千里光属及其近缘属倍半萜类化合物研究

摘要

倍半萜类化合物(sesquiterpenoids)是自然界中存在的一大类天然化合物，在植物中最为丰富，常具活性，是医药、食品和化妆品工业的重要原料，是菊科(Asteraceae Link)千里光属（Senecio L.）及其近缘属橐吾属（Ligularia Cass.）和大吴风草属（Farfugium Lindl.）共有的化合物类型，也曾作为判断现代千里光族(Trib.Senecioneae Cass.)的重要指标性化合物。
　　 在千里光属内寻找和提取倍半萜类化合物一直是药物化学和相关功能食品科学研究的热点，目前已在该类群近150种植物中发现和提取到600多种倍半萜类化合物。随着千里光属越来越多的物种中不断发现倍半萜类化合物的新类型，这些化合物在千里光属植物内的分布和演化规律也成为人们关注的热点。以往的研究仅仅针对个别物种的少数几个化合物类型，由于研究种类少、化合物类型单一、得到的结论也十分有限，缺乏对该类群倍半萜类化合物类型与分布的全面梳理与总结。此外，世界千里光属植物多达1200余种，且分布广泛、生境多样，物种形态变异复杂，物种鉴定极其困难，物种间的亲缘关系尚不明确，这也成为研究该化合物在千里光属植物分布规律的瓶颈。因此，对千里光属植物众多倍半萜类化合物的类型进行系统总结与归纳，应用植物系统学相关原理与方法阐明研究类群亲缘关系，这种多学科交叉的整合性研究对于客观探讨倍半萜化合物的分布与演化规律具有重要意义。研究结果将在利用植物亲缘性原理寻找新化合物方面提供重要的理论依据，在药食资源的开发利用方面具有重要的实际意义。同时，千里光属植物又是倍半萜类化合物的重要植物资源，所进行的系统研究对于保护资源同样具有重要的生态学意义。
　　 本文以采自吉林长白山地区和山东昆嵛山地区的千里光属植物、橐吾属植物和采自浙江舟山地区的大吴风草植物为研究对象，通过硅胶层析、制备薄层层析、RP18硅胶柱层析及重结晶等技术，进行倍半萜化合物的分离、纯化，利用现代波谱技术对分到的化合物进行结构解析和鉴定。共分到和鉴定倍半萜化合物35个，其中新化合物7个，1个首次从自然资源中获得化合物1个，已知化合物26个。7个新化合物是:
　　 (1)6β-angeloyloxy-eremophila-1(10),7(11)-diene-12,8β-lactone；
　　 (2)5α-Hydroxy-4(15)-eudesmene-1-one；
　　 (3)7R*，10S*-epoxy-3E,5E-famesadien-1,2,11-triol；
　　 (4) Fischelactone；
　　 (5) Fischelactone B；
　　 (6) Eremophila-l(10),7(11),8-trien-12,8-1actam；
　　 (7)3β-angeloyloxy-6β,8β-dihydroxy-9β-senecioyloxyeremophil-7(11)-en-12,8α-lactone。
　　 对全球千里光属共149个物种（已经报道的含有倍半萜化合物的物种）中的622个倍半萜结构（包括本实验获得的新结构）进行倍半萜化合物结构、类型分析，探讨其可能的生物合成途径。
　　 首次对这149种千里光属植物物种进行倍半萜化合物类型的数量分类学研究，这是到目前为止在世界千里光属倍半萜化合物研究中使用物种数量最多的研究之一。首先对这些物种的学名进行考证和地理分布特点分析。考证结果表明在传统的千里光属中已经有26个物种分别转移到了10个属中;异名(Synonym)种27个;未确定名(Unresolved name)种10个;裸名(Nomen nudum)种13个，本文采纳了这些最新的类群处理结论;地理分布范围在世界广泛性的基础上又具有相对的集中性，以热带和亚热带地区居多。其次对其622个倍半萜结构进行归类整理，并将类型数字化，运用UPGMA法构建倍半萜化合物类型关系树。在关系树中这些化合物聚成7个组，分别是:1.没药烷型组Sect.Bisabolane;2.蟹甲草酚型组Sect.Cacalol;3.艾里莫芬烷型组Sect.Eremophilane;4.呋喃雅槛蓝型组Sect.Furanoeremophilane;5.艾里莫芬烷内酯型组Sect.Eremophilenolide;6.桉烷型组Sect.Eudesmane和7.吉玛烷型组Sect.Germacrane。呋喃雅槛蓝型（furanoeremophilane）倍半萜在所调查的149个物种中存在最为普遍，有55个物种含有该种倍半萜，占所调查物种的37％;艾里莫芬烷型(eremophilane)倍半萜位列第二，有30个物种含有该类倍半萜，占所调查物种的20％;艾里莫芬烷内酯型（eremophil-8，12-olide）倍半萜位列第三，有28个物种含有该类倍半萜，占所调查物种的19％;位列第四到第十的分别为:没药烷型(bisaboiane)倍半萜，有23个物种含有该类倍半萜，占所调查物种的15％;吉玛烷型(germacrane)倍半萜，有20个物种含有该类倍半萜，占所调查物种的13％;蟹甲草酚型(cacalol)倍半萜，有18个物种含有该类倍半萜，占所调查物种的12％;桉烷型(eudesmane)倍半萜，有14个物种含有该类倍半萜，占所调查物种的9％;丁香烷型（caryophyllane）倍半萜，有8个物种含有该类倍半萜，占所调查物种的5％;防风烯酮型(oplopane)和胡椒烷型(copane)倍半萜，分别有5个物种含有该类倍半萜，占所调查物种的3％。有13个类型的化合物只存在于单一物种之中，成为所调查的物种中的特征性倍半萜类化合物。由此看出以艾里莫芬烷骨架为主的类型是大多数该属植物所共有的结构类型，是千里光属标志性化合物结构。聚类分析的结论虽不能以此来确定物种之间的亲缘关系，但是可以作为物种化学分类的证据之一。
　　 物种间的系统发育关系是理解物种及其一些重要特征的起源及进化的基础，从遗传本质上看，倍半萜类化合物物种间差异归根到底是物种的基因差异造成的，也就是物种在DNA序列的结构和组成上的差异。DNA序列差异无疑是物种系统发育关系最为直接最可靠的证据。本研究采用国内千里光属三个物种的ITS序列，并结合GenBank数据库中已有的50种千里光属植物分子信息，采用MP、ML、BI方法分别构建系统发育关系，从遗传本质上认识和理解物种分子系统学与倍半萜化合物的关系。同时结合地理分布特点、生源途径分析等分析各物种之间的关系，研究其倍半萜类化合物的分子多样性，进而研究分子结构演化与形态学演化的相关性，探讨其演化规律。得出的结论是:绝大多数倍半萜类化合物的发生和演化与物种的进化关系没有严格的相关性，其发生可能受环境的影响和制约比较大，因此该类化合物的类型特征不适合作为药用植物亲缘学或植物化学分类学的直接证据。

目录

声明

摘要

缩略词表

前言

1．选题的思想及设计思路

2．技术路线

3．研究的主要内容和成果

4．本文的创新点

第一章 千里光属及其近缘属研究背景

1．1 概述

1．2 千里光属研究背景

1．2．1 千里光属的形态特征

1．2．2 千里光属系统分类研究背景

1．2．3 千里光属主要化学成分研究背景

1．3 橐吾属研究背景

1．3．1 橐吾属形态特征

1．3．2 橐吾属系统分类研究背景

1．3．3 橐吾属主要化学成分研究背景

1．4 大吴风草属研究背景

1．4．1 大吴风草属形态特征

1．4．2 大吴风草系统分类研究背景

1．4．3 大吴风草属主要化学成分研究背景

第二章 千里光属及其近缘属倍半萜成分的分离与鉴定

2．1 实验仪器设备、材料与方法

2．1．1 主要仪器设备

2．1．2 主要实验材料

2．1．3 实验方法

2．2 实验内容

2．2．1 千里光属倍半萜化合物分离与纯化

2．2．2 千里光属倍半萜化合物结构解析与鉴定

2．2．3 橐吾属倍半萜化合物分离与纯化

2．2．4 橐吾属倍半萜化合物结构解析与鉴定

2．2．5 大吴风草属倍半萜化合物分离与纯化

2．2．6 大吴风草属倍半萜化合物结构解析与鉴定

2．2．7 大吴风草属倍半萜化合物活性测试

第三章 千里光属倍半萜化合物结构、类型和生物合成途径研究

3．1 千里光属倍半萜化合物的结构

3．2 倍半萜的生物合成途径分析

3．2．1 倍半萜的生物合成途径-1

3．2．2 倍半萜的生物合成途径-2

第四章 千里光属倍半萜化合物数量分类学研究

4．1 千里光属含倍半萜化合物物种学名考证和地理分布

4．1．1 物种学名考证

4．1．2 地理分布

4．2 千里光属植物倍半萜化合物类型和聚类分析

4．2．1 倍半萜化合物类型

4．2．2 聚类分析

第五章 物种分子系统学与倍半萜化合物的演化关系

5．1 实验材料

5．2 实验方法

5．2．1 总DNA的提取

5．2．2 序列扩增

5．2．3 PCR产物纯化

5．2．4 序列测定

5．2．5 克隆

5．3 数据处理与系统发育分析

5．3．1 序列比对

5．3．2 对于Gap的处理

5．3．3 系统发育分析

5．4 研究结果

5．4．1 序列信息

5．4．2 物种进化关系与化合物类型分析

结论

附录：部分倍半萜化合物谱图

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文