俄羅斯黃花草木樨次生代謝產(chǎn)物開發(fā)利用研究

摘要：為達(dá)到對(duì)斯列金1號(hào)黃花草木樨（Melilotus officinalis）綜合開發(fā)利用的目的，對(duì)其進(jìn)行了較系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明，在黃花草木樨的根、莖、葉、子各部位含有不等量的黃酮、皂苷、多糖、多酚、生物堿及香豆素等次生代謝產(chǎn)物，它們具有阻抗性、調(diào)節(jié)性和防治疾病等生理功能，可作為生產(chǎn)醫(yī)藥保健、食品、化工等產(chǎn)品的貴重原料，還可制作畜禽飼料的營(yíng)養(yǎng)保健添加劑。因此，黃花草木樨中的次生代謝產(chǎn)物頗具開發(fā)利用前景。

關(guān)鍵詞：黃花草木樨（Melilotus officinalis）；次生代謝產(chǎn)物；開發(fā)利用

中圖分類號(hào)：Q946.8；S816 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439—8114（2012）19—4308—05

1 概述

1.1 斯列金1號(hào)黃花草木樨的引進(jìn)

斯列金1號(hào)黃花草木樨（Melilotus officinalis）是我們自俄羅斯西伯利亞地區(qū)引進(jìn)的豆科牧草優(yōu)良品種。它由阿穆爾州的野生黃花草木樨經(jīng)赤塔州育種站自然授粉培育而成。據(jù)俄羅斯布里亞特聯(lián)邦共和國(guó)農(nóng)業(yè)部種子公司介紹，其特點(diǎn)是生命力強(qiáng)，繁殖率高，適合于在較惡劣的氣候、土壤環(huán)境中生長(zhǎng)，具有抗嚴(yán)寒、抗風(fēng)沙、抗鹽堿、抗干旱、固氮、肥田等多種功能。通過(guò)它改良的土壤，不施或少施肥料種莊稼可獲得較好的收成?？梢陨a(chǎn)富含蛋白質(zhì)的牧草飼料，發(fā)展畜牧業(yè)。此外，還可以從中提取蛋白質(zhì)作為食品添加劑。

自1999年從俄羅斯引進(jìn)斯列金1號(hào)黃花草木樨后，在松嫩平原西南部曾開展過(guò)多批次試驗(yàn)均獲得成功，其各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于在西伯利亞地區(qū)的種植結(jié)果[1]。目前，本研究組正在開展黃花草木樨的綜合利用研究，其重點(diǎn)內(nèi)容之一是對(duì)牧草次生代謝產(chǎn)物的生理活性物質(zhì)進(jìn)行開發(fā)利用，這是一項(xiàng)新的探索。

1.2 植物次生代謝產(chǎn)物的概念

經(jīng)本研究組試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在黃花草木樨的根、莖、葉、子中都含有不同量的蛋白質(zhì)、氨基酸及不飽和脂肪酸，在葉片和種子中其含量較大，頗具開發(fā)利用價(jià)值。而且還發(fā)現(xiàn)在黃花草木樨株體中含有多種次生代謝產(chǎn)物，如黃酮、皂苷、多酚、多糖、生物堿與香豆素等。

植物次生代謝產(chǎn)物（Secondary metabolites）是指植物體在生命過(guò)程中，在一系列相關(guān)酶的作用下，以初生代謝產(chǎn)物糖、脂及蛋白質(zhì)類物質(zhì)為底物，產(chǎn)生的并非生長(zhǎng)發(fā)育所必需的小分子有機(jī)化合物，其生產(chǎn)和分布通常有種類、器官、組織和生長(zhǎng)發(fā)育期的特異性。這是1891年Kossel給出的定義[2]。盡管關(guān)于植物次生代謝產(chǎn)物概念的提出已有百余年的歷史，但是對(duì)于它們的研發(fā)仍處于初步階段。鑒于植物次生代謝產(chǎn)物具有多方面的生物活性，有重要的研發(fā)和利用價(jià)值，它們已成為植物化學(xué)、中草藥學(xué)和食品科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，研究者們還開展了微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物的研究，它們已成為新農(nóng)藥、新醫(yī)藥的主要來(lái)源[3，4]。

2 牧草次生代謝產(chǎn)物的種類及檢測(cè)

2.1 次生代謝產(chǎn)物的種類與特征

本研究涉及皂苷、生物堿、多酚、多糖、黃酮和香豆素等主要次生代謝產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)、特征分述如下。

2.1.1 皂苷的結(jié)構(gòu)與特征 皂苷是苷類的一種，為分子較大的一種有機(jī)化合物。皂苷又稱配糖體，是由糖或醛的衍生物的半縮醛羥基以縮醛鍵（苷鍵）脫水縮合而成的環(huán)狀縮醛衍生物。因其水溶液振搖后成膠體溶液，并具有持久的、類似肥皂溶液的泡沫，故稱皂苷。根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為三萜皂苷和甾體皂苷兩大類。由于化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其生物活性表現(xiàn)出差異。

2.1.2 生物堿的結(jié)構(gòu)與特征 生物堿的化學(xué)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，為氨基酸類化合物的衍生物，已分離出的堿有N—丙二酸單?；彼帷⒏咚K堿和水蘇堿[5]。

2.1.3 多酚的結(jié)構(gòu)與特征 多酚又稱單寧，是一類多元酚化合物。多酚廣泛存在于農(nóng)作物中，如高粱、油菜子和棉子等，它們是植物進(jìn)化過(guò)程中所形成的次生代謝產(chǎn)物，具有抗蟲、抗真菌、抗細(xì)菌的功效，對(duì)植物有保護(hù)作用。

2.1.4 多糖的結(jié)構(gòu)與特征 多糖是一種具有廣泛生物活性的大分子化合物，它不僅是生物的營(yíng)養(yǎng)成分，而且還參與機(jī)體生命過(guò)程中細(xì)胞的各種活動(dòng)。根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量和分子間氫鍵的不同，多糖可形成I—IV級(jí)結(jié)構(gòu)。在自然界中多糖可分為離子型多糖和非離子型多糖，根據(jù)其組成單糖的種類，又可分為聚多糖和雜多糖兩大類。多糖的結(jié)構(gòu)特征與生物活性有關(guān)。

2.1.5 黃酮的結(jié)構(gòu)與特征 黃酮類化合物是以黃酮（2—苯基色原酮）為母核而衍生的一類黃色色素，是以C6—C3—C6為基本碳架的一系列化合物，即二氫黃酮、異黃酮、二氫異黃酮，黃酮多以雙糖普、三糖普及雙糖鏈苷等形式存在于植物體內(nèi)。黃酮具有許多重要的生物活性，可廣為利用。

2.1.6 香豆素（conmaum） 又稱作鄰羥基桂皮酸內(nèi)酯，具有芳香味。它是一類含有1個(gè)或幾個(gè)C6—C3單位的植物成分，可分為香豆素和苯丙酸兩類。香豆素對(duì)生物具有獨(dú)特的生理活性。對(duì)植物而言則有雙重活性，低濃度時(shí)是一種生物激素，高濃度時(shí)卻能抑制生物生長(zhǎng)。

2.2 次生代謝產(chǎn)物的檢測(cè)

我們對(duì)黃花草木樨的根、莖、葉、子中的皂苷、生物堿、多酚、多糖、黃酮和香豆素等次生代謝產(chǎn)物進(jìn)行了系列、平行檢測(cè)。皂苷及生物堿檢測(cè)采用重量法，香豆素采用高效液相色譜儀（HPLC）進(jìn)行檢測(cè)，多酚檢測(cè)采用福林試劑比色法，多糖檢測(cè)采用蒽銅—硫酸比色法，黃酮檢測(cè)采用亞硝酸鈉—硝酸鋁—?dú)溲趸c比色法。

2.3 檢測(cè)結(jié)果分析

由表1可見，黃花草木樨株體的各部分都含有不等量的次生代謝產(chǎn)物，與紫花苜蓿類似，就在全株所占的比例而言，皂苷、生物堿所占比例較高，分別達(dá)到5.190 9%和3.170 0%；而多糖和黃酮所占比例較低，分別為0.833 6%和0.051 28%。就植株部位而言，多糖在葉中含量較低，而其他的次生代謝產(chǎn)物均在葉片中含量最多。但有的代謝產(chǎn)物在株體中分布相對(duì)均一，使得各部位都有利用價(jià)值。如皂苷除在種子中含量相對(duì)偏低外，其在葉、根、莖中均有利用價(jià)值；生物堿除在根部含量偏低外，在其他部位也均有利用價(jià)值；多酚在根、莖、葉中的含量較高；多糖在根、子中的含量較高，有開發(fā)利用價(jià)值；對(duì)于香豆素而言，其在葉、子中的含量較高，可以作為單體化合物提取利用。

2.4 斯列金1號(hào)黃花草木樨營(yíng)養(yǎng)成分的檢測(cè)與分析

首次將斯列金1號(hào)黃花草木樨和紫花苜蓿葉、莖、根的營(yíng)養(yǎng)成分、礦物元素含量進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)（表2），結(jié)果發(fā)現(xiàn)2種牧草營(yíng)養(yǎng)成分的含量大體相似，相互間有些波動(dòng)。某些成分如B、Se、T—N、T—P、粗蛋白等呈現(xiàn)出前者高于后者的趨勢(shì)。表2中數(shù)據(jù)可供綜合利用黃花草木樨時(shí)參考。

3 次生代謝產(chǎn)物的生理活性

3.1 次生代謝產(chǎn)物的生理活性

3.1.1 黃酮的生理活性 黃酮具有許多重要的生理活性，它可以促進(jìn)冠狀動(dòng)脈擴(kuò)張，降血脂、降血糖、降膽固醇，增加心腦血管的血流量，促進(jìn)血液循環(huán)，降低心血管病發(fā)病率，還具有提高免疫力等功能[5]。黃酮具有很強(qiáng)的氧化能力，是一種強(qiáng)氧化劑，它的抗氧化作用是維生素E的10倍[6]。它可提高血液中的超氧化物歧化酶（SOD）的活性，因而還具有較強(qiáng)的清除氧自由基的能力[7]。在黃酮中含有一種抗凝因子，它可以改善血液循環(huán)，具有抗心血管病和動(dòng)脈粥樣硬化的作用。黃酮還具有調(diào)節(jié)免疫、抗炎止痛、抗菌抗癌、抗衰老等功能。黃酮有較大的醫(yī)療、保健價(jià)值，對(duì)于防治心血管疾病有較好的效果。黃酮對(duì)于治療氣管炎也有很好的作用，市場(chǎng)上出售的治療氣管炎的藥物中，半數(shù)主要成分為黃酮[8—10]。

3.1.2 皂苷的生理活性 皂苷具有祛咳止痰、強(qiáng)心鎮(zhèn)靜、抗炎、抗菌等功效，由于皂苷類化合物的成分和結(jié)構(gòu)的差異，其功能明顯不同。甾類皂苷具有抗心律失常，增強(qiáng)心肌收縮，抗心血管病的作用，除了具有調(diào)節(jié)免疫功能外，還可以治療咽喉腫痛、跌打傷痛、止血、降糖，還有抗炎和抗疲勞的作用，可提高豬的免疫力，預(yù)防豬瘟。

皂苷在胃中產(chǎn)生酯化反應(yīng)，可阻斷機(jī)體對(duì)脂類及膽固醇的吸收，調(diào)節(jié)膽固醇的含量，對(duì)于治療動(dòng)脈粥樣硬化有較好的效果。皂苷可鎮(zhèn)咳祛痰，防治支氣管炎，抑制皮膚真菌，還具有抗蟲活性。黃花草木樨皂苷可抑制小鼠白細(xì)胞生成[11—14]。

3.1.3 多酚的生理活性 在多種植物和牧草中都含有多酚，多酚具有抗真菌、抗細(xì)菌的功能，對(duì)植物起保護(hù)作用，還具有抗氧化和清除自由基的功能。在畜禽的直腸中通過(guò)微生物的作用，降低蛋白質(zhì)的降解，從而減少糞毒素的合成。多酚可抑制綿羊身上的寄生蟲，保護(hù)其健康。

3.1.4 多糖的生理活性 多糖獨(dú)特的生物活性是抗腫瘤、抗心血管病和抗衰老。多糖具有較強(qiáng)的抗氧化和清除自由基的功能，其作用較維生素C強(qiáng)。多糖可提高血清中超氧化物歧化酶（SOD）的活性，降低血液中脂質(zhì)過(guò)氧化物（MDE）的含量，促進(jìn)自由基的清除。黃花草木樨多糖有抗炎、抗菌、增強(qiáng)免疫力和抗貧血的功能[15—17]。黃芪多糖可顯著增強(qiáng)免疫活性，提高機(jī)體的免疫能力。多糖可以提高雞的抗病能力，抵御禽流感（AI）。

3.1.5 生物堿的生理活性 生物堿具有明顯的降脂、減肥作用，有抑制膽固醇和降低血壓的功能。生物堿還有抗炎、抗菌、抗病毒、抑制痙攣的作用。可以治療病毒性肝炎，預(yù)防子宮感染，鎮(zhèn)咳祛痰，防治支氣管炎。

3.1.6 香豆素的生理活性 香豆素具有多種獨(dú)特的生理活性。對(duì)植物而言其生理活性具有雙重性，即低濃度時(shí)它是植物的一種激素，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，高濃度時(shí)卻能抑制植物生長(zhǎng)。香豆素對(duì)人體生理活性的作用非常廣泛，具有抗高血壓、抗凝血、抗菌、抗炎、抗癌、抗病毒等多種藥理功能。香豆素可提高血管通透性，改善血液循環(huán)，治療淋巴血管靜脈炎和結(jié)石，抗炎，對(duì)預(yù)防風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、支氣管炎等有較好的效果。近年來(lái)還發(fā)現(xiàn)香豆素有預(yù)防艾滋?。ˋIDS）的作用。

3.2 次生代謝產(chǎn)物阻抗性生理活性

阻抗性生理活性體現(xiàn)在它們會(huì)對(duì)機(jī)體所產(chǎn)生的各種不利因子、有害因子進(jìn)行阻抗或阻截，從而起到緩解或消除的作用。例如抗氧化、清除自由基、抗炎、抗菌、抗凝血、抗衰老等。不同的次生代謝產(chǎn)物其阻抗性生理活性存在著差異。相對(duì)而言，皂苷、多酚、多糖、黃酮較全面，而生物堿側(cè)重于消炎、抑菌、抗氧化，香豆素則側(cè)重于抗炎、消炎、抗凝血和抗艾滋?。ū?）。

3.3 次生代謝產(chǎn)物某些調(diào)節(jié)性生理活性

機(jī)體內(nèi)某些生化指標(biāo)、組織的功能狀態(tài)等在失調(diào)的狀況下，通過(guò)某種次生代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)作用可使其達(dá)到平衡狀態(tài)。調(diào)節(jié)內(nèi)容包括血糖、血脂、膽固醇、血管和支氣管的彈性以及機(jī)體的免疫力等。由表4可見，黃酮的調(diào)節(jié)功能較全面，而生物堿與多酚基本上無(wú)調(diào)節(jié)作用。

3.4 次生代謝產(chǎn)物的防治性生理活性

我國(guó)應(yīng)用中草藥進(jìn)行疾病治療和保健已有幾千年的歷史，從現(xiàn)代的觀點(diǎn)來(lái)看，主要原因是中草藥中含有某種生理活性成分，這正是中草藥藥理研究的重要內(nèi)容之一。防治性生理活性主要體現(xiàn)它們對(duì)疾病的預(yù)防治療作用，甚至可作為某些藥物的主要成分。例如，生物堿主治哮喘，祛咳止痰；香豆素治療慢性支氣管炎、消脂減肥；多酚可治療結(jié)石和慢性腎炎等（表5）。

4 次生代謝產(chǎn)物的開發(fā)與應(yīng)用

4.1 次生代謝產(chǎn)物生理活性物的開發(fā)

近年來(lái)，研究人員對(duì)苜蓿、黃花草木樨和一些中草藥中的次生代謝產(chǎn)物進(jìn)行了成分、結(jié)構(gòu)、生理活性等方面的研究，發(fā)現(xiàn)它們的許多生理功能有重要的開發(fā)利用價(jià)值。例如：抗氧化、清除自由基、調(diào)節(jié)免疫、抗炎、抗癌、抗衰老；降血糖、降血脂、降膽固醇；抗心血管??；防治呼吸系統(tǒng)疾病、鎮(zhèn)咳祛痰、抗支氣管炎；甚至發(fā)現(xiàn)香豆素具有抗艾滋?。ˋIDS）的作用；皂苷對(duì)皮膚具有抗皺、抑菌和保潔的功能，還可為飲料業(yè)、食品業(yè)制作發(fā)泡劑和乳化劑；對(duì)畜禽類具有預(yù)防豬瘟、禽流感（AI）、提高肉類產(chǎn)品的質(zhì)量與風(fēng)味的作用及提高雛雞日增量、提高產(chǎn)蛋率和蛋黃重量等功能，可見其用途廣泛。但是，到目前為止對(duì)其的研究多處于學(xué)術(shù)研討和專利申請(qǐng)層面上，開發(fā)利用者甚少。這可能與研究經(jīng)費(fèi)、技術(shù)攻關(guān)和市場(chǎng)開拓等方面的因素有關(guān)。關(guān)于這方面的研究在我國(guó)已有一定的基礎(chǔ)，只要有政府相關(guān)部門的支持及企業(yè)界、科技界的積極參與，次生代謝產(chǎn)物的開發(fā)利用必將有廣闊的前景。

4.2 次生代謝產(chǎn)物生理功能的原生態(tài)應(yīng)用

在實(shí)現(xiàn)技術(shù)開發(fā)推廣利用前對(duì)次生代謝產(chǎn)物開展原生態(tài)利用也是非常重要的，然而這一新概念尚未被認(rèn)識(shí)。在苜蓿、草木樨等豆科牧草葉片中大約含有28%～35%的蛋白質(zhì)，還分別含有0.01%～2.00%的皂苷、黃酮、多糖、多酚、生物堿及香豆素等次生代謝產(chǎn)物，它們?cè)谀敛葜袠?gòu)成天然的含量配比，從而使其成為一類優(yōu)質(zhì)的天然“營(yíng)養(yǎng)—保健”飼料，這是對(duì)天然資源合理利用的一種最佳方式，因?yàn)樗恍枰獜?fù)雜的提取、純化技術(shù)和過(guò)程。

4.3 先期開發(fā)的可行選項(xiàng)

關(guān)于次生代謝產(chǎn)物研發(fā)的信息不少，但進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的目前還不多見，僅限于苜蓿飲料及保健產(chǎn)品等方面?？杉性谘芯炕A(chǔ)較好的幾個(gè)方面進(jìn)行先期開發(fā)，如：提取皂苷原料產(chǎn)品，制作發(fā)泡劑、乳化劑等飲料添加劑、脫脂除毒保健品以及皮膚保潔抗皺霜等[18，19]；制備香豆素原料產(chǎn)品，制作抗凝霜，抗動(dòng)脈硬化、抗血栓；制備生物堿原料產(chǎn)品，制作鎮(zhèn)咳祛痰片、支氣管消炎片；制備多糖原料產(chǎn)品，制作免疫保健劑；制備皂苷、多酚、多糖，配制畜禽保健合劑[20—22]。

5 結(jié)語(yǔ)

1999年，本研究組將黃花草木樨引進(jìn)后，開展了試種、引種、種子擴(kuò)繁、牧草生產(chǎn)、畜禽飼養(yǎng)等方面的試驗(yàn)，均獲成功。但長(zhǎng)期以來(lái)未能得到推廣。2009年，本項(xiàng)目組有幸獲得“公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目”的支持，開展了牧草、種子生產(chǎn)、土壤改良與生態(tài)修復(fù)、畜禽飼養(yǎng)和生物有效成分研發(fā)等系列試驗(yàn)。同時(shí)，還重點(diǎn)進(jìn)行了次生代謝產(chǎn)物的開發(fā)利用研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該牧草不僅含有豐富的蛋白質(zhì)和氨基酸，而且還含有天然匹配的、含量適中的多種、多功能的次生代謝產(chǎn)物，作為飼料時(shí)它們對(duì)畜禽的抗病保健和增產(chǎn)具有重要作用。而且更重要的是其可作為寶貴的天然資源開發(fā)利用，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥業(yè)、食品化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，對(duì)斯列金1號(hào)黃花草木樨次生代謝產(chǎn)物進(jìn)行開發(fā)利用，潛力巨大。

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