大苞鞘石斛与铁皮石斛主要活性成分比较分析

2015-04-29 02:42章金辉王再花李杰叶庆生朱根发
热带作物学报 2015年12期
关键词:生物碱石斛微量元素

章金辉 王再花 李杰 叶庆生 朱根发

摘 要 石斛(Dendrobium)是一类名贵中药材,活性成分的构成也直接影响着石斛属植物的药用价值。为了探明大苞鞘石斛(Dendrobium warkianum Warner.)的药用价值,比较了其与铁皮石斛(Dendrobium catenatum Lindl.)多糖、生物碱、氨基酸及微量元素含量的异同。结果表明,大苞鞘石斛多糖含量较高(p<0.001);2种石斛生物碱含量都较低;2种石斛都含有所测的19种氨基酸(包含8种必需氨基酸),大苞鞘石斛中的苯丙氨酸(0.111%)、氨基丁酸(0.152%)、天冬氨酸和天冬酰胺(0.115%)等含量较高,而铁皮石斛只有组氨酸(0.070%)较高;2种石斛都含有所测的8种微量元素,大苞鞘石斛镁元素(4.06×103 mg/kg)、锰元素(359.33 mg/kg)、铁(87.80 mg/kg)和硼(16.85 mg/kg)含量较高,而铁皮石斛锌含量(34.60 mg/kg)较高。以上研究结果对大苞鞘石斛的开发利用具有一定的参考价值。

关键词 石斛;多糖;生物碱;氨基酸;微量元素

中图分类号 S682.31 文献标识码 A

Comparative Analysis of Main Active Ingredient Contents Between Dendrobium warkianum Warner. and Dendrobium catenatum Lindl.

ZHANG Jinhui1,WANG Zaihua1*,LI Jie1,YE Qingsheng2,ZHU Genfa1**

1 Guangdong Key Lab of Ornamental Plant Germplasm Innovation and Utilization/Environmental Horticulture Research

Institute,Guangdong Academy of Agricultural Sciences,Guangzhou,Guangdong 510640,China

2 College of Life Science,South China Normal University,Guangzhou,Guangdong 510631,China

Abstract Dendrobium is a valuable Chinese herbal medicine, and the medicinal value depends on their active constituents. To learn the medicinal value of D. warkianum Warner,we determined the content of polysaccharides,total alkaloids,amino acids and trace elements in both D.warkianum Warner. and D. catenatum Lindl. The results showed that the content of polysaccharides were higher in D. warkianum Warner(p<0.001). Total alkaloids content were poor in both kinds of Dendrobiums. There were nineteen kinds of amino acids in both kinds of Dendrobiums,including eight kinds of essential amino acids,the content of phenylalanine(0.111%),GABA(0.152%),leucine and isoleucine(0.115%)were significantly higher in D. warkianum Warner and histidine(0.070%)were significantly higher in D. catenatum Lindl respectively. There were eight kinds of trace elements in both kinds of Dendrobiums. The content of Mg(4.06×103 mg/kg,Mn(359.33 mg/kg),Fe(87.80 mg/kg),B(16.85 mg/kg) were significantly higher in D. warkianum Warner and Zn(34.60 mg/kg)were significantly higher in D. catenatum Lindl respectively. Taken together,these results showed a certain reference value for the development of D. warkianum Warner.

Key words Dendrobium;Polysaccharides;Total alkaloids;Amino acid;Trace element

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.12.014

大苞鞘石斛(Dendrobium warkianum Warner.)和铁皮石斛(Dendrobium catenatum Lindl.)均为兰科(Orchidaceae)石斛属植物。2010版《中国药典》中对于“石斛”的描述是一类中药的统称,其基原植物是金钗石斛、鼓槌石斛或流苏石斛的栽培品或其同属植物的近似种,而铁皮石斛是一种中药,基原植物是铁皮石斛。虽然都有益胃生津、滋阴清热的功效,但二者的活性成分却不相同。铁皮石斛的主要药效成分是多糖,并含有丰富的氨基酸[1]和微量元素[2]。科学研究证明铁皮石斛具有抗氧化[3]、抗肿瘤[4]、降血压[5]、降血糖[3]、镇痛消炎[6]和增强免疫力[7-8]等作用。虽然铁皮石斛药效较好,但由于其植株个体较小、野生资源匮乏、栽培成本高、市场价格昂贵等,在一定程度上限制了铁皮石斛的大众消费和销售市场的快速发展。为有效保护铁皮石斛野生资源,降低其生产成本,亟待寻找一种新的可利用开发的药用石斛。

大苞鞘石斛又名腾冲石斛,在云南民间一些地方被当做“扁黄草”作为药用,大苞鞘植株个体粗壮、高大,花瓣呈白色并具紫色先端,花色淡雅,在华南地区能应春节开放,具有极高的观赏价值。关于大苞鞘石斛的研究主要集中在化学成分[9]、种子萌发[10]、组培快繁[11]和低温保存[12]等方面,而关于其活性成分的研究还鲜见报道。本研究通过大苞鞘石斛和铁皮石斛活性成分的比较分析,探究大苞鞘石斛与铁皮石斛的异同,为大苞鞘石斛的产业开发及研究提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为大苞鞘石斛(Dendrobium warkianum Warner.)(云南野生种)和铁皮石斛(Dendrobium catenatum Lindl.)(为云南野生种组培出的实生苗),上述材料栽培于广东省农业科学院环境园艺研究所温室大棚内。各取一份2.5年生9月-次年1月份成熟的2种石斛茎切成小段,经105 ℃杀青15 min,以60 ℃烘干至恒重,再制成粉末,过60目筛,备多糖测定用;另取一份同年龄段及时期的2种石斛茎材料用蒸馏水洗净,切成小段,以60 ℃烘干至恒重,再制成粉末,过60目筛,用于生物碱、氨基酸、微量元素测定。

1.2 方法

1.2.1 多糖含量比较 (1)多糖的提取。分别称取大苞鞘石斛和铁皮石斛干燥粉末各50 g,置于1 000 mL圆底烧瓶中,加入石油醚(沸点60~90 ℃)500 mL,80 ℃回流提取1 h,抽滤、挥干、溶媒,重复上述操作1次;分别往所得2种石斛滤渣中加500 mL 80%的乙醇水溶液按上述操作步骤重复1次,得2种石斛脱脂干粉;分别往2种石斛脱脂干粉中加入500 mL蒸馏水,80 ℃浸提1 h,抽滤,收集滤液,重复1次;合并2次滤液,减压浓缩,加入预冷无水乙醇使溶液含醇量至80%,于4 ℃静置过夜,离心,收集沉淀,冷冻干燥得2种石斛粗多糖;分别称取石斛粗多糖配制成40 mg/mL的水溶液,加入一定量的1 mg/mL的胰蛋白酶(胰酶液和粗多糖溶液的体积比为0.4 ∶ 1),于37 ℃恒温处理5 h,升温灭酶,加1/3体积的Sevag溶液,剧烈震荡5 min,离心,弃下层有机相,于上层水相加入1/3体积的Sevag溶液,重复以上操作2次,合并上层水相,用蒸馏水透析3 d(透析袋截留分子量为7 500 u);透析完以后,加入预冷无水乙醇使溶液含醇量至80%,于4 ℃静置过夜,离心,收集沉淀,用无水乙醇、丙酮各洗2遍,冷冻干燥得2种石斛精多糖。

(2)标准曲线的制作。分别吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、2.0 mL的0.05 mg/mL的葡萄糖标准液,各加蒸馏水补至2.0 mL,然后各加6%重蒸苯酚1.0 mL,摇匀后加入98%浓硫酸5.0 mL,摇匀,静置5 min后置沸水浴中加热20 min,冷却至室温,于490 nm处测定吸光度(UV-2405型紫外可见分光光度计,日本岛津公司);以吸光度为纵坐标、葡萄糖浓度为横坐标,绘制标准曲线,得回归方程为:y=0.058 6x+0.033 8 (R2=0.997)。

(3)多糖与葡萄糖换算因子的测定。分别称取2种石斛精多糖10 mg溶于10 mL蒸馏水,取其中的5 mL配制浓度为50 μg/mL的多糖溶液,吸取样品溶液0.1 mL,按照标准曲线项下所述方法测定吸光度,计算样品中葡萄糖的浓度,由下列公式计算换算因子f。

f=Cs/C

式中:Cs为石斛精多糖溶液的实际浓度;C为回归方程计算石斛精多糖溶液中葡萄糖的浓度;f为校正系数。依公式计算得大苞鞘石斛多糖与葡萄糖的换算因子f=2.625,铁皮石斛多糖与葡萄糖的换算因子f=2.7。

(4)样品溶液的测定。采用改良的苯酚-硫酸比色法[13-14]测定石斛多糖含量。分别称取3份大苞鞘石斛和铁皮石斛9月-次年1月份的干燥粉末各1 g,分别加入100 mL 80%的乙醇,于80 ℃回流提取1 h,抽滤、挥干、溶媒,重复上述操作1次;往所得滤渣中加入100 mL纯水,于80 ℃回流提取1 h后抽滤,重复上述操作1次,合并滤液,用纯水定容至250 mL,摇匀,得到样品溶液。由下列方公式计算样品中多糖的含量。

X=f×C×D×100%/W

式中:X为多糖含量;f为石斛多糖与葡萄糖换算因子;C为各石斛样品溶液中葡萄糖含量;D为样品稀释倍数;W为石斛干粉重量。

1.2.2 生物碱含量比较 (1)标准曲线的制备。分别吸取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 mL 浓度为10 μg/mL的石斛碱标准液于烧杯中,加入氯仿稀释至10.0 mL,加入pH 4.5缓冲液5.0 mL和4%溴甲酚绿溶液2.0 mL,剧烈震荡5 min,静置30 min,使溶液分层;取下层氯仿液5.0 mL,加入0.01 mol/L NaOH-无水乙醇溶液1.0 mL,充分摇匀;以氯仿作空白对照。分别于620 nm处测吸光度(UV-2405型紫外可见分光光度计,日本岛津公司),得回归方程为:y=0.016x+0.036 2(R2=0.995 7)。

(2)样品总生物碱含量的测定。参照金蓉鸾等[15]方法稍作改进。分别精密称取3份大苞鞘石斛和铁皮石斛9月—次年1月份的干燥茎粉末0.5 g,置于25 mL具塞锥形瓶中,加浓氨水适量,润湿,密闭放置30 min;加氯仿10 mL,于60 ℃回流提取2 h,冷却后补充氯仿至原重,抽滤得到生物碱提取液;将提取液用氯仿稀释相应的倍数,按标准曲线的制作方法测定吸光度,根据回归方程,计算总生物碱的含量。

1.2.3 氨基酸含量比较 标准溶液制备:准确称取10 mg 氨基酸标准品,用水溶解并定容至50 mL,得到200 mg/L的游离氨基酸标准储备液,临用时用空白溶剂稀释得到1.0、 5.0、10.0 mg/L系列标准溶液。

样品制备。取3份0.25 g样品分别置于250 mL容量瓶中,加入0.1 mol/L盐酸超声处理30 min,过滤,再取2 mL水解处理,取水解前后的溶液各100 μL于液相色谱样品小瓶中,以60 ℃加热并用氮气吹干,取出后,加入100 μL 3.5 mol/L的盐酸正丁醇, 用钳口铝盖密封样品瓶,置于60 ℃烘箱中衍生化反应30 min;然后开启密封盖,以60 ℃加热并用氮气吹干,往残渣中加1 mL 80%的乙腈并振荡1 min,溶解,并用0.45 μm 针筒式滤器过滤,于LC-MS/MS中(Agilent 1200 SL Series RRLC /6410B Triple Quard MS)测定。

色谱条件。色谱柱:BDS HYPERSIL C18(2.1 mm×150 mm,2.4 μm);流动相:乙腈-水(0.2%的甲酸,10 mmol/L甲酸铵)梯度洗脱(梯度洗脱程序:乙腈比例变化为0min,0%;5 min,40%;7 min,80%;8~12 min,0%);流速:0.2 mL/min,进样量1 μL。

质谱条件。离子源:电喷雾(ESI),正离子电离模式;干燥气(N2)流量:9.0 L/min;温度:350 ℃,雾化气(N2)压力:275.8 kPa;电喷雾电压:4 000 V;扫描方式:多反应监测(MRM)模式。

1.2.4 微量元素含量比较 测试液制备:取3份0.50 g样品分别置于50 mL三角瓶中,加入10 mL混合酸(9 mL硝酸+1 mL高氯酸),加盖浸泡过夜,于电热板上消煮,温度不高于180 ℃,直至冒白烟、消化液呈无色透明为止;于25 mL容量瓶中用超纯水定容,混匀备用,得待测试液,用石墨炉原子吸收分光光度计240ZAA(GTA120Z)测定。

1.3 数据处理

所有数据均用SPSS 13.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 2种石斛茎段多糖与生物碱含量的比较

由图1(A1,A2)和SPSS统计学分析可知,按月份比较,9月份大苞鞘石斛多糖含量最高,达41.5%;随着时间的推移,多糖含量逐渐降低,到12月份多糖含量显著降低,为34.1%,但到次年1月份多糖含量(37.1%)又出现升高趋势。铁皮石斛多糖含量12月份最高(38.9%),以9月份最低(20.9%),呈现显著差异。至次年1月份多糖含量又开始降低。

2种石斛比较可知,除了12月份大苞鞘石斛多糖含量极显著低于铁皮石斛外,9~11月份和次年1月份,大苞鞘石斛多糖含量均要极显著高于铁皮石斛。

由图1(B1,B2)和SPSS 统计学分析可知,按月份比较,9月份大苞鞘石斛生物碱含量最高,达0.088%,12月份生物碱含量降至最低,为0.032%,呈现显著性差异;不同月份,生物碱含量高低未呈现一定的规律。铁皮石斛11月份生物碱含量最高,达0.073%,而10月份生物碱显著降低,为0.026%,不同月份,生物碱含量高低也未呈现一定的规律。

2种石斛比较可知,大苞鞘石斛 9月份和10月份生物碱含量,分别高出铁皮石斛0.44倍和1.31倍,且具有极显著性差异;12月份大苞鞘石斛生物碱含量要极显著低于铁皮石斛,其它月份,2种石斛差异不显著。

2.2 2种石斛茎段氨基酸含量的比较

由表1可知,大苞鞘石斛和铁皮石斛均含有所测的19种氨基酸(包括人体所必需的8种氨基酸),在必需氨基酸中,大苞鞘石斛赖氨酸(0.048%)、苯丙氨酸(0.111%)含量显著高于铁皮石斛;在其它氨基酸中,大苞鞘石斛精氨酸(0.068%)、氨基丁酸(0.152%)天冬氨酸和天冬酰胺(0.115%)含量显著高于铁皮石斛,而铁皮石斛只有组氨酸(0.07%)含量显著高于大苞鞘石斛,但2种石斛在总氨基酸(游离和水解氨基酸)含量方面无显著差异。说明2种石斛在氨基酸种类上没有差别,但在一些氨基酸含量方面有所差异。

2.3 2种石斛茎段微量元素含量的比较

从表2可知,2种石斛都含有所测的8种微量元素,与铁皮石斛相比,大苞鞘石斛茎段所含镁元素(4.06×103 mg/kg)、锰元素(359.33 mg/kg)、铁(87.80 mg/kg)和硼(16.85 mg/kg)极显著高于铁皮石斛,而铁皮石斛的锌含量(34.6 mg/kg)极显著高于大苞鞘石斛。说明2种石斛都含有所测的8种微量元素,但在一些微量元素含量方面有所差异。 此外, 2种石斛的重金属铜的含量要远低于药用植物及制剂外经贸绿色行业标准(WM/T2-2004)(20.00 mg/kg)。

3 讨论与结论

3.1 2种石斛茎段多糖与生物碱含量的比较分析

多糖是铁皮石斛的主要药效成分,近年来关于铁皮石斛多糖的研究越来越多,其多糖含量要高于金钗石斛,具有抗氧化、降血压、降血糖和抗肿瘤等作用[16][3]。本研究测得铁皮石斛多糖含量在12月份最高,这与李彩霞等[17]测定的结果相一致,说明铁皮石斛若以多糖含量为评价标准,12月份为最佳采收季节。9~12月份大苞鞘石斛多糖含量呈现依次递减的趋势,这说明大苞鞘的最佳采收季节为9月份,这可能是因为大苞鞘石斛花期比铁皮石斛早几个月所致。此外,在最佳采收季节,大苞鞘石斛多糖含量要显著高于铁皮石斛,说明大苞鞘石斛在多糖药理药效开发方面具有一定的潜力。

生物碱类成分是金钗石斛的一类主要成分,但不是铁皮石斛的主要成分,在铁皮石斛中含量较低[18]。石斛碱具有抑制心血管和肠道疾病和抗肿瘤等作用[19],研究结果表明大苞鞘石斛和铁皮石斛均较金钗石斛生物碱含量低[20]。本研究中,铁皮石斛生物碱含量较诸燕等[21]所测得的铁皮石斛生物碱含量高;9~11月份大苞鞘总生物碱含量要明显高于铁皮石斛,12月份明显低之,而1月份两者没有明显差别;2种石斛的生物碱在月份的积累上没有呈现一定的规律,与多糖的积累没有呈现正相关或负相关。

3.2 2种石斛茎段氨基酸含量的比较分析

氨基酸是人体的生理活性所需物质,近年来研究表明氨基酸与药效存在着一定的关系[22]。黄民权等[23]测定了铁皮石斛的17种氨基酸,发现其含有除色氨酸以外的所有人体必需的氨基酸,何铁光等[24]测定了铁皮石斛原球茎17种氨基酸,其中7 种是人体必需氨基酸,而本研究测定了2种石斛的19种氨基酸,除了以上所有的氨基酸外,还含有色氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺、氨基丁酸。黄民权等[23]在测定氨基酸时采用的是酸水解法,色氨酸遭到破坏,所以无法被检测出。本研究所测的铁皮石斛必需氨基酸平均质量分数较张爱莲等[1]所测的铁皮石斛中必需氨基酸的平均质量分数范围小,这可能与铁皮石斛的品质、生长环境等有关。大苞鞘石斛的苯丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸和天冬酰胺含量较高,这些氨基酸具有提高机体免疫力[25]、促进伤口复原及恢复创伤[26-27]、降血压、平喘、降低药物毒副作用等。2种石斛的氨基丁酸含量较高,但大苞鞘石斛含量更高,氨基丁酸是哺乳动物中枢的一种抑制性神经递质,能够参与细胞间的信息传递,与细胞分化成熟相关,而且具有抑制癌细胞增殖[28]、降血压、增强免疫力等功效[29]。根据以上分析推测大苞鞘石斛在维护人体机理功能方面的作用可能更突出,但2种石斛药效氨基酸含量是否与上述活性存在一定关联,还需要进一步实验论证。

3.3 2种石斛茎段微量元素含量的比较分析

人体虽然对微量元素的需求量低,但其在维持人体正常生理功能和生长发育方面起着非常重要的作用[30]。研究发现,铁、锰、铬、锌、钙、镁、铜等元素在造血、保持人体机体免疫力、神经系统发育、生长、生殖发育等方面起着重要作用,也对糖尿病、尿毒症等疾病的发生发展产生一定的影响[31-32]。本研究材料铁皮石斛所含的8种微量元素与丁亚平等[33]研究结果一致,但各种含量指标有所不同,其中的镁、锰、锌元素较诸燕等[2]所测的铁皮石斛中相应的微量元素含量要高。由于微量元素在维持生命活动中起着重要作用,所以,通过微量元素含量的差异比较可推断2种石斛的功效各有侧重点,铁皮石斛锌的含量要远高于大苞鞘石斛,这可能说明铁皮石斛在促进人体免疫、神经系统发育功能方面要优于大苞鞘石斛;而大苞鞘石斛中长寿锰元素、铁等元素的含量要显著高于铁皮石斛,这可能说明大苞鞘石斛在促进骨骼发育和繁殖、造血功能方面的功效要优于铁皮石斛。但是,2种石斛微量元素含量是否与上述活性存在一定关联,还需要进一步实验论证。

因此,通过与铁皮石斛活性成分含量的比较,笔者认为,大苞鞘石斛是一种具有自身开发潜力的石斛,为得到更多有力的实验证据,其活性成分的药理作用及机理方面的研究正在进一步开展。

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HPLC-Q-TOF/MS法鉴定血水草中的异喹啉类生物碱
HPLC-Q-TOF/MS法鉴定两面针和单面针中的生物碱
正交设计在观赏石斛种胚离体培养中的应用
对叶百部中非生物碱化学成分的研究