高山蓍草（Achillea erba-rotta subsp. moschata）精油化学成分深度解析：单萜与倍半萜变异及其对低侧柏酮品种选育的启示

《Plants》：In-Depth Analysis of the Essential Oil of Achillea erba-rotta subsp. moschata (Asteraceae)

　　

中文翻译： Achillea erba-rotta subsp. moschata（Wulfen）Vacc.（异名：A. moschata Wulfen）隶属于菊科（Asteraceae），是一种传统上具有药用和芳香特性的植物。目前，它主要用作多种商业利口酒的成分。研究人员采用气相色谱-火焰离子化检测器（GC/FID）和气相色谱-质谱联用（GC/MS）方法，对采集自意大利东部阿尔卑斯山并在相同实验条件下栽培的具有代表性的A. erba-rotta subsp. moschata植株精油进行了研究。分析的各植物样品之间，精油定性与定量组成均表现出巨大差异。含氧单萜是检测到的主要化合物类别，其中顺式-（cis-）和反式-（trans-）侧柏酮（含量从零至总油的85.5%）、樟脑（含量从0.2%至55.6%）和1,8-桉叶素（含量从0.3%至19.7%）最为丰富。在倍半萜类中，石竹烯类化合物组（包括石竹烯及其含氧衍生物）占总油的3.3%至29.9%，而β-桉叶醇（β-eudesmol）占总油的0%至16.9%。鉴于侧柏酮对人体食用的已知毒性，本研究结果对于在可能的育种计划框架内选择侧柏酮含量较低的植株具有重要意义。

论文解读

一、研究背景与目的

Achillea erba-rotta subsp. moschata（Wulfen）Vacc.（异名A. moschata Wulfen）是菊科（Asteraceae）的一种多年生草本植物，特生于中欧和东阿尔卑斯山，生长于海拔1800米以上的硅质悬崖、碎石坡和冰碛物上。其深羽状分裂的叶片使其区别于分布于西阿尔卑斯山、叶片简单且顶端具齿的A. erba-rotta subsp. erba-rotta。该亚种传统上既作为药用植物（具有助消化、解痉和驱风作用），也作为芳香植物用于给蒸馏液和利口酒增香，主要流行于阿尔卑斯山区。目前该物种主要用于其芳香特性，在意大利阿尔卑斯地区生产利口酒和苦味酒，加工业年需求干原料约8吨。

该物种开花地上部分的芳香特性显然源于其挥发性成分组成，但迄今为止相关研究较少。以往多项研究虽已鉴定出该物种精油中的多种挥发性化合物，但均存在一个共同局限：所有已鉴定的单萜类化合物均能被识别，而大多数倍半萜类化合物仍未被鉴定。这一事实，加之该物种挥发性成分组成的广泛变异性，促使研究人员深化对其挥发性成分的表征研究。因此，本研究旨在提高对A. erba-rotta subsp. moschata精油化学成分的认识，特别是倍半萜类化合物类别，并考察该物种挥发性成分组成的变异性。

二、研究内容与主要结论

研究人员对在相同田间试验条件下栽培的十个种质（其中七个已在先前研究中描述，另加三个在相同条件下栽培的种质）进行了研究。于栽培第二年（2022年6月14日）采集盛花期开花顶部（该物种常用的植物部位），每个种质采集两份代表性样品（每份约40–50克鲜重），在36 ± 1 °C恒温烘箱中干燥48小时。样品经P. Fusani（意大利特伦托CREA林业与木材研究中心）鉴定，每个被考察种质的凭证标本保存于该中心。

精油通过水蒸气蒸馏法提取，使用Clevenger型实验室蒸馏器，以10克干燥植物材料加500毫升水，蒸馏1小时。共对二十份精油样品进行了分析。精油得率范围为干物质的0.28%至0.61%。未分馏的精油直接通过GC/FID和GC/MS分析。此外，将各精油等量混合制备代表性精油样品，通过柱色谱法用极性递增的溶剂（戊烷、戊烷-5%乙醚、乙醚）分离为三个馏分（N、P1、P2），以获取各成分化学结构的更详细信息。

研究共检测到63种化合物，其中59种被鉴定。在已鉴定化合物中，有21种首次在A. erba-rotta subsp. moschata中发现：含氧单萜3-侧柏醇、香芹酮和反式-桧基乙酸酯；倍半萜δ-香木兰烯；内酯13-十四内酯和15-十六内酯；以及14种倍半萜类化合物。值得注意的是，色谱分离未揭示未分馏精油中与主峰共洗脱或被遮蔽的任何微量化合物。

二十份精油样品的定性与定量组成表现出巨大变异性。总体趋势上，含氧单萜是最丰富的化合物类别，占总油的43.2%至90.4%，其次是含氧倍半萜（5.2%–45.6%）、单萜烃（0.3%–13.6%）和倍半萜烃（0.6%–4.9%）。樟脑（0.2%–55.6%）、顺式-侧柏酮（0%–71.2%）和反式-侧柏酮（0%–64.5%）被确认为该物种精油中最具代表性的化合物，此外还有1,8-桉叶素（0.3%–19.7%）和松油烯-4-醇（0.9%–5.5%）。在倍半萜类中，β-桉叶醇（0%–16.9%）、E-橙花叔醇（0%–6.7%）和倍半桉叶素（0%–4.8%）在部分样品中含量较高。该精油的一个显著特征是含有相对较高含量的石竹烯及其一系列含氧衍生物，合计占总油的3.3%至29.9%，其中石竹烯-2(12),6(13)-二烯-5β-醇（0.7%–10.9%）和石竹烯氧化物（0.7%–7.7%）是该系列中最具代表性的含氧石竹烯衍生物。与文献数据相比，这些化合物在该物种精油中相对较高的含量似乎是该物种的一个特征性标志。此外，还检测到13-十四内酯和15-十六内酯（平均相对含量分别为0.2%和0.6%），这两种内酯已知对某些植物精油特有的麝香气味有贡献。

三、主要技术方法

本研究采用的主要关键技术方法包括：水蒸气蒸馏法提取精油；气相色谱-火焰离子化检测器（GC/FID）和气相色谱-质谱联用（GC/MS）进行定性与定量分析；硅胶柱色谱法对代表性精油进行分级分离（按极性分为烃类馏分N、含氧酮类和酯类馏分P1、醇类等极性化合物馏分P2）；基于正构烷烃系列（C₆–C₂₅）计算保留指数（AI）辅助化合物鉴定；以及皮尔逊相关分析（Pearson Correlation）考察化合物间相关性。样品来源为意大利特伦托CREA研究中心田间试验中栽培的十个种质，每个种质采集两份代表性样品。

四、研究结果

精油得率：二十份A. erba-rotta subsp. moschata样品的精油得率范围为干物质的0.28%至0.61%，与文献报道数据一致。

精油组成鉴定：通过GC/FID和GC/MS分析未分馏精油及三个色谱分离馏分，共检测到63种化合物，其中59种被鉴定。21种化合物首次在该物种中发现，包括含氧单萜、倍半萜、内酯以及14种倍半萜类化合物，其中多种为石竹烯的含氧衍生物。

化合物类别分布：含氧单萜是最丰富的化合物类别（占总油43.2%–90.4%），其次是含氧倍半萜（5.2%–45.6%）、单萜烃（0.3%–13.6%）和倍半萜烃（0.6%–4.9%）。

主要代表性化合物：樟脑（0.2%–55.6%）、顺式-侧柏酮（0%–71.2%）和反式-侧柏酮（0%–64.5%）是最具代表性的化合物，此外还有1,8-桉叶素（0.3%–19.7%）和松油烯-4-醇（0.9%–5.5%）。石竹烯及其含氧衍生物合计占总油的3.3%至29.9%。

化合物间相关性分析：皮尔逊相关分析显示，樟脑与1,8-桉叶素呈正相关（相关系数0.591），而这两种化合物与顺式-和反式-侧柏酮呈负相关。E-石竹烯与其所有含氧衍生物之间均观察到显著正相关，表明存在同时合成这些化合物的代谢途径，而非石竹烯向其含氧衍生物的转化。研究人员尝试将观察到的变异性与种质来源地相关联，但结果不一致。

五、讨论与结论

研究观察到的高变异性可首先归因于被考察种质为源自自然种群的第一代栽培植株，其个体形态、化学和遗传变异性是已知现象；其次，每个样品的蒸馏植物材料（累计10克干重）是从实验田采集的批量样品中随机取出的，该批量样品源自每个种质的30株植株。未来研究可着眼于考察单株植物间化学成分的变异。

本研究是迄今对A. erba-rotta subsp. moschata精油表征最全面的研究，共检测到63种化合物、鉴定59种。特别是，29种倍半萜被定量，其中25种被鉴定。21种化合物首次在该物种中发现，其中包括多种石竹烯的含氧衍生物。在被考察样品中发现了精油组成的高度变异性，虽然无法根据其来源种质进行分组，但最丰富化合物之间存在显著相关性，支持该物种内存在不同化学型（chemotype）的假说。这一假说在可能的育种计划视角下尤为重要——考虑选择侧柏酮含量较低的植株作为起始植物材料具有潜在价值。鉴于侧柏酮对人体食用的已知毒性，本研究结果对选育低侧柏酮含量品种具有特别重要的意义。然而，仍需进一步研究以探究该物种精油组成变异性的可能成因。