季節(jié)和地理差異對(duì)天然黃檗小檗堿和藥根堿含量的影響

徐麗嬌,邱婧珺,孫銘隆,張玉紅, 夏春梅,周志強(qiáng),*

(1. 東北林業(yè)大學(xué)森林植物生態(tài)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 哈爾濱 150040； 2. 東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 哈爾濱 150040)

季節(jié)和地理差異對(duì)天然黃檗小檗堿和藥根堿含量的影響

徐麗嬌1,邱婧珺1,孫銘隆1,張玉紅1, 夏春梅2,周志強(qiáng)1,*

(1. 東北林業(yè)大學(xué)森林植物生態(tài)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 哈爾濱 150040； 2. 東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 哈爾濱 150040)

用高效液相色譜法測(cè)定了黃檗根皮、莖皮、多年生枝皮、1年生枝和葉片中小檗堿和藥根堿的含量，研究黃檗不同部位兩種生物堿的季節(jié)和地理差異。結(jié)果表明：不同季節(jié)，天然黃檗各部位的小檗堿、 藥根堿含量均表現(xiàn)為：根皮>莖皮>多年生枝皮>1年生枝>葉片。小檗堿含量隨著季節(jié)變化在各部位呈現(xiàn)夏季升高，到秋季下降的趨勢(shì)。而藥根堿在不同部位中的含量隨著季節(jié)變化的規(guī)律不同。根皮、莖皮中的藥根堿含量隨著季節(jié)推移逐漸增多，在夏季升高不明顯，而到秋季大量積累。多年生枝皮、1年生枝、葉片中的藥根堿在3個(gè)季節(jié)表現(xiàn)則為先降后升。從緯度水平上看，不同地域間黃檗各部位的生物堿差異顯著，在調(diào)查的40°—50°N范圍內(nèi),黃檗兩種生物堿的含量普遍在緯度低的地區(qū)較高, 隨著緯度增大先逐漸降低，到N44°左右達(dá)到最低值，到了高緯度地區(qū)略有回升。

黃檗; 小檗堿; 藥根堿; 不同部位; 季節(jié)差異; 緯度差異

黃檗(Phellodendronamurense)又名黃菠蘿，為蕓香科黃檗屬闊葉喬木[1- 3]，中國(guó)特有種。 黃檗是著名中藥“關(guān)黃柏”的藥源植物，關(guān)黃柏的主要化學(xué)成分為小檗堿(Berberine)，藥根堿(Jatrorrhizine) 等[4]，具有獨(dú)特的抗真菌作用[5- 7]。近年來(lái)，隨著天然藥物開(kāi)發(fā)的日漸興起，天然黃檗資源日漸匱乏。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年黃檗的國(guó)內(nèi)年藥材需求量超過(guò)2000 t，且未來(lái)3a每年有近400 t的需求增長(zhǎng)[8]。巨大的市場(chǎng)需求、無(wú)序采挖而導(dǎo)致的可用自然資源銳減，已給黃檗的資源保護(hù)和持續(xù)利用帶來(lái)了沉重壓力，資源保護(hù)與利用的矛盾非常突出。1989年出版的《中國(guó)珍稀瀕危植物》和1990年出版的《中國(guó)植物紅皮書(shū)》都把黃檗列入其中[9- 10]。1999年國(guó)務(wù)院公布的國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄，將黃檗列為國(guó)家II級(jí)重點(diǎn)保護(hù)的野生瀕危植物。

黃檗天然種群主要分布于中國(guó)東北大興安嶺東南部、小興安嶺、長(zhǎng)白山、完達(dá)山、千山及華北地區(qū)燕山山脈以北等地，地理位置在北緯52°—39°，海拔300—1200 m[11- 12]。黃檗在中國(guó)東北的天然分布區(qū)超過(guò)261.64×104hm2[13], 在這樣廣闊的分布區(qū)和豐富多樣的生境條件下，天然黃檗的有效成分很可能由于環(huán)境因子變化而產(chǎn)生明顯差異。同時(shí)，由于植物的次生代謝產(chǎn)物在自然狀態(tài)下含量低，如何提高植物次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量是關(guān)系到天然藥物的開(kāi)發(fā)能否應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前, 僅有一些黃檗的研究涉及到林學(xué)基礎(chǔ)，其他的少量研究關(guān)于病蟲(chóng)害以及蝶類的化學(xué)生態(tài)方面，更多的研究工作則集中在黃檗植物化學(xué)(生物堿等)與藥理學(xué)方面，對(duì)于不同地理位置分布下黃檗天然種群生物堿含量的差異研究較少。本文以東三省10個(gè)采樣點(diǎn)312樣株的數(shù)據(jù)為依據(jù)，試圖揭示天然黃檗的小檗堿，藥根堿含量受不同部位、不同季節(jié)和不同緯度的影響以及植物次生代謝物適應(yīng)不同生境的生態(tài)學(xué)意義，同時(shí)也為高效、可持續(xù)利用天然黃檗資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣地概況及樣本處理

針對(duì)黃檗的分布狀況，選取黃檗集中分布的中國(guó)東北三省地區(qū)(黑龍江，吉林，遼寧)，按照緯度梯度(緯度梯度基數(shù))選取了10個(gè)采樣點(diǎn)。北至北緯49°51′19.7″(黑河)，南至40°32′39.11″(鳳城)。經(jīng)度范圍從E123°30′34.00″(法庫(kù))至E130°11′11.0″(穆棱)，該區(qū)域?qū)儆诤畮Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年均溫0.97—6.28°，降雨量524.34—775.17 mm，涵蓋了黃檗的主要分布區(qū)。采樣時(shí)間為2011年5月—2011年10月，采用典型取樣法。每個(gè)采樣地選取胸徑為10—40 cm的黃檗，依據(jù)采集的年輪芯數(shù)據(jù)，做出了每個(gè)采樣地點(diǎn)的胸徑-年齡曲線。篩選年齡為20—30a間的樣樹(shù)，分別取每株樣樹(shù)根皮，1.3 m處莖皮，多年生枝皮，1、2年生枝，葉片5處器官作為研究樣本。全部樣本在60℃[14]烘至恒重，密封保存。

表1 采樣地信息

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

小檗堿標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)于中國(guó)藥品生物制品檢定所。高效液相色譜儀(Waters 2996 自動(dòng)進(jìn)樣器、2487 紫外檢測(cè)器、KYA HIQ sil C18 柱(250 mm ×4.6 mm,5 μm)。高速離心機(jī)(德國(guó)Heraeus 22RBiofuge、電子天平(瑞士AB104型)。超聲波儀(江蘇昆山超聲儀器公司，KQ- 100DB)。色譜純乙腈(美國(guó)TEDIA 公司),水(超純水)，無(wú)水乙醇(色譜純)，磷酸二氫鉀、十二烷基磺酸鈉(分析純，北京化學(xué)試劑公司)。

1.3 色譜條件

黃檗樣品中生物堿含量參照秦彥杰[15]的方法，略有改動(dòng)。流動(dòng)相為乙腈/水溶液1∶1 (1000 mL水溶液中含磷酸二氫鉀3.4 g及十二烷基磺酸鈉1.7 g),流速1.0 mL/min;檢測(cè)波長(zhǎng)345 nm;進(jìn)樣量10 μL。圖1為標(biāo)準(zhǔn)品和樣品的保留時(shí)間。

圖1 藥根堿和小檗堿的保留時(shí)間Fig.1 The retention time of berberine and jatrorrhizine

1.4 樣品溶液的制備

精密稱取樣品0.100 g，用63%的乙醇定容至5 mL，超聲3 h(溫度40℃，功率100 W)，在12000 r/min條件下離心10 min，取上清液1 mL裝入進(jìn)樣瓶。每個(gè)樣重復(fù)3次。

1.5 數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS 18. 0軟件對(duì)不同地點(diǎn)的黃檗樹(shù)根皮，莖皮，多年生枝皮，1年生枝和葉片中小檗堿、藥根堿的含量進(jìn)行One-way方差分析(ANOVA)計(jì)算，差異顯著，再分別以各采樣地的地理坐標(biāo)為自變量作及回歸分析，建立方程并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。探討各種參數(shù)對(duì)小檗堿、藥根堿含量的影響程度。

2 結(jié)果與分析

對(duì)2011年采集的東北3個(gè)省份10個(gè)地區(qū)312株黃檗不同季節(jié)根皮、莖皮、多年生枝皮、1年生枝、葉片的小檗堿和藥根堿含量進(jìn)行了分析。

2.1 黃檗不同部位小檗堿含量的季節(jié)差異

如圖2所示，在春、夏、秋3個(gè)季節(jié)，黃檗各部位小檗堿的含量均為：根皮>莖皮>多年生枝皮>1年生枝>葉片。根皮中的小檗堿含量最多，莖皮和多年生枝的小檗堿含量相近，而1年生枝和葉片中的小檗堿含量普遍較少。

圖2 黃檗不同部位小檗堿含量Fig.2 The berberine content in the different parts of P.amurense

隨著季節(jié)變化，不同采樣地的黃檗各部位小檗堿含量也發(fā)生改變(表2)。根皮中的小檗堿含量在夏季明顯高于春季(P<0.05)，到了秋季又降低到了與春季含量相近或略低的水平。莖皮中小檗堿含量的變化規(guī)律與根皮相同，夏季的含量最高，而春、秋兩季含量較低。遼寧鳳城夏季莖皮中小檗堿含量比春季增多了60.42%。3個(gè)季節(jié)，多年生枝中小檗堿的含量變化明顯，夏季是小檗堿含量最高的季節(jié)，春、秋兩季含量差別不大(P>0.05)。

表2 黃檗不同季節(jié)小檗堿含量

2.2 黃檗不同部位藥根堿的差異

藥根堿在黃檗中含量的分布規(guī)律與小檗堿相近。不同季節(jié)，天然黃檗藥根堿的含量在各部位排序?yàn)椋焊?莖皮>多年生枝皮>1年生枝>葉片(圖3)。

圖3 黃檗不同部位藥根堿含量Fig.3 The jatrorrhizine content in the different parts of P.amurense

對(duì)天然黃檗不同部位藥根堿含量的季節(jié)變化進(jìn)行比較(表3)，發(fā)現(xiàn)根皮、莖皮兩處的藥根堿含量隨著季節(jié)的推移逐漸升高。根皮中的藥根堿在夏季升高幅度不大，而在秋季顯著升高(P<0.05)。莖皮中藥根堿含量的變化規(guī)律與根皮相同，而多年生枝皮，1年生枝和葉片中的藥根堿在3個(gè)季節(jié)表現(xiàn)為先降后升。以多年生枝皮為例，夏季，藥根堿的含量比春季明顯降低(P<0.05)。春季到夏季，樹(shù)木生長(zhǎng)旺盛，主要營(yíng)養(yǎng)用于營(yíng)養(yǎng)器官的生長(zhǎng)，藥根堿緩慢消耗，而到了秋天，樹(shù)木的代謝減慢，生物堿逐漸積累在黃檗的不同部位，含量逐漸增加。

2.3 不同地域黃檗兩種生物堿含量差異

2.3.1 不同地域黃檗兩種生物堿含量的方差分析

將春、夏、秋3個(gè)季節(jié)10個(gè)地點(diǎn)的藥根堿、小檗堿的含量做方差分析(表4)。各地區(qū)間由于緯度變化引起的氣候條件變化，使兩種生物堿在黃檗內(nèi)含量有顯著差異(P<0.05)，地域性明顯。

2.3.2 緯度對(duì)黃檗中兩種生物堿含量的影響

為了進(jìn)一步探究緯度與黃檗中小檗堿、藥根堿含量的關(guān)系，用3個(gè)省份10個(gè)采樣地點(diǎn)黃檗根皮、莖皮、多年生枝皮、1年生枝、葉片中小檗堿、藥根堿含量與緯度分別做回歸方程，得一元二次回歸方程。由于1年生枝與葉片兩處生物堿含量的變化趨勢(shì)與緯度沒(méi)有明顯的相關(guān)性，所以只選取根皮，莖皮和多年生枝皮3個(gè)部位(P<0.05)作分析。

表3 黃檗不同部位藥根堿含量

表4 不同地點(diǎn)黃檗各器官生物堿方差分析

*表示P<0.05， ** 表示P<0.01

(1)緯度對(duì)黃檗中小檗堿含量的影響

3個(gè)季節(jié)中，各地黃檗小檗堿的含量與緯度的回歸方程變化規(guī)律明顯(圖4)。春季，根皮、莖皮、多年生枝中小檗堿含量均隨著緯度升高呈現(xiàn)先降低，后逐漸增多的趨勢(shì)。根皮中小檗堿含量最多，隨著緯度變化規(guī)律顯著。在N40°(鳳城)根皮中小檗堿含量最高，隨著N40°—N44°小檗堿含量逐漸降低，最低值為19.62 mg/g，僅為鳳城含量的76.19%。莖皮中小檗堿含量要小于根皮，但是變化幅度很大，在N44°左右莖皮中小檗堿含量為最高值的44.69%，達(dá)到最低值后逐漸回升，N50°(黑河)地區(qū)的黃檗莖皮中小檗堿含量為N40°(鳳城)的89.51%，仍小于最大值。多年生枝皮中小檗堿含量則隨著緯度增大逐漸降低，下降幅度為62.72%，只在達(dá)到最高緯度時(shí)略有上升。

夏季黃檗各部位小檗堿的含量隨緯度的變化趨勢(shì)與春季相近，根皮與莖皮中的小檗堿含量隨著緯度的增大先逐漸降低，在N46°左右達(dá)到最低值，分別降低了47.74%和66.21%，然后略有升高。多年生枝小檗堿在采樣范圍內(nèi)隨著緯度變化呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，最大值分別為最小值的2.63倍。

秋季，黃檗各部位小檗堿含量均與緯度顯示了較好的相關(guān)規(guī)律。根皮、莖皮、多年生枝皮中小檗堿含量隨緯度升高先呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在N46°左右達(dá)到最低值，然后又逐漸升高。這3處器官中，根皮的小檗堿在含量最低處比最高處下降了36.50%。而多年生枝的小檗堿含量下降幅度最大，從N40°—N47.4°，降低了68.36%。

圖4 同季節(jié)小檗堿含量與緯度的回歸曲線Fig.4 Regression curve of berberine content with latitude in different seasons

(2)緯度對(duì)黃檗中藥根堿含量的影響

通過(guò)回歸方程可知(圖5)，在采樣的緯度范圍內(nèi)(N40°32′39.11″—N49°51′19.7″)，藥根堿在春天隨著緯度變化的趨勢(shì)明顯。根皮中的藥根堿呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，在N49°51′(黑河)達(dá)到最高。莖皮，多年生枝皮中藥根堿含量隨著緯度的變化規(guī)律為先降后升，莖皮與多年生枝中藥根堿含量變化小于根皮，但是均在N44°左右達(dá)到最低值，然后隨著緯度增高上升，上升幅度較小。

從黃檗各部位藥根堿夏季含量與緯度的回歸曲線看，根皮、莖皮中藥根堿含量與緯度變化呈現(xiàn)了與春季相反的趨勢(shì)。在這3處器官中隨著緯度升高，藥根堿含量先增高后小幅度降低，其中莖皮的藥根堿含量變化較小，變化幅度在0.47—0.63 mg/g之間，達(dá)到最大值后快速降低到與低緯度地區(qū)相近的水平。而多年生枝中藥根堿在N40°—N50°范圍內(nèi)逐漸降低，在采樣地的最北端降到<0.2 mg/g的水平。

秋季黃檗各部位藥根堿含量隨緯度變化的趨勢(shì)與夏季相似，根皮中藥根堿含量隨著緯度增大先降低后升高，且變化幅度大。最低值為最高值的68.11%。多年生枝皮中藥根堿隨著緯度增大則先升高，后逐漸降低。

圖5 不同季節(jié)藥根堿含量與緯度的回歸曲線Fig 5 Regression curve of Jatrorrhizine content with latitude in different seasons

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，在春、夏、秋3個(gè)季節(jié)，黃檗不同部位藥根堿和小檗堿的含量均表現(xiàn)為：根皮>莖皮>多年生枝皮>1年生枝皮>葉片。這和以往的研究得出的結(jié)論相同[16]。根皮中的生物堿含量顯著地高于其他部位，根皮、莖皮、多年生枝皮3個(gè)部位生物堿的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1年生枝和葉片。植物的次生代謝是植物在長(zhǎng)期進(jìn)化中與環(huán)境(生物的和非生物的)相互作用的結(jié)果，其產(chǎn)生和變化比初生代謝與環(huán)境有更強(qiáng)的相關(guān)性和對(duì)應(yīng)性[17- 18]。植物的次生代謝產(chǎn)物并非均勻分布于整個(gè)植株，不同的發(fā)育時(shí)期，次生代謝物在植株中分布變化很大[19]。植物不同部位次生代謝物的差異性表現(xiàn)在兩個(gè)方面，即不同部位次生代謝物種類的差異性和不同部位同種次生代謝物含量的差異性。前人的研究結(jié)果也證明了次生代謝產(chǎn)物在植株不同部位存在差異性[20]。

植物同一植株不同部位的次生代謝物含量不同，其一是因?yàn)橹参锎紊x物的產(chǎn)生是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，包括生物合成、轉(zhuǎn)運(yùn)、貯藏和分解。次生代謝物的積累是上述過(guò)程的平衡，具有組織、器官和個(gè)體發(fā)育的特異性[21]。這一結(jié)論在青蒿和鼠尾草等植物的研究中已經(jīng)得到證實(shí)[22- 23]，小檗堿等生物堿是在黃檗等植物的細(xì)胞質(zhì)、液泡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等部位合成[24]，根皮與莖皮生長(zhǎng)年份較長(zhǎng)，有利于小檗堿、藥根堿的積累，而1年生枝和葉片都為當(dāng)年生長(zhǎng)的，由于生長(zhǎng)期短，生物堿沒(méi)有充分的時(shí)間積累，可能是造成這種差異的原因。另外，植物不同組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和敏感性以及對(duì)外界刺激的反應(yīng)程度不同，不同器官中營(yíng)養(yǎng)狀況和酶反應(yīng)體系不同，都可以造成次生代謝產(chǎn)物在不同部位含量的差異。有研究表明，黃檗莖部小檗堿含量的確由根部向上遞減，直到1.3 m處附近開(kāi)始再向上測(cè)量變化不大[14]。但是藥根堿和小檗堿在黃檗體內(nèi)具體的轉(zhuǎn)化途徑是怎樣的，還有待于進(jìn)一步的研究。

此外，季節(jié)的變化也是影響黃檗內(nèi)生物堿分布的因素。在本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，各部位中小檗堿的含量則均表現(xiàn)為春季>秋季>夏季。藥根堿在春、夏、秋3個(gè)季節(jié)的變化為：根皮，莖皮隨季節(jié)變化逐漸升高，多年生枝皮中藥根堿在夏季有所降低，然后在秋季顯著升高(P<0.05)。其原因可能是春季，樹(shù)木枝葉生長(zhǎng)活動(dòng)旺盛，光合作用迅速合成次生代謝所需要的底物，所以生物堿含量較高，而夏季樹(shù)木枝葉生長(zhǎng)速率降低，營(yíng)養(yǎng)主要供給為樹(shù)木的莖部加粗作用，所以枝葉部位的次生代謝處于低谷，而莖部和根皮的藥根堿有少量的提高，到了秋季，樹(shù)體生理活動(dòng)減弱，呼吸代謝減慢，生長(zhǎng)抑制劑等激素增多，次生代謝更多處于代謝不活潑的庫(kù)中，沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)移，卻在各器官中積累下來(lái)，從而使秋季次生代謝產(chǎn)物含量較高。這個(gè)結(jié)論與前人對(duì)杜仲和菘藍(lán)的研究結(jié)果一致[25]。而小檗堿含量隨著季節(jié)推移的變化趨勢(shì)與藥根堿不同，這種差異主要是由于次生代謝物的形成和貯藏位點(diǎn)都嚴(yán)格控制在植物的一定發(fā)育期、特殊的器官、組織和特化的細(xì)胞中。有研究表明，小檗堿并不是次生代謝的最終產(chǎn)物，它經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的代謝轉(zhuǎn)化為藥根堿，所以總體上看，小檗堿和藥根堿的含量呈現(xiàn)互補(bǔ)的狀態(tài)，這可能是造成這種現(xiàn)象的原因。

對(duì)于每一個(gè)個(gè)體，其次生代謝物都隨器官、組織而變化，而年齡、季節(jié)和環(huán)境條件也是影響次生代謝產(chǎn)物含量的因素[26]。因此，不同地理種群材料在次生代謝產(chǎn)物含量上有可能存在較大差異。本實(shí)驗(yàn)將10個(gè)采樣地點(diǎn)的黃檗各器官中小檗堿、藥根堿的含量與緯度做回歸分析，大部分器官的生物堿隨著緯度變化先降低，后升高。只有夏季、秋季莖皮和多年生枝皮中的藥根堿與緯度的變化表現(xiàn)為先升高，后降低的趨勢(shì)。很多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，同種藥用植物所含次生代謝產(chǎn)物含量的高低除與遺傳因素有密切關(guān)系外，所生存的環(huán)境和氣候條件等生態(tài)因子對(duì)其也有很大的影響。隨著緯度的升高，年均溫降低，溫度影響了黃檗體內(nèi)的酶活性，使次生代謝的強(qiáng)弱產(chǎn)生了地區(qū)差異，從而使較高緯度地區(qū)的黃檗生物堿含量有所降低，但是緯度升高，也使高緯度地區(qū)的日照時(shí)間延長(zhǎng)，有研究表明光照時(shí)間同樣對(duì)提高植物次生代謝產(chǎn)物的含量有積極的作用[27- 28]，所以在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的高緯度地區(qū)，小檗堿和藥根堿含量均出現(xiàn)了略有升高的現(xiàn)象。但是對(duì)于生物堿隨著緯度變化的具體機(jī)制和影響這一結(jié)果的關(guān)鍵生態(tài)因子是什么，仍需要進(jìn)一步的研究，以期更好的解釋小檗堿、藥根堿在不同季節(jié)隨著緯度變化，在個(gè)別器官出現(xiàn)的規(guī)律相反的現(xiàn)象。

與以往對(duì)黃檗各尺度生物堿含量的研究相比，本研究有兩個(gè)特色：一方面是研究的空間范圍比較大，選取了東北地區(qū)3個(gè)省份不同緯度的10個(gè)采樣地點(diǎn)，包括了野生黃檗的大部分分布區(qū)。本區(qū)域內(nèi)不同的植被類型和立地條件為研究地域因素對(duì)黃檗有效成分的含量差異提供了良好的條件，由此能更好的了解黃檗這一瀕危物種在東北地區(qū)的優(yōu)質(zhì)種源區(qū)域，為以后選種或人工栽培、高效利用黃柏藥材提供依據(jù)。二是選取的實(shí)驗(yàn)材料為黃檗的天然種群，更真實(shí)地反映黃檗次生代謝產(chǎn)物本身的性質(zhì)和中藥材關(guān)黃柏的采收情況。并對(duì)每棵樹(shù)的根皮，莖皮，多年生枝皮，1年生枝以及葉片各部位做了詳細(xì)的劃分，更好的研究生物堿在黃檗中的分布情況及季節(jié)性的變化規(guī)律。而以往的研究多數(shù)只對(duì)單一產(chǎn)地的黃檗內(nèi)部生物堿含量比較關(guān)注[29- 30]。在現(xiàn)有的研究中，環(huán)境因子影響植物次生代謝產(chǎn)物形成和積累的研究甚少[31]。而且生態(tài)因素對(duì)植物體內(nèi)次生代謝的影響和作用非常復(fù)雜，黃檗內(nèi)小檗堿、藥根堿的分布可能受幾種生態(tài)因子的誘導(dǎo)。通過(guò)本研究，我們可以初步確定黃檗小檗堿、藥根堿在器官尺度、季節(jié)尺度和地域上的差異，并確定了黃檗中的小檗堿在夏季較多，而藥根堿在秋季積累量較大。所以東北地區(qū)栽培和選取黃檗入藥的優(yōu)質(zhì)種源可以選擇低緯度地區(qū)(鳳城及周邊地區(qū))，在夏秋兩季采摘，并考慮用多年生枝替代莖皮入藥。以此來(lái)確定生物堿的最有效采收時(shí)期和部位，為合理利用野生黃檗資源提供理論支撐。

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The seasonal and geographical variance analysis of the berberine and jatrorrhizine contents in natural populations ofPhellodendronamurense

XU Lijiao1, QIU Jingjun1, SUN Minglong1, ZHANG Yuhong1, XIA Chunmei2, ZHOU Zhiqiang1,*

1KeyLaboratoryofForestEcologyofMinistryofEducation,NortheastForestryUniversity，Harbin150040,China2CollegeofForestry,NortheastForestryUniversity，Harbin150040,China

PhellodendronamurenseRupr. (Rutaceae) is a deciduous tree commonly called the Amur cork tree. The bark ofP.amurensehas been widely used in China, Japan, and Korea for hundreds of years for its anti-inflammatory and anti-tumor activities. It is regarded as a rich source of pharmaceutically important isoquinoline alkaloids, including berberine and jatrorrhizine. Berberine currently is recommended in China for the treatment of gastroenteritis, dysentery, tuberculosis, scarlet fever, acute tonsillitis, and respiratory tract infections. The substantial increase in its exploitation has caused serious damage to wild populations. At present, large areas of wildP.amurensetrees are rare, and the species is severely endangered in China. Its extensive medicinal use has raised interest in its cultivation. The quantities of secondary metabolites in plants, including theP.amurensespecies, vary across habitats, geographical locations, seasons, and parts of the plant. The generation and variation of secondary metabolites has a stronger correlation and dependence on the environment than primary metabolites. The synthesis and accumulation of secondary metabolites are not only significantly affected by genetics, but also by environmental factors such as light, temperature, and moisture. Therefore, secondary metabolite levels within a species may differ among geographic populations. However, few studies have assessed variation in alkaloid content inP.amurense. This study attempted to explore alkaloid content variance ofP.amurenseamong various habitats in Northeastern China. The berberine and jatrorrhizine contents in different parts (root bark, trunk bark, perennial branch bark, annual branch and leaf) were measured; and the seasonal and geographical variances of the two kinds of alkaloids in organs were analysed by high performance liquid chromatography(HPLC). The results showed that the seasonal content sequence of berberine and jatrorrhizine in different parts were the same root bark > trunk bark > perennial branch bark > annual branch > leaf. The contents of berberine in various parts increased from spring to summer but fell in aunumn. The contents of jatrorrhizine in different parts did not directly line up with the seasonal variation:jatrorrhizine in root bark and trunk bark gradually increased with the season passing, but the enhanced value was not obvious in summer ; by autumn however, it accumulated massively. For the perennial branch barks, annual branches and leaves, the jatrorrhizine dropped from spring to summer, and increased in autumn. Along the latitude scale, the two kinds of alkaloids had the significant geographical variance. Normally, the content of alkaloids decreased gradually with the latitude enhancing, and reached the lowest value at N44°, and then reversed slightly. In the northeast China, the low latitude areas (such as Fengcheng and surrounding areas) could be confirmed for breeding and qualified medicine provenance ofP.amurense, the raw material collection should be progressed in the summer or autumn better, and consider replaced trunk bark with perennial branch bark. The above results would help us to know the distribution regulation of the two kinds of alkaloids on multiple scales and provide the theoretical support for optimal cultivation and efficient, sustainable utilization of the natural resources found inP.amurense.

P.amurense; berberine; jatrorrhizine; different parts; seasonal variance; geographical variance

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201104066)

2013- 02- 06; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2014- 03- 13

10.5846/stxb201302060255

*通訊作者Corresponding author.E-mail: uwezhou@126.com

徐麗嬌,邱婧珺,孫銘隆,張玉紅, 夏春梅,周志強(qiáng).季節(jié)和地理差異對(duì)天然黃檗小檗堿和藥根堿含量的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(21):6355- 6365.

Xu L J, Qiu J J, Sun M L, Zhang Y H, Xia C M, Zhou Z Q.The seasonal and geographical variance analysis of the berberine and jatrorrhizine contents in natural populations ofPhellodendronamurense.Acta Ecologica Sinica,2014,34(21):6355- 6365.