广西元宝山一种特异茶饮植物的系统学鉴定与综合评价研究

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zjp_22
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山茶属(Camellia)是山茶科(Theaceae)中种类较多、系统上较原始的一个属。该属植物全产于亚洲,而且我国是该属的分布中心,拥有80%以上的种类。广西位于我国南部,地处热带向亚热带过渡的气候区,具有独特的地理生态宜茶环境,属于茶树的次生起源中心之一。其境内拥有十分丰富的茶树种质资源,其中包括一些极其特异的资源。据调查,地处广西西北部的柳州市融水县安太乡海拔1000 m以上的元宝山境内分布着一种野生茶资源,被当地老百姓称为“原生茶”,其叶片光泽性强,芽叶茸毛较多,从叶片大小、叶形、叶色、育芽力等方面均明显区别于当地的其它茶树(Camellia sinensis)资源类型。长期以来,当地老百姓和企业都习惯将其制作成烘青类绿茶饮用,其成品茶汤色浅绿明亮,有清花香,且香气持久高长,滋味鲜爽、醇厚、回甘明显。经广西桂林茶叶科学研究所对其主要成分进行检测,结果显示,其混合样品茶多酚含量很高,达40%以上,高于国家红茶珍稀品种资源标准。此前,课题组成员对该资源进行了初步研究,结果表明该资源茶多酚和可可碱含量很高,但咖啡碱含量极低,并含有某些特征性未知成分,在特异性品种选育和茶叶深加工等方面显示出很好的开发潜力和利用价值。基于此,为了进一步正确认识、保护和利用好该资源,探明该资源在分类上的归属,本研究综合采用形态分类学、解剖学、分子生物学和化学分类学等分析技术,对其进行了系统比较研究。为了更深入全面的了解该资源的化学物质组成,本研究采用UPLC-ESI-Q-TOF/MS和GC×GC-TOF/MS分析技术对该资源的有效活性成分进行了深入的基础化合物组成分析。基于该资源茶多酚含量高而儿茶素含量低的特性,本研究综合采用柱层析、制备型高效液相色谱和高速逆流色谱等方法和质谱(MS)、紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)、核磁共振(NMR)等谱学技术对该资源的生物碱和主要多酚类物质进行了分离鉴定。为了初步分析该资源的生物学活性,本研究以该资源的鲜叶固定样、红茶工艺样和绿茶工艺样为材料,采用DPPH、FRAP和ABTS三种方法评价了其抗氧化活性,并通过对供试样品的抗氧化成分的定量分析,初步探讨了该资源的抗氧化机理和物质基础。在此基础上,通过经口急性毒性试验、小鼠骨髓细胞微核试验、Ames试验和30天慢性喂养亚急性毒性试验,对该资源进行了全面的毒理学安全性评价。主要研究结果如下:1.元宝山茶饮植物的分类鉴定通过综合采用形态分类学、解剖学、分子生物学和化学分类学等分析技术,在分析比较元宝山茶饮植物与其近缘种——突肋茶(Camellia costata Hu et S.Y.Liang)和榕江茶(Camellia yungkiangensis H.T.Chang)在形态和解剖结构之间的差异的基础上,采用分子标记技术进行遗传聚类,再系统分析比较该资源与其近缘种在化学组成上的差异信息,在此基础上,采用主成分分析和化学聚类分析探讨该资源与其各近缘种之间的系统进化关系。然后,采用UPLC-ESI-Q-TOF/MS技术,分析该资源与其近缘种的全部化学物质组成,利用生物信息学分析方法分析各资源之间的差异信息。并由此综合以上多层面信息来确认该资源的分类学地位。形态学和解剖学分析结果表明,该资源在形态结构上既不同于突肋茶,也和榕江茶存在很大差异。分子生物学分析结果表明,元宝山茶饮植物与榕江茶在分子聚类树状图上首先聚为一类,然后再与突肋茶合为一大类。说明与突肋茶相比元宝山茶饮植物在遗传上与榕江茶具有更高的相似度,二者之间的遗传距离介于种内和种与种之间。化学分类学分析结果表明,元宝山茶饮植物的化学组成整体上与榕江茶较为接近,但二者之间仍然存在较大的差异,而且在基于化学成分的主成分分析样品分布图和聚类分析树状图中,二者既相互聚集在一起又显示出了较为明显的独立性。代谢组学的分析结果也与上述结果一致。结合该资源与其近缘种的地理分布情况,并综合上述形态、分子生物学和化学分类结果,确认元宝山茶饮植物是榕江茶在由西向东传播过程中,越过广西元宝山时受海拔和气候条件等改变的影响,使其种内产生了较为稳定的变异而形成的特有类群,因此将其归类为榕江茶的变种。按照《国际植物命名法规》(圣路易斯法规),根据该资源的分布地地名,将其命名为元宝山茶,拉丁名为Camellia yungkiangensis H.T.Chang var.yuanbaoshanica Z.W.Ge,Y.P.Liao et T.L.Chen。2.基于UPLC-ESI-Q-TOF/MS和GC×GC-TOF/MS对元宝山茶饮植物的化学组成的系统分析本研究采用UPLC-ESI-Q-TOF/MS技术和GC×GC-TOF/MS技术较全面地分析了元宝山茶饮植物化学成分的组成。利用UPLC-ESI-Q-TOF/MS技术,在负离子模式下共鉴定出104种化合物,包括酚酸(Phenolic acids)21种、二聚儿茶素(Dimeric catechins)23种、黄烷-3-醇(Flavan-3-ols)15种、氨基酸(Amino acids)2种、黄酮苷(Flavone Glycosides)37种、糖类(Carbohydrates)3种、有机酸(Organic Acids)2种、核苷类(Nucleosides)1种。其中除丝氨酸、谷氨酸和8个儿茶素类化合物外,其余94种化合物均为首次在该资源中报道。采用GC×GC-TOF/MS技术分析了元宝山茶饮植物叶片的香气成分,共鉴定出了包括醇类(Alcohol)、烯醇类(Enol)、烯类(Alkene)、胺类(Amine)、烷烃类(Alkane)、醛类(Aldehydes)、烯醛类(Olefine aldehyde)、醚类(Ethers)、酯类(Esters)、内酯类(Lactones)、烯酯类(Ene esters)、酮类(Ketones)、烯酮类(Ketenes)、酚类(Phenols)、有机酸类(Organic acids)、含硫化合物(Sulfocompound)、氮杂环化合物(Nitrogen heterocyclic)、氧杂环化合物(Oxyheterocyclic compounds)、芳香烃类(Aromatic hydrocarbon)、炔类(Alkyne)、酸酐类(Anhydride)、氰化物(Cyanide)在内的22类383种香气化合物。其中芳香烃类化合物数量最多,达39种,氧杂环化合物数量次之,为32种。其它各类别化合物的数量分别为酯类28种、醇类28种、醛类27种、烷烃类26种、烯醛类24种、酮类24种、烯醇类22种、烯类22种、烯酮类22种、醚类17种、氮杂环类13种、有机酸类11种、含硫化合物11种、烯酯类9种、酚类9种、胺类7种、氰化物5种、内酯类3种、炔类2种、酸酐类2种。相对含量最高的是醚类化合物(25.19%),其次是醛类(15.78%),其它各类别的相对含量均在10%以下,其中以有机酸类、酚类、氰化物、酸酐类、炔类和内酯类的相对含量最低,均在1%以下。本研究较为全面地分析和鉴定了元宝山茶饮植物叶片中的化学物质组成,为深入研究其药理保健功效,进而更好地开发应用提供了强有力的依据和前期研究基础。3.元宝山茶饮植物主要生物碱和多酚类物质的分离鉴定基于元宝山茶饮植物茶多酚含量高而儿茶素含量低的特性,为探明该资源的主要生物碱和多酚类物质的化学组成,本研究综合采用柱层析、制备型高效液相色谱和高速逆流色谱等方法对该资源的主要生物碱和多酚类物质进行了分离纯化,得到了10个纯度大于90%的多酚类化合物和1个生物碱类化合物。经质谱(MS)、紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)、核磁共振(NMR)等谱学技术鉴定,确认10个多酚类化合物分别为:1,3-二-O-没食子酰基-β-D-吡喃葡萄糖、儿茶素、1-O-没食子酰基-4,6-(S)-六羟基联二苯甲酰基-β-D-吡喃葡萄糖、1,3-二-O-没食子酰基-4,6-(S)-六羟基联二苯甲酰基-β-D-吡喃葡萄糖、1,4,6-三-O-没食子酰基-β-D-吡喃葡萄糖、1,3,4,6-四-O-没食子酰基-β-D-吡喃葡萄糖、表儿茶素没食子酸酯、3-O-没食子酰基原花青素B1、异槲皮苷、紫云英苷;另一个生物碱类化合物为可可碱。从10个多酚类化合物的高效液相色谱峰面积可以看出,它们在该资源中的含量均较高,因此可以判断它们是该资源中最主要的多酚类化合物。4.元宝山茶饮植物的体外抗氧化活性研究为了初步分析元宝山茶饮植物的生物学活性,本研究以该资源的鲜叶固定样、红茶工艺样和绿茶工艺样为材料,以当地九万山大茶树(Camellia sinensis)的鲜叶固定样、红茶工艺样和绿茶工艺样为对照,采用DPPH、FRAP和ABTS三种方法评价了其抗氧化活性。结果表明,在清除DPPH自由基和ABTS自由基的活性上,元宝山茶饮植物绿茶工艺样与对照样九万山大茶树绿茶工艺样接近,元宝山茶饮植物鲜叶固定样与对照样九万山大茶树鲜叶固定样接近,元宝山茶饮植物红茶工艺样与对照样九万山大茶树红茶工艺样接近;在FRAP铁离子还原能力上,以元宝山茶饮植物绿茶工艺样活性最强,其次是九万山大茶树鲜叶固定样和绿茶工艺样;九万山大茶树红茶工艺样在所有样品中的抗氧化活性最低。三个抗氧化指标的IC50值结果表明,元宝山茶饮植物鲜叶固定样、元宝山茶饮植物红茶工艺样和绿茶工艺样的DPPH IC50值均小于ABTS IC50值和FRAP IC50值,均以FRAP IC50值最大,说明元宝山茶饮植物清除自由基的能力要强于对铁离子的还原能力,且对脂溶性自由基(DPPH)的清除能力明显高于对水溶性自由基(FRAP)的清除能力。对各样品的抗氧化活性和主要化学成分的Pearson相关性分析表明,茶多酚、黄酮和儿茶素类物质的含量与样品的抗氧化活性呈极显著相关,表明它们是茶叶中最主要的抗氧化物质,而游离氨基酸和生物碱等其它化合物与样品的抗氧化活性无显著相关性。以上结果表明,元宝山茶饮植物具有较强的体外抗氧化活性,且其抗氧化的主要物质基础为高含量的茶多酚,因此,从元宝山茶饮植物中提取的多酚类物质可以作为抗氧化剂,在食品和医疗工业中具有潜在的应用价值和前景。5.元宝山茶饮植物的毒理学安全性评价以元宝山茶饮植物的鲜叶固定样和红茶工艺样为材料,参照食品毒理学安全性评价程序,通过经口急性毒性试验、小鼠骨髓细胞微核试验、Ames试验和30天慢性喂养亚急性毒性试验,对该资源的毒理学安全性进行了系统评价研究。结果表明,元宝山茶饮植物(鲜叶固样提取物)对雌雄动物的LD50为5.123 g/kg.bw(4.323 g/kg.bw~6.185 g/kg.bw);元宝山茶饮植物(红茶工艺样提取物)对雌雄动物的LD50为7.573g/kg.bw(6.425 g/kg.bw~8.635 g/kg.bw)。根据食品毒性分级标准,两个水提物样品的LD50均大于5000 mg/kg.bw,因此可以判定两个水提物样品为实际无毒。另外,根据样品水提物提取率换算,可知元宝山茶饮植物鲜叶固定样和红茶工艺样干茶的LD50分别为13.341 g/kg.bw和25.413 g/kg.bw,根据食品毒性分级标准,可以将其分别判定为实际无毒和无毒。此外,Ames试验、小鼠骨髓细胞微核试验结果均为阴性。受试样品按0.87 g/kg.bw、1.74 g/kg.bw、3.47 g/kg.bw经口灌胃给予大鼠30天,试验期间受试样品各剂量组动物体重增重、摄食量、食物利用率、血液学指标、血液生化学指标、脏器湿重、脏/体比值等除个别指标与阴性对照组比较差异具有显著性外,绝大部分指标均无明显剂量反应关系,且数值均在正常范围内波动。大体解剖观察和组织病理学检查未发现受试样品30天喂养对SD大鼠有毒性意义的病理改变。因此,根据以上试验结果,按照食品毒理学安全性评价标准,可以判定元宝山茶饮植物属于无毒级食品,作为饮用性食品在科学合理的剂量范围内是安全无毒的。
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