不同白樺家系莖皮和枝皮中三萜含量的變異分析

李春雪，黃雅婷 ，范桂枝，劉桂豐 ，王曉東，李春曉 ，姬曉明，孫美玲，馬明媚 ，詹亞光 ，

(東北林業(yè)大學(xué)a.生命科學(xué)學(xué)院；b.林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150040)

白樺Betula platyphyllaSuk.是樺木科Betulaceae樺木屬BetulaLinn.中的一種落葉喬木，主要分布在日本、朝鮮、俄羅斯和中國(guó)等國(guó)家。在我國(guó)集中分布于東北3省和內(nèi)蒙古林區(qū)，而且越向北越以其變種東北白樺的分布為主，已形成大片純林，在東北闊葉樹(shù)中其蓄積量最大[1-2]。

白樺酯醇、白樺酯酸和齊墩果酸等三萜類(lèi)化合物為白樺樹(shù)皮中的主要活性成分之一[3]。白樺三萜類(lèi)化合物具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤、降脂、利膽和保肝等功用，特別是作為天然藥物的白樺酯醇、白樺酯酸等三萜類(lèi)化合物在抗腫瘤和抗HIV等活性方面顯示出了與以往藥物不同的作用機(jī)制，其靶向作用性更強(qiáng)[4]。因此，白樺三萜類(lèi)化合物作為藥物化學(xué)中的先導(dǎo)化合物而逐步受到研究者的關(guān)注。

本研究室人員在前期對(duì)13種8齡白樺種源的分析中發(fā)現(xiàn)，不同種源間白樺三萜類(lèi)化合物含量的差異較大，其中黑龍江省寧安市小北湖種源的白樺三萜類(lèi)化合物的含量較高[5]，為此，我們對(duì)已選育的不同小北湖家系的生長(zhǎng)量和白樺三萜類(lèi)化合物含量進(jìn)行了分析，以期能確定三萜類(lèi)化合物含量高的白樺家系。

1 材料與方法

1.1 材 料

將來(lái)自黑龍江省寧安市小北湖的11個(gè)白樺家系（1～11號(hào)）和當(dāng)?shù)匕讟鍢?shù)種（對(duì)照CK）種植于黑龍江省大海林林業(yè)局紅星林場(chǎng)，每個(gè)家系選取10株平均木進(jìn)行編號(hào)，分別于2010和2011年的秋季測(cè)定并記錄其生長(zhǎng)狀況（即樹(shù)高和胸徑），并以其距地面的相同高度取其莖外皮，同時(shí)選擇部位和朝向相同的枝條取其外皮。將所取材料置于80 ℃的干燥箱中烘干，高速組織粉碎機(jī)粉碎，過(guò)60目篩以備用。

1.2 白樺三萜類(lèi)化合物的提取和測(cè)定

精確稱取0.2 g樣品放入10 mL的離心管中，加入95%的分析乙醇5 mL浸泡過(guò)夜，超聲提取 （超聲頻率為10 kHz） 40 min，再在50 ℃、2個(gè)大氣壓、300 W條件下微波消解10 min，過(guò)0.45 μm的濾膜以備用。

高效液相色譜檢測(cè)條件[5]為：色譜柱HiQ sil C18 V，4.6 mm×250 mm；流動(dòng)相乙腈（乙腈與水的體積比為4∶1)；柱溫25 ℃；靈敏度為16 AUFS；流速1.0 mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)210 nm，進(jìn)樣量為 20 μL。

以白樺酯醇、白樺酯酸和齊墩果酸為對(duì)照品作標(biāo)準(zhǔn)曲線，以質(zhì)量濃度（Y）為縱坐標(biāo)，吸光度值（X）為橫坐標(biāo)，得到的回歸方程分別如下，在2.0～8.0 g/L上具有良好的線性關(guān)系（其色譜圖如圖1所示）。

Y＝0.000 000 7X－0.016 6（R2＝0.997 9）；

Y＝0.000 000 8X＋0.007 6（R2＝0.997 8）；

Y＝0.000 000 08X－0.000 6（R2＝0.999 5）。

2 結(jié)果與分析

2.1 株高和胸徑的變異情況

圖1 白樺三萜類(lèi)物質(zhì)色譜圖Fig.1 Chromatogram of triterpenoid in B. platyphylla

11個(gè)小北湖家系和1個(gè)當(dāng)?shù)胤N源混合家系（CK）8年生樹(shù)高的變異情況如圖2所示。由圖2可知，2010年秋季測(cè)定的株高和胸徑的變幅分別為：株高為4.41（家系7）～5.48（家系11）m，CK為4.66 m；胸徑為31.84（家系1）～49.27（家系9）mm，CK為34.01 mm。2011年秋季測(cè)定的株高和胸徑的變幅分別為：株高5.60（家系8）～6.46（家系11）m，CK為5.74 m；胸徑為44.55（家系1）～62.28（家系4）mm，CK為51.98 mm。從2010年秋季到2011年秋季株高和胸徑均大幅度增加，但不同家系增加的幅度不同。其中，植株較高且其增長(zhǎng)幅度較大的家系依次為5、2、9、3、10號(hào)，其增長(zhǎng)幅度分別為33.16%、27.75%、25.74%、25.31%和24.27%；胸徑較大且增幅較大的家系依次為4、3、10、5和2號(hào)，其增長(zhǎng)幅度分別為47.80%、44.71%、36.15%、33.80%和31.82%。以上結(jié)果表明，家系2、3、5和10號(hào)的生長(zhǎng)性狀均較優(yōu)良。

2.2 莖外皮中白樺三萜類(lèi)化合物含量的變異情況

莖外皮中白樺酯醇、白樺酯酸和齊墩果酸含量的變異情況如圖3所示。由圖3可知，2010和2011年秋季測(cè)定的不同家系間白樺酯醇含量變幅分別如下：2010年的含量為23.78（家系5）～38.42（家系1）mg/g，CK為27.31 mg/g；2011年的含量為41.17（家系7）～66.66（家系3）mg/g，CK為53.91 mg/g，其中積累量較高且增幅較大的家系依次為2、CK、11、10和3號(hào)，其增長(zhǎng)幅度分別為111.14%、97.42%、85.03%、83.29% 和 80.55%。2010和2011年秋季測(cè)定的白樺酯酸含量變幅分別為：2010年的含量為0.89（家系10）～4.69（家系1）mg/g，CK為1.28 mg/g；2011年的含量為1.89（家系6）～3.43（家系4）mg/g，CK為2.21 mg/g，其中積累量較高且增幅較大的家系依次為5、2、4、11和3號(hào)，其增長(zhǎng)幅度分別為127.04%、91.87%、76.76%、66.58% 和 53.30%。2010和2011年秋季測(cè)定的齊墩果酸含量變幅分別為：2010年的含量為14.04（家系5）～22.19（家系2）mg/g，CK為16.72 mg/g；2011年的含量為14.63（家系 6）～ 21.99（家系 7）mg/g，CK 為18.08 mg/g，其中積累量較高且增幅較大的家系依次為5、7、8、4和10號(hào)，其增長(zhǎng)幅度分別為40.99%、20.68%、15.55%、10.75%和4.48%。由上述結(jié)果可知，莖外皮中三萜類(lèi)化合物積累量均較高的家系依次為2、3、4、5、10和11號(hào)。

圖2 株高和胸徑的變化曲線Fig.2 Variation of tree height and diameter at breast height

圖3 莖外皮中白樺三萜類(lèi)物質(zhì)含量的變化曲線Fig.3 Variation of triterpenoid content in bark of trunk in B. platyphylla

2.3 枝外皮中白樺三萜類(lèi)化合物含量的變化情況

枝外皮中白樺酯醇和齊墩果酸含量的變化曲線如圖4所示。由圖4可知，在莖外皮中檢測(cè)到的白樺酯酸在枝外皮中卻未檢測(cè)到，且枝外皮的三萜類(lèi)化合物含量低于莖外皮。2010和2011年秋季測(cè)定的不同家系間白樺酯醇含量變幅分別為：2010年的含量為1.02（家系8）～5.17（家系9）mg/g，CK為1.54 mg/g；2011年的含量為2.06（家系3）～6.24（家系2）mg/g，CK為2.07 mg/g，其中積累量較高且增幅較大的家系依次為5、7、4、2和6號(hào)，其增長(zhǎng)幅度分別為226.00%、225.03%、188.86%、129.06% 和 85.07%。2010和 2011年秋季測(cè)定的不同家系間齊墩果酸含量變幅分別為：2010年的含量為1.31（家系5）～3.08（家系11）mg/g，CK為1.65 mg/g；2011年的含量為1.56（家系1）～4.50（家系2）mg/g，CK為1.94 mg/g，其中積累量較高且增幅較大的家系依次為9、5、10、7和2號(hào)，其增長(zhǎng)幅度分別為137.21%、129.03%、74.21%、71.11%和53.87%。由此可見(jiàn)，家系2、5、7號(hào)的枝外皮中白樺酯醇和齊墩果酸的含量均較高。

3 結(jié)論與討論

研究中發(fā)現(xiàn)，白樺莖外皮和枝外皮中三萜類(lèi)化合物的種類(lèi)和含量不同，小北湖11個(gè)家系莖外皮中的白樺酯醇、白樺酯酸和齊墩果酸含量均高于枝外皮，且在莖外皮中檢測(cè)到的白樺酯酸在枝外皮中卻未檢測(cè)到。楊蓓芬等人[6]在對(duì)七子花次生代謝產(chǎn)物積累規(guī)律的研究中發(fā)現(xiàn)，葉片中的黃酮、總皂甙和總生物堿的含量較高，而其根中的鞣質(zhì)和木質(zhì)素含量較高；金則新等人[7]在分析青錢(qián)柳同一植株不同器官中的次生代謝物時(shí)發(fā)現(xiàn)，幼根中的鞣質(zhì)和蒽醌含量較高，而其葉片中的生物堿、黃酮、綠原酸和皂甙含量較高。由此可見(jiàn)，次生代謝產(chǎn)物及其前體物質(zhì)的合成存在區(qū)域化現(xiàn)象，其合成部位和積累部位存在差異。

圖4 枝外皮中白樺三萜類(lèi)物質(zhì)含量的變化曲線Fig.4 Variation of triterpenoid content in bark of branch in B. platyphylla

王倩[8]在分析白樺樹(shù)中白樺酯醇、白樺酯酸和羽扇醇3種三萜類(lèi)化合物的季節(jié)性變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，白樺三萜類(lèi)化合物積累量較高的季節(jié)在秋冬季。這與我國(guó)學(xué)者張鞍靈等人[9]提出的次生代謝物含量的高峰期晚于樹(shù)體生長(zhǎng)高峰期的觀點(diǎn)一致。究其原因，他們認(rèn)為，次生代謝是以初生代謝的中間產(chǎn)物作為起始物（底物）的代謝，在初生代謝中間產(chǎn)物積累到一定程度并在調(diào)節(jié)次生代謝的酶促作用下才會(huì)出現(xiàn)次生代謝高峰期；同時(shí)，他們從能量代謝角度分析認(rèn)為，初生代謝是植物獲得能量的代謝，次生代謝是植物釋放能量的代謝。植物釋放能量的代謝(次生代謝)要晚于獲得能量的代謝（初生代謝）[8]。為此，我們選擇秋季取材分析不同家系莖外皮和枝外皮中三萜類(lèi)化合物的含量，以期找到三萜類(lèi)化合物積累量高的家系。綜上所述，白樺三萜類(lèi)化合物的合成和積累不但受遺傳控制，還受到樹(shù)齡和植株部位的影響。因此，可以根據(jù)取材的部位和樹(shù)齡選擇白樺三萜類(lèi)化合物等次生代謝物產(chǎn)量高的家系或種源。

由于不同家系的生長(zhǎng)速率和白樺三萜類(lèi)化合物的積累量有所不同，文中綜合生長(zhǎng)指標(biāo)（株高和胸徑）和白樺三萜類(lèi)化合物含量進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，家系2、3、5和10號(hào)的莖外皮中白樺三萜類(lèi)化合物的積累量較高，且其生長(zhǎng)速率較快；家系2和5號(hào)枝外皮中白樺酯醇和齊墩果酸的積累量較高，且其生長(zhǎng)速率較快。這些家系具有較高的三萜類(lèi)化合物生產(chǎn)潛力，可為營(yíng)造高產(chǎn)白樺次生代謝產(chǎn)物的經(jīng)濟(jì)林提供材料來(lái)源。

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