紫蘇葉揮發(fā)油組分和化學(xué)型影響因素探究Ⅲ
——異地栽培

潘誠(chéng)，魏長(zhǎng)玲，張琛武，郭寶林*，李衛(wèi)萍，高占祥，田景

(1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 藥用植物研究所，北京 100193；2.輝瑞投資有限公司，北京 100010；3.甘肅省正寧縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)，甘肅 正寧 745000)

紫蘇在中國(guó)分布范圍廣泛，其生長(zhǎng)環(huán)境差別也很大。紫蘇根據(jù)葉揮發(fā)油中的主要成分，可分為主要含紫蘇醛(perilladehyde)的紫蘇醛型(PA型)，主要含紫蘇酮(perillaketone)的紫蘇酮型(PK型)(有時(shí)含有一定的異白蘇烯酮isoegomaketone，并根據(jù)異白蘇烯酮的含量分為不含或者僅含有1%～5%異白蘇烯酮的PK-I型，和含有較多異白蘇烯酮的PK-II型)，主要含紫蘇烯(perillene)的紫蘇烯型(PL型)，主要含香薷酮(elsholtzia ketone)的香薷酮型(EK型)，以及主要含有苯丙烯類化合物的苯丙烯型(PP型)，國(guó)內(nèi)資源中普遍存在PA型和PK型，而PL型、EK型和PP型相對(duì)稀少[1-3]。本研究組前期對(duì)國(guó)內(nèi)紫蘇資源調(diào)查和化學(xué)型進(jìn)行了歸類分析，研究了PA、PK(PK-II)和PL三種化學(xué)型各1份種質(zhì)在不同發(fā)育期以及葉的不同成熟程度對(duì)揮發(fā)油組分影響[2-5]，本論文選擇了包括PA、PK、PL、PP、EK五種化學(xué)型(及兩類主成分兼有的混合化學(xué)型，如PAPK、PKEK)，來自于國(guó)內(nèi)10個(gè)主要產(chǎn)區(qū)的20份紫蘇種質(zhì)異地栽培后對(duì)葉揮發(fā)油成分進(jìn)行比較，以探究環(huán)境條件不同對(duì)內(nèi)在的揮發(fā)油組成可能產(chǎn)生的影響。

1 材料和方法

1.1 儀器和試劑

GC-MS(7890B-5977A)氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀器(Agilent安捷倫公司)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(EYELA N-1100 上海愛朗儀器有限公司)；分析天平(FA2014N型，上海精密科學(xué)儀器有限公司)；循環(huán)式真空泵(CA-1111上海愛朗儀器有限公司)；KQ-500E型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)。

石油醚(分析純，北京化工廠)；正己烷(色譜純，fisher公司)無(wú)水乙醇(分析純，北京化工廠)。

1.2 樣品

20份不同種質(zhì)的紫蘇果實(shí)，包括紫蘇變種Perillafrutescensvar.frutescens16份、回回蘇變種P.frutescensvar.crispa3份，以及野生紫蘇變種P.frutescensvar.acuta1份，由本文作者郭寶林研究員鑒定，具體信息見表1(同一個(gè)產(chǎn)地的多份種質(zhì)形態(tài)均有所不同，編號(hào)沿用了研究組的總編號(hào))。實(shí)驗(yàn)用葉片采集自紫蘇果實(shí)在北京和甘肅兩地種植后生長(zhǎng)的植株，于花前期采集的中部的成熟葉片，每個(gè)樣品約60個(gè)單株混合，陰干，陰涼處存放。

1.3 實(shí)驗(yàn)地信息

北京實(shí)驗(yàn)地：位于北京市海淀區(qū)馬連洼藥植所院內(nèi)。試驗(yàn)田地勢(shì)平坦，土壤類型為沙壤土，基礎(chǔ)肥力中等偏上。位于北緯39°47′，東經(jīng)116°25′，海拔為50 m，屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫8～12 ℃，年降水量600 mm。年日照時(shí)數(shù)2778 h，無(wú)霜期190 d左右。

表1 紫蘇果實(shí)來源信息表

甘肅實(shí)驗(yàn)地：位于甘肅省慶陽(yáng)市正寧縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園。試驗(yàn)田地勢(shì)平坦，土壤類型為黃綿土，基礎(chǔ)肥力中等。位于北緯35°41′，東經(jīng)108°37′，海拔為1360 m，屬于溫帶大陸性半濕潤(rùn)氣候，年平均溫度8～9 ℃，年降水量460 600 mm。年日照時(shí)數(shù)2447 h，無(wú)霜期180 d左右。

2 研究方法

揮發(fā)油提取和GC-MS分析參見文獻(xiàn)[3]。

3 結(jié)果和討論

北京和甘肅實(shí)驗(yàn)地的20份種質(zhì)的葉片揮發(fā)油成分及相對(duì)含量不一一列出。經(jīng)化學(xué)型比較(見表2)，發(fā)現(xiàn)僅有2份種質(zhì)出現(xiàn)了化學(xué)型的變化，這2份種質(zhì)的對(duì)應(yīng)兩組樣品的成分對(duì)照表見表3。其他18份化學(xué)型未發(fā)生變化的種質(zhì)則以化學(xué)型分類，將共有的主要成分進(jìn)行了比較，參見圖1、圖2。

表2 北京和甘肅兩地種植紫蘇葉揮發(fā)油化學(xué)型對(duì)照表

表3 2個(gè)化學(xué)型變化的種質(zhì)揮發(fā)油組成對(duì)比表

注：“—”表示峰面積(%)小于0.01。

圖1 PK和PA型在北京和甘肅兩地種植紫蘇葉揮發(fā)油主要成分對(duì)比圖

圖2 PL和PP型在北京和甘肅兩地種植紫蘇葉揮發(fā)油主要成分對(duì)比圖

3.1 化學(xué)型發(fā)生改變

2份種質(zhì)化學(xué)型發(fā)生變化，種源均來自河北安國(guó)。編號(hào)為25和27。

25號(hào)，化學(xué)型變化為甘肅PAEK型—北京EK型。兩地共有高含量的EK型的特征性成分香薷酮或去氫香薷酮(dehydroelsholtzia ketone)，只是甘肅實(shí)驗(yàn)地種質(zhì)有高含量紫蘇醛(27.48%)而北京實(shí)驗(yàn)地的種質(zhì)不含有紫蘇醛，其余多個(gè)成分也比較相關(guān)，如石竹烯(caryophyllene)、葎草烯(humulene)、大根香葉烯(germacrene D)。

27號(hào)，化學(xué)型變化為甘肅EKPA型—北京PAPK型。兩地共有高含量的PA型特征性成分紫蘇醛，及其他代謝相關(guān)成分trans-Shisool、1-辛烯-3-醇(2-(1-buten-3-yl)-)和芳樟醇(linalool)。但在另外的主要成分中，北京實(shí)驗(yàn)地葎草烯和大根香葉烯D 含量較高，而甘肅實(shí)驗(yàn)地α-法呢烯(α- farnesene)更高；

由于河北安國(guó)紫蘇種植歷史在幾個(gè)種源中最為久遠(yuǎn)，且當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣未將不同種質(zhì)隔離栽培而是多種種質(zhì)相鄰種植，因此導(dǎo)致這些種質(zhì)中存在與主要化學(xué)型特征成分相關(guān)的基因可能處于雜合狀態(tài)，表現(xiàn)上也出現(xiàn)了因環(huán)境影響的成分組成多變性。

3.2 化學(xué)型未發(fā)生改變

PK型(13份種質(zhì)，5，7，8，9，23，32，35，43，44，45，46，47，50)，核心成分紫蘇酮在甘肅種質(zhì)中相比更高一些，但與北京種質(zhì)相差不大，個(gè)別種質(zhì)例外(23，32，且二者紫蘇酮含量均低于50%)。其中23號(hào)石竹烯含量北京明顯少于甘肅(28.99%，46.62%)，同時(shí)甘肅蛇麻烯(humulene)含量偏高，而北京則單萜類薄荷酮(piperitone)含量偏高。32號(hào)北京樣品未檢測(cè)到異白蘇烯酮含量(屬于PK-I亞型)，而甘肅樣品異白蘇烯酮含量極高(40.64%)(PK-II亞型)，而7號(hào)兩份種質(zhì)同為PK-II型，但是異白蘇烯酮的含量也是甘肅樣品稍高于北京，而35號(hào)、50號(hào)兩份PK-II型種質(zhì)則在兩地的異白蘇烯酮含量變化不大。

整體分析，北京和甘肅兩個(gè)實(shí)驗(yàn)地的種質(zhì)的其他主要成分中均有石竹烯(1.28%～46.62%)，其余成分中主要區(qū)別在于倍半萜類(如α-佛手柑油烯(α-bergamot)、葎草烯、石竹烯氧化物(caryophyllene oxide))或部分單萜類成分(如薄荷酮)和苯丙烯類成分(如肉豆蔻醚(myristicin)、芹菜腦(apiol))，成分的種類或相對(duì)含量都可能存在差異。

PA型(1份種質(zhì)，48)，參見圖1。其主要成分種類相同，均為紫蘇醛、D-檸檬烯、石竹烯成分，兩地主要成分相對(duì)含量也較接近。

PL型(2份種質(zhì)，22，49)兩地?fù)]發(fā)油主要成分對(duì)比情況見圖2。兩份種質(zhì)均以紫蘇烯(54.51%～81.84%)、石竹烯(10.47%～12.39%)為主要成分。

PP型(2份種質(zhì)，18，24)兩地?fù)]發(fā)油主要成分(相對(duì)含量在前3位)對(duì)比情況見圖2。18號(hào)種質(zhì)主要成分均為芹菜腦、石竹烯，北京種質(zhì)主要成分相對(duì)含量較甘肅高，24號(hào)種質(zhì)主要成分為肉豆蔻醚、石竹烯，兩地種質(zhì)中石竹烯相對(duì)含量差別不大，肉豆蔻醚成分甘肅種質(zhì)相對(duì)含量較北京高。

4 小結(jié)

甘肅和北京實(shí)驗(yàn)地的氣候地理環(huán)境差異有一些，但并不是很大。然而因?yàn)榄h(huán)境差異而導(dǎo)致的揮發(fā)油組分的差異，在不同種質(zhì)中則表現(xiàn)出很大的區(qū)別。從已有的數(shù)據(jù)看，因主要成分變化而導(dǎo)致的化學(xué)型變化的情況較少(2/20)，大多數(shù)情況紫蘇種質(zhì)不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的變化導(dǎo)致化學(xué)型的改變(同為PK型的兩個(gè)亞型之間會(huì)產(chǎn)生變化)。

其中25和27號(hào)兩份種質(zhì)出現(xiàn)了化學(xué)型的改變，但其結(jié)果均有一定的相關(guān)性。結(jié)合分析其種源河北安國(guó)混雜種植的情況，表明當(dāng)種質(zhì)主要化學(xué)型特征成分相關(guān)的基因處于雜合狀態(tài)時(shí)，容易導(dǎo)致栽培環(huán)境變化而引起揮發(fā)油成分組成的多變。

植物次級(jí)代謝產(chǎn)物是在各種誘導(dǎo)因子或信號(hào)分子的作用下產(chǎn)生的，在植物適應(yīng)環(huán)境和克服脅迫因素中起著重要作用。有研究顯示唇形科植物揮發(fā)油的數(shù)量和質(zhì)量不僅取決于遺傳因素和植物的發(fā)育階段，也與環(huán)境因素息息相關(guān)，因?yàn)榄h(huán)境因素可以影響植物代謝過程中生化途徑和生理過程，從而影響揮發(fā)油的生物合成[6]。而紫蘇在生長(zhǎng)過程中各種環(huán)境因子與揮發(fā)油合成過程之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系有待深入研究。

[1] Ito M.Studies onPerillarelating to its essential oil and taxonomy[M].Phytochemistry research progress.New York：Nova Science Publishers，2008：13-30.

[2] 魏長(zhǎng)玲，郭寶林.紫蘇葉揮發(fā)油的不同化學(xué)型及研究進(jìn)展[J].中國(guó)中藥雜志，2015，40(15)：32-39.

[3] 魏長(zhǎng)玲，郭寶林，張琛武，等.中國(guó)紫蘇資源調(diào)查和紫蘇葉揮發(fā)油化學(xué)型研究[J].中國(guó)中藥雜志，2016，41(10)：1823-1834

[4] 魏長(zhǎng)玲，張琛武，郭寶林，等.紫蘇葉揮發(fā)油化學(xué)型和組分影響因素探究Ⅰ——不同生長(zhǎng)發(fā)育期[J].中國(guó)中藥雜志，2017，42(4)：712-718.

[5] 魏長(zhǎng)玲，張琛武，郭寶林，等.紫蘇葉揮發(fā)油組分和化學(xué)型影響因素探究Ⅱ-葉片不同成熟度[J].中國(guó)現(xiàn)代中藥，2017，19(8)：1170-1175，1186.

[6] Shahram Sharafzadeh，Mahdi Zare.Influence of Growth Regulators on Growth and Secondary Metabolites of Some Medicinal Plants from LamiaceaeFamily[J].Advances in Environmental Biology，2011，5(8)：2296-2302.