桂郁金優(yōu)良種質(zhì)的篩選

靳雅惠

(西安外事學(xué)院，陜西 西安 710077)

桂郁金來源于姜科植物廣西莪術(shù)Curcuma kwangsiensis S.G.Lee et C.F.Liang 的干燥塊根，是《中國藥典》規(guī)定的郁金的來源之一[1]，是廣西的道地藥材，具有活血止痛，行氣解郁，清心涼血等功效，主治胸脅刺痛、胸痹心痛等癥。桂郁金的主要化學(xué)成分為揮發(fā)油及姜黃素類，其揮發(fā)油的藥理作用包括保肝利膽、降血脂等[2～5],姜黃素類的藥理作用包括抗腫瘤、抗炎、抗氧化等[6～10]，近年來在臨床上得到廣泛應(yīng)用。但長期以來，桂郁金多為人工種植，基因和環(huán)境兩方面共同作用導(dǎo)致藥材品種混雜，品質(zhì)良莠不齊，桂郁金的良種選育和改良工作未受到應(yīng)有的關(guān)注。由“種質(zhì)論”可知，生殖細胞染色體上的遺傳物質(zhì)稱為種質(zhì)，影響藥效最直接的因素即為種質(zhì)差異，因此，為了控制桂郁金藥材質(zhì)量，達到“ 藥材好，效才好”的目標，亟需進行桂郁金育種研究。筆者研究前期對不同桂郁金種質(zhì)的產(chǎn)量、揮發(fā)油成分及含量、姜黃素類成分及含量進行了考察，并對其遺傳多樣性進行分析[11～12]，收集了各方面的數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以雙重有效成分為指標的桂郁金，在某個角度能稱之為優(yōu)良種質(zhì)，在其余方面不見得同樣有優(yōu)勢，其是否稱之為優(yōu)良種質(zhì)還有待商榷。比如材料代號廣城1的桂郁金，在產(chǎn)量方面優(yōu)勢突出，高達315.0 g，然而其揮發(fā)油含量、有效成分含量及姜黃素類成分含量均較低，這類藥材雖然能及時供應(yīng)臨床需求，但是不能保證臨床療效，因此不能稱之為優(yōu)良種質(zhì)。為了篩選出真正具有“內(nèi)涵”，同時兼有高產(chǎn)的種質(zhì)，建立桂郁金優(yōu)良種質(zhì)的篩選標準尤為重要。

1 材料

50份桂郁金種質(zhì)前期均來自于廣西玉林、邕寧、桂平等地，由廣西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院王建教授鑒定均為姜科姜黃屬植物桂郁金，即廣西莪術(shù)塊根Curcuma kwangsiensis S.G.Lee et C.F.Liang，集中于3月底種植于邕寧藥材基地，11月采挖，并于12月至次年2月進行桂郁金產(chǎn)量、揮發(fā)油含量及有效成分含量的測定，于次年3月至4月進行姜黃素類成分含量測定。

2 方法和結(jié)果

2.1 桂郁金產(chǎn)量、揮發(fā)油含量及有效成分含量、姜黃素類成分含量測定

參考2015版《中國藥典》要求對不同種質(zhì)桂郁金產(chǎn)量進行測定，采用揮發(fā)油測定法對桂郁金揮發(fā)油進行提取以及GC-MS法分析，姜黃素類成分含量測定采用HPLC法，具體參數(shù)見圖1、圖2所示，方法學(xué)考察均符合要求。

按照上述方法，50份桂郁金種質(zhì)的測定結(jié)果如表1所示。由表1、續(xù)表1可知，50份不同種質(zhì)的桂郁金無論在產(chǎn)量還是化學(xué)成分(揮發(fā)油及姜黃素類)方面均存在著顯著的差異性，產(chǎn)量變化范圍為35.6～682.3 g,揮發(fā)油含量變化為0.25～1.25 mL，揮發(fā)油有效成分總量變化范圍為21.81%～74.34%，姜黃素類化學(xué)成分總量變化范圍為1.9635～26.8398μg·g-1。多方面的差異性為優(yōu)良種質(zhì)的篩選提供了條件。

表1 50份種質(zhì)產(chǎn)量，揮發(fā)油含量及有效成分、姜黃素類含量測定結(jié)果

續(xù)表1 50份種質(zhì)產(chǎn)量，揮發(fā)油含量及有效成分、姜黃素類含量測定結(jié)果

2.2 桂郁金優(yōu)良種質(zhì)篩選標準的確定

張娜[13]曾建立川郁金優(yōu)良種質(zhì)篩選標準，成功篩選出了川郁金優(yōu)良種質(zhì)，該標準具有一定的實用性。參考川郁金篩選標準并查閱相關(guān)文獻[14]，根據(jù)藥用植物良種選育的篩選目標：與對照品種相比產(chǎn)量增加15%以上或者含量增加18%以上，筆者研究確立了更加嚴格的桂郁金優(yōu)良種質(zhì)的篩選標準：產(chǎn)量比對照品種提高15%以上且含量比對照品種提高18%以上。筆者研究以50個桂郁金種質(zhì)的平均產(chǎn)量和平均含量作為對照品種的產(chǎn)量和含量標準，最終確立的桂郁金優(yōu)良種質(zhì)篩選標準如表2所示。

表2 桂郁金優(yōu)良種質(zhì)篩選標準

表2注釋如下：

平均化學(xué)成分總量：

揮發(fā)油類=揮發(fā)油平均含量×桂郁金平均產(chǎn)量/100×揮發(fā)油有效成分平均含量

姜黃素類=總姜黃素類成分平均含量×桂郁金平均產(chǎn)量

目標化學(xué)成分總量：

揮發(fā)油類=揮發(fā)油增加18%后的含量×桂郁金增加15%后的產(chǎn)量/100× 揮發(fā)油有效成分增加18%后的含量

姜黃素類=總姜黃素類成分增加18%后的含量×桂郁金增加15%后的產(chǎn)量

①：揮發(fā)油增加18%后的含量

②：桂郁金增加15%后的產(chǎn)量/100

③：揮發(fā)油有效成分增加18%后的含量

④：總姜黃素類成分增加18%后的含量

各種質(zhì)化學(xué)成分總量：

揮發(fā)油類=揮發(fā)油含量×桂郁金產(chǎn)量/100×揮發(fā)油有效成分含量

姜黃素類=總姜黃素類成分含量×桂郁金產(chǎn)量

在計算各種質(zhì)揮發(fā)油化學(xué)成分總量時，為了避免桂郁金產(chǎn)量極高而揮發(fā)油有效成分含量或者揮發(fā)油含量極低，導(dǎo)致化學(xué)成分總量出現(xiàn)假陽性現(xiàn)象，篩選出高產(chǎn)卻不高質(zhì)的種質(zhì)，故要求各種質(zhì)揮發(fā)油含量×揮發(fā)油有效成分含量≧①×③，即大于等于0.45，同理，要求各種質(zhì)姜黃素類成分含量≧④，即大于等于16.35。

小結(jié)：桂郁金優(yōu)良種質(zhì)篩選標準：

(1)揮發(fā)油類化學(xué)成分總量≧0.84、桂郁金產(chǎn)量≧188.75g、揮發(fā)油含量×揮發(fā)油有效成分含量≧0.45;

(2)姜黃素類化學(xué)成分總量≧3.09、桂郁金產(chǎn)量≧188.75g、姜黃素類成分含量≧16.35;

(3)揮發(fā)油類化學(xué)成分總量≧0.84、姜黃素類化學(xué)成分總量≧3.09、桂郁金產(chǎn)量≧188.75g、揮發(fā)油含量×揮發(fā)油有效成分含量≧0.45、姜黃素類成分含量≧16.35。

2.3 桂郁金化學(xué)成分總量結(jié)果

對收集的50份桂郁金種質(zhì)按照化學(xué)成分總量篩選標準進行化學(xué)總量計算，結(jié)果如表3所示。揮發(fā)油類化學(xué)成分總量變化范圍為0.03～3.36，姜黃素類化學(xué)成分總量變化范圍為0.10～13.9，由于7個種質(zhì)未檢測到姜黃素類成分，故化學(xué)成分總量為零。

表3 50份不同的桂郁金種質(zhì)化學(xué)總量結(jié)果

2.4 桂郁金優(yōu)良種質(zhì)篩選結(jié)果

依據(jù)桂郁金優(yōu)良種質(zhì)篩選標準以及表3中的數(shù)據(jù)，篩選化學(xué)成分總量大于目標化學(xué)成分總量并且產(chǎn)量高于平均產(chǎn)量15%的種質(zhì)，篩選結(jié)果如表4所示。由表4可知，第Ⅱ列揮發(fā)油類化學(xué)成分總量大于等于揮發(fā)油類目標化學(xué)成分的共有D24、C78、藥用2等11個種質(zhì)，第Ⅲ列揮發(fā)油含量乘以揮發(fā)油有效成分含量大于等于0.45的共有C16、C84、D9等12個種質(zhì)，第Ⅳ列姜黃素類化學(xué)成分總量大于等于姜黃素類目標化學(xué)成分的共有C39、C78、藥用2等9個種質(zhì)，第Ⅴ列姜黃素類成分含量大于等于16.35的共有B101、玉15、C16等18個種質(zhì)。滿足第Ⅲ列條件或者滿足第Ⅴ列條件的種質(zhì)，均為桂郁金高質(zhì)種質(zhì)，共24個。第Ⅰ列產(chǎn)量高于平均產(chǎn)量15%共有C104、廣城1、B50等12個種質(zhì)，為桂郁金高產(chǎn)種質(zhì)。C104產(chǎn)量最高，D24揮發(fā)油含量最高，C16有效成分含量最高，B71姜黃素類成分含量最高。滿足篩選標準(1)的種質(zhì)有C104、C88、A81、C16、藥用2、C78共6個,這類種質(zhì)在產(chǎn)量及揮發(fā)油方面具有優(yōu)勢；滿足篩選標準(2)的種質(zhì)有C104、C88、C16、C39、D20、藥用2、C78、B14共8個，這類種質(zhì)在產(chǎn)量及姜黃素類成分方面具有優(yōu)勢，滿足篩選條件(1)或條件(2)的種質(zhì)均為桂郁金優(yōu)良種質(zhì)，共9個；滿足篩選標準(3)的種質(zhì)有C104、C16、藥用2、C78共4個，這類種質(zhì)在產(chǎn)量、揮發(fā)油方面及姜黃素類成分方面具有優(yōu)勢，為桂郁金較優(yōu)良種質(zhì)，對這4個種質(zhì)的產(chǎn)量、揮發(fā)油化學(xué)成分總量和姜黃素類化學(xué)成分總量進行比較，發(fā)現(xiàn)材料C104的產(chǎn)量最高，同時揮發(fā)油類化學(xué)成分總量和姜黃素類化學(xué)成分總量最高，為桂郁金最優(yōu)良種質(zhì)。

表4 桂郁金優(yōu)良種質(zhì)篩選結(jié)果

3 討論

筆者研究是對前期工作的總結(jié)和抽象，以產(chǎn)量和揮發(fā)油、姜黃素類化學(xué)成分總量為指標，建立了桂郁金優(yōu)良種質(zhì)的篩選標準，利用該標準對50份不同種質(zhì)桂郁金進行分析，使研究所得龐雜的數(shù)據(jù)變得清晰直觀，共篩選出9個優(yōu)良種質(zhì)，1個最優(yōu)良種質(zhì)，12個高產(chǎn)種質(zhì)，24個高質(zhì)種質(zhì)。值得關(guān)注的是，材料藥用1的揮發(fā)油有效成分總量高達73.98%，比平均值高出了32.79%，然而其產(chǎn)量卻僅有46.5 g，較平均產(chǎn)量低了71.67%，有效成分總量與產(chǎn)量差異顯著，導(dǎo)致化學(xué)成分總量優(yōu)勢減退，再比如材料B71的姜黃素類化學(xué)成分含量高達26.8205 μg·g-1，為平均值的1.94倍，其產(chǎn)量卻只有45.8g，姜黃素類化學(xué)成分總量大幅降低，對于這一類桂郁金高質(zhì)種質(zhì)，提示我們今后能否借鑒新的栽培技術(shù)，如地膜覆蓋、套袋技術(shù)等，對田間管理、施肥條件(類別、劑量、時間)、種植間隔距離等方面進行考察，力爭在產(chǎn)量方面取得較大突破，使高質(zhì)種質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榧婢吒弋a(chǎn)的優(yōu)良種質(zhì)。材料B50的揮發(fā)油有效成分含量高達67.96%，同時產(chǎn)量也較高，為204.8 g，其揮發(fā)油含量卻只有0.33 mL，占平均值的56.90%，這可能是由于水蒸氣蒸餾過程中損失了一部分揮發(fā)油，提示我們今后是否可以優(yōu)化揮發(fā)油提取工藝，采用超臨界CO2提取等方式，使揮發(fā)油提取完全，盡可能減少揮發(fā)油的損失，使其高產(chǎn)高質(zhì)的優(yōu)良性狀可以表現(xiàn)出來。對于廣城1等這一類高產(chǎn)種質(zhì)，繼續(xù)進行3～5 a的觀測與試驗，來進一步確認其有效成分含量是否達到篩選標準，盡可能減少由于試驗誤差而遺漏的優(yōu)良種質(zhì)，確保實驗的準確性及優(yōu)良種質(zhì)的實用性。材料D20產(chǎn)量高，揮發(fā)油有效成分總量為63.99%，和目標含量65.77%較接近，對于這一類種質(zhì)，提示我們今后利用更為先進的質(zhì)譜圖庫進行解析，計算化合物含量，或者在2～3 a大周期內(nèi)檢測其是否出現(xiàn)化學(xué)成分多樣性變異，來鑒定其是否為桂郁金優(yōu)良種質(zhì)。