入侵杂草的新价值：圆叶牵牛花与种子乙醚提取物的抗菌活性及植物化学成分初探

《Scientific Reports》：Reimagining invasive weeds through a preliminary antibacterial and phytochemical evaluation of Ipomoea purpurea (L.) Roth floral and seed ethereal extracts

本研究针对药用植物资源可持续性危机，探索入侵性杂草圆叶牵牛(Ipomoea purpurea)作为生物活性化合物新来源的潜力。通过乙醚提取物抗菌活性评估和GC-MS分子网络分析，发现种子提取物对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)具有显著抑菌活性(MIC=193 mg/mL)，并鉴定出多种已知抗菌活性的植物化学物质，为开发新型抗生素提供了替代资源。

　　

在抗生素耐药性日益严峻的全球医疗挑战下，寻找新型抗菌药物已成为当务之急。天然产物特别是植物特异性代谢物(Specialized Metabolites, SMs)因其广泛的生物活性而备受关注。然而，依赖传统药用植物常面临生态保护限制，约15,000种药用开花植物正面临灭绝威胁，这为植物化学研究设置了材料获取瓶颈。

面对这一困境，研究人员将目光转向了入侵性杂草——圆叶牵牛(Ipomoea purpurea (L.) Roth)。这种原产于南美和中美洲的缠绕藤本植物，凭借其高表型可塑性和遗传适应性已成为全球性入侵物种。虽然作为农业杂草令人困扰，但其强大的生存能力暗示着其可能含有丰富的生物活性成分。尤其值得注意的是，以往对圆叶牵牛的研究主要集中在极性代谢物上，而对其中等极性和非极性特异性代谢物(如香豆素、植物甾醇和萜类化合物)的研究尚属空白。

本研究首次系统评估了圆叶牵牛花和种子乙醚提取物(Et₂O-F和Et₂O-S)的抗菌活性，并采用分子网络技术进行植物化学成分的快速鉴定。研究团队选择大肠杆菌(Escherichia coli ATCC 25922)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus ATCC 25923)作为革兰氏阴性和阳性细菌的代表菌株，通过琼脂扩散斑点法和微量肉汤稀释法评估提取物的抗菌活性。

研究采用的主要技术方法包括：植物材料的超声辅助乙醚提取、基于CLSI指南的抗菌活性评估(琼脂扩散法和微量肉汤稀释法)、传统植物化学筛选(定性测试和薄层色谱)以及GC-MS结合分子网络分析进行代谢物鉴定。植物样本来自厄瓜多尔基多地区的野生种群，通过形态学鉴定并保存凭证标本。

Preliminary Antibacterial Activity Assays

研究结果显示，花和种子乙醚提取物对测试菌株表现出不同的抗菌活性。花提取物(Et₂O-F)对两种菌株仅显示轻微抑制作用，而种子提取物(Et₂O-S)对金黄色葡萄球菌表现出显著活性，抑菌圈直径达16.67±1.53 mm。通过微量肉汤稀释法进一步确定Et₂O-S对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度(Minimum Inhibitory Concentration, MIC)为193 mg/mL，且表现为抑菌作用而非杀菌作用。

Preliminary Phytochemical Screening

定性植物化学分析表明，两种提取物均含有香豆素、植物甾醇和萜类化合物。薄层色谱分析显示，在紫外光下可见荧光斑点和暗带区，表明存在含有紫外吸收发色团的代谢物。香草醛-硫酸试剂染色后出现紫色、黄色、红色和棕色斑点，提示存在单萜、类固醇和类胡萝卜素等化合物。

GC-MS analysis: Metabolite Spectral Annotation and Molecular Networking

GC-MS分析共鉴定出花提取物中93个色谱特征和种子提取物中91个特征，注释成功率分别为76.34%和67.78%。分子网络分析显示，花提取物中主要代谢物亚类包括烷烃、脂肪酸及其衍生物、醚类等，而种子提取物中卤代烷烃、植物甾醇和萜类化合物数量更多。

Annotation of antibacterial SMs present in Et₂O-F and Et₂O-S

研究在花提取物中鉴定出6种具有已知抗菌活性的特异性代谢物，包括香茅醇乙酸酯(3,7-dimethyloct-6-enyl acetate)、植醇衍生物(3,7,11,15-tetramethylhexadeca-2,6,10,14-tetraen-1-ol)等。种子提取物中鉴定出8种抗菌代谢物，其中β-谷甾醇(β-sitosterol)、菜油甾醇(campesterol)和豆甾醇(stigmasterol)等植物甾醇尤为突出。

Integrating Molecular Networking and Spectral Annotation Results with the Antibacterial Activity of Et₂O-F and Et₂O-S

研究讨论了植物甾醇和萜类化合物的抗菌作用机制，包括破坏细菌膜完整性、抑制细胞壁生物合成和关键代谢途径等。种子提取物对金黄色葡萄球菌的显著活性可能与其较高的植物甾醇含量有关，而提取物对革兰氏阳性菌的更高敏感性可能与细菌细胞壁结构的差异有关。

研究结论强调，圆叶牵牛作为入侵性杂草，其花和种子乙醚提取物中含有多种具有抗菌活性的植物化学物质，特别是种子提取物对金黄色葡萄球菌表现出显著抑菌活性。分子网络分析成功鉴定了已知抗菌代谢物，并为未知代谢物的结构鉴定提供了线索。这项工作不仅为开发新型抗菌剂提供了潜在资源，也展示了入侵植物在天然产物研究中的价值，为可持续利用非保护性植物资源进行药物发现提供了新思路。

该研究的创新之处在于首次将分子网络技术应用于圆叶牵牛的植物化学分析，并系统评估了其非极性提取物的抗菌活性。未来研究可进一步开展生物活性指导的分子网络策略，优先分离具有良好生物活性的未知代谢物，优化资源利用效率。本研究发表于《Scientific Reports》期刊，为重新审视入侵杂草的生态价值提供了科学依据。