高效毛细管电泳法在十字花科药用植物化学分类研究中的应用

【摘要】 　　目的研究十字花科药用植物的化学分类。方法利用高效毛细管电泳法(HPCE)分析十字花科植物中化学成分（主要是以黄酮类成分为依据）的差异。结果所研究材料不同种属间电泳图谱存在或多或少差异，可以初步判断其亲缘关系的远近。结论HPCE法可以为解决十字花科植物分类中出现的某些争议提供佐证，还可为十字花科药用植物资源开发提供科学依据。

【关键词】 高效毛细管电泳；黄酮类成分；植物化学分类；十字花科

　　Abstract：ObjectiveTo study the plant chemotaxonomy of Brassicaceae. MethodsHigh-performance capillary electrophoresis was used to analyze the chemical composition of Brassicaceae (mainly flavonoids basis). ResultsThe electrophoregrams of the studied species had more or less difference, so it could determine the relationship of different species in Brassicaceae. Conclusion By using HPCE, we can provide evidence for solving some disputes in the classification of Brassicaceae and exploitation of new medicinal resources in Brassicaceae.

　　Key words：HPCE； Flavonoids constitutes； Plant chemotaxonomy； Brassicaceae

十字花科植物包括330多个属，约3 709种［1］，各大洲除南极洲外均有分布，尤以北温带分布最多，其多样化中心为伊朗－吐兰、地中海和西北美地区。我国有102属，412种［2］，广泛分布于全国各地，以西南、西北、东北高山区及丘陵地带为多，平原及沿海地区较少［3］。

十字花科具有较高的经济价值，芸苔属和萝卜属是我国主要的蔬菜和油料作物，也可做调味品，还有许多作为药用植物的种类，比如板蓝根、大青叶的原植物菘蓝Isatis tinctoria L.，葶苈子的原植物独行菜Lepidium apetalum Willd.、播娘蒿Descurainia sophia (L.) Webb ex Prantl等，此外，广布种荠菜Capsella bursa-pastoria (L.) Medic.，带花全草及根供药用，具有清热凉血、止血、降压、利尿、消炎等功效，可根治结膜炎；广布种蔊菜Rorripa indica (L.) Hiern，有止咳、平喘、解毒之功效，主治慢性气管炎、肝炎等症，外用可治疮毒；小花糖芥Erysimum cheiranthoides Linn.全草及种子有健脾胃和消食之效等。该科植物拟南芥Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.在植物生物学的各个领域实验研究中被作为最重要的模式材料。因而该科具有重要的研究价值。

由于具辛辣气味、十字花冠、四强雄蕊、角果等独特特征，十字花科被公认为是一个自然科。但是科下分类一直以来是众多学者争论的热点和焦点，主要体现在族的划分、属的界定和种的分类位置等方面［4］。十字花科族的划分一直存有较多争议。不同学者曾将其划分为若干族，如Hayek将十字花科划分为10个族，Schulz划分为19个族，Janchen分为15个族，Takhtajan则将其分为14个族，但近来分子系统学研究结果认为这些划分都存在问题。比如将原本亲缘关系较远的划在同一族中，如独行菜属与荠属；而将亲缘关系很近的划在不同族中，如葶苈属与南芥属。

在十字花科的属间划分上也同样存在很多争议，比如盐生模式植物盐芥所在的盐芥属，有些学者支持该属的成立，有些学者认为应将其并入拟南芥属，还有些学者认为应将其并入大蒜芥属。此外拟南芥属的分类也一度十分混乱，曾有多达50种的植物被放入该属中。经过近年来一系列的分类修订研究, 拟南芥属仅包括9个种［5～7］。我国拟南芥属植物1种2亚种［2］。

　　迄今为止十字花科植物中仍有许多分类问题未能得到很好的解决，因此关于十字花科植物的系统分类研究仍需不断全面深入。本研究首次利用高效毛细管电泳技术(HPCE)分析十字花科部分药用植物中化学成分（主要以黄酮类为依据）的差异来初步研究各种属亲缘关系的远近，为十字花科的系统分类及药用植物资源开发提供依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 仪器及试剂高效毛细管电泳仪（美国BECKMAN公司，型号：P/ACE System MDQ）、超声清洗器、研钵、漏斗、容量瓶、滤头、甲醇、硼砂等。

　　1.2 材料实验材料为12种十字花科药用植物（多为模式种），隶属6族，10属，经山东师范大学李法曾教授鉴定，标本存放于山东师范大学生命科学院植物标本室(SDNU)。见表1。表1 实验材料来源（略）

　　1.3 方法

　　1.3.1 预处理采集新鲜植物，自然晾干，将干燥植物材料全株剪碎，研磨，过筛，备用。

　　1.3.2 供试液制备取植物粉末2.0 g，加甲醇20 ml，超声提取1 h，离心10 min，然后用滤纸过滤，滤液再用0.45 μm的滤头过滤，浓缩定容于5 ml容量瓶中，备用。

　　1.3.3 HPCE分析

　　以含体积分数为15%甲醇的10 mmol/ L 磷酸二氢钠-20 mmol / L 硼砂溶液（pH8.89）为电泳缓冲液，毛细管柱［57 cm（有效长度为50 cm）× 75μm i.d.，美国］，于25 ℃，20 kV 恒压下进行电泳分离，在245 nm 波长处检测。毛细管柱使用前用0.10 mol/L 的NaOH、水和电泳缓冲液分别冲洗3 min，2 min 和2 min。每次电泳后，用电泳缓冲液冲洗毛细管柱2 min。2 结果

12种药用植物的高效毛细管电泳图谱见图1～12。

从高效毛细管电泳图谱可以看出，所研究的12种十字花科植物在特征峰出现的时间、位置、峰形等方面存在着或多或少的差异，可以彼此区别开来，同时可以初步反映它们之间的亲缘关系。据图谱分析，拟南芥与叶芽拟南芥、琴叶拟南芥具有相似的特征峰，表明三者所含主要化学成分具有一致性，拟南芥属目前包括9个种，我国1种2亚种［2］，叶芽拟南芥和琴叶拟南芥在《中国植物志》第33卷［3］中，被放在南芥属，在《Flora of China》Vol.8［2］中移入拟南芥属中，从本实验研究结果看，我国分布的拟南芥属植物是一个单系，高效毛细管电泳指纹图谱很好的证明了这一点，所以支持《Flora of China》Vol. 8 中关于拟南芥属的处理。而盐芥属的模式植物盐芥的指纹图谱与拟南芥属的3种植物的图谱具有明显的差异，同时与大蒜芥属的无毛大蒜芥也具有不同之处，因此本研究认为盐芥既不位于拟南芥属中，也不位于大蒜芥属，支持盐芥属的成立，但相比而言，其系统位置与大蒜芥属要更近一些。

小花糖芥是糖芥属的模式种， Latowski等［8］曾建议将糖芥属与大蒜芥属放入同一族中，但本研究发现，小花糖芥的毛细管电泳图谱与无毛大蒜芥差异明显，但与拟南芥属等三种具有一定的相似性，因此本研究不支持糖芥属与大蒜芥属具有较近的关系，似乎与拟南芥属具有更近的亲缘关系，该推测与近来的分子系统学研究结果相吻合［1］。

芥菜为芸苔属植物，图谱分析发现其所含化学成分较复杂。此外从图谱中发现，隶属独行菜族的荠属与独行菜属、鸟头荠族的鸟头荠属与舟果荠属植物化学成分差异明显，表明彼此之间具有较远的亲缘关系。

　　3 小结

从本实验结果可以看出，高效毛细管电泳技术在确定十字花科植物的亲缘关系远近上还是起到一定佐证作用的，尽管目前仅从图谱上来判断植物的亲缘关系的远近难免有误差，但亦可看出拟南芥属几种植物的化学成分非常相似，所以通过进一步的统计学处理，本项研究一定会为解决十字花科系统分类上一直存在的某些分歧提供新的证据，同时为利用药用植物亲缘学研究开发十字花科药用植物新资源提供可靠依据。

【参考文献】
　　［1］Al-Shehbaz I A, Beilstein M A, Kellogg E A. Systematics and phylogeny of the Brassicaceae (Cruciferae): an overview［J］.Plant Systematics and Evolution (Special Volume) , 2006: 89.

　　［2］Zhou Taiyan, Lu Lianli, Yang Guang,Al-Shehbaz. Ihsan A. Brassicaceae［A］.In :Wu Z Y, Raven P H eds. Flora of China Vol 8 ［M］.Beijing: Science Press; St. Louis: the Missouri Botanical Garden Press, 2001.

　　［3］周太炎, 郭荣麟, 蓝永珍, 等. 中国植物志，第33卷［M］.北京：科学出版社，1987：1.

　　［4］张学杰, 樊守金, 孙稚颖, 等. 中国十字花科植物系统分类研究进展［J］.武汉植物学研究, 2003, 21（3）：267.

　　［5］Al-Shehbaz I A, O' Kane S L. Generic placement of species excluded from Arabidopsis. Novon, 1999, 9: 296.

　　［6］Al-Shehbaz I A, O' Kane S L. Taxonomy and Phylogeny of Arabidopsis (Brassicaceae)［J］.The Arabidopsis Book, American Society of Plant Biologists, Rockville, Maryland , 2002.

　　［7］O'Kane, Steve L and Al-Shehbaz Ihsan A. Phylogenetic position and generic limits of Arabidopsis (Brassicaceae) based on nuclear ribosomal DNA［J］.Annals of the Missouri Botanical Garden, 2003, 90: 603.

　　［8］Al-Shehbaz I A. The Tribes of Cruciferae(Brassicaceae) in the Southeastern United States［J］.Journal of the Arnold Arboretum , 1984, 65: 343.