牛茵茵，何雪梅，冉秉欽，唐巧玉，周大寨，羅興武，羅凱，周毅峰

(1.生物資源保護與利用湖北省重點實驗室，湖北 恩施 445000；2，湖北民族大學生物科學與技術學院，湖北 恩施 445000)

壺瓶碎米薺(Cardaminehupingshanensis)，十字花科[1].葉片的形狀是圓心形，葉片邊緣的形狀是齒狀[2].生長在海拔800～1 400 m的山坡林下,溝邊、陰暗潮濕或有清質(zhì)水流的環(huán)境[3].用HPLC-ICP-MS測得壺瓶碎米薺幼葉硒含量高達1 427 mg/kg[4]，含硒量在1 000～15 000 mg/kg之間的植物稱之為超聚硒植物，故壺瓶碎米薺是超聚硒植物[5].由于壺瓶碎米薺高度聚硒，且全株可食，近年來對壺瓶碎米薺的研究也逐步增多，它可以將無機硒轉(zhuǎn)化為硒氨基酸，硒多糖等大分子物質(zhì)，在適量的條件下，可以參與機體抗氧化，作用某些癌癥等功能，是安全、穩(wěn)定、低毒補硒劑的首選，在食品和保健品行業(yè)中有很大的發(fā)展前景.且壺瓶碎米薺中含有黃酮類化合物，該物質(zhì)多呈游離態(tài)和糖結(jié)合成苷的形式存在[6-7]，是抗心血管病藥物，具有擴血管、抗凝血作用[8-12].此外，黃酮類化合物在食品，疾病防治、人工合成，甚至分子生物學、植物轉(zhuǎn)化等方面都具有一定的研究規(guī)模.它具有很高的藥理作用及開發(fā)價值,成為未來醫(yī)藥、食品領域的研究熱點[13-14].而目前對于壺瓶碎米薺的研究主要涉及大分子物質(zhì)(硒蛋白，硒多糖等)的提取和相關成分的理化性質(zhì)，以及對硒的耐受調(diào)控機制等方面.缺少硒對粗黃酮含量以及壺瓶碎米薺不同部位黃酮類化合物成分等的影響研究[15].我們的研究采用湖北省武陵山區(qū)的壺瓶碎米薺，旨在通過前處理獲得不同質(zhì)量濃度硒的材料，應用正交試驗法提取壺瓶碎米薺中的黃酮，得到優(yōu)化壺瓶碎米薺粗黃酮提取條件，進行LC-MS(液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用)，并分析壺瓶碎米薺葉和根黃酮成分差異，利用雙道原子熒光光度計測定壺瓶碎米薺黃酮中的硒含量，為壺瓶碎米薺的開發(fā)利用提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試壺瓶碎米薺種子來自湖北省恩施市魚塘壩，蘆丁(標準品)，亞硒酸鈉，5%亞硝酸鈉，10%硝酸鋁，4%氫氧化鈉，無水乙醇，硼酸，過氧化氫，鹽酸,乙二胺四乙酸二鐵(EDTA-Fe)、甲醇、四水合硝酸鈣、碘化鉀、五水合硫酸銅、六水合氯化鈷、二水合錳酸鈉、七水合硫酸鋅等分析純試劑.

JA2003N電子分析天秤，GZX-9420MBE數(shù)顯鼓風干燥箱，WFJ 7200型可見分光光度計，HWS 12型電熱恒溫水浴鍋，Eppendorf 5418冷凍高速離心機，KQ5200B超聲波清洗機，MARS 5微波消解儀，AFS-9760雙道原子熒光光度計，RE-2000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，高通量組織研磨儀.HPLC(Shim-pack UFLC SHIMADZU CBM20A system)，MS(Applied Biosystems 4000 Q-TRAP)，真空冷凍干燥器(alpha 2-4 lsc)，F(xiàn)itMax針頭式過濾器(0.22 μm)，渦旋振蕩器，GZX-9420MBE電熱恒溫鼓風干燥箱.

1.2 試驗方法

1.2.1 供試樣品

1.2.1.1 粗黃酮提取樣品 材料選取經(jīng)質(zhì)量濃度為50 μg/mL硒處理的壺瓶碎米薺，將處理后的樣品60 ℃烘干，粉碎備用.

1.2.1.2 硒樣品處理 選取硒處理質(zhì)量濃度范圍為0～100 μg/mL，質(zhì)量濃度間隔10 μg/mL，在加硒(亞硒酸鈉(Na2SeO3))培養(yǎng)液中處理壺瓶碎米薺7 d，以不加硒為對照組，每隔48 h更換一次含硒培養(yǎng)液，每個處理3個生物學重復，每個重復由3株苗混合組成，7 d后取樣.60 ℃烘干樣品，高通量研磨儀粉碎樣品.

1.2.1.3 黃酮種類和樣品差異分析 80 μg/mL硒脅迫壺瓶碎米薺處理10 d，以不加硒處理的壺瓶碎米薺為對照組.16 h白晝，8 h黑夜，20 ℃培養(yǎng).待壺瓶

碎米薺的根部大量變紅時，分成葉和根分別取樣.每個生物學重復取自于5個不同植株，各樣取3個生物學重復.液氮速凍，真空冷凍干燥，-80 ℃保存.

1.2.2 粗黃酮的提取方法及工藝優(yōu)化 本研究采用超聲輔助提取法(480 W).4個不同因素，設計單因素試驗[14-15](表1)，根據(jù)單因素試驗結(jié)果設計L9(34)正交試驗(表2).準確稱取壺瓶碎米薺葉片1 g于250 mL圓底燒瓶，超聲破碎40 min,間隔10 min搖晃一次(為了破碎充分后恒溫水浴鍋水浴)，定容到100 mL.4 000 r/min的離心機離心20 min.用Φ=0.25 μm的濾紙過濾取上清液待測.

表1 單因素設計

表2 正交試驗因素水平表

1.2.3 粗黃酮含量及粗黃酮硒含量測定 壺瓶碎米薺粗黃酮提取按上述優(yōu)化工藝進行，按田國政等[16]的分光光度法進行黃酮含量的測定.

式中，A為吸光值;100為樣液定容總體積/mL;2為測定吸光度用樣液的體積/mL;1為壺瓶碎米薺樣品質(zhì)量/g，提取率保留小數(shù)點后4位.按張春燕等[19]的方法進行樣品的消解和硒含量的測定.

1.2.4 黃酮成分分析 壺瓶碎米薺根和葉的樣品經(jīng)過真空冷凍干燥之后，研磨儀研磨(30 Hz，90 s).然后稱取100 mg粉末，加入70%甲醇用來提取水溶性代謝產(chǎn)物，每隔10 min漩渦混勻一次，共3次，隨后放入4 ℃過夜(是為了提取更充分).將樣品在10 000g轉(zhuǎn)速、4 ℃下離心10 min，取上清，利用微孔濾膜(SCAA-104，0.22 μm)對樣品進行過濾，過濾后的樣品進行LC-MS分析.

LC-MS條件：色譜柱，shim-pack VP-ODS C18(pore size 5.0 μm，length 2×150 mm).流動相，水相為超純水(加入0.04%的乙酸)，有機相為乙腈(加入0.04%的乙酸).洗脫梯度，水∶乙腈，0 min為95∶5 V/V，20.0 min為5∶95V/V，22.0 min為5∶95V/V，22.1 min為95∶5V/V，28.0 min為95∶5V/V.流速為0.25 mL/min.柱溫為40 ℃.進樣量為2 μL.

Q-TRAP-MS/MS：ESI源的電噴霧離子源溫度為550 ℃，IS為5 500 V，GS1、GSII以及CUR分別為3.1×105Pa、3.45×105Pa、1.75×105Pa，CAD設置為高.

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

使用Excel、SPSS、Origin 9.0軟件進行數(shù)據(jù)的誤差分析和t值檢驗，進行平行組的平均值矯正和顯著性差異分析.此外使用Multiquant軟件對黃酮物質(zhì)測定結(jié)果進行分析，根據(jù)標準曲線計算出峰面積和黃酮含量.將同一物質(zhì)的含量導入SIMCA-P 13.0進行數(shù)據(jù)分析，采用主成分分析(Principal component analysis，PCA)和正交偏最小二乘法判別分析( orthogonal to partial least squares discriminant analysis，OPLS-DA) 對數(shù)據(jù)進行離群樣本判斷、聚類以及模型的判別分析，為了驗證模型的可靠性，防止試驗結(jié)果發(fā)生過擬合，采取OPLS-DA進行交叉驗證.通過OPLS-DA的載荷圖和模型的變量重要性因子(variable importance factor，VIP),以及兩個獨立樣品的方差分析(analysis of variance，ANOVA) 尋找黃酮差異，利用韋恩圖研究壺瓶碎米薺硒脅迫影響黃酮類代謝物的變化.

2 結(jié)果與分析

2.1 粗黃酮提取工藝優(yōu)化

2.1.1 單因素試驗結(jié)果分析 優(yōu)化黃酮的提取工

藝，選擇乙醇為提取溶劑，50 μg/mL硒處理的壺瓶碎米薺為材料，研究乙醇體積分數(shù)、料液比、提取溫度和時間4個單因素對黃酮提取率的影響，結(jié)果見圖1.由圖1-A可以看出，當乙醇體積分數(shù)為40%～50%時，黃酮提取率極顯著上升,體積分數(shù)為50%～70%時，黃酮提取率極顯著下降，可能是由于乙醇體積分數(shù)過大時會對所提取出的黃酮產(chǎn)生降解作用，在體積分數(shù)70%～90%時，沒有顯著變化.由此可見，不同體積分數(shù)乙醇對壺瓶碎米薺的黃酮提取率影響不同，其中50%的乙醇使黃酮提取率達到最高峰，值為3.09%.由圖1-B發(fā)現(xiàn)，1∶10～1∶30料液比黃酮提取率沒有顯著上升，1∶30～1∶40料液比黃酮提取率出現(xiàn)極顯著下降，1∶40～1∶50料液比黃酮提取率沒有顯著性的變化.由此可見，不同料液比對壺瓶碎米薺的黃酮提取率影響不同，其中1∶30使黃酮提取率達到最高峰，值為1.68%.由圖1-C發(fā)現(xiàn)，55～75 ℃黃酮提取率出現(xiàn)極顯著上升，85～95 ℃黃酮提取率出現(xiàn)極顯著下降，原因可能是溫度升高時，分子的碰撞運動加劇對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響[20]，與此同時會使雜質(zhì)含量升高，最終導致黃酮提取率下降.由此可見，不同提取溫度對壺瓶碎米薺的黃酮提取率影響不同，其中75 ℃黃酮提取率達到最高峰，值為2.07%.由圖1-D發(fā)現(xiàn)，1～3 h黃酮提取率有顯著上升，3～4 h黃酮提取極顯著上升，4～5 h黃酮提取率出現(xiàn)顯著下降，這是由于提取時間過長時，會破壞黃酮的結(jié)構(gòu).所以當提取時間為4 h時，黃酮提取率達到最高為1.69%.

大寫字母表示顯著差異，α=0.05，小寫字母表示極顯著差異，α=0.01.Capital letters indicate a significant difference,α=0.05,lowercase letters indicate a very significant difference,α=0.01.圖1 單因素對壺瓶碎米薺粗黃酮提取率的影響Figure 1 The effect of extraction single factor on the extraction rate of flavonoids from Cardamine hupingshanensis

2.1.2 正交試驗結(jié)果分析 為進一步探索黃酮的提取工藝，選用的材料是質(zhì)量濃度為50 μg/mL硒處理的壺瓶碎米薺，通過正交試驗提取后D510測吸光度取3組平均值.試驗結(jié)果見表3.結(jié)果表明，影響黃酮提取率的主次順序為D>B>C>A，黃酮提取率高達1.897 6%.試驗得出提取最佳工藝各項指標分別為5 h、65 ℃、1∶20料液比、乙醇體積分數(shù)45%，在此種條件下經(jīng)試驗結(jié)果驗證黃酮提取率達到1.902 5%.由表4可得，F(xiàn)乙醇體積分數(shù)>F0.05(2,2).乙醇體積分數(shù)發(fā)生了顯著性的變化，說明乙醇體積分數(shù)對硒處理壺瓶碎米薺葉黃酮提取的影響最大.

2.2 硒對壺瓶碎米薺中黃酮及其硒含量的影響

2.2.1 硒對壺瓶碎米薺中黃酮提取率的影響 為研究硒對壺瓶碎米薺黃酮含量的影響，選取硒處理質(zhì)量濃度范圍為0～100 μg/mL，質(zhì)量濃度間隔為10 μg/mL，在培養(yǎng)液中加入硒處理7 d的壺瓶碎米薺為材料進行研究，結(jié)果見圖2，當硒質(zhì)量濃度為50 μg/mL時，黃酮提取率達1.902 5%.硒處理壺瓶碎米薺的質(zhì)量濃度在0～30 μg/mL黃酮提取率沒有顯著性的上升；硒質(zhì)量濃度在30～50 μg/mL時，黃酮提取率有極顯著的上升；硒質(zhì)量濃度在50～80 μg/mL時，黃酮提取率有極顯著的下降；硒質(zhì)量濃度在80～100 μg/mL時，黃酮提取率沒有顯著性的變化.硒質(zhì)量濃度在0～50 μg/mL時，黃酮提取率呈極顯著的上升，即硒質(zhì)量濃度在0～50 μg/mL區(qū)間時，黃酮提取率隨硒質(zhì)量濃度的增加而升高；硒質(zhì)量濃度在50～100 μg/mL時，黃酮提取率有極顯著的下降，即隨硒質(zhì)量濃度的增加導致黃酮提取率降低.

2.2.2 硒處理壺瓶碎米薺中黃酮的含硒量 為進一步探索硒對壺瓶碎米薺的黃酮中含硒量的影響，選取硒處理質(zhì)量濃度范圍為0～100 μg/mL，質(zhì)量濃度間隔10 μg/mL，在培養(yǎng)液中加硒處理7 d的壺瓶碎米薺為材料進行研究，結(jié)果見圖3.硒質(zhì)量濃度為0 μg/mL處理壺瓶碎米薺葉后提取黃酮，黃酮中硒含量為0.012 6 mg/g，用質(zhì)量濃度為40 μg/mL硒處理壺瓶碎米薺葉后提取黃酮，黃酮中硒含量為0.519 0 mg/g，用質(zhì)量濃度為70 μg/mL硒處理壺瓶碎米薺葉后提取黃酮，黃酮中硒含量為10.097 6 mg/g，用質(zhì)量濃度為100 μg/mL硒處理壺瓶碎米薺葉后提取黃酮，黃酮中硒含量為50.763 6 mg/g.處理壺瓶碎米薺葉后提取黃酮的硒質(zhì)量濃度在0～20 μg/mL和30～40 μg/mL時沒有顯著性的變化；處理壺瓶碎米薺葉后提取黃酮的硒質(zhì)量濃度在20～30 μg/mL、40～100 μg/mL時黃酮中硒含量有極顯著的上升，總體呈上升趨勢.

表3 正交試驗結(jié)果與極差分析

表4 正交試驗方差分析表

大寫字母表示顯著差異，α=0.05，小寫字母表示極顯著差異，α=0.01.Capital letters indicate a significant difference,α=0.05,lowercase letters indicate a very significant difference,α=0.01.圖2 壺瓶碎米薺葉中粗黃酮的提取率Figure 2 The extraction rate of crude flavonoids in the leaves of Cardamine hupingshanensis

大寫字母表示顯著差異，α=0.05，小寫字母表示極顯著差異，α=0.01.Capital letters indicate a significant difference,α=0.05,lowercase letters indicate a very significant difference,α=0.01.圖3 壺瓶碎米薺葉中粗黃酮的含硒量Figure 3 The selenium content of crude flavonoids in lthe eaves of Cardamine hupingshanensis

2.3 壺瓶碎米薺黃酮差異成分分析

為了研究硒處理對壺瓶碎米薺黃酮成分的影響，選用在實驗室進行10 d硒脅迫(80 μg/mL)處理的壺瓶碎米薺為材料，以不加硒(0 μg/mL)為對照組進行研究，通過UPLC- Q-TRAP/MS檢測到壺瓶碎米薺黃酮物質(zhì)有131種.運用SIMCA-P 13.0軟件對壺瓶碎米薺黃酮含量進行分析，結(jié)果如圖4.同組的生物學重復之間距離較近，差異較小，生物學重復分別緊密聚集.各組之間的差異較為明顯，平均分布于兩個象限中.壺瓶碎米薺葉片中黃酮變化如下：壺瓶碎米薺在80 μg/mL硒質(zhì)量濃度處理下，有11種物質(zhì)發(fā)生了顯著變化，其中有3種出現(xiàn)極顯著差異，其他物質(zhì)含量變化都不顯著.壺瓶碎米薺根部黃酮變化如下：壺瓶碎米薺在80 μg/mL硒質(zhì)量濃度處理下，有8種物質(zhì)發(fā)生了顯著性變化，其中有3種出現(xiàn)極顯著差異，其他物質(zhì)含量變化都不顯著.根據(jù)黃酮糖基化的方式不同，可以將測定得到的黃酮分為3類，分別為C糖、O糖和PMFs(多甲氧基黃酮)，C連接的有61種，PMFs只有7種，O連接的黃酮占48.1%.

2.3.1 壺瓶碎米薺葉片黃酮差異分析 為比較兩種處理壺瓶碎米薺葉片黃酮的主效成分(選取含量占總含量1%以上的黃酮為主效成分)的差異，對其做韋恩圖，見圖5.壺瓶碎米薺葉片黃酮的主效成分的差異如下：木犀草素 C-sinapoyl己糖苷在高硒處理后含量顯著提高，說明高硒會對其形成某種促進作用.單寧、五甲氧基黃酮、木犀草素 7-O-糖苷、山奈酚、矢車菊素-3-O-葡萄糖苷和5，7-二羥基-2-苯并吡喃-4-酮 5-O-己糖苷衍生物在高硒處理后含量減少，說明高硒會抑制壺瓶碎米薺葉部產(chǎn)生這6種物質(zhì).

1和2分別表示對照壺瓶碎米薺葉和根的生物學重復，3和4分別表示高硒處理壺瓶碎米薺葉和根的生物學重復.The number 1 and 2 represent three biological repetition of leaves and roots control samples,3 and 4 represent three biological repetition of leaves and roots selenium treated samples of Cardamine hupingshanensis,respectively.圖4 壺瓶碎米薺不同質(zhì)量濃度硒處理黃酮PCA-X得分圖Figure 4 The PCA-X score of flavonoids in Cardamine hupingshanensis by various concentrations of selenium

圖5 壺瓶碎米薺葉片黃酮主效成分韋恩圖Figure 5 The Wayne diagram of flavonoids in the leaf of Cardamine hupingshanensis

為更進一步研究硒處理對壺瓶碎米薺葉片黃酮的影響，選取含量占總含量1%以上的黃酮為主效成分.結(jié)果見表5.壺瓶碎米薺0 μg/mL硒質(zhì)量濃度處理下葉片黃酮主效成分有7種，占總量的93.49%，含量最高的是單寧，占總含量的52.766 5%，次之是五甲氧基黃酮，二者含量百分比均大于20%.壺瓶碎米薺80 μg/mL硒質(zhì)量濃度處理下葉片黃酮主效成分含量最高的是單寧，占總含量的42.804 1%，7種主效成分含量占總含量的94.09%，次之是五甲氧基黃酮，二者含量百分比均大于20%.

2.3.2 壺瓶碎米薺根部黃酮差異分析 為比較兩種處理壺瓶碎米薺根部黃酮的主效成分的差異，對其做韋恩圖，見圖6.壺瓶碎米薺根部黃酮的主效成分的差異如下：木犀草素7-O-糖苷和山奈酚在加硒情況下，含量都沒有顯著變化，說明該物質(zhì)只受壺瓶碎米薺自身的調(diào)控，受硒影響較小.五甲氧基黃酮在壺瓶碎米薺加硒時含量增加，說明高質(zhì)量濃度硒能夠促進其生成.木犀草素7-O-糖苷和山奈酚在高硒處理后含量都沒有顯著變化，單寧和5，7-二羥基-2-苯并吡喃-4-酮5-O-己糖苷衍生物在高硒處理后含量會顯著下降，說明硒會抑制壺瓶碎米薺根部產(chǎn)生這兩種物質(zhì).

圖6 壺瓶碎米薺根部黃酮主效成分韋恩圖Figure 6 The Wayne diagram of flavonoids in the root of Cardamine hupingshanensis

表5 壺瓶碎米薺不同質(zhì)量濃度硒處理下葉片黃酮主效成分

為更進一步研究硒處理對壺瓶碎米薺根部黃酮的影響，選取含量占總含量1%以上的黃酮為主效成分.結(jié)果見表6.壺瓶碎米薺經(jīng)0 μg/mL硒質(zhì)量濃度處理后根部黃酮主效成分有5種，占總含量的94.89%，含量最高的是五甲氧基黃酮，占總含量的72.673 6%.壺瓶碎米薺經(jīng)質(zhì)量濃度80 μg/mL硒處理后根部黃酮有3種，含量百分比達到91.43%，含量最高的3種黃酮差異較大，五甲氧基黃酮的含量高達79.968 3%，是木犀草素 7-O-糖苷的13倍，是山奈酚的14倍.

表6 壺瓶碎米薺不同質(zhì)量濃度硒處理下根部黃酮主效成分

3 討論與結(jié)論

壺瓶碎米薺適宜生長在富硒土壤中，屬超聚硒植物，在最佳工藝條件下(5 h、65 ℃、1∶20料液比、體積分數(shù)45%乙醇)提取黃酮，最高黃酮提取率達到1.902 5%，此研究結(jié)果對提高壺瓶碎米薺的開發(fā)利用價值以及應用范圍有所幫助，同時也為開發(fā)更多保健功能的含硒新產(chǎn)品提供參考；此外測定其硒含量，結(jié)果表明黃酮提取率和黃酮中的硒含量在硒質(zhì)量濃度為0～50 μg/mL時呈上升趨勢，超過50 μg/mL后黃酮提取率呈下降趨勢，而黃酮中硒含量呈上升趨勢，可能是因為植物受到硒脅迫后，植物體內(nèi)次生代謝產(chǎn)物情況發(fā)生變化，也可能與硒的轉(zhuǎn)運和代謝機制有關，筆者認為需進一步探索.經(jīng)過黃酮成分差異分析發(fā)現(xiàn)，高質(zhì)量濃度硒處理壺瓶碎米薺發(fā)現(xiàn)對其根和葉中的黃酮成分影響不同.高硒促進五甲氧基黃酮在壺瓶碎米薺根部的表達，高硒會抑制單寧和5，7-二羥基-2-苯并吡喃-4-酮 5-O-己糖苷衍生物在壺瓶碎米薺根部的表達.高硒促進木犀草素 C-sinapoyl己糖苷在壺瓶碎米薺葉片的表達，高硒會抑制單寧、五甲氧基黃酮、木犀草素 7-O-糖苷、山奈酚、矢車菊素-3-O-葡萄糖苷和5，7-二羥基-2-苯并吡喃-4-酮 5-O-己糖苷衍生物在壺瓶碎米薺葉片中的表達.這些黃酮類物質(zhì)在壺瓶碎米薺根部和葉片中的表達受到抑制或者促進，它們是通過哪些途徑或酶產(chǎn)生的影響，其中哪些合成代謝基因產(chǎn)生了影響都需要進一步研究.為了提高硒資源和硒產(chǎn)品的開發(fā)，筆者認為對富硒黃酮在酒精中的復溶性以及硒原子在黃酮上的結(jié)合位點應進一步研究.