林业科学  2013, Vol. 49 Issue (10): 149-154   PDF    
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20131023
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文章信息

刘喜梅, 李海朝
Liu Ximei, Li Haichao
2个地区祁连圆柏叶挥发油化学成分分析
Analysis of the Chemical Constituents in the Volatile Oils from Leaves of Sabina przewalskii in Two Different Regions
林业科学, 2013, 49(10): 149-154
Scientia Silvae Sinicae, 2013, 49(10): 149-154.
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20131023

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收稿日期：2012-12-10
修回日期：2013-03-28

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Liu Ximei, Li Haichao. 2013. Analysis of the Chemical Constituents in the Volatile Oils from Leaves of Sabina przewalskii in Two Different Regions. Scientia Silvae Sinicae, 49(10): 149-154.  DOI: 10.11707/j.1001-7488.20131023
2个地区祁连圆柏叶挥发油化学成分分析
刘喜梅, 李海朝    
东北林业大学材料科学与工程学院生物质材料科学与技术教育部重点实验室 哈尔滨 150040
收稿日期：2012-12-10；修回日期：2013-03-28
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目(DL11CB10)。
通讯作者：李海朝
关键词： 祁连圆柏    挥发油    水蒸气蒸馏    GC-MS    香料    
Analysis of the Chemical Constituents in the Volatile Oils from Leaves of Sabina przewalskii in Two Different Regions
Liu Ximei, Li Haichao     
Key Laboratory of Bio-Based Material Science and Technology of Ministry of Education College of Material Science and Engineering, Northeast Forestry University Harbin 150040
Abstract: With the steam distillation method, the volatile oils in leaves of Sabina przewalskii in Qilian county and Huzhu county were extracted and then their chemical constituents were analyzed by techniques of GC-MS-computer. The results showed that the major components were sesquiterpenoid and terpenol of the volatile oils. The average oil yield of the volatile oils from leaves of Sabina przewalskii in Qilian county and Huzhu county was 1.182% and 1.175%(w/w), respectively. 33 and 30 compounds were identified from the above two volatile oils, respectively. The identified relative contents of volatile oils were 94.51% and 92.59%, respectively. The main constituents of the former were α-pinene (25.83%), d-limonene (14.64%), β-phellandrene (8.98%), thujopsene (7.93%), (+)-a-muurolene (3.60%); but the main constituents in the latter were 4-methylene-1-(1-methylethyl)-bicyclo[3.1.0]hexane(14.35%),α-pinene(11.71%), d-limonene(8.62%), cedrol(7.46%), [s-(E,E)]-1-methyl-5-methylene-8-(1-methylethyl)-1,6-cyclodecadiene(7.40%), 4-methyl-1-(1-methyleth-yl)-3-cyclohexen-1-ol(5.46%), [1R-(1.alpha.,3.alpha.,4.beta.)]-4-ethenyl-.alpha.,alpha.,4-trimethyl-3-(1-methylethenyl)-cyclohex-anemethanol (4.65%), (1S-cis)-1,2,3,5,6,8a-hexahydro-4,7-dimethyl-1-(1-methylethyl)-naphthalene(4.59%), 1-methyl-4-(1-methy-lethyl)-1,4-cyclohexadiene(3.52%),caryophyllene(3.37%).The differences of compounds and GC contents between the two volatile oils extracted from leaves of Sabina przewalskii in Qilian county and Huzhu county were all distinct, but main compositions were all terpene compounds, which contains a lot of bioactive compounds with very important uses for perfume and medicine industry.
Key words: Sabina przewalskii    volatile oil    steam distillation method    GC-MS    perfume    

祁连圆柏(Sabina przewalskii)为柏科(Cupressaceae)圆柏属(Sabina)高大常绿针叶乔木，是我国特有树种，主要分布在青藏高原东北部和黄土高原的西部边缘地带，在青海除玉树州外，各天然林区均有分布，是蒙新、黄土、青藏三大高原交汇处祁连山针叶林带重要的建群种之一。该树种分布于海拔2 600～4 300 m的阳坡、半阳坡(Chen et al.，2005)，生态适应幅度宽，抗逆性强，极耐高寒、干旱和土壤贫瘠。祁连圆柏带叶的嫩枝性味苦涩，微寒，为常用中藏药，具有止血镇咳之功效(江苏新医学院，1977)，临床上主要用于治疗咳血、吐血、尿血、便血、鼻衄、崩漏及子宫出血等病症。《中国藏药》也记载了带叶和果的短枝可用于治疗肾炎、关节炎。柏科植物精油可以用作香料工业中的调香原料，还可以应用于医药(皮肤抑菌外用药等)、食品(保鲜剂和防腐剂等)、农林业(环境友好型农药，如杀虫剂和除草剂)等领域(叶舟等，2005;刘志明等，2011;Huang et al.，2004;王羽梅，2008;蒋继宏等，2006;Watanabe et al.，2011)。近年来，有关祁连圆柏种植、栽培及树轮生态学各领域的研究较多，关于祁连圆柏天然产物化学方面的研究报道甚少，但是近几年来对柏科植物挥发油的研究受到广泛关注，人们对祁连圆柏挥发油的研究也将展开。周宝石(2005)从祁连圆柏成熟果实的甲醇提取物中分离得到了4个二萜类化合物。王文蜀等(2002)从祁连圆柏的种子中分离得到一个新的结构为3α-hinokiol的二萜，该物质对人卵巢癌细胞(HO-8910)具有与长春新碱相当的抑制作用。王索安等(2010)研究发现不同浓度祁连圆柏醇提物对人胃癌细胞SGC-7901细胞增殖及侵袭性有抑制作用，并可通过诱导该细胞系凋亡发挥抗肿瘤作用。前人用特定手段提取出祁连圆柏中某一种或几种活性物质，但对祁连圆柏挥发油化学成分的研究尚未见报道。本文采用水蒸气蒸馏法提取祁连县和互助县祁连圆柏叶挥发油，然后用GC-MS进行定性分析，并比较2个不同地区挥发油成分的差异，旨在为祁连圆柏的化学成分研究及开发利用提供基础依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料与仪器

材料:祁连圆柏叶;来源:青海省祁连县和互助县;采集时间: 2012年6月;采集部位:树冠中下部叶。祁连县地处祁连山中部，互助县依傍祁连山边缘地区，取这2个地理位置和气候不同的地区为试验地点，有典型性和比较价值。

材料处理:剪取祁连圆柏叶，阴干后，粉碎过20目筛，-4～0 ℃保存备用。

试验设备:高速万能粉碎机，北京市永光明医疗仪器厂;GC-MS(Agilent 6890N-5973i)，美国Agilent公司;WZZ-1自动旋光仪，上海精科物理光学仪器厂;WYA-2S数字阿贝折射仪，郑州南北仪器设备公司;电子天平FA2004B，天津市泰斯特仪器有限公司;电热套98-1-B;挥发油提取器一套。

1.2 试验方法

精确称取试样100 g(测定其含水率为18%)置于1 000 mL的圆底烧瓶中，加入蒸馏水700 mL，浸泡1 h，蒸馏提取2 h(经过试验摸索确定较佳的蒸馏水加入量、浸泡和提取时间)，提取结束后将产品收集在具塞比色管中，此时蒸馏物中有水和挥发油，将其存放于-4～0 ℃的冰柜中，待下层水全部结成冰，快速将淡黄色透明的挥发油分离出来，称量，计算得率。分离出的纯净的挥发油仍存放于-4～0 ℃冰箱中备用。

挥发油得率(%)=挥发油的质量(g)/试样的绝干质量(g)×100%。

1.3 挥发油化学成分分析条件

色谱条件: HP-5MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);载气He，柱流量1.0 mL·min-1;进样口温度280 ℃;柱温程序:起始35 ℃(保留3 min)，以10℃·min-1升至280 ℃(保持5 min);进样1 μL，不分流模式。

质谱条件:电子轰击(EI)离子源，能量70 eV;检测器电压1.8 kV;离子源温度230 ℃;接口温度280 ℃;四极杆温度150 ℃;质量扫描范围: 2～550 amu，溶剂延迟时间3 min。

数据处理与质谱检索:利用计算机检索标准谱库NIST02，自动检索分析组分的质谱数据，并结合谱图人工解析，查对有关质谱资料，对挥发油成分进行定性，经色谱峰面积归一法计算各组分的相对质量分数，检测前进行响应因子校正。

2 结果与分析 2.1 祁连圆柏叶挥发油的物理性质及得率

祁连圆柏叶(含水率18%)经水蒸气蒸馏得到的挥发油均为淡黄色，互助县的比祁连县的略深，均具有浓郁的松柏气味，气味持久。多次试验测试结果显示，2个地区挥发油的相对密度范围在0.718～0.815，比旋光度范围为-29.65～-44.01(20 ℃下)，折光系数范围为1.4756～1.4789(20 ℃下)。祁连县和互助县2个地区挥发油平均得率分别为1.182%和1.175%(w/w)。因为在实际工作中，影响挥发油得率的因素还有材料粉碎程度、树木的海拔、树龄以及挥发油的收集方式等，所以挥发油的得率会略有偏差。

2.2 祁连圆柏叶挥发油成分类别及GC含量

通过GC-MS测定提取的2个地区的挥发油，祁连县的共分离出38个色谱峰(图 1a)，鉴定出33种化合物，占总峰面积的94.51%;互助县的共分离出39个色谱峰(图 1b)，鉴定出30种化合物，占总峰面积的92.59%。

图 1 祁连县和互助县祁连圆柏枝叶挥发油成分的总离子流色谱 Fig. 1 Gas chromatogram of compositions in the volatile oils of Sabina przewalskii’s leaves in Qilian county and Huzhu county

从表 1可以看出，祁连县祁连圆柏叶挥发油成分中有单萜类化合物13种占63.44%，倍半萜类化合物17种占29.02%，二萜类化合物1种占0.29%，烯烃酯类化合物2种占1.75%，未知化合物5种占5.49%。该挥发油中含量较高的成分有α-蒎烯(25.83%)、d-柠檬烯(14.64%)、β-水芹烯(8.98%)、罗汉柏烯(7.93%)、(+)-α-衣兰油烯(3.60%)。

表 1 祁连县和互助县祁连圆柏叶挥发油的化学成分及相对含量① Tab.1 The chemical constituents and their relative contents of the volatile oils from leaves of Sabina przewalskii in Qilian county and Huzhu county

互助县祁连圆柏叶挥发油成分中有单萜类化合物14种占52.86%，倍半萜类化合物14种占39.36%，二萜类化合物1种占0.37%，未知化合物9种占7.41%。该挥发油中含量较高的成分有4(10)-侧柏烯(14.35%)、α-蒎烯(11.71%)、d-柠檬烯(8.62 %)、雪松醇(7.46%)、(-)-香叶烯D(7.40%)、(-)-4-萜品醇(5.46%)、榄香醇(4.65%)、(+)-δ-杜松烯(4.59%)、1-甲基-4-(1-甲基乙基)-1，4-环己二烯(3.52%)、石竹烯(3.37%)。

2.3 不同地区祁连圆柏叶挥发油中的共有成分及差异成分

祁连县和互助县祁连圆柏叶挥发油的共有成分有16种，各占总峰面积的65.01 %和63.1%。从图 2中可以看出，α-蒎烯、d-柠檬烯、α，β-侧柏酮、(+)-α-衣兰油烯这4种化合物在2个地区挥发油中的含量差别较大，祁连县的明显多于互助县的。(-)-4-萜品醇、(-)-香叶烯、雪松醇、(+)-δ-杜松烯、1-甲基-4-(1-甲基乙基)-1，4-环己二烯、α-榄香醇此6种化合物在互助县的挥发油中的含量明显高于祁连县的。其余的6种化合物β-蒎烯、(+)-4-蒈烯、D2-蒈烯、d-萜品油烯、(+)-b-香茅醇、7-异丙基-1，1，4α-三甲基-1，2，3，4，4α，9，10，10α-八氢菲在2个地区挥发油中的含量非常接近。比较可见2种挥发油中GC含量差别较大的几种成分是挥发油中的主要成分。

图 2 祁连县和互助县的祁连圆柏叶中共同含有的挥发性成分 Fig. 2 The common volatile compositions in the volatile oils ofSabina przewalskii’s leaves inQilian county and Huzhu county a:α-蒎烯α-Pinene;b: d-柠檬烯d-Limonene;c: α，β-侧柏酮Thujone;d:(+)-α-衣兰油烯(+)-α-Muurolene;e:(-)-4-萜品醇3-Cyclohexen-1-ol，4-methyl-1-(1-methylethyl)-，(R)-;f:(-)-香叶烯1，6-Cyclodecadiene，1-methyl-5-methylene-8-(1-methylethyl)-，[s-(E，E)]-;g:雪松醇Cedrol;h:(+)-δ-杜松烯Naphthalene，1，2，3，5，6，8a-hexahydro-4，7-dimethyl-1-(1-methylethyl)-，(1S-cis)-;i:1-甲基-4-(1-甲基乙基)-1，4-环己二烯1，4-Cyclohexadiene，1-methyl-4-(1-methylethyl)-;j:α-榄香醇α-elemol;k:β-蒎烯. beta. -Pinene;l:(+)-4-蒈烯(+)-4-Carene;m:D2-蒈烯Bicyclo[4.1.0]hept-2-ene，3，7，7-trimethyl-;n: d-萜品油烯Cyclohexene，1-methyl-4-(1-methylethylidene)-;o:(+)-b-香茅醇6-Octen-1-ol，3，7-dimethyl-，(R)-;p:7-异丙基-1，1，4α-三甲基-1，2，3，4，4α，9，10，10α-八氢菲7-Isopropyl-1，1，4α-trimethyl-1，2，3，4，4α，9，10，10α-octahydrophenanthrene.

差异是:在祁连县祁连圆柏叶挥发油中有17种成分被检测鉴定出，但在互助县没有;同时，在互助县祁连圆柏叶挥发油中另有14种成分被检测鉴定出，但在祁连县没有。植物挥发油含量与品质取决于土壤成分，生长地区的气候条件、季节、空气和土壤的湿度，植物的收割时间及其树龄(库斯托娃，1982)。本文的试验材料采摘时间相同，树龄相近，但是材料的生境不同。祁连县位于青海省东北部，地处祁连山南麓中端，多条河流流贯境内，具有海拔高、气温低、冷季长、无霜期短等特点，属大陆性高寒山区气候，平均海拔3 169 m，年平均温度1 ℃，全县年平均蒸发量在1 248～1 450 mm之间，年降水量270～600 mm(时盛博等，2010)。而互助县位于青海省东部，湟水河和大通河流经县境，地处青藏高原，太阳辐射光能资源较丰富，属于温带大陆性气候，平均海拔2 700 m，年均气温3.4～5 ℃，年降水量400～600 mm，全县年平均蒸发量为1 235.6 mm，为年平均降水量的2.3倍，气候比较干燥，全县年平均相对湿度为64%(曹仓山等，2012)。故2个地区在气候和地理条件上的差异是构成提取的挥发油成分及含量不同的主要原因(Koukos et al.，2002;田旭平等，2012)。

2.4 与前人研究的比较

由提取手段不同，本试验未提取得到周宝石(2005)、王文蜀等(2002)通过醇提取抽提物发现活性二萜。从鉴定出的成分看，提取得到的化合物主要是一些沸点相对较低的萜类化合物，它们是许多植物精油的主要成分，来源于植物的甲戊二羟酸代谢途径(王莉等，2007)。本试验提取的挥发油中α-蒎烯的含量均相对较高，与江玉师(1989)提取的柏木叶精油的化学成分中α-蒎烯是含量最高的物质大体相符，但含量不同。在提取方法和提取部位相同的前提下，与其他圆柏挥发油进行成分比较。Adams(1999)研究发现桧烯含量最高，α-蒎烯含量次之;许伟等(2005)研究认为新疆圆柏(Sabina vulgaris)茎叶挥发油的主要成分为桧萜(42.12%)、松萜醇乙酸醋(38.18%)、反式松萜水合物(3.49%)等;田旭平等(2012)提取的新疆圆柏鲜叶挥发油主要成分为2，7-二甲基-3-辛烯-5-炔(51.88%)、α-雪松醇(12.69%)、乙酸香桧酯(4.37%)等。分析可见，同种植株由于生境不同，研究结果差异明显。本文提取的祁连圆柏叶挥发油的主要成分与前人的研究成果也有很大不同。挥发油是高等植物次级代谢的产物，次级代谢与初级代谢有着紧密的联系，并会受到环境因素的影响，所以结果有差异的原因值得深入讨论和探究。

3 结论与讨论

采用水蒸气蒸馏法提取祁连县和互助县2个地区祁连圆柏枝叶挥发油，平均得油率很相近，鉴定出的化合物分别为33种和30种，其中共同含有的成分有16种，各占总峰面积的65.01%和63.1%，各主要特征成分及含量相差明显，但均为萜烯类化合物，并且所有的萜烯化合物占挥发油总量的百分比分别为82.75%和92.59%。可见祁连圆柏枝叶富含萜类化合物，具有一定的生物活性，值得进一步探究，另外2个地区同一物种的挥发油具有明显差异的原因也有待探索。

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