陕西、山西、河北平原 1. 5～ 2
中新世 内蒙古、青海、西藏 12～ 25
逐新世 宁夏、东北沿海地区、西藏 25～ 40
始新世 新疆、湖北 40～ 60
古新世 新疆 60～ 65
　　这种分布趋势和我国北部地区 ,特别是西北地区由于喜马拉雅造山运动与晚全新世气候变得逐渐
干燥、湖盆缩小的发展趋势相吻合的 .我国西北地区是白刺族群的第一分布中心和强烈分化中心 .白刺
属的 系统位 置和蒺 藜科 其他属 的关 系应该 是 Zygophy llaceae— Balani taceae— Nitrariaceae—
Tetradicidaceae.这些新科大部分种类主要分布在中亚地区 .吴征镒院士等最近提出:中国陆地植物区系
包括古热带、东亚、泛北极和中亚植物区等四个植物区 ,而且世界植物系统学研究认为 ,亚洲安加拉植物
区与华夏植物区在新疆地区交融 ,所以在新疆开展植物化学分析和系统学研究是很有必要的 .
53第 1期 努尔巴衣· 阿布都沙力克等:白刺属植物的化学成分分析及系统学意义
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责任编辑: 陈　勇
54 新疆大学学报 (自然科学版 ) 2003年