中國特有植物地涌金蓮的化學(xué)成分及應(yīng)用價值研究進(jìn)展

2023-03-10 13:33:04李丕睿馮博雅趙萬里

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2023年3期

唐靚，李丕睿，馮博雅，趙萬里，陳雨*

(1.南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，江蘇南京 210037；2.江蘇省中國科學(xué)院植物研究所(南京中山植物園)江蘇省中藥材生態(tài)種植與高值化利用工程研究中心，江蘇南京 210014)

地涌金蓮[Musellalasiocarpa(Fr.)C.Y.Wu ex H.W.Li]是芭蕉科(Musaceae)地涌金蓮屬大型叢生草本植物，是地涌金蓮屬植物唯一成員，別名地涌蓮、千葉佛蓮、矮芭蕉等[1]。地涌金蓮原產(chǎn)我國云南和四川等西南地區(qū)，是我國特有植物，現(xiàn)已馴化成為熱帶和亞熱帶花卉。其花除具有觀賞價值外，還可入藥，具有收斂止血作用，民間用于治療白帶、紅崩及大腸下血；莖汁可用于解酒及草烏中毒[2]。此外，地涌金蓮的假莖可作飼料，具有飼用價值[3]；其根系發(fā)達(dá)，可涵養(yǎng)水分，防止水土流失，具有生態(tài)價值[4]，可見地涌金蓮有著廣闊的開發(fā)利用前景。

前期，對地涌金蓮的研究多側(cè)重于種群遺傳多樣性[5-7]、組培快繁技術(shù)[8-11]、園藝觀賞價值[12]、引種栽培技術(shù)[13]以及保護(hù)生物學(xué)[14]等方面。近年來，地涌金蓮的化學(xué)成分及其藥理活性也逐漸受到關(guān)注。已有研究表明，該植物主要含二芳基庚烷類、phenylphenalenone類、甾醇類和長鏈脂肪類等化學(xué)成分，其中phenylphenalenone類化合物是香蕉的植保素?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，地涌金蓮化學(xué)成分具有抗氧化、抗菌和抗腫瘤等藥理活性。為進(jìn)一步深入挖掘其資源價值，該研究從生物學(xué)特征、地理分布、化學(xué)成分、藥用價值和觀賞價值等方面，對地涌金蓮的研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，并提出了開發(fā)利用展望，以期為地涌金蓮的資源保護(hù)和合理開發(fā)利用提供參考。

1 生物學(xué)特征

地涌金蓮植株較矮小，地上部分的葉鞘層層包圍重疊，螺旋狀排列，稱為假莖，假莖粗壯，高約1.0～1.5 m；葉片呈濃綠色，形似芭蕉葉；最具觀賞性的苞片一般為金黃色，極少數(shù)為橙紅色[15]。地涌金蓮因其先花后葉，于早春開花時忽從地下涌冒而出，悄然綻放，故謂之“地涌金蓮”。地涌金蓮為雌雄同株植物，雌、雄花著生于同一花序上，花序下部的花為兩性花或雌花，每苞片內(nèi)一般有3朵花，少數(shù)為2～4朵花，極少數(shù)只有1朵花；上部的花為雄花，每苞片內(nèi)一般有4朵花，少數(shù)為2～3或5～6朵花，極少數(shù)只有1朵花[15]。它的花期長達(dá)8～10個月，開花后假莖逐漸枯萎而死。所結(jié)果實為漿果，三棱狀卵形，外被黑褐色硬毛，內(nèi)具多粒扁球形種子，種子顏色多為褐色或黑褐色[16]。

2 地理分布

野生地涌金蓮現(xiàn)主要分布于云南省西北部和中部以及四川省南部金沙江流域，生長在海拔1 600～2 200 m的懸崖峭壁[17]。2019年Ma等[17]報道了地涌金蓮的生長起源，在中國西南地區(qū)的懸崖生境中發(fā)現(xiàn)了9個野生地涌金蓮種群。通過對3個葉綠體DNA片段(psbA-trnH、trnL-F和rpl16)進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，揭示了目前野生地涌金蓮種群的分布格局及其傳播途徑的影響因素，推斷地涌金蓮野生種群的起源在金沙江的麗江一帶，靠近延邊、攀枝花。造成這種情況的原因可能與青藏高原的隆起、橫斷山的造山運動以及古地中海的西退有關(guān)。古紅河的改道和河流對其支流的截流是導(dǎo)致地涌金蓮野生種群生境破碎化的主要因素。

3 地涌金蓮化學(xué)成分

地涌金蓮的化學(xué)成分含有二芳基庚酮類、脂肪類、甾醇類以及其他化合物，主要活性成分為二芳基庚酮類化合物。

3.1 二芳基庚酮類地涌金蓮中二芳基庚酮類化合物主要包括：phenylphenalenone類、acenaphthone類、musellarines類以及線性二芳基庚烷類化合物。該植物中二芳基庚酮類化合物結(jié)構(gòu)類型豐富，是研究二芳基庚烷類成分之間生源關(guān)系的理想植物對象。

3.1.1Phenylphenalenones類。苯基非那烯酮(phenylphenalenones)類化合物是一類源自苯丙氨酸合成途徑的稠環(huán)二芳基庚烷類天然產(chǎn)物，目前僅發(fā)現(xiàn)于單子葉植物綱芭蕉科(Musaceae)、血皮草科(Haemodoraceae)、旅人蕉科(Strelitziaceae)和雨久花科(Pontederiaceae)植物中[18]。該類化合物是一種酚類代謝物，由一個含酮基團(tuán)的三環(huán)非那烯酮和一個側(cè)苯環(huán)組成。根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)差異，又可分為四大類：phenylphenalenones(PhPN)、oxabenzochrysenones(OBCN)、phenylbenzoisochromenones(PBIC)和phenylbenzoisoquinolinediones(PBIQ)[19]。它們之間的生源關(guān)系如圖1所示，是由苯丙氨酸和甲酸合成二芳基庚烷中間體，二芳基庚烷發(fā)生[4+2]環(huán)化形成PhPN母核，PhPN進(jìn)一步氧化可形成OBCN、PBIC和PBIQ類化合物。目前，從地涌金蓮植物中得到的phenylphenalenones類化合物均為PhPN類化合物。

圖1 PhPN、OBCN、PBIC和PBIQ的生源關(guān)系Fig.1 Biosynthetic relationships of PhPN，OBCN，PBIC，and PBIQ

2001年，楊維力等[20]從地涌金蓮全草中首次分離和鑒定出4個PhPN類化合物，分別是2-hydroxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(1)、2-methoxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(2)、2-hydroxy-9-phenyl-phenalen-1-one(3)、2-methoxy-9-phenyl-phenalen-1-one(4)。2006年，Qin等[21]從地涌金蓮的地上部分分離得到了2-methoxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(2)。2011年，Dong等[22]從地涌金蓮植物中首次分離得到2個新的phenylphenalenone類化合物2-methoxy-9-(3′，4′-dihydroxyphenyl)-1H-phenalen-1-one(6)和2-methoxy-9-(3′-methoxy-4′-hydroxyphenyl)-1H-phenalen-1-one(7)。

3.1.2acenaphthone類。Dong等[22]從地涌金蓮的地上部分分離出了acenaphthone類化合物，這是從地涌金蓮植物中獲得的新的acenaphtylene衍生物(10)。

3.1.3musellarins類。Dong等[22]從地涌金蓮的地上部分還分離出了5個雙環(huán)二芳基庚烷類化合物(11～15)。2014年，Li等[23]通過Achmatowicz 重排、Kishi 還原和 Friedel-Crafts 環(huán)化反應(yīng)構(gòu)建三環(huán)骨架，在合成的最后階段中芳基重氮鹽經(jīng) Heck 偶聯(lián)反應(yīng)將芳基以 2，6-反式方式引入二氫吡喃等關(guān)鍵合成步驟用 15～16 步反應(yīng)實現(xiàn)了musellarin A～C(11～13)的非對映選擇性全合成。2015年，付蕾等[24]還從青龍衣抗腫瘤活性部位分離得到環(huán)狀二芳基庚烷類化合物楓楊素，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了其首次全合成，作者將目標(biāo)化合物拆分成Ar1-C4和Ar2-C32個片段，先通過羥醛縮合反應(yīng)構(gòu)建C7骨架，然后氫化還原，再經(jīng)過威廉森合成法合成環(huán)二苯醚，最后在酸性條件下脫保護(hù)得到目標(biāo)化合物。目前，從地涌金蓮植物中分離得到的二芳基庚酮類化合物共17個(1～17)(圖2)，具體化合物名稱如表1所示。

3.2 脂肪類從地涌金蓮分離和鑒定出的化合物中，除二芳基庚酮類化合物以外，還包括脂肪類化合物(18～36)，它們大多為長鏈飽和脂肪酸，如硬脂酸[25]、二十二、二十四、二十六、二十八、三十碳酸等長鏈飽和脂肪酸[20]，少數(shù)為不飽和脂肪酸[26]以及烷烴類化合物[21，25]，2021年，Li等[26]通過GC-MS分析技術(shù)，從地涌金蓮乙酸乙酯部分中鑒定出了一些脂肪類化合物，如圖3、表2所示。

3.3 甾醇類地涌金蓮的化學(xué)成分中，除了phenylphenalenone類、脂肪類化合物以外，還包括植物甾醇[20，25]和糖苷[20-21，25](37～41)，如圖4、表3所示。

3.4 其他化合物地涌金蓮的化學(xué)成分除了上述主要成分以外，還含有黃酮類、苯丙素類、含氮化合物[18]以及酚酸[23]等化合物(42～55)。2006年Qin等[21]從地涌金蓮的地上部分首次分離出一個新的內(nèi)酯化合物并取名musellactone(49)。2021年Li等[23]采用不同極性溶劑制備地涌金蓮不同極性的粗提物，根據(jù)對其進(jìn)行抗氧化性能和酶抑制活性試驗的結(jié)果，選擇化學(xué)成分含量和生物活性較高的乙酸乙酯部位進(jìn)行HPLC-MS/MS分析，從中分離得到多個黃酮類化合物，如圖5、表4所示。

圖2 二芳基庚酮類化合物(1～17)結(jié)構(gòu)式Fig.2 Structures of diaryl heptanones(1-17)

表1 從地涌金蓮中分離鑒定的二芳基庚酮類化合物(1～17)Table 1 Identified diaryl heptanones(1-17)from Musella lasiocarpa

圖3 脂肪類化合物(18～36)結(jié)構(gòu)式Fig.3 Structures of fats(18-36)

4 地涌金蓮應(yīng)用價值

4.1 藥用價值

4.1.1止血、消炎。夏季時采集地涌金蓮的花瓣，曬干入藥，可收斂止血，亦能治療白帶、紅崩以及大腸下血。地涌金蓮不僅花瓣可以止血固脫，其莖的汁液也具有多種藥效。如治療慢性氣管炎、止咳、祛痰和平喘等，也可內(nèi)服用于醒酒以及解草烏之毒[2]。此外，研究表明地涌金蓮的化學(xué)成分有利尿作用，對降低膽固醇、治療高血脂和抗動脈粥樣硬化也具有顯著療效，還有研究發(fā)現(xiàn)其可治療宮頸癌和皮膚潰瘍[27]。

表2 從地涌金蓮中分離鑒定的長鏈脂肪酸類化合物(18～36)Table 2 Identified long chain fatty acids(18-36)from Musella lasiocarpa

圖4 甾醇類化合物(37～41)結(jié)構(gòu)式Fig.4 Structures of sterols(37-41)

表3 從地涌金蓮中分離鑒定的甾醇類化合物(37～41)Table 3 Identified sterols(37-41)from Musella lasiocarpa

4.1.2抗菌作用。2001年，楊維力等[20]以大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、蠟狀芽孢桿菌、白色假絲酵母和黑曲霉作指示菌進(jìn)行了抗菌活性測試，結(jié)果表明：2-hydroxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(1)對蠟狀芽孢桿菌的生長具有抑制作用。2006年，Qin等[21]采用平板稀釋法測定化合物 musellactone(49)和2-methoxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(2)在0.2 mg/mL濃度下對大腸桿菌、銅綠假單胞菌、大芽孢桿菌、藤黃八疊球菌和枯草芽孢桿菌的抑菌活性，結(jié)果表明：化合物musellactone(49)和2-methoxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(2)對藤黃八疊球菌都有抑制作用，musellactone(49)對芽孢桿菌有抑制作用，而2-methoxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(2)對大腸桿菌有一定的抑制作用。

4.1.3抗腫瘤作用。2006年Qin等[21]還測定了化合物 6，7-isoquinolinediol，1，2，3，4-tetrahydro-1，2-dimethyl(52)對KB(人口腔表皮癌)、HL-60(急性白血病)和 BEL-7404(肝細(xì)胞癌)3種人類癌細(xì)胞的抑制作用，當(dāng)IC50值低于10 μg/mL時，可判斷該化合物對3種人類癌細(xì)胞有抑制作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)化合物52對KB的IC50值為5.2 μg/mL，對HL-60的IC50值為1.9 μg/mL，對BEL-7404的IC50值為8～10 μg/mL，說明化合物52對這3種人類癌細(xì)胞均有抑制作用。

2011年Dong等[22]采用MTT法對5種人類腫瘤細(xì)胞系(HL-60、SMMC-7721、A-549、MCF-7和SW480)進(jìn)行細(xì)胞毒活性評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2-hydroxy-9-(4′-hydroxyphenyl)-phenalen-1-one(1)、2-hydroxy-9-(3′，4′-dihydroxyphenyl)-1H-phenalen-1-one(5)、2-methoxy-9-(3′-methoxy-4′-hydroxyphenyl)-1H-phenalen-1-one(7)、2-hydroxy-4-(4′-methoxyphenyl)-1H-phenalen-1-one(9)、musellarin B(12)和(4E，6E)-1，7-bis(4-hydroxyphenyl)-hepta-4，6-dien-3-one(16)這6個化合物具有細(xì)胞毒活性，其中新化合物2-methoxy-9-(3′，4′-dihydroxyphenyl)-1H-phenalen-1-one(6)對5種人類腫瘤細(xì)胞系的細(xì)胞毒活性最強(qiáng)，IC50值分別為5.8、10.3、6.3、3.3和2.3 μmol/L。musellarin A(11)對Hepa1c1c7細(xì)胞具有顯著的醌還原酶活性，而mesellarin C～E(13～15)的生物活性尚未報道[23]。在地涌金蓮植株中，除了PhPN類化合物具有抗腫瘤活性，脂肪酸也具有多種生物活性，例如超過70%的不飽和脂肪酸對癌癥和降低冠心病具有一定的作用[28]。

4.1.4抗氧化。2021年Li等[26]采用不同極性溶劑對地涌金蓮進(jìn)行萃取，得到不同極性組分(石油醚、乙酸乙酯、正丁醇和水部位)以及甲醇粗提物，對其進(jìn)行總抗氧化能力測試，α-葡萄糖苷酶、乙酰膽堿酯酶和黃嘌呤氧化酶抑制活性測試，并利用HPLC-MS/MS和GC-MS技術(shù)對生物活性最好的部位進(jìn)行了分析和鑒定，結(jié)果表明：在所有組分中，乙酸乙酯部位表現(xiàn)出最強(qiáng)的DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力和α-葡萄糖苷酶抑制能力，IC50值分別為22.17、12.10和125.66 μg/mL，對于乙酰膽堿酯酶和黃嘌呤氧化酶抑制能力，水部位和甲醇粗提物分別表現(xiàn)出最強(qiáng)的活性，IC50值分別為(10.11±1.38)和(5.23±0.35)μg/mL，表明地涌金蓮可視為一種優(yōu)秀的天然抗氧化劑來源。2021年劉曉雪等[29]以地涌金蓮汁為原料，采用ABTS法和DPPH法分析不同濃度地涌金蓮的抗氧化活性，并在Hep-G2細(xì)胞水平上建立乙醇和四氯化碳氧化損傷模型，分析其發(fā)酵液的抗氧化活性以及對細(xì)胞受損模型的保護(hù)作用，結(jié)果表明：地涌金蓮發(fā)酵液對ABTS和DPPH自由基皆有一定的清除能力，能在一定程度上減少乙醇和四氯化碳對Hep-G2細(xì)胞的氧化損傷作用，表明地涌金蓮具有一定的保健食品價值。研究報道，化合物catechin(53)具有一定的α-葡萄糖苷酶抑制活性和自由基清除能力[30]。

4.2 植保素PhPN類化合物是地涌金蓮的主要活性成分之一，該類化合物具有多種生物活性，比如抗菌活性和抗腫瘤活性。從目前報道中了解，芭蕉科芭蕉屬植物主要化學(xué)成分為酚性成分且也主要是PhPN類化合物[31]，芭蕉屬植物芭蕉與地涌金蓮植株有著相同的藥理作用，作為民間草藥，全株均可入藥，有清熱解毒、止咳化痰以及利尿等功效[32]。此外，作為香蕉和野生香蕉自身產(chǎn)生的防御性成分，PhPN類化合物在抵御病原微生物(香蕉葉斑病菌、香蕉枯萎病菌)[33]，線蟲(香蕉穿孔線蟲)[34]、害蟲(香蕉象鼻蟲、香蕉蚜蟲)[35]侵襲時發(fā)揮了重要作用，是香蕉重要的誘導(dǎo)型植保素(phytoalexin)和組成型植保素(phytoanticipin)[36]。香蕉是芭蕉科芭蕉屬植物，也是我國南方重要的經(jīng)濟(jì)作物之一。因此，對該類化合物的研究不僅有利于地涌金蓮植物資源的保護(hù)和利用，對香蕉的抗病性育種也有一定價值。

4.3 食用價值地涌金蓮是彝族人民的傳統(tǒng)美食，夏天，彝族人取其鮮嫩的假莖，去除葉鞘，取最中心的部位，當(dāng)?shù)厝朔Q之為“芭蕉心”，與肉絲或肉片爆炒，或者與牛羊肉等燉煮熬成湯，做成一道美味的菜肴；地涌金蓮的假莖部位富含粗纖維，食之可幫助人們消化、通便，同時還具有減脂、美容等功效。冬季地涌金蓮處于盛花期，可采集其花做湯或涼拌做成涼菜等[37]，此外，地涌金蓮的花瓣還可做蜜餞，味道十分美味。地涌金蓮不僅可以用來做成美味佳肴，也是云南地區(qū)十分重要的飼料植物。云南彝族自治州的人們將地涌金蓮栽至房前屋后，取其全株用作豬飼料，發(fā)現(xiàn)以地涌金蓮飼養(yǎng)的牲口生長快且肉質(zhì)肥美[3，38]。

圖5 其他化合物(42～55)結(jié)構(gòu)式Fig.5 Structures of other compounds(42-55)

表4 從地涌金蓮中分離鑒定的其他類型化合物(42～55)Table 4 Identified other compounds(42-55)from Musella lasiocarpa

4.4 觀賞價值我國幅員遼闊，擁有得天獨厚的氣候條件，野生花卉種類繁多，享有“花卉之國”之稱。地涌金蓮的花一般為黃色，極少數(shù)為橙紅色，苞片鮮艷有光澤，花期較長，能保持很長時間不枯萎，綻放期宛如一朵盛開的蓮花，景觀奇美，具有很高的觀賞價值[39-40]。

4.5 生態(tài)價值地涌金蓮是云南地區(qū)綜合治理水土保持措施中的首選植物，其易種植、易管理、成本低且一次種植，可永續(xù)利用，能與多數(shù)植物共生，是生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的主要植物品種。地涌金蓮是多年生草本植物，叢狀生長，且株繁葉大，對地面覆蓋廣，因此具有很高的防風(fēng)固土、涵養(yǎng)水分、防止水土流失的作用以及保護(hù)和促進(jìn)農(nóng)業(yè)生物多樣性[4，41]。

5 展望

綜上所述，地涌金蓮中含有二芳基庚酮類、脂肪酸類、酯類、甾醇類等多種化合物，具有止血、消炎、抗菌、抗腫瘤等活性，可用于治療高血脂、宮頸癌和皮膚潰瘍等病癥。但是目前對地涌金蓮全草或地上部分的研究報道相對較多，對其花、果皮、種子等部位的化學(xué)成分研究報道較少，且對其活性成分和藥理作用的報道也較少，需要重視地涌金蓮中天然產(chǎn)物的提取分離、純化和鑒定工作，明確其各個部位的活性成分和各自功效。同時，對于其具有抗腫瘤功效的成分，應(yīng)進(jìn)一步展開深入研究，探索其作用靶點和作用機(jī)制。

作為我國特有的草本植物，地涌金蓮具有其獨特的分類地位，在芭蕉科的系統(tǒng)進(jìn)化研究中具有很高的科研價值。近年來對地涌金蓮的研究主要圍繞其種群遺傳多樣性、快速繁殖技術(shù)、藥用化學(xué)成分分析、自然分布以及栽培種植技術(shù)和園林觀賞利用等方面，可供參考的解析地涌金蓮系統(tǒng)進(jìn)化研究的文獻(xiàn)資料還不夠充足。此外，研究表明地涌金蓮的phenylphenalenones類化學(xué)成分是其近緣種屬植物香蕉和野生香蕉的植保素，用于應(yīng)對病原攻擊或脅迫。因此，地涌金蓮此類化學(xué)成分的深入研究將對香蕉的抗病性育種有積極的參考意義。