野生与离体繁殖草木樨的比较生物化学：植物化学成分、抗氧化与抗菌特性

《Life》：Comparative Biochemistry of Wild and In Vitro-Propagated Melilotus officinalis: Phytochemical Composition, Antioxidant, and Antimicrobial Properties

　　

草木樨(Melilotus officinalis (L.) Lam.)是一种具有药用价值的豆科(Fabaceae)物种，具有公认的抗氧化和抗菌特性，然而栽培系统对其次生代谢的影响在中亚种群中仍缺乏系统表征。本研究比较了来自哈萨克斯坦北部(阿斯塔纳市)的野生和离体培养的草木樨，考察了酚类组成、有机酸、抗氧化能力和抗菌活性随栽培系统的变化。采用高效液相色谱-二极管阵列检测-电喷雾电离-轨道阱质谱联用(HPLC-DAD-ESI-Orbitrap MS/MS)和超快速液相色谱-光电二极管阵列检测(UFLC-PDA)分析水醇提取物，通过硫代巴比妥酸反应物(TBARS)法和ABTS法评估抗氧化活性，并通过肉汤微量稀释法评估对八种细菌和两种真菌菌株的抗菌活性。初步鉴定出13种酚类化合物，显示离体植株的总黄酮含量较高，以芹菜素二-C-戊糖苷异构体和维采宁-3(vicenin-3)为主，而野生植株表现出更高的酚酸和黄酮醇多样性，包括山柰酚和槲皮素糖苷。尽管总酚含量较低，野生提取物更能有效抑制脂质过氧化，而ABTS自由基清除能力在两个来源之间相当，抗菌效果具有菌株特异性。离体材料中的草酸含量约为野生材料的3倍，这一生化特征与下游应用相关。这些发现表明，栽培系统显著影响该区域性重要药用物种的次生代谢产物谱和生物活性。

草木樨野生与离体培养材料的比较生物化学研究解读

活性氧(reactive oxygen species, ROS)失衡导致的氧化应激在植物和人体生理中均发挥核心作用，与植物的胁迫响应以及人类心血管疾病、神经退行性疾病等慢性病的发生密切相关。植物来源的天然抗氧化剂作为多功能生物活性化合物日益受到关注，在人类健康、食品和制药工业中具有广阔应用前景。草木樨(Melilotus officinalis (L.) Lam.)为豆科(Fabaceae)二年生草本植物，广泛分布于欧亚大陆，在哈萨克斯坦北部草原和森林草原地带生长尤为普遍。该物种传统上用于治疗静脉功能不全和炎症性疾病，现代研究证实其具有抗氧化、抗菌、抗炎和心脏保护作用，这些生物活性主要归因于其多样的植物化学组成，包括香豆素类(如香豆素和草木樨苷)、黄酮类(如木犀草素、山柰酚和槲皮素衍生物)以及酚酸类(如绿原酸、原儿茶酸和香草酸)。然而，目前关于栽培系统(野生环境与离体培养)对中亚地区草木樨次生代谢产物积累的影响仍缺乏系统研究。野生植株常遭受非生物和生物胁迫，可能增强防御性次生代谢物的生物合成；离体培养则提供了受控环境，可实现生物量生产的标准化和代谢途径的调控。此外，草木樨所含香豆素在高摄入量下具有潜在肝毒性，欧洲食品安全局(EFSA)已设定其每日可耐受摄入量(TDI)为0.1 mg/kg体重。因此，阐明栽培系统对植物化学成分和生物活性的影响对于确保安全有效利用至关重要。

针对上述问题，研究人员以采自哈萨克斯坦北部阿斯塔纳市的野生及离体培养草木樨为材料，系统比较了两种栽培系统来源样品的酚类化合物组成、有机酸谱、抗氧化能力和抗菌活性，发现栽培系统显著重塑了该物种的次生代谢产物谱与生物活性。相关成果发表在《Life》期刊上。

在关键技术方法方面，研究人员采用高效液相色谱-二极管阵列检测-电喷雾电离-轨道阱质谱联用(HPLC-DAD-ESI-Orbitrap MS/MS)和超快速液相色谱-光电二极管阵列检测(UFLC-PDA)对水醇提取物进行酚类化合物和有机酸分析；采用硫代巴比妥酸反应物(TBARS)法和ABTS法评估抗氧化活性；参照临床和实验室标准协会(CLSI)指南通过肉汤微量稀释法测定提取物对八种细菌和两种真菌菌株的最低抑菌浓度(MIC)和最低杀菌/杀真菌浓度(MBC/MFC)。种子材料来源于哈萨克斯坦塞肯·赛富林农业技术大学工程与食品技术研究所，野生植株于2025年仲夏采集自阿斯塔纳市郊天然种群。

研究结果方面，有机酸分析显示，野生与离体材料的有机酸总量相近(10.4±1.4 g/100 g干重 vs 10.5±1.5 g/100 g干重)，但各组分差异显著：琥珀酸在两种条件下均为主要有机酸，草酸在离体材料中约为野生材料的3倍(5.78±0.03 vs 1.80±0.10 g/100 g干重)，苹果酸和柠檬酸仅在野生样品中检出。酚类化合物分析共初步鉴定出13种酚类化合物，其中6种酚酸类成分大多仅在野生样品中检出，如对香豆酸葡萄糖苷异构体(2.37 mg/g)等，使野生材料总酚酸含量(4.29 mg/g)明显高于离体材料(1.75 mg/g)；3种黄酮类成分(维采宁-3及芹菜素6,8-二-C-戊糖苷异构体I和II)在离体材料中显著富集，其中芹菜素6,8-二-C-戊糖苷异构体II含量达5.73 mg/g，超过野生材料的总黄酮含量(4.42 mg/g)，使离体材料总黄酮含量达9.58 mg/g；5种黄酮醇类成分(山柰酚和槲皮素衍生物)几乎仅在野生材料中检出，如山柰酚-O-鼠李糖基芸香糖苷在野生材料中含量为2.37 mg/g，而在离体材料中仅为0.28 mg/g。抗氧化活性测定显示，在TBARS脂质过氧化抑制实验中，野生提取物的半数抑制浓度(EC₅₀)为0.64 mg/mL，而离体提取物在最高测试浓度下未达到50%抑制；ABTS自由基清除实验中，野生和离体材料分别为96.01和85.64 μmol TE/g提取物，表明两者溶液相自由基清除能力相当。抗菌活性呈现菌株特异性：离体提取物对鼠疫耶尔森菌(Yersinia enterocolitica)和巴西曲霉(Aspergillus brasiliensis)的抑制更强，野生提取物对大肠杆菌(Escherichia coli)和单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)更有效，两者对铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)在最高测试浓度下均无抑制作用。

讨论部分指出，离体培养条件下芹菜素C-糖苷的大量积累可能与茉莉酸甲酯(MeJA)对苯丙烷代谢途径关键酶(如苯丙氨酸解氨酶PAL、查尔酮合酶CHS、黄酮合酶FNS