廣西天然資源及其產(chǎn)物的信息技術(shù)構(gòu)建

劉 玭 劉雄民

（廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530004）

廣西天然資源及其產(chǎn)物的信息技術(shù)構(gòu)建

劉 玭 劉雄民

（廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530004）

針對(duì)廣西豐富天然資源和天然產(chǎn)物研究現(xiàn)狀及廣西產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，建議利用信息技術(shù)構(gòu)建廣西天然資源及產(chǎn)物系統(tǒng)，給出數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)整體框圖、各項(xiàng)功能說明以及基本檢索的流程圖，并闡明系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。

天然資源；天然產(chǎn)物；信息技術(shù)；構(gòu)建

廣西有豐富的天然植物和海洋生物資源，由于天然產(chǎn)物具有高活性、用途廣泛，是國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域?；瘜W(xué)化工專家、醫(yī)藥專家在此領(lǐng)域開展了大量的開拓性研究工作，取得了豐碩成果。信息技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的領(lǐng)域，滲透到各個(gè)學(xué)科，其中天然產(chǎn)物與信息技術(shù)的結(jié)合開始受到關(guān)注。在化學(xué)領(lǐng)域CrossFire Beilstein 是世界上最大的關(guān)于有機(jī)化學(xué)方面的數(shù)據(jù)庫(kù)[1]，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所和創(chuàng)騰科技有限公司聯(lián)合開發(fā)了“微生物天然產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫(kù)”[2]，雷靜等建立了海洋天然產(chǎn)物信息 Web檢索系統(tǒng)[3]，NAPRALERTSM是世界上最大的民族藥及傳統(tǒng)醫(yī)藥,化學(xué)、植物藥、微生物和海洋藥物的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)[4]，鐘揚(yáng)等[5]開展了傳統(tǒng)藥物及天然產(chǎn)物信息系統(tǒng)間的交互運(yùn)行技術(shù)研究。這些成果為廣大研究人員提供了大量的信息和豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)推動(dòng)天然產(chǎn)物研究起到積極作用。但這些數(shù)據(jù)庫(kù)的重點(diǎn)是給出化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，它們往往不具有兼容性。但在天然產(chǎn)物與植物種類方面的相互關(guān)系、天然產(chǎn)物與植物地域依賴關(guān)系、天然產(chǎn)物與提取分離技術(shù)的關(guān)系等方面用信息技術(shù)處理還沒有受到足夠重視。

本文探索利用信息技術(shù)研究廣西幾種特色天然產(chǎn)物與植物種類的相互關(guān)系，天然產(chǎn)物與植物地域依賴關(guān)系、天然產(chǎn)物與提取分離技術(shù)的關(guān)系，為今后信息技術(shù)在廣西天然產(chǎn)物的應(yīng)用提供參考。

1 幾種廣西特色天然植物及其化學(xué)成分

廣西的植物資源非常豐富，其中八角、肉桂、松樹、桉樹、蒜頭果等值得關(guān)注，下面對(duì)它們的化學(xué)成分分別進(jìn)行介紹。

1.1 八角

八角（Illicium verum Hook.f.）又稱八角茴香，是木蘭科八角屬植物，是我國(guó)南亞熱帶特有的“藥食同源”珍貴經(jīng)濟(jì)樹種，主要分布在我國(guó)的廣西、廣東、貴州、云南、福建等省，其干燥成熟果實(shí)為我國(guó)的特產(chǎn)調(diào)味香辛料和中藥,八角的主要化學(xué)成分如下：

（1）揮發(fā)油。八角揮發(fā)油主要成分為茴香腦、茴香醛、茴香酮、萜烯等，其中八角果揮發(fā)油的茴香腦含量達(dá)到 90%以上，但對(duì)于不同地區(qū)產(chǎn)的八角，其揮發(fā)油成分有區(qū)別，如云南怒江、四川縉云山、廣西龍勝等三地域的八角果實(shí)揮發(fā)油成分幾乎不含茴香腦，沒有強(qiáng)烈的八角茴香香氣[6]。

（2）倍半萜內(nèi)酯。滇西八角果皮中分離出30多種高度氧化的倍半萜內(nèi)酯及其衍生物，如莽草毒素、偽莽草素、八角莽草毒素、紅花八角素等。

（3）黃酮。八角果實(shí)中含有 3-蕓香糖，3-葡萄糖，3-半乳糖取代的山萘酚和槲皮素，3-鼠李糖槲皮素，3-木糖槲皮素以及游離的山萘酚和槲皮素等

（4）其它。八角中還含有多種化學(xué)成分，如苯丙烷、木脂素類，植物醌等。八角種子還含油酸、亞油酸、棕櫚酸和硬脂酸等脂肪酸。另外，β-谷甾醇、2,6-dihydroxyhumulan-9(E)-3(12),7(13),9-triene、槲皮素-7-甲基醚、原兒茶酸、莽草酸、莽草酸甲酯和胡蘿卜苷等成分值得關(guān)注。

1.2 肉桂

肉桂的種類有很多種，如白芽肉桂、紅芽肉桂、大葉清化肉桂等，不同的地區(qū)和不同種類的肉桂，化學(xué)成分差別很大。

（1）揮發(fā)油。表1是越南大葉清化肉桂和中國(guó)肉桂的精油成分。

表1 越南大葉清化肉桂和中國(guó)肉桂的精油成分含量

（2）其它化學(xué)成分。除揮發(fā)油外，肉桂中尚含有黃酮、皂苷、肉桂多酚等其他有效成分。

1.3 松樹

松樹的種類很多，如馬尾松、濕地松等，它們的化學(xué)成分隨種屬、地域不同差別很大。目前松樹利用最多的化學(xué)成分是松脂，松脂分離得到松節(jié)油和松香。它們是在大宗的林化產(chǎn)品，廣西的產(chǎn)量最大。松節(jié)油主要成分是α-蒎烯、β-蒎烯等萜烯類化合物。松香的主要成分是樅酸、左旋海松酸、新樅酸、歧化松酸等樹脂酸。

1.4 桉樹

桉樹是自然分布在澳大利亞等國(guó)家的重要經(jīng)濟(jì)樹種，至今已有 120多個(gè)國(guó)家和地區(qū)引種栽培。桉樹是指桉樹屬（Eucalyptus L’Herit.）、杯果木屬（Angophora Cav.）和(Corymbia K. D. Hill & L. A. S. Johnson)3個(gè)屬的樹種，至1998年底正式發(fā)表并得到承認(rèn)的分類群共有954個(gè)，包括808種和137亞種或變種。其中，杯果木屬14種，傘房屬113種和23個(gè)亞種和變種，其余的分類群屬于桉樹屬。桉樹屬有7個(gè)亞屬，這 7個(gè)亞屬是：紋蒴亞屬 Eudesmia、高伯亞屬Gaubaea、昆士蘭亞屬Idiogenes、單蒴蓋亞屬M(fèi)onocalyptus、小帽桉亞屬Nothocalyptus、雙蒴蓋亞屬Symphyomyrtus、赤道桉亞屬Telocalyptus。世界各國(guó)桉樹人工林的主要樹種是雙蒴蓋亞屬和單蒴蓋亞屬的樹種，我國(guó)也是如此。

本課題組對(duì)南寧市附近的尾葉桉、巨尾桉、巨桉、鄧恩桉、赤桉、粗皮桉、柳桉、檸檬桉、本泌桉、窿緣桉、大花序桉、圓角桉、大葉桉等揮發(fā)成分進(jìn)行了分析[7]。結(jié)果指出不同種類的桉樹，其揮發(fā)油成分差別非常大，因此有必要建立桉樹的成分信息庫(kù)。

1.5 蒜頭果

蒜頭果（Malania Olceifera Chum et Lee），又名山桐果，為鐵青樹科馬蘭木屬，常綠喬木，樹高10～20米。枝葉有濃郁的苦杏仁氣味。果園扁形，蒜頭狀，新鮮果實(shí)的果皮果肉有很濃的苦杏仁氣味，種子柔軟，呈黃白色。主要分布在廣西、云南、貴州等亞熱帶石灰?guī)r地區(qū)，是國(guó)家保護(hù)的珍稀瀕危植物之一，近期的研究表明，它也是綠化石灰?guī)r荒山的優(yōu)良樹種之一。目前蒜頭果方面的研究主要集中在種植和生態(tài)學(xué)、果仁脂肪酸組成[1-4]。

（1）蒜頭果果揮發(fā)成分。蒜頭果果揮發(fā)油的主要化學(xué)成分為苯甲醛、苯甲醇、苯甲酸、扁桃腈等。其中，苯甲醛含量高達(dá)75%以上，是天然苯甲醛的潛在資源。

（2）脂肪酸。蒜頭果仁含油脂為 50%～60%，脂肪酸中以碳數(shù)C18—C24為主，其中十八碳-9-烯酸含量30%～40%、二十二碳-13-烯酸含量 10%～15%、二十四碳-15-烯酸含量達(dá)40%～60%[1]。對(duì)于不同地區(qū)，其成分有一定差別，廣西和云南的蒜頭果仁油脂中各種脂肪酸含量（甲酯化）如表2所示[8]。

表2 不同產(chǎn)地蒜頭果油中脂肪酸組成及相對(duì)含量

2 信息技術(shù)在廣西特色天然產(chǎn)物的應(yīng)用

2.1 廣西植物化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的建立

這是最基本的數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)的信息包括：化合物的名稱（中英文）、分子式、分子量、結(jié)構(gòu)、紅外光譜圖、紫外光譜圖、核磁共振譜圖、質(zhì)譜圖、化合物的物理化學(xué)性質(zhì)等。數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)該與現(xiàn)有的化學(xué)物質(zhì)、天然產(chǎn)物基本數(shù)據(jù)庫(kù)具有兼容性。以八角為例，建立的數(shù)據(jù)庫(kù)板塊如下：

圖1 八角數(shù)據(jù)庫(kù)板塊

2.2 系統(tǒng)功能

整個(gè)系統(tǒng)的功能模塊包括：（1）信息錄入；（2）信息檢索；（3）系統(tǒng)維護(hù)；（4）系統(tǒng)說明與幫助；（5）系統(tǒng)個(gè)性化；（6）與其它系統(tǒng)對(duì)接。其信息系統(tǒng)功能框架如圖 2所示。

圖2 信息系統(tǒng)功能框架

2.3 系統(tǒng)應(yīng)用

廣西天然產(chǎn)物信息系統(tǒng)的利用包括三方面：（1）檢索；（2）個(gè)性信息創(chuàng)建；（3）預(yù)測(cè)。在天然產(chǎn)物檢索部分的檢索內(nèi)容包括：（1）資源檢索；（2）化合物檢索；（3）提取分離方法檢索；（4）化合物性質(zhì)與活性檢索。由于化合物檢索和活性檢索已有很多數(shù)據(jù)庫(kù)，內(nèi)容基本大同小異，不再舉例說明，下面以“資源檢索”為例簡(jiǎn)要說明廣西天然產(chǎn)物信息系統(tǒng)。

圖3 廣西天然產(chǎn)物信息系統(tǒng)檢索

3 應(yīng)用領(lǐng)域

利用信息技術(shù)構(gòu)建的廣西天然資源及其產(chǎn)物系統(tǒng)將在如下領(lǐng)域能夠應(yīng)用：

（1）廣西植物資源分布

廣西植物資源分布對(duì)從事林業(yè)和農(nóng)業(yè)的研究人員來說非常重要，同時(shí)對(duì)需要了解廣西資源的政府部門、林場(chǎng)、社會(huì)團(tuán)體、企業(yè)等相關(guān)人員提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）育種選優(yōu)

由于系統(tǒng)提供了植物的化學(xué)成分、物理化學(xué)性質(zhì)、生物活性等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為特定的育種選優(yōu)提供參考。如為了獲得培育高含量莽草酸八角新品種，需要尋找莽草酸含量高的種源，由于八角種類多、生長(zhǎng)的地域分布幾乎在廣西各個(gè)區(qū)域，需要從中篩選。又如，高產(chǎn)脂松樹樹種的篩選過程中，應(yīng)該考慮需要特定的化學(xué)成分，高產(chǎn)脂不一定是高品質(zhì)松脂，加工企業(yè)更希望的是高質(zhì)量松脂。有些企業(yè)希望高含量松節(jié)油，特別是β-蒎烯含量高的松脂非常受歡迎。

（3）天然產(chǎn)物加工

由于系統(tǒng)在植物化學(xué)成分方面提供詳細(xì)信息，因此從事化學(xué)化工、生物、醫(yī)藥等研究和開發(fā)的研究人員，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)將非常關(guān)注該信息系統(tǒng)。

（4）醫(yī)療衛(wèi)生

系統(tǒng)有大量的天然產(chǎn)物活性數(shù)據(jù)，為保健食品、新藥開發(fā)提供基礎(chǔ)。

[1] 沈雪硯.數(shù)據(jù)庫(kù)檢索天然產(chǎn)物信息[J].中草藥,2006, 37(8):附11-12.

[2] 姜威,司書毅,陳湘萍,等.微生物天然產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及應(yīng)用[J].中國(guó)抗生素雜志,2006,31(2):119-121.

[3] 雷靜,周家駒.海洋天然產(chǎn)物信息 Web檢索系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué),2001,18(6):549-552.

[4] 韓全斌.天然產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫(kù)(NAPRAERT～(SM))[J].中國(guó)天然藥物,2003,1(1):20.

[5] 鐘揚(yáng),余清清,彭勇.傳統(tǒng)藥物及天然產(chǎn)物信息系統(tǒng)間的交互運(yùn)行技術(shù)[J].中國(guó)中醫(yī)藥信息雜志,1998,5(4): 59-60.

[6] 黃建梅,王嘉琳,楊春封.中國(guó)八角屬三種果實(shí)揮發(fā)油的氣相色譜一質(zhì)譜分析[J].中草藥,1994,25(10):551-552.

[7] 田玉紅.廣西桉葉揮發(fā)成分分析及其抗菌抗氧化性能研究[D].廣西大學(xué)博士學(xué)位論文，2006.06.

[8] 周永紅,劉雄民,王立升.不同產(chǎn)地蒜頭果中脂肪酸的GC-MS分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,17(4):298-300.

Building of information technology about Guangxi’s natural resources and natural products

LIU Pin LIU Xiong-min
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)

As Guangxi is rich in natural resources, based on the research of natural products and industry trends in Guangxi, we suggest using information technology to build the system of natural resources and products of Guangxi. We will give the structure of the database design, overall system block diagram, functional descriptions of each parts and the flow chart of basic search. We will also clarify the system's applications, and provide the basis for research and exploitation of Guangxi’s exclusive resources.

natural resource；natural product；information technology；build

O629;TP311.135

A

1008-1151(2011)08-0113-03

2011-06-12

劉玭 （1989－）, 女，供職于廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，研究方向?yàn)樾判墓こ獭?/p>

劉雄民，男，廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。