季节性对 Croton heliotropiifolius 与 Croton jacobinensis 叶片精油化学成分及抗氧化活性的影响

《Biochemical Systematics and Ecology》：Influence of seasonality on the chemical composition and antioxidant activity of essential oils from the leaves of Croton heliotropiifolius Kunth and Croton jacobinensis Baill. (Euphorbiaceae)

　　

研究人员针对大戟科（Euphorbiaceae）植物 Croton heliotropiifolius Kunth 与 Croton jacobinensis Baill. 叶片精油，研究了季节性对其化学成分和抗氧化活性的影响。结果显示：在 Croton heliotropiifolius 精油（EOCH）中初步鉴定出27种化合物；在 Croton jacobinensis 精油（EOCJ）中初步鉴定出22种化合物。E-石竹烯（E-caryophyllene）是各季节 EOCH 的主要化合物；双环大牻牛儿烯（bicyclogermacrene）是各季节 EOCJ 的主要化合物。EOCH 与 EOCJ 分别在夏季和春季表现出更强的抗氧化活性。

论文解读：季节性对两种巴豆属植物精油化学成分及抗氧化活性的影响

（一）研究背景与目的
植物次生代谢物的生物合成直接依赖于环境因素，植物通过生态生理、结构和生化响应来适应自然生态系统。精油是一类挥发性次生代谢产物，其化学特征受昼夜节律和气候变量影响，与植物所处的生理阶段和环境条件密切相关。例如，植物在高温下通过挥发精油限制蒸腾作用并保护自身免受太阳辐射。因此，从特定物种中年复一年地提取精油应在相同条件下进行，以保持化学成分、质量和产量的一致性。精油抗氧化活性与其多种成分的协同效应有关，如丁子香酚、百里香酚、薄荷醇、桉油精和香芹酚等。已有研究报道巴豆属（Croton）精油具有抗氧化、抗癌、抗伤害感受、抗菌、抗真菌、抗寄生虫、胃保护和止泻等多种生物活性。巴西约有350种巴豆属植物，主要分布于卡廷加（Caatinga）植物地理区。C. heliotropiifolius 和 C. jacobinensis 均为巴西传统药用植物，广泛用于民间医药。尽管已有研究分别评估了 C. heliotropiifolius 精油的季节性变化与抗菌效应，以及 C. jacobinensis 精油在干雨季的变化，但缺乏全年季节性对抗氧化潜力影响的系统研究。因此，本研究旨在评价2024年四季采集的两种植物叶片精油的化学组成和抗氧化活性的变化。

（二）研究方法概述
研究人员于2024年1月（夏季）、4月（秋季）、7月（冬季）、10月（春季）在巴西帕拉伊巴州阿雷亚市（该地位于巴西东北部 Brejo Paraibano 中区域）采集 C. heliotropiifolius 和 C. jacobinensis 各10个个体的新鲜叶片，每次均在当月20—30日早晨7时进行，且取自同一居群。样本凭证存放于帕拉伊巴州立大学 Manuel de Arruda Camara 标本馆（编号：HACAM 4021、HACAM 4022），研究已在巴西国家遗传资源与传统知识管理系统（SisGen）注册（代码A8E1BCB）。精油采用 Clevenger 装置水蒸馏提取，计算产率；通过气相色谱-质谱联用（GC/MS）分析化学成分，依据 NIST 谱库和文献保留指数初步鉴定化合物；采用 ABTS^•+ 法、DPPH 法和磷钼酸还原法（TAC）测定抗氧化活性；同时收集当地气象数据（INMET），结合 Pearson 相关分析和主成分分析（PCA）评估气候因子与精油成分及活性的关系。

（三）主要研究结果
3.1 季节性对精油产率的影响
EOCH 产率在夏季至冬季均为0.05%，春季显著升至0.16%；EOCJ 产率从夏季0.07%逐步升至冬季0.11%，春季保持0.11%。Pearson 相关分析显示，EOCH 产率与温度无显著相关（r=0.18），与降水（r=?0.91）和相对湿度（r=?0.71）呈负相关但不显著；EOCJ 产率与温度（r=?0.73）和降水（r=?0.54）呈负相关，与相对湿度呈弱正相关（r=0.17），均无统计学意义。结果表明，C. jacobinensis 精油产率表现出更强的季节稳定性，而 EOCH 产率在春季上升可能受较低降水和高湿条件影响。

3.2 精油化学成分及其季节性变化
GC/MS 共初步鉴定 EOCH 中27种化合物，以倍半萜（55.56%）和单萜（44.44%）为主；EOCJ 中22种化合物全部属于倍半萜（100%）。

3.2.1 Croton heliotropiifolius 精油
EOCH 主要成分为 E-石竹烯（20.25%–33.23%）、双环大牻牛儿烯（1.00%–17.68%）、柠檬烯（limonene，6.50%–13.60%）、愈创木醇（guaiol，1.00%–11.80%）、sylvestrene（8.01%–10.87%）和 γ-萜品烯（5.00%–10.71%）。相关分析显示，双环大牻牛儿烯和 sylvestrene 与降水呈正相关（r=0.85），柠檬烯与降水呈极显著负相关（r=?0.98），1,8-桉叶油醇和 γ-萜品烯仅在冬季和春季检出。PCA 解释了89.1%的总方差，春季样品与柠檬烯、γ-萜品烯相关联，夏季与双环大牻牛儿烯和 sylvestrene 相关，冬季与含氧倍半萜相关，秋季呈现过渡特征。E-石竹烯在所有季节均为最主要化合物。

3.2.2 Croton jacobinensis 精油
EOCJ 主要成分为双环大牻牛儿烯（30.33%–47.77%）、大牻牛儿烯 D（germacrene D，10.28%–18.00%）、γ-衣兰油烯（γ-muurolene，0%–29.80%）和斯巴醇（spathulenol，5.91%–12.10%）。大牻牛儿烯 D 与温度呈显著正相关（r=0.95），δ-榄香烯也与温度正相关（r=0.92），而 γ-衣兰油烯与温度显著负相关（r=?0.91）。PCA 解释了88.6%的总方差，冬季样品沿 PC1 明显分离并与 γ-衣兰油烯显著关联，夏季与 β-榄香烯和 δ-榄香烯相关，秋季与含氧倍半萜相关，春季化学组成相对均衡。与 EOCH 相比，EOCJ 的季节性化学分化程度较低，显示出更高的组成稳定性。

3.3 抗氧化活性评价
通过 ABTS、DPPH 和 TAC 方法评价抗氧化活性。EOCH 在夏季（ABTS IC₅₀=5.50 mg/mL；DPPH IC₅₀=6.38 mg/mL）和秋季（ABTS IC₅₀=5.45 mg/mL；DPPH IC₅₀=6.83 mg/mL）表现出最佳活性，冬季和春季活性较弱。EOCJ 在冬季（ABTS IC₅₀=1.48 mg/mL）和春季（ABTS IC₅₀=2.38 mg/mL）ABTS 活性最佳，DPPH 最佳活性出现在春季（IC₅₀=4.49 mg/mL），夏季活性最低。TAC 测定中，EOCH 各季节活性相对较高（1.76–2.66 mg EAA/g），EOCJ 变化范围较小（1.08–1.78 mg EAA/g）。相关分析表明，EOCH 中双环大牻牛儿烯与 ABTS IC₅₀ 显著负相关（r=?0.96），柠檬烯和 γ-萜品烯与 ABTS 和 DPPH IC₅₀ 显著正相关，提示高含量单萜可能降低整体抗氧化能力；EOCJ 中 β-榄香烯与 ABTS IC₅₀ 显著正相关（r=0.97）。结果支持抗氧化活性由多种成分协同决定，且不同测定方法反映不同的抗氧化机制。

（四）讨论与结论
讨论部分指出，低降雨和温和温度可能有利于抗氧化化合物积累。EOCJ 在冬季检出的高含量 γ-衣兰油烯（29.80%）以及含氧倍半萜（如斯巴醇、α-橙花叔醇等）可能共同促进了该季节的高抗氧化活性。与文献相比，本研究获得的 C. jacobinensis 精油 DPPH IC₅₀（4.49–10.00 mg/mL）优于先前报道的22 mg/mL，表明采集季节对活性评价至关重要。结论：2024年四季中，EOCH 和 EOCJ 分别初步鉴定出27种和22种化合物，主要成分分别为 E-石竹烯和双环大牻牛儿烯。单萜类（柠檬烯、1,8-桉叶油醇、γ-萜品烯）仅在 EOCH 冬季和春季样品中检出，而 EOCJ 中未发现单萜。两种精油在 DPPH、TAC 和 ABTS^•+ 方法中均表现出中等抗氧化活性，季节性变化显著影响其化学组成和抗氧化性能。未来需要进一步评估这些产品的生物安全性，并在体内实验模型中探究 EOCH 和 EOCJ 的抗氧化机制。