对水薄荷（Mentha aquatica L.）的形态多样性、抗氧化能力及精油成分的研究

《Agrosystems, Geosciences & Environment》：Study of morphological diversity, antioxidant capacity, and essential oil compositions of Mentha aquatica L.

水 mint 10个种群在伊朗马赞德兰省实验农场的形态和化感特性研究表明，种群间存在显著差异。形态学方面，根直径和茎直径差异不大，但叶长、叶宽和叶片数量存在显著变化，其中Marzonabad（MAR）和Juybar（JOY）的叶数较少，而Hasanabad（HAS）的叶数最多（153片）。抗氧化活性方面，Hassanabad（40m）和Kia-kola（10m）的抗氧化能力最强（IC50最低），Balamarznak（250m）的精油（EO）含量最高（1.23%）。GC-MS分析鉴定出30种EO成分，主要成分为1,8-蒎烯（10.7%-27.5%）、薄荷呋喃（1.4%-17.7%）、trans-蒽香烃（1.7%-15%）、germacrene D和viridiflorol。主成分分析和聚类分析显示，形态学变异最大的特征为根重量、茎重量、叶数和分枝数，而化学成分中薄荷呋喃、trans-蒽香烃等显示较高变异性。研究证实海拔250-300米的水 mint 种群具有最优的抗氧化活性和精油含量，Balamarznak种群在形态和化学特性上均表现最佳，适用于药用和化妆品工业开发。

　　水薄荷（*Mentha aquatica* L.）是一种具有显著治疗潜力的药用植物，能够用于治疗多种疾病。由于其在不同地质环境中的生长能力，本研究旨在分析伊朗北部水薄荷种群在形态学和植物化学成分上的变化。研究者从自然栖息地采集了十种水薄荷种群的相同大小的根茎，并在马赞达兰省的实验农场进行栽培。结果显示，大多数种群的根和茎直径没有显著差异。然而，叶片大小在种群之间存在差异，其中三个种群（Marzonabad、Lafoor 和 Hassanabad）的叶片尺寸比其他种群更小。值得注意的是，叶片尺寸较小的种群表现出更高的叶片数量。在抗氧化能力方面，Hassanabad 和 Kia-kola 的抗氧化潜力最高，其 IC50 值最低，而 Balamarznak 的精油（EO）含量最高，达到 250 毫米。通过气相色谱和气相色谱-质谱联用技术，研究人员鉴定了 30 种精油成分，其中主要成分包括 1,8-桉叶素（10.7–27.5%）、薄荷呋喃（1.4–17.7%）、*trans*-卡里芬（1.7–15%）、 Germacrene D 和 Viridiflorol（0–8.08%）。基于生化特征，研究人员区分了四种水薄荷的化学型。主成分分析（PCA）和热图分析表明，1,8-桉叶素和叶片尺寸在种群间表现出最小的变化。然而，根重、芽重、叶片和分枝数量等形态学特征则显示出最大的变化，具有较高的灵敏度和辨别力。总体而言，水薄荷种群在海拔 250–300 米范围内表现出最高的抗氧化能力和精油含量。

水薄荷在伊朗北部的多种环境中生长，其植物化学成分受到多种环境因素的影响，如气候、土壤类型、海拔和地形。这些因素共同作用，影响植物的次生代谢产物，进而改变精油的组成。此外，环境参数还会影响植物的次生代谢途径，改变其化学成分和产量。研究还指出，超过 25% 的全球处方药物来源于植物器官，因此，植物在自然环境中的生长对这些药物的生产和质量至关重要。伊朗多样的气候条件使得水薄荷在不同生态环境中形成了多样化的种群，这为研究其药用特性提供了重要的资源。

研究中，采集的水薄荷种群在自然栖息地生长，并被移植到实验农场进行进一步的栽培和分析。实验农场的土壤特性包括有机碳含量为 1.49%，总氮含量为 0.12%，碳氮比为 12.43，磷含量为 20.5 毫克/千克，钾含量为 280.3 毫克/千克，钠含量为 59.7 毫克/千克，钙为 88.5 毫克/千克，镁为 22.2 毫克/千克，铁为 3.1 毫克/千克，锌为 0.32 毫克/千克，电导率（EC）为 1.1 毫西门，pH 值为 8.3，土壤质地为砂壤土。这些土壤特性为水薄荷的生长提供了基础条件，而植物的形态和化学成分则受到其原生环境的显著影响。

为了评估抗氧化活性，研究使用了 1,1-二苯基-2-苦肼（DPPH）自由基清除法。该方法通过测量提取物对 DPPH 自由基的清除能力，评估其抗氧化能力。研究发现，Paeennaghib（PAE）种群的抗氧化活性最低，其 IC50 值为 787 微升/毫克，而 Hasanabad（HAS）种群的 IC50 值最低，仅为 365 微升/毫克。PAE 的 IC50 值比 HAS 高出约 2.1 倍，而 HAS 的抗氧化能力显著高于 PAE。此外，所有植物提取物的抗氧化能力均低于对照组（抗坏血酸），其中 HAS 和 PAE 的 IC50 值分别比对照组高出 30 倍和 65 倍。这表明，水薄荷种群的抗氧化能力在不同环境条件下存在显著差异。

在精油含量方面，不同种群之间的差异同样显著。研究发现，Kia-kola（KIA）种群的精油含量最低，仅为 0.65%，而 Balamarznak（BAL）种群的精油含量最高，达到 1.23%。通过气相色谱-质谱分析，研究人员确定了 30 种主要成分，占精油总量的 95% 以上。其中，1,8-桉叶素、薄荷呋喃、*trans*-卡里芬、Germacrene D 和 Viridiflorol 是主要成分。1,8-桉叶素在 BAL 和 LAF 种群中含量最高，分别为 27.5% 和 10.7%。薄荷呋喃的含量在不同种群中变化较大，范围在 1.2% 到 17.7% 之间。此外，研究还发现，不同种群的精油组成具有显著差异，其中某些种群的精油成分比例与其它种群相比，显示出不同的特征。

为了进一步分析这些变化，研究采用了主成分分析（PCA）和热图分析（Heat Map Analysis）。PCA 结果表明，所有形态学特征都由第一主成分（F1）解释，其中射线重量和茎长度对 F1 的响应最小。此外，Shirgah（SHI）和 Jovarem（JOV）种群对 F1 的影响最小。而热图分析则揭示了不同种群在形态学和植物化学特征上的变化趋势，从蓝色（最小值）到红色（最大值）表示不同特征的分布情况。研究发现，根重、芽重、叶片数量和分枝数量是形态学特征中变化最大的，这些特征对环境条件的变化表现出较高的敏感性和辨别能力。而 1,8-桉叶素和叶片尺寸在种群间表现出最小的变化，因此不适合作为种群区分的依据。

此外，研究还发现，不同种群的化学型具有显著差异。根据聚类分析，四种化学型被区分出来，其中化学型 IV 的精油含量最高（0.95%），而化学型 II 的精油含量最低（0.78%）。同时，化学型 II 的 IC50 值最低，表明其抗氧化能力最强。在精油成分方面，1,8-桉叶素在化学型 II 中的含量最高，达到 16.6%，而 Germacrene D 和 Viridiflorol 在化学型 IV 中未被检测到。这表明，不同种群的化学型可能与其生长环境密切相关，特别是海拔、土壤类型和气候条件。

研究还强调了环境因素对水薄荷生长和化学成分的影响。例如，海拔较低的种群（如 KIA、HAS 和 MAR）表现出较高的叶片数量、分枝数量和芽重，而较低的根重和茎长。这可能是由于这些种群的生长环境与实验农场的条件更为接近，从而促进了其生长和生物量的积累。另一方面，高海拔种群（如 BAL 和 BAN）表现出更高的精油含量和更丰富的化学成分。这可能与高海拔地区较强的光照条件、较低的温度和更少的土壤水分有关，这些条件可能促进了次生代谢产物的合成。

水薄荷的精油组成与植物的生长环境密切相关。例如，BAL 种群的精油含量最高，且其主要成分包括 1,8-桉叶素和薄荷呋喃，这些成分在制药和化妆品行业中具有重要应用价值。而 KIA 种群的精油含量最低，这可能与其较低的海拔有关。研究还发现，不同种群的精油组成受到遗传多样性和生态环境的共同影响。因此，为了优化水薄荷的种植条件和提高其药用价值，需要进一步研究其遗传特征和生化成分之间的关系。

研究结果表明，水薄荷种群的形态学和化学成分变化主要受到环境因素的影响，尤其是海拔和土壤特性。例如，BAL 种群的高海拔可能促使其在形态学和化学成分上表现出更高的多样性，而低海拔种群可能在某些方面表现出更高的稳定性。此外，不同种群的植物化学成分可能与它们的生长环境和遗传背景密切相关，因此，对这些种群进行系统的分类和研究有助于提高水薄荷在药用和工业应用中的价值。

在研究中，研究人员还发现，某些植物化学成分的含量与种群的海拔和生长环境密切相关。例如，BAL 种群的高海拔可能促使其产生更多的挥发性化合物，而低海拔种群可能在某些方面表现出较低的化学多样性。因此，水薄荷的种植和研究应考虑其生长环境的多样性，以最大程度地利用其药用潜力。此外，研究还指出，水薄荷的形态学和化学成分变化可能是其适应不同环境条件的结果，这种适应性对于其在自然环境中的生存和繁衍至关重要。

综合来看，水薄荷的形态学和化学成分变化受到多种环境因素的影响，包括气候、土壤类型和海拔。不同种群在这些因素的作用下表现出显著的差异，这为水薄荷的种植、采集和利用提供了重要的参考。研究还强调了对水薄荷种群进行系统分类和研究的重要性，以便更好地利用其药用价值。通过进一步研究其遗传背景和环境适应性，可以为水薄荷的可持续种植和应用提供科学依据。