入侵植物紫茎泽兰的资源化利用研究

发布时间：2020-03-05 13:25

【摘要】：紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)为菊科泽兰属多年生草本植物,原产于南美洲墨西哥地区,如今已成为我国主要入侵植物之一,使我国西南地区的经济遭受了巨大损失,并对生态环境造成了严重威胁。目前已采取了化学防治、生物防治、机械防除等多种方法对紫茎泽兰进行治理,但未能取得良好的效果。为提高紫茎泽兰经济价值,变废为宝,促进防治,本研究在紫茎泽兰化学成分研究的基础上,进行了活性成分的分离纯化、毒性成分脱除、产品的安全性评价等研究,为紫茎泽兰的资源化利用提供了依据。本论文得到的主要研究结果如下:(1)对紫茎泽兰中的单咖啡酰奎尼酸类物质进行了分离纯化和鉴定。使用制备液相色谱制备了新绿原酸、绿原酸、隐绿原酸三种单体,首次在紫茎泽兰中鉴定和制备了新绿原酸和隐绿原酸。(2)进行了紫茎泽兰不同溶剂提取物对体外肝细胞毒性的研究,对提取物中的化学成分进行测定,初步确定倍半萜类为主要肝毒性物质。进一步分离得到三种倍半萜类单体,分别为9-羰基-10,11去氢泽兰酮、10Jα-9-羰基泽兰酮和10Hβ-9-羰基泽兰酮。三种物质均具有体外肝细胞毒性。(3)对紫茎泽兰中绿原酸类化合物的提取工艺进行了研究。对比了加热搅拌提取法和超声辅助提取法,加热搅拌法提取效果更好。不同温度下加热搅拌提取符合二级动力学模型。优化后加热搅拌法所用提取溶剂为60%体积分数乙醇,固液比1:30,温度为80℃,新绿原酸、绿原酸和隐绿原酸的提取率分别为6.46、19.73和3.32mg/g。将提取罐体积放大,固液比1:10两次提取,绿原酸的回收率达到96.86%。(4)对紫茎泽兰绿原酸粗提物进行初步纯化。比较了大孔树脂法、超滤膜分离法以及溶剂萃取法,大孔树脂法所得产品绿原酸含量最高。通过静态和动态吸附解吸实验研究了大孔树脂对绿原酸的吸附作用。从9种不同性质的大孔树脂中筛选得到NKA-Ⅱ型树脂。NKA-Ⅱ树脂对紫茎泽兰粗提物中绿原酸的吸附符合Langmuir热力学模型和准二级动力学模型。对大孔树脂分离纯化工艺进行了优化和放大,所得绿原酸纯度为22.17%,收率为82.14%。大孔树脂纯化工艺效率高,稳定性好。(5)对大孔树脂所得绿原酸纯化物进一步精制,以获得高纯度绿原酸产品。比较了聚酰胺树脂柱层析结晶法和萃取结晶法。对绿原酸在聚酰胺树脂上的吸附情况作了研究,并对纯化工艺进行了优化和放大。所得绿原酸产品的纯度为86.53%,回收率为84.77%,浓缩后结晶绿原酸纯度可达96.82%。使用萃取结晶法所得绿原酸纯度可达96.03%,方法更易操作。(6)对三种紫茎泽兰绿原酸产品(紫茎泽兰粗提物,绿原酸6.11%;大孔树脂纯化物,绿原酸22.17%;结晶产物,绿原酸96.03%)进行了安全性评价。毒素成分检测结果表明主要倍半萜类毒素在分离纯化过程中已被逐渐脱除。体外肝细胞毒性实验表明三种产品在培养基中浓度达到400 μg/mL时未产生明显毒性。急性毒性实验结果表明当灌胃量达到15 g/kg体重时,小鼠没有死亡现象,没有异常表现,各器官未见异常。以上实验初步证明三种紫茎泽兰绿原酸产品是安全的。(7)对不同纯度的三种紫茎泽兰绿原酸产品进行了体外抗氧化活性实验和体外促小鼠脾脏淋巴细胞增殖实验。随着产品中绿原酸含量的提高,产品的体外抗氧化活性增强。高浓度的三种产品可以显著提高小鼠脾脏淋巴细胞体外增殖能力,其中紫茎泽兰粗提物效果相对更好一些,可能其他成分也起到协同作用。(8)将紫茎泽兰原料及其提取残渣进行堆肥化处理,达到资源的全利用。堆肥处理后,各项指标达到腐熟标准。对紫茎泽兰中主要化感成分进行检测,堆肥之后均检测不到化感物质9-羰基-10,11去氢泽兰酮。种子发芽实验表明堆肥后产品无植物毒性。
【图文】：

分布情况,紫茎泽兰,倍半萜类化合物

１．１紫茎泽兰研究概述逡逑１．１．１紫茎泽兰在我国分布情况逡逑紫垄泽兰（五叩如们？画ｃｆ＜ｉｅ？ｏｐ／２0ｒ＿Ｓｐｒｅｎｇ，图１．１）为菊科泽兰属多年生丛生型逡逑草本或半灌木植物，原产于南美洲墨西哥和哥斯达黎加等地区，现已广泛分布于世界逡逑的热带、亚热带地区。紫茎泽兰从２０世纪４０年代开始由中缅边境入侵我国云南逡逑南部地区，随后快速蔓延，并于７０年代开始对我国造成灾害。在云南外来入侵植物逡逑中，，具有Ｉ级危害的有６种，其中最严重的就是紫茎泽兰［４〗。紫茎泽兰繁殖速度快、竞逡逑争力极强，已经对我国西南地区造成了严重的生态破坏和经济损失［５；６］。目前，紫茎逡逑泽兰已入侵云南、四川、贵州、广西、西藏等省份，甚至在湖北和重庆的三峡地区也逡逑有发现。在２００３年国家环保总局和中国科学院公布的首批１６种外来入侵物种名单中，紫茎逡逑泽兰名列首位ｍ。调查表明紫茎泽兰以约每年６０邋ｋｍ的速度向东和向北扩张，长江以

奎尼酸,咖啡酸,化学结构,绿原酸

１．２．１绿原酸类物质及化学结构逡逑绿原酸（ｃｈｌｏｒｏｇｅｎｉｃａｃｉｄ），化学名邋５－（＞咖啡酰奎尼酸（５－Ｏ－ｃａｆｆｅｏｙｌｑｕｉｎｉｃａｃｉｄ，５－逡逑ＣＱＡ），其结构由咖啡酸与奎尼酸（图１．３）缩合而成，是植物细胞在有氧呼吸过程中逡逑经莽草酸途径所产生的代谢产物。绿原酸分子式为Ｃ６Ｈ１８0９，分子量为３５４．３，熔点为逡逑２０８°Ｃ，比旋光度［ａ］Ｄ＝３５．２°邋（０２．８）。绿原酸在２５°Ｃ水中溶解度为４％，溶解度随温逡逑度而变化，在热水中溶解度较大［６６］。逡逑绿原酸及其类似物广泛存在于高等植物中。一般情况下，植物体内的绿原酸类物逡逑质并不单独存在，而是多种类似物共同存在。绿原酸类化合物含有羟基和邻二酚羟基，逡逑易溶于水、甲醇、乙醇、丙酮等溶剂，微溶于乙酸乙酯，难溶于氯仿、乙醚等极性很逡逑低的溶剂。绿原酸类物质主要由奎尼酸与咖啡酸、阿魏酸、对香豆酸、３，５－二甲氧基逡逑肉桂酸等缩合而成。主要包括单咖啡酰奎尼酸（３－０－咖啡酰奎尼酸、５－０－咖啡酰奎尼逡逑酸、４－０－咖啡酰奎尼酸）以及双咖啡酰奎尼酸（３
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ914

【参考文献】