紅樹(shù)植物多酚的生物地球化學(xué)意義及抗氧化性研究.pdf

1、植物多酚由于其特殊多樣的生物化學(xué)活性,逐漸成為化學(xué)生態(tài)學(xué)、生物地球化學(xué)、藥理學(xué)和食品化學(xué)等交叉學(xué)科的研究熱點(diǎn)。紅樹(shù)植物多酚具有多樣性含量分布和結(jié)構(gòu)組成是紅樹(shù)林與環(huán)境長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化的結(jié)果。有關(guān)紅樹(shù)植物多酚生物地球化學(xué)及結(jié)構(gòu).活性的研究在國(guó)際上處于起步階段。本研究聯(lián)合多種分析技術(shù),包括13C-NMR、MALDI-TOF質(zhì)譜、正相/反相HPLC-ESI-MS,凝膠色譜柱法,化學(xué)降解法,比色法等,研究了植物多酚在紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循

2、環(huán)及結(jié)構(gòu)與抗氧化活性關(guān)系,為揭示紅樹(shù)植物的營(yíng)養(yǎng)保存機(jī)制奠定理論基礎(chǔ),對(duì)紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)管理及林產(chǎn)化學(xué)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)植物多酚具有重要的指導(dǎo)意義。本研究主要結(jié)果如下:
　　 (1)系統(tǒng)地研究了22種紅樹(shù)植物葉片衰老過(guò)程中植物多酚成分類(lèi)型和含量動(dòng)態(tài)及其營(yíng)養(yǎng)元素N和P的內(nèi)吸收效應(yīng)。以紅樹(shù)科植物為代表的12種紅樹(shù)植物的多酚主要為縮合單寧類(lèi)型;以海?？茷榇淼?種紅樹(shù)植物的多酚主要為水解單寧類(lèi)型;馬鞭草科白骨壤、大戟科海漆和楝科木果楝的多酚為小分子

3、多酚類(lèi)型。葉片衰老過(guò)程紅樹(shù)植物多酚仍維持在較高的水平:以縮合單寧類(lèi)型為主的植物總體呈升高趨勢(shì),而以水解單寧和小分子多酚為主的植物則略有下降趨勢(shì)。紅樹(shù)植物葉片N和P在衰老過(guò)程發(fā)生不同程度的內(nèi)吸收。多數(shù)紅樹(shù)植物成熟葉N:P＜16,在綜述國(guó)內(nèi)相關(guān)以N:P比作為表征營(yíng)養(yǎng)限制指標(biāo)的基礎(chǔ)上,推測(cè)得到我國(guó)紅樹(shù)林不同程度地存在N限制。
　　 (2)秋茄作為我國(guó)特有的廣布種之一,富含縮合單寧。本文首次綜合利用比色法、正相/反相HPI-C-ESI-

4、MS和MALDI-TOF質(zhì)譜技術(shù),研究了縮合單寧在秋茄葉片凋落物分解過(guò)程含量、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)等的轉(zhuǎn)化途徑及其生態(tài)功能。隨著凋落物分解,總酚(TP)、可溶縮合單寧(ECT)和總縮合單寧(TCT)迅速下降,而結(jié)合縮合單寧(BCT),包括蛋白質(zhì)結(jié)合(PBCT)和纖維素結(jié)合(FBCT)縮合單寧,則呈不斷增加?？s合單寧聚合度經(jīng)歷了先升高后下降的過(guò)程。淋溶作用導(dǎo)致分解前期聚合度升高,而進(jìn)一步的理化和生物因素降解作用使聚合度下降。淋溶、降解和固定作用是縮合

5、單寧的三個(gè)重要轉(zhuǎn)化途徑。在紅樹(shù)植物秋茄葉片凋落物分解過(guò)程中,高縮合單寧含量結(jié)合高聚合度、高羥基化水平和低的糖苷化水平在N固定作用、腐殖化作用和降低分解速率中發(fā)揮重要作用,為生長(zhǎng)在貧營(yíng)養(yǎng)生境下的紅樹(shù)植物提供一個(gè)重要的營(yíng)養(yǎng)保存機(jī)制。
　　 (3)利用凋落袋法研究了紅樹(shù)植物白骨壤葉片凋落物分解過(guò)程植物多酚、營(yíng)養(yǎng)元素(N和P)及熱值的動(dòng)態(tài)。證明了“低單寧”紅樹(shù)植物白骨壤葉片凋落物僅含有小分子多酚類(lèi)型的植物多酚,而不含大分子多酚的水解和縮

6、合單寧。白骨壤葉片凋落物在分解過(guò)程中,小分子多酚在分解14天內(nèi)急劇下降(殘留率約10％);N含量顯示出先升高后穩(wěn)定,而P則先下降后穩(wěn)定;干重?zé)嶂?GCV)和去灰分熱值(AFCV)顯示出與N含量相似的變化趨勢(shì)。白骨壤凋落物的高N水平和低多酚水平(且不含縮合單寧)有利于分解過(guò)程微生物的繁殖,提高分解速率(半分解期t50=19天)。作為N限制的紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng),白骨壤通過(guò)凋落物分解過(guò)程對(duì)所缺乏的營(yíng)養(yǎng)元素N的富集和長(zhǎng)期凋落碎屑積累提高生態(tài)系統(tǒng)N庫(kù)

7、水平,為其提供一個(gè)潛在的營(yíng)養(yǎng)保存機(jī)制。
　　 (4)首次利用凋落袋法研究了水解和縮合單寧在外來(lái)紅樹(shù)植物無(wú)瓣海桑葉片凋落物分解過(guò)程的動(dòng)態(tài)。酸水解和硫醇降解法結(jié)合反相HPLC-ESI-MS獲得無(wú)瓣海桑葉片凋落物(分解0天)植物多酚中水解單寧與縮合單寧比例約為86:14。在分解前14天,水解單寧(鞣花單寧)含量與聚合度(分子量)急劇下降;TP、ECT和TCT僅殘留約20％,而B(niǎo)CT含量迅速升高,殘留率升高1倍左右。水解單寧的分解為微生

8、物活動(dòng)提供了碳源,進(jìn)而促進(jìn)了凋落物的分解速率(半分解期t50=12天)和微生物同化效率。ECT結(jié)合含N物質(zhì)而轉(zhuǎn)化為BCT,參與腐殖化和N固定作用。在葉片凋落物原地分解的基礎(chǔ)上,高的水解單寧含量促進(jìn)了凋落物分解,提高凋落物和立地土壤N水平,為外來(lái)紅樹(shù)植物無(wú)瓣海桑快速生長(zhǎng)提供了一個(gè)重要的營(yíng)養(yǎng)機(jī)制。
　　 (5)結(jié)構(gòu)單元組成是影響植物多酚抗氧化活性的重要結(jié)構(gòu)因素之一。利用五種不同植物多酚作為五種不同結(jié)構(gòu)單元的植物多酚模型:水解單寧(H

9、T,純化自無(wú)瓣海桑葉片,桔酸/鞣花酸主要結(jié)構(gòu)單元),原天竺葵定(PP,純化自榕樹(shù)葉片,表/阿福豆素主要結(jié)構(gòu)單元)、原花青定(PC,純化自秋茄葉片,表/兒茶素主要結(jié)構(gòu)單元)、原翠雀定(PD,純化自桐花樹(shù)葉片,表/桔兒茶素主要結(jié)構(gòu)單元)和原翠雀定桔酸酯(PDG,純化白楊梅葉片,表/桔兒茶素桔酸酯主要結(jié)構(gòu)單元),研究了植物多酚結(jié)構(gòu)單元對(duì)抗氧化活性的影響。研究結(jié)果顯示:HT比其余四種縮合單寧具有更強(qiáng)的抗氧化活性,而縮合單寧的抗氧化活性順序?yàn)?P

10、DG＞PD＞PC＞PP。
　　 (6)聚合度是縮合單寧最重要的結(jié)構(gòu)特征之一。利用Sephadex LH-20凝膠色譜柱分級(jí)分段純化方法,成功獲得不同平均聚合度(mDP)的B型連接(1.43±0.04～31.77±1.15)和A型連接(1.31±0.02～32.76±1.94)縮合單寧。SephadexLH-20凝膠色譜柱法是較為理想的縮合單寧分級(jí)純化方法。結(jié)合抗氧化活性分析,得到B型連接和A型連接縮合單寧在聚合度與抗氧化活性關(guān)系