黃連須根提取物生物堿類成分及抑菌活性研究

張永欣 朱童 楊丹 滕菲 朱晶晶 王智民 陳兩綿 高慧敏 馮偉紅

摘要 目的：在黃連的采收加工過程中，大量的黃連須作為農業廢棄物而丟棄，為探索其在植物源農藥方面的應用價值和前景，對黃連須根的化學成分及其含量進行測定，并對其提取物和單體成分進行活性篩選。方法：采用酸水提取，制備黃連須根提取物，采用超高效液相色譜-高分辨質譜聯用技術（UPLC-Q-TOF-MS）對其生物堿類成分進行定性分析，指認黃連須根中的主要化學成分;采用一測多評方法，對其中的鹽酸小檗堿、鹽酸黃連堿、鹽酸藥根堿、鹽酸表小檗堿、鹽酸巴馬汀等5個成分進行定量研究;采用抑菌圈法，評價須根提取物及部分單體成分對農業病原菌的抑制活性。結果：通過質譜指認了黃連須根酸水提取物中14種生物堿類成分，其中5種主要生物堿含量總和是6.9%～9.1%，其含量約為主根提取物的26%，具有開發利用價值。通過對黃連、須根2種提取物以及黃連須根中的主要成分鹽酸黃連堿的活性篩選，發現黃連須根提取物在1、10、50、100 mg/L 4個濃度下對農業中常見病原菌（小麥赤霉菌、番茄灰霉菌、辣椒疫霉菌、小麥紋枯病、番茄早疫病、蘋果斑點落葉病、辣椒炭疽菌、水稻稻瘟?。┮种苹钚暂^弱，僅有黃連提取物在高濃度（100 mg/L）時對辣椒疫霉菌的抑制活性達50%，其余抑菌活性均低于50%。須根中的鹽酸黃連堿在50 mg/L對辣椒疫霉菌、小麥紋枯病均具有較強的抑制活性（>80%），對水稻稻瘟病、辣椒炭疽菌也有較強的抑制活性，分別達71.43%和63.64%。結論：黃連須根中的生物堿成分含量較高，且對農業中常見病原菌有一定的抑制活性，尤其是鹽酸黃連堿對辣椒疫霉菌、小麥紋枯病均具有較強的抑制活性，具備開發利用潛力，可以為黃連須根的綜合利用提供依據。

關鍵詞 黃連;須根;生物堿;抑菌活性

Study on Alkaloids and Antibacterial Activity of Fibrous Root Extract of Coptis Chinensis

ZHANG Yongxin1，ZHU Tong1，2，YANG Dan1，TENG Fei1，ZHU Jingjing1，WANG Zhimin1，CHEN Liangmian1，GAO Huimin1，FENG Weihong1

（1 National Engineering Laboratory for Quality Control Technology of Chinese Materia Medica， Institute of Chinese Materia Medica，China Academy of Chinese Medical Sciences，Beijing 100700，China; 2 School of Pharmary，Anhui University of Chinese Medicine，Hefei 230012，China）

Abstract Objective：During the harvesting and processing of Rhizoma Coptidis，a large number of Rhizoma Coptidis whiskers are discarded as agricultural wastes，in order to explore the application value and Prospect of Coptis whiskers in botanical pesticides，the chemical composition and content of Coptis whiskers were determined，and the activity of extracts and monomers were screened.Methods：In this study，the fibrous root extract of Rhizoma Coptidis was prepared by acid water extraction，the alkaloids were qualitatively analyzed by UPLC-q-TOF/MS，the main chemical components in the fibrous root extract of Rhizoma Coptidis were identified by combining reference substance with literature.The quantitative analysis of berberine hydrochloride，berberine hydrochloride，jatrorrhizine hydrochloride，epiberberine hydrochloride and palmatine hydrochloride was carried out by quantitative analysis of multi-components with single marker，and the inhibition activity of fibrous root extracts and some monomers against agricultural pathogens was evaluated by inhibition zone method.Results：A total of 14 alkaloids in the fibrous root extract of Rhizoma Coptidis were identified by mass spectrometry.The total content of 5 main alkaloids was 6.9%～9.1%，which was about 26% of the main root extract，and has development and utilization value.Through the active screening of the 2 extracts of Coptis root and fibrous roots，and the main component of Rhizoma Coptidis root--berberine hydrochloride，it was found that the extracts from Rhizoma Coptidis had significant inhibitory effect on common pathogenic bacteria in agriculture（Gibberella graminearum，Botrytis cinerea，Phytophthora capsici，Wheat Sheath Blight，Tomato early blight，Alternaria mali，Colletotrichum capsicum and rice blast） under four concentrations of 1 mg/L，10 mg/L，50 mg/L and 100 mg/L.Only the extract of Rhizoma Coptidis at high concentration（100 mg/L） had 50% inhibitory activity against Phytophthora capsici，and the other antibacterial activities were less than 50%.Berberine hydrochloride in fibrous roots had strong inhibitory activity against Phytophthora capsici and Wheat Sheath Blight（>80%） at 50 mg/L.It also had strong inhibitory activity against rice blast and Colletotrichum capsici，reaching 71.43% and 63.64% respectively.Conclusion：The content of alkaloids in the fibrous roots of Rhizoma Coptidis is still high，and it has certain inhibitory activity to the common pathogenic bacteria in agriculture，especially the strong inhibitory activity of berberine hydrochloride to Phytophthora capsici and sharp eyespot of wheat，which has the potential of development and utilization.The results of this study provide the basis for the comprehensive utilization of fibrous roots of Rhizoma Coptidis.

Keywords Rhizoma Coptidis; Fibrous root; Alkaloid; Bacteriostatic activity

中圖分類號：R284.1文獻標識碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2021.17.007

黃連作為大宗中藥材，每年的產量和市場需求量均很大，黃連在產地加工時需要“除去須根及泥沙，干燥，撞去殘留須根”，產生大量的須根作為農業廢棄物被遺棄，不僅造成資源浪費而且污染環境。據統計，黃連畝產主根300 kg，須根50 kg。對黃連須根的綜合利用，具有社會、經濟和生態價值。黃連具有明顯的抗菌作用，且抗菌譜較廣[1-5]。1987—2017年發表的黃連抗菌研究文獻有195篇，涉及45種細菌菌種，其有效成分主要為小檗堿、黃連堿和藥根堿，目標菌主要為大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、化膿性鏈球菌、綠膿假單胞菌等，其中對金葡菌、肺炎鏈球菌、大腸埃希菌、淋病奈瑟氏菌及抗假絲酵母菌、白色念珠菌等的優勢明顯。

我國作為人口大國和農業大國，糧食蔬菜的產量與質量關系著人民的生命質量。蔬菜、水果種植密度大，大棚、日光溫室、露天蔬菜地之間交錯進行，且空隙狹小，導致番茄灰霉菌、辣椒疫霉菌、番茄早疫病、蘋果斑點落葉病、辣椒炭疽菌等病菌肆意生長，嚴重影響蔬菜水果產量。致使在農藥使用方面我國一直穩居世界榜首，據報道我國每年農藥使用量約150萬噸，大量、無序地使用高毒化學農藥不僅會造成生態的巨大破壞，還會帶來食品安全的巨大隱患，因此我國已頒布禁用了39種高毒高風險農藥，隨之生物農藥的研發進入了一個新高潮。2017年統計數據顯示，我國生物農藥覆蓋率已近10%，仍比發達國家低20%～30%。因此，從抗菌抗病毒中藥的非藥用部位中尋找新藥源，研發高效低毒的生物農藥具有很好的前景。

本研究采用超高效液相色譜-高分辨質譜聯用技術（UPLC-Q-TOF-MS）、高效液相色譜法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）技術針對黃連須根開展化學成分比較研究，在此基礎上，選取糧食、蔬菜和水果中發生危害嚴重的8種農業病原菌為篩選對象，開展黃連和須根提取物及黃連單體化合物的抑菌活性評價研究，考察以黃連須根廢棄物為原料開發植物源農藥的潛力，以期為黃連及其他中藥材下腳料的綜合利用尋找突破口。

1 儀器與試藥

1.1 儀器 高效液相色譜儀（Waters公司，美國，型號：2695-2998）;色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm，AKZO NOBEL公司，瑞典，型號：Kromasil Etenity-5-C18）;高效液相色譜儀（島津公司，日本，型號：LC-20AT）;液相色譜儀（Waters公司，美國，型號：ACQUITY UPLC）;質譜儀（Waters公司，美國，型號：Xevo G2-SQ-Tof）;旋轉蒸發儀（BUCHI公司，瑞典，型號：R-220）;數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司，型號：KQ-250DB）;數顯電熱套（上海力辰邦西儀器科技有限公司，型號：ZNHW-10 L）;恒溫水浴鍋（鞏義市予華儀器有限責任公司，型號：HH-ZK8）;萬分之一電子分析天平[賽多利斯科學儀器（北京）有限公司，型號：BSA124S];超凈工作臺（北京亞泰科隆儀器技術公司，型號：YT-CJ-2ND）;二氧化碳人工氣候箱（寧波賽福實驗儀器有限公司，型號：PRX-1000C-CO2）。

1.2 試劑 硫酸（批號：20002760）、碳酸氫銨（批號：20002760）、甲酸（批號：20170803）、氨水（批號：1000211）、三乙胺（批號：80134318）購自國藥集團化學試劑有限公司;乙腈（Fisher公司，美國，批號：172009），甲醇（北京化工廠，批號：20170322），純凈水（杭州娃哈哈集團有限公司，批號：20171004）。小麥赤霉病菌（Fusarium Graminearum Schw.）、小麥紋枯病菌（Rhizoctonia Cerealis Vander Hoeven）、番茄灰霉病菌（Botrytis Cinerea）、番茄早疫病菌（Alternaria solani）、辣椒疫霉病菌（Phytophthora Capsici）、辣椒炭疽病菌（Colletortrichum Gloeos Porioides）、蘋果斑點落葉病菌（Alternaria Alternate f.sp.mali）、水稻稻瘟病菌（Piricularia Oryzae）、水稻細菌性條斑病菌（Xanthomonas Oryzae Pathovar Oryzicola），由北京依科世?？萍加邢薰驹囼炇冶４婧团囵B。

1.3 分析樣品 黃連須根藥材（湖北恩施，批號：202101/2017;重慶石柱，批號：202103）;鹽酸巴馬?。ㄅ枺?10732-200907）、鹽酸藥根堿（批號：110733-201007）、鹽酸小檗堿對照品（批號：11713-200911）購自中國藥品生物制品鑒定所;鹽酸黃連堿與鹽酸表小檗堿對照品（中國中醫科學院中藥研究所自提，經HPLC面積歸一化法測定，純度≥98%）。

2 方法

2.1 黃連須根定性分析

2.1.1 色譜條件 ACQUITY UPLC BEH C18（2.1 mm×100 mm，1.7 μm），流速0.3 mL/min，進樣量2 μL，檢測波長200～700 nm，柱溫30 ℃，以乙腈（A）-0.1%甲酸水（B）為流動相，梯度洗脫條件：0～5 min，10%～20% A;5～8 min，20%～25% A;8～11 min，25%～35% A;11～14 min，35%～99% A;14～15 min，99% A;15～15.5 min，99%～10% A;15.5～17.5 min，10% A。

2.1.2 質譜檢測條件 電噴霧離子源，正負離子模式掃描，離子源溫度120 ℃，霧化氣為N2，質量掃描范圍質荷比（m/z）：100～1 200，累積時間0.2 s，錐孔電壓40 V，毛細管電壓2 kV，碎片離子碰撞能量20～50 eV，母離子碰撞能量6 eV，脫溶劑氣流速600 L/h，錐孔氣體流量50 L/h，脫溶劑氣溫度400 ℃，數據的采集和處理軟件為Mass Lynx 4.1質譜工作站。

2.1.3 供試品溶液的制備 取黃連須根粉末約2 g，精密稱定，10倍量75%甲醇以250 W功率超聲提取60 min，靜置，取上清液過濾，過0.22 μm微孔濾膜，作為負離子模式下的供試品溶液。取濾液1 mL，加75%甲醇稀釋10倍，作為正離子模式下的供試品溶液。

2.1.4 黃連須根提取工藝 稱取黃連須根600 g左右，加入10倍量0.3%硫酸溶液浸泡過夜（15 h左右），50 ℃左右浸提3次，2 h/次，過濾合并濾液，50 ℃減壓回收溶劑至1 L左右，于水浴鍋上50 ℃蒸至稠膏狀并減壓干燥（50 ℃，5 h），即得黃連須根提取物。

2.2 黃連須根定量分析

2.2.1 色譜條件 以乙腈為流動相A，以30 mmol/L碳酸氫銨溶液（每1 000 mL碳酸氫銨溶液含7 mL氨水，1 mL三乙胺）為流動相B，進行梯度洗脫：0～15 min，10%～20% A;15～25 min，20%～27% A;25～45 min，27%～30% A;45～50 min，30%～35% A;50～60 min;35%～100% A;柱溫30 ℃;檢測波長為270 nm;進樣量10 μL。

2.2.2 對照品溶液的制備 精密稱定鹽酸小檗堿4.78 mg于5 mL容量瓶中，甲醇定容，制成0.956 mg/mL的溶液，即得。

2.2.3 供試品溶液的制備 分別取黃連與黃連須根提取物40 mg，精密稱定，置具塞錐形瓶中，精密加入甲醇20 mL，稱重，超聲處理30 min。放冷，甲醇補重，濾過，取續濾液，即得提取物供試品溶液。分別取黃連與黃連須根粉末約0.2 g，精密稱定，置于50 mL錐形瓶，精密加入甲醇-鹽酸（100∶1）溶液50 mL，稱重，超聲30 min，冷卻，加甲醇補足重量，濾過，取續濾液過0.45 μm濾膜，即得藥材供試品溶液。

2.2.4 線性關系考察 精密稱取適量對照品，配成系列不同濃度的對照品溶液，分別進樣10 μL，以進樣量為自變量（x），峰面積為因變量（y），求得回歸方程，結果表明，鹽酸小檗堿在0.105～1.056 μg范圍內，線性關系良好，y=3.178×106x-621.083（R2=0.999 9）。

2.2.5 精密度試驗 樣品溶液連續進樣5次，分別測定其峰面積，峰面積的相對標準偏差（Relative Standard Deviation，RSD）值1.1%，說明精密度良好。

2.2.6 供試品溶液的穩定性試驗 樣品溶液在制備后0、2、4、6、8、10、12、18、24、48 h測定，測得的峰面積變化趨勢不明顯，說明樣品溶液在48 h內穩定。

2.2.7 重復性試驗 取同一批樣品稱重5份，分別依供試品溶液的制備方法操作，測得鹽酸小檗堿、鹽酸黃連堿、鹽酸藥根堿、鹽酸表小檗堿、鹽酸巴馬汀的平均質量分數分別為0.79%，RSD分別為0.46%

2.2.8 回收率試驗 稱取已知含量樣品5份，分別加入對照品鹽酸小檗堿適量，依供試品溶液的制備方法制備并測定。結果平均回收率為96.1%，RSD為1.1%，表明方法回收率良好。

2.3 黃連須根對農業病原菌的抑菌活性評價

2.3.1 抑菌圈法檢測 對于病原真菌，采用NY/T1156.6-2006的平皿菌絲生長抑制法。將小麥赤霉病菌、小麥紋枯病菌、番茄灰霉病菌、番茄早疫病菌、辣椒疫霉病菌、辣椒炭疽病菌、蘋果斑點落葉病菌、水稻稻瘟病菌在馬鈴薯蔗糖瓊脂（Potato-Saccharose-Agar，PSA）平板上（25±1）℃預培養，待菌落快長滿整個培養皿時，用直徑為5 mm的打孔器在靠近菌落邊緣的同一圓周上打取菌餅（保證同一重復的供試病菌的菌齡相同），并用接種針在無菌條件下將菌餅接種到帶毒PSA培養基平板中央，菌絲面朝下，置于黑暗下培養。將一定量的水稻細菌性條斑病菌加入冷卻至50 ℃左右的NA培養基中，混合均勻，傾注平板，水平靜置凝固后備用。將已滅菌的牛津杯垂直置于試驗平板上，輕輕加壓，使其與培養基接觸無空隙，往杯中注入設定濃度的待測樣品0.2 mL后，在30 ℃的培養箱中培養18～24 h后，測定抑菌圈大小。

2.3.2 供試藥劑 黃連須根提取物、黃連提取物、鹽酸黃連堿等所有提取物含量均以100%計，制成1.00×104 mg/L母液，置于4 ℃冰箱保存備用。培養基中有機溶劑最終含量不超過1%。

2.3.3 數據統計 采用SPSS 18.0統計軟件計算各植物提取物對病菌真菌的EC50及95%置信區間。抑菌圈法：在一定范圍內，抑菌圈直徑的平方或面積與藥液濃度的對數呈直線函數關系，從而比較供試樣品殺菌活性大小。

抵制率（%）=d1-d2d1×100%

EC50（理論）=a+bA+B

注：d1=對照的菌落增長直徑（mm）;d2=處理的菌落增長直徑（mm）;A=a/EC50（a）;B=b/EC50（b）

3 結果

3.1 黃連須根提取物生物堿類組成定性分析 依2.1.1與2.1.2方法，通過對照品與文獻相結合[6-7]，共鑒定出14個生物堿類成分。見圖1，表1。同時采用HPLC技術，對黃連與黃連須根進行指紋圖譜定性比較研究，結果表明，黃連不同部位生物堿的化學組成基本一致，各成分間含量比例有差異。同時采用一測多評方法，對其中鹽酸小檗堿、鹽酸黃連堿、鹽酸藥根堿、鹽酸表小檗堿、鹽酸巴馬汀等5個成分進行定量研究。分析黃連不同部位各生物堿含量發現，在黃連和黃連須根中，小檗堿含量最高，其次是表小檗堿和黃連堿，巴馬汀、藥根堿含量較低。主根與須根2個不同部位的幾種生物堿總和約為：513.68 mg/mL，134.66 mg/mL。見圖2。由此表明，須根中生物堿類成分含量是主根的26%，具有較高的應用價值。

3.2 黃連須根提取物生物堿定量分析 依據黃連藥典含量測定方法，測定黃連須根提取物中5種生物堿的含量[8-9]。見表2。

3.3 黃連不同部位提取物對農業病原菌抑菌活性評價 為了評估黃連須根提取物作為植物源農藥的開發前景，本研究開展了黃連、須根2種提取物以及黃連須根中的主要成分鹽酸黃連堿單體化合物在1、10、50、100 mg/L 4個濃度下對農業病原菌（小麥赤霉菌、番茄灰霉菌、辣椒疫霉菌、小麥紋枯病、番茄早疫病、蘋果斑點落葉病、辣椒炭疽菌、水稻稻瘟?。┑囊种苹钚栽u價研究。研究結果發現，黃連提取物對上述農業病原菌的抑制活性較弱，只有黃連提取物高濃度（100 mg/L）對辣椒疫霉菌的抑制活性達50%，其余抑菌活性均低于50%，表明黃連提取物對上述農業中常見病原菌抑制活性較弱。單體化合物鹽酸黃連堿對辣椒疫霉菌、小麥紋枯病均具有較強的抑制活性，在50 mg/L，時即能達到80%以上的活性;在50 mg/L時，鹽酸黃連堿對水稻稻瘟病具有較強的抑制活性，活性達71.43%，對辣椒炭疽菌的抑制活性達63.64%。見表3。

4 討論

黃連須根的提取工藝一方面借鑒了黃連提取的傳統工藝，另一方面參考了大量文獻。張宏川等[10]和付靈艷等[11]研究發現，黃連生物堿的提取與料液比、不同提取方法都有關，選用70%醇溶液比酸水提取效率高。但使用乙醇回流提取會使工業生產成本增加，在經濟上不如用濃度為1.5%的硫酸提取合算[12]。因此，綜合經濟成本與提取效率，我們選取0.3%硫酸浸提工藝。該提取工藝也為尋找黃連新藥用部位資源提供了理論基礎，使黃連生產副產物的大幅度開發利用成為可能。

文獻報道，黃連提取物與黃連中生物堿成分對農業病原菌有一定的抑制作用。劉鐵秋等[13]對20多種川產道地藥材，比較了6種不同溶媒提取，結果發現在供試濃度為0.1 g/mL條件下，黃連等7味中藥材的乙醇提取物抑菌率達100%。閆紅豆[14]以蘋果樹腐爛病菌、蘋果斑點落葉病菌、蘋果輪紋病菌3種病原菌為供試菌種，測定了不同中藥提取物對病原菌的生物活性，結果發現在提取物的濃度為0.01 g/mL時，黃連、丁香等4種中藥材提取物對蘋果樹腐爛病菌菌絲生長的抑制作用最為顯著，抑制率均達到100%?？梢婞S連提取物的抑菌作用明顯。針對黃連中的生物堿類成分小檗堿，楊平等[15]研究發現，小檗堿通過影響水稻細菌性條斑病菌Ⅱ型分泌系統和Ⅲ型分泌系統的功能、生物膜的形成以及胞外多糖的合成，從而影響病菌的致病力;通過影響水稻細菌性條斑病菌的能量代謝和破壞細胞結構來抑制水稻細菌性條斑病菌的生長。王如意[16]在篩選抑制番茄早疫病菌植物源藥物的研究發現：小檗堿對番茄早疫病菌的抑制效果最好;同時發現小檗堿與黑胡椒水提物以不同比例（5∶1，2∶3）復配分別可產生協同增效作用和相加作用。本研究發現：鹽酸黃連堿對辣椒疫霉菌、小麥紋枯病均具有較強的抑制活性。而黃連須根提取物中的小檗堿含量最高（37%），其次是鹽酸黃連堿（35%），二者占總生物堿量的73%。黃連須根生物堿含量是黃連的26%，因此，如能將黃連須根提取物開發用于抑制農作物病原菌，不但能提高黃連的生物利用率，而且能改善農作物的生長環境。

參考文獻

[1]楊勇，葉小利，李學剛.4種黃連生物堿的抑菌作用[J].時珍國醫國藥，2007，18（12）：3013-3014.

[2]張慶蓮，黃娟，邵單炫，等.黃連抗菌作用研究進展[J].中醫藥信息，2019，36（5）：125-127.

[3]趙楠，李隆云，白志川.中藥材黃連的研究現狀與展望[J].重慶理工大學學報：自然科學，2015，29（1）：53-58.

[4]劉云寧，李小鳳，班旭霞，等.中藥抗菌成分及其抗菌機制的研究進展[J].環球中醫藥，2015，8（8）：1012-1017.

[5]董穎，劉保光，許二平.黃連解毒湯抗炎作用與臨床應用研究進展[J].中國實驗方劑學雜志，2021，27（12）：245-250.

[6]郝藝銘，霍金海，王濤，等.UPLC-Q-TOF/MS技術分析黃連中非生物堿類成分[J].中藥材，2020，43（2）：354-358.

[7]李媛.黃柏、黃連體內外成分對比研究[D].哈爾濱：黑龍江中醫藥大學，2013.

[8]匡艷輝，朱晶晶，王智民，等.一測多評法測定黃連中小檗堿、巴馬汀、黃連堿、表小檗堿、藥根堿含量[J].中國藥學雜志，2009，44（5）：390-394.

[9]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典（一部）[S].北京：中國醫藥科技出版社，2020：316.

[10]張宏川，劉思洋，孫寧陽，等.響應面分析法優化黃連生物堿提取工藝的研究[J].中藥材，2016，39（1）：143-146.

[11]馮慧，趙婭，王小艷，等.小檗皮總生物堿提取物的大孔樹脂純化工藝與質量標準考察[J].中國實驗方劑學雜志，2019，25（16）：97-103.

[12]高倩，羅旭梅，龐婕，等.黃連副產物中生物堿含量測定及提取工藝研究[J].中國野生植物資源，2014，33（4）：5-8.

[13]劉鐵秋，孫雪丹，何苗，等.20種川產道地藥材對番茄灰霉菌的抑制作用研究[J].食品工業科技，2013，34（24）：114-119.

[14]閆紅豆.植物提取物對蘋果主要病害的防治研究[D].保定：河北農業大學，2014.

[15]楊平，黎芳靖，羅嫚，等.在小檗堿作用下水稻細菌性條斑病菌生理及轉錄反應分析[J].植物保護學報，2020，47（5）：1005-1018.

[16]王如意.植物源藥物篩選及小檗堿抑制番茄早疫病菌作用機制的研究[D].北京：北京化工大學，2018.

（2021-08-06收稿 責任編輯：王明）