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野生蔬菜功能性成分及其生物活性研究进展

李瑶晨 范紫佩 杨静 刘庭付 祝彪 朱祝军 陈小央

张梅, 董琼, 段华超, 等. 白枪杆幼苗叶片形态和生理性状对钙的响应[J]. 浙江农林大学学报, 2022, 39(4): 845-851. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210597
引用本文: 李瑶晨, 范紫佩, 杨静, 等. 野生蔬菜功能性成分及其生物活性研究进展[J]. 浙江农林大学学报, 2022, 39(4): 913-922. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210550
ZHANG Mei, DONG Qiong, DUAN Huachao, et al. Response of leaf morphological and physiological traits of Fraxinus malacophylla seedlings to calcium[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2022, 39(4): 845-851. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210597
Citation: LI Yaochen, FAN Zipei, YANG Jing, et al. Research progress on functional components and biological activities of wild edible vegetables[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2022, 39(4): 913-922. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210550

野生蔬菜功能性成分及其生物活性研究进展

DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210550
基金项目: 浙江省重点研发计划项目(2019C02014);浙江省“三农六方”科技协作项目(2019SNLF007);浙江农林大学学生科研训练项目(113-2013200136)
详细信息
    作者简介: 李瑶晨(ORCID: 0000-0002-5123-4515),从事蔬菜营养品质与安全研究。E-mail: 983484573@qq.com
    通信作者: 杨静(ORCID: 0000-0003-3880-2618),副教授,从事园艺植物品质生理和次生代谢调控研究。E-mail: yangjing@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S647

Research progress on functional components and biological activities of wild edible vegetables

  • 摘要: 野菜在中国有悠久的使用历史,是栽培蔬菜的重要补充,也是人类获取矿质元素、氨基酸、维生素、多糖、黄酮类化合物等多种功能性成分的重要来源之一,开展野菜的基本成分研究对全面了解其营养物质和生物活性具有重要的科学意义和应用价值。本研究综述了野菜的主要营养与功能性成分,总结了当前野菜生物活性方面的主要研究成果,内容包括:①野菜基本营养成分;②野菜功能成分;③野菜活性成分分析及其功效性;④常见检测分析方法与技术。主要结论为:野菜含有丰富的基本营养成分和生物活性物质,其中维生素、酚类和萜类等化合物在抗菌、抗氧化、抗肿瘤和抗炎症等方面具有良好功效,今后野生蔬菜的研究可聚焦于功能性成分及生物活性分离提取与功能鉴定,为后续的开发应用提供参考。表2参74
  • 除黑龙江、吉林、内蒙古和新疆4省(区)外,中国其余省(区、市)都有竹类生长和分布。据第8次(2009−2013年)森林资源清查,中国竹林面积达601 万hm2,占中国森林面积的3%,占世界竹林面积约20%[1]。在廊道旁、公园、古寺庙、风景区等地方种植竹子以增加景观优质性,是园林配置的一部分。竹林分布广,面积大,因此需要考虑竹林保护与防火等问题。有些竹种具有一定的防火能力,被作为防火植物使用,如毛竹Phyllostachys edulis、雷竹Ph. praecox[2-3]。对于竹子的燃烧性能方面国内外研究较少,但是在森林可燃物的燃烧性和抗火性方面,国内外都进行了大量研究[4-9]。李树华等[10]认为:在火灾危险带种植刚竹Ph. sulphurea等植物可以减缓火势蔓延。钟安建等[11]对南昌城区15种园林树种的抗火性进行研究,认为珊瑚树Viburnum odoratissimum抗火性能最强,桂花Osmanthus fragrans抗火性能最差。金钱荣等[12]将木荷Schima superba选为防火功能较强的行道绿化树种。李世友等[13]对20种园林绿化植物的鲜枝叶进行燃烧试验及燃烧性排序。何忠华等[14]对12种园林树种的抗火性进行了综合评价,认为乐昌含笑Michelia chapensis抗火性最强。森林植物叶燃烧性研究方法可以为竹叶研究提供借鉴。张雨瑶等[15]对11种园林木本植物的新叶片和2种对比植物老活叶片进行了垂直燃烧实验,认为鹅掌楸Liriodendron chinense等燃烧性较强。氧指数试验法主要用于测定聚合材料的阻燃性能,如对于各种纺织品[16]、玻璃纤维增强塑料[17]、聚氯乙烯(PVC)管[18]、橡胶[19]等阻燃性能的测定,在森林可燃物研究方面的应用较少。本研究对17种园林竹鲜叶进行燃烧性比较,旨在分析园林竹鲜叶的易燃性差异,为竹林保护与防火提供依据。

    以17种园林竹为研究对象(括号中数字为样品代号),车筒竹Bambusa sinospinosa (1)、慈竹Neosinocalamus affinis (2)、灰金竹Phyllostachys nigra var. henonis (3)、灰香竹Chimonocalamus pallens (4)、料慈竹B. distegia (5)、龙竹Dendrocalamus giganteus (6)、绵竹B. intermedia (7)、青皮竹B. textilis (8)、沙罗单竹Schizostachyum funghomii (9)、秀叶箭竹Fargesia yuanjiangensis (10)、小佛肚竹B. ventricosa (11)、孝顺竹B. multiplex (12)、野龙竹D. semiscandens (13)、椅子竹D. bambusoides (14)、油竹B. surrecta (15)、云南甜龙竹D. hamiltonii (16)、紫竹Ph. nigra (17)。以5种常见易燃园林绿化用木本植物的老叶作对比,即阴香Cinnamomum burmanni (18)、桂花Osmanthus fragrans (19)、滇润楠Machilus yunnanensis (20)、蓝桉Eucalyptus globulus (21)、云南樟C. glanduliferum (22)。所有植物均栽植于西南林业大学校园内。由于新叶含水率呈动态变化,而老叶含水率相对稳定且易燃,故选老叶为实验样品。取叶时,选多株、不同枝条上外形和大小相似、质量相近的多片竹叶,于防火期采集健康的完整分枝,立刻带回实验室。

    采集同枝条上的老叶,分为2组,分别进行燃烧实验和含水率测定。燃烧实验前测定鲜叶质量、叶脉长度并在白纸上勾绘出鲜叶外形,实验在高浓度医用氧条件下进行,点火气体为丙烷气。将竹叶叶尖朝上、叶柄朝下放入试件夹中,点火器火焰长度为10~15 mm,从上朝下点火,用秒表记录竹叶燃烧时间。每种鲜叶重复6次实验。含水率(H)测定采用105 ℃烘干恒量法,取相对含水率。实验采用JF-3型氧指数测定仪进行。

    叶片单位面积质量(W)、绝对线速率(V1)、绝对面积损失速率(V2)、绝对质量损失速率(V3)、相对线速率(V4)、相对面积损失速率(V5)和相对质量损失速率(V6)参照李世友等[6]、张雨瑶等[15]、郑永波等[20]和苏文静等[21]方法进行。

    运用SPSS 18.0软件,以平均V1V2V3V4V5V6等6个指标进行因子分析,得到22种植物鲜叶的燃烧性能得分并排序。根据燃烧性能得分,应用聚类分析法划分等级。采用因子分析法对数据进行标准化处理,通过KMO值和Bartlett球体检验提取公因子,利用旋转法使因子变量更具有可解释性,计算因子变量得分。

    表1可知:22种植物鲜叶的含水率和单位面积质量均差别较大,5种木本植物鲜叶单位面积质量均大于竹叶。单位面积质量最小、含水率较小的秀叶箭竹,燃烧速率最大。单位面积质量最大、含水率较大的云南樟,燃烧速率最小。含水率最大、单位面积质量较小的椅子竹,燃烧速率较小。含水率最小、单位面积质量中等的车筒竹,燃烧速率接近最大值。由此可见:鲜叶燃烧速率与单位面积质量、平均含水率有关。

    表 1  22种植物鲜叶的含水率、单位面积质量及燃烧速率
    Table 1  Moisture content, mass per unit area and burning rate of fresh leaves of 22 plants speices
    代号H/%W/(g·m−2)绝对燃烧速率相对燃烧速率
    V1/(cm·s−1)V2/(cm2·s−1)V3/(g·s−1)V4/(%·s−1)V5/(%·s−1)V6/(%·s−1)
    140.511461.0790.8630.0128.6678.6678.667
    256.99 561.3492.0870.0128.5668.5668.566
    351.861040.5520.5410.0056.8826.8826.882
    455.121040.6970.4020.0046.9546.9546.954
    543.841160.6421.2830.0143.1403.1403.140
    658.91 960.4211.3200.0122.1402.1402.140
    753.07 920.4250.6440.0063.4503.4503.450
    856.73 580.9811.3160.0086.8206.8206.820
    942.93 661.2451.4860.0107.6007.6007.600
    1044.08 531.1941.0580.0069.4509.4509.450
    1144.27 871.1711.8850.0167.5837.5837.583
    1246.07 700.8491.0400.0077.0407.0407.040
    1356.83 700.8582.1770.0164.2004.2004.200
    1458.97 720.5200.7370.0054.7004.7004.700
    1555.341020.2160.3450.0041.5001.5001.500
    1658.79 840.5461.5790.0132.6602.6602.660
    1743.15 940.5210.6040.0065.1405.1405.140
    1852.361900.3300.9770.0182.9672.9672.967
    1947.553220.3160.7470.0374.2003.0204.400
    2049.122300.1730.4860.0111.7671.7671.767
    2146.934830.1460.2280.0110.8830.8830.883
    2252.211850.1180.5440.0100.9831.0000.983
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    由于所获得数据数值不同,单位不同,无法进行比较和计算,因此需要进行无量纲化处理。使用SPSS软件对数据进行标准化处理,结果如表2所示。

    表 2  22种植物鲜叶燃烧性评价指标无量纲化后得分
    Table 2  Fresh leaf combustibility of 22 plants species evaluation index dimensionless points
    代号V1V2V3V4V5V6
    1 1.108 53−0.270 53 0.134 17 1.396 29 1.403 15 1.393 99
    2 1.809 85 1.895 67 0.134 17 1.359 08 1.366 27 1.356 76
    3−0.260 34−0.840 40−0.849 73 0.738 69 0.751 40 0.735 89
    4 0.116 30−1.086 40−0.990 29 0.765 21 0.777 69 0.762 44
    5−0.026 57 0.472 77 0.415 28−0.639 89−0.614 88−0.643 72
    6−0.600 61 0.538 25 0.134 17−1.008 29−0.980 00−1.012 41
    7−0.590 22−0.658 11−0.709 17−0.525 68−0.501 69−0.529 43
    8 0.853 98 0.531 17−0.428 06 0.715 85 0.728 77 0.713 03
    9 1.539 71 0.832 03−0.146 95 1.003 20 1.013 56 1.000 61
    10 1.407 24 0.074 57−0.709 17 1.684 76 1.689 04 1.682 67
    11 1.347 50 1.538 17 0.696 40 0.996 94 1.007 35 0.994 34
    12 0.511 11 0.042 72−0.568 62 0.796 90 0.809 09 0.794 14
    13 0.534 49 2.054 95 0.696 40−0.249 38−0.227 85−0.252 92
    14−0.343 46−0.493 52−0.849 73−0.065 17−0.045 29−0.068 58
    15−1.133 09−1.187 28−0.990 29−1.244 07−1.213 68−1.248 36
    16−0.275 92 0.996 62 0.274 72−0.816 72−0.790 14−0.820 69
    17−0.340 86−0.728 90−0.709 17 0.096 92 0.115 36 0.093 65
    18−0.836 98−0.068 78 0.977 51−0.703 62−0.678 05−0.707 50
    19−0.873 34−0.475 83 3.648 09−0.249 38−0.658 70−0.179 18
    20−1.244 78−0.937 74−0.006 39−1.145 71−1.116 19−1.149 92
    21−1.314 91−1.394 34−0.006 39−1.471 38−1.438 96−1.475 84
    22−1.387 64−0.835 09−0.146 95−1.434 54−1.396 24−1.438 97
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    因子分析法并不能适用于任何情况,只有当样品数量大于评价指标数量时,才能得出KMO值和Bartlett球体检验结果,判断原始数据是否能够进行因子分析。对标准化后的数据进行KMO值和Bartlett球体检验,结果KMO值为0.625>0.500,Bartlett检验接近0,说明指标具有相关性,适合做因子分析。

    表3可知:特征值大于1的公因子有2个,累积方差贡献率达到了89.623%,因此可用来描述22种园林植物鲜叶的燃烧性。

    表 3  解释的总方差表
    Table 3  Interpretation of the total variance table
    成分初始特征值提取载荷平方和旋转载荷平方和
    总计方差百分比/%累积/%总计方差百分比/%累积/%总计方差百分比/%累积/%
    14.11468.567 68.5674.11468.56768.5674.08468.07068.070
    21.26321.056 89.6231.26321.05689.6231.29321.55389.623
    30.591 9.843 99.466
    40.031 0.515 99.981
    50.001 0.019100.000
    61.887×10−8 3.145×10−7100.000
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    采用最大方差法(varimax)进行因子旋转,目的是使公因子的相对负荷的方差之和最大,且保持原公共因子的正交性和公共方差总和不变。使每个因子的最大载荷变量数量最小,以简化对因子的解释。利用SPSS软件进行旋转,得到表4因子载荷矩阵。主成分1在绝对线速率(V1)、相对线速率(V4)、相对面积损失速率(V5)、相对质量损失速率(V6)上的载荷系数较大,体现了燃烧性能(f1)。主成分2在绝对面积损失速率(V2)、绝对质量损失速率(V3)的载荷系数较大,体现了燃烧性能(f2)。

    表 4  旋转后因子载荷矩阵
    Table 4  Rotated factor load matrix
    评价指标主成分评价指标主成分
    1212
    V1 0.9490.227V40.981−0.014
    V2 0.4800.718V50.990−0.600
    V3−0.2240.850V60.979−0.007
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    运用SPSS软件得出因子得分系数矩阵(表5),因子得分模型可表示为:

    表 5  因子得分系数矩阵
    Table 5  Component score coefficient matrix
    评价指标主成分评价指标主成分
    1212
    V1 0.2240.125V40.245−0.066
    V2 0.0790.538V50.250−0.102
    V3−0.1030.680V60.244−0.060
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    f1=0.224x1+0.079x2−0.103x3+0.245x4+0.250x5+0.244x6

    f2=0.125x1+0.538x2+0.680x3−0.066x4−0.102x5−0.060x6

    其中:xiV1~V6的数值标准化后的数据,将表2的相关变量相应的代入上式中即得到22种植物鲜叶燃烧性公因子得分。再以各公因子的方差百分比作为权数计算22种植物鲜叶燃烧性综合评价得分。计算公式为:

    F= λ1f1+ λ2f2=0.685 67f1+0.210 56f2

    其中:F为22种植物鲜叶的燃烧性能得分,λi为第i个公因子的方差百分比。得分大于0,说明该植物鲜叶的燃烧性能大于22种植物鲜叶燃烧性能的平均水平,反之则比较差;得分越高代表燃烧性能越好。

    各植物鲜叶燃烧性能的最后得分及排名如表6所示。由表6可知:5种木本植物得分均小于0,且有2种燃烧性能得分排名最后,说明5种木本植物鲜叶的燃烧性能均低于平均水平。22种植物鲜叶的燃烧性能从大到小的顺序依次为慈竹、小佛肚竹、秀叶箭竹、沙罗单竹、车筒竹、青皮竹、孝顺竹、野龙竹、灰香竹、灰金竹、桂花、料慈竹、紫竹、椅子竹、云南甜龙竹、阴香、龙竹、绵竹、滇润楠、油竹、云南樟、蓝桉。其中,慈竹得分最高,说明最易燃,油竹得分最低,说明最难燃,但较云南樟、蓝桉易燃。具体来看,油竹的含水率较大、单位面积质量较大,在17种竹类中得分最低。秀叶箭竹含水率较小、单位面积质量最小,得分排在前列。蓝桉含水率较大、单位面积质量最大,得分排在最后。进一步说明了鲜叶的燃烧速率与单位面积质量、平均含水率有关。

    表 6  22种植物鲜叶的燃烧性能得分及排序
    Table 6  Combustibility property score and rank of fresh leaves of 22 plants species
    代号f1f2F排序代号f1f2F排序
    1 1.245 11−0.234 50 0.804 512 0.767 30−0.482 73 0.424 7
    2 1.546 36 1.026 31 1.276 113 0.031 05 1.700 27 0.379 8
    3 0.510 85−1.232 08 0.0911014−0.072 37−0.873 29−0.23314
    4 0.609 57−1.418 80 0.119 915−1.157 88−1.172 78−1.04120
    5−0.478 60 0.676 99−0.1861216−0.608 56 0.871 97−0.23415
    6−0.844 15 0.532 83−0.4671717 0.014 46−0.940 74−0.18813
    7−0.494 31−0.792 39−0.5061818−0.807 66 0.681 30−0.41016
    8 0.808 52−0.063 17 0.541 619−0.878 34 2.210 90−0.13711
    9 1.168 40 0.310 35 0.866 420−1.192 01−0.405 70−0.90319
    10 1.638 70−0.650 80 0.987 321−1.483 82−0.585 92−1.14122
    11 1.089 91 1.240 98 1.009 222−1.412 53−0.399 00−1.05321
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    应用SPSS软件对17种竹叶的燃烧性能得分进行聚类分析,由图1所示:17种园林竹鲜叶的燃烧性划为易燃和较易燃2个等级。其中,慈竹、小佛肚竹、秀叶箭竹、沙罗单竹、车筒竹、青皮竹、孝顺竹、野龙竹、灰香竹、灰金竹等易燃;料慈竹、紫竹、椅子竹、云南甜龙竹、龙竹、绵竹、油竹等较易燃。

    图 1  使用平均联接(组内)的树状图
    Figure 1  Dendrogram using average linkage (within groups)

    对17种园林竹和5种易燃木本植物鲜叶燃烧性6个指标的因子分析可知:各植物得分差距较大,最高分与最低分之间相差2.417,说明22种植物鲜叶的燃烧性差距较大。与5种园林木本植物相比,竹叶均为易燃叶。料慈竹、椅子竹、云南甜龙竹、龙竹、紫竹、绵竹和油竹的鲜叶燃烧性能相对较低,尤其是油竹,比桂花、阴香和滇润楠还难燃。绝对线速率(V1)、相对线速率(V4)、相对面积损失速率(V5)和相对质量损失速率(V6)对其燃烧性影响较大。基于17种竹的燃烧性能得分,SPSS聚类分析将其划为易燃和较易燃2个等级,其中易燃竹种10种,较易燃竹种7种。

    鲜叶的燃烧性受自身理化性质和生态学、生物学特性等多因素的综合影响。昆明地区旱季降雨稀少,园林竹浇水较为频繁,浇水周期、浇水量和浇水次数对竹叶的含水率造成一定影响。施肥也会影响竹子生理性能。研究表明施氮肥会提高大豆Glycine max的脂肪含量[22-23];不同磷含量培养液处理下植株幼苗的株高、茎叶生物量和总生物量差异极其显著[24];不同磷源处理下云南松Pinus yunnanensis幼苗体内磷含量明显不同[25]。施肥对植物化学成份的影响一定程度上也影响其燃烧性。本研究中的竹叶样品采自竹下较低部位;竹子受自身生长因素及光照等外部因素影响,不同空间部位的竹叶生长发育不均衡,也会导致竹叶不同的理化性质和生态学特性。以后的研究中,要尽量减少人工经营措施对实验取样的干扰,并且考虑不同空间部位对竹叶的作用,使样品更具有代表性。本研究根据竹叶的燃烧速率来分析燃烧性,而没有分析理化性质、生态学特性等对燃烧性的影响。因此,以上鲜叶的燃烧性排序及分类是在特定条件下得出的,能否适用于其他条件还需要进一步验证。

  • 表  1  野菜生物活性成分及其功效

    Table  1.   Bioactive components of wild edible vegetables and their efficacy

    功效物质成分野菜种类部位参考文献
    化合物主要物质
    抗炎萜类化合物倍半萜烯掌叶蜂斗菜Petasites tatewakianus[44]
    生物碱类物质儿茶酚型四氢异喹喹啉类马齿苋Portulaca oleracea全株[43]
    酚酸类物质总黄酮猴腿蹄盖蕨Athyrium multidentatum[45]
    抗氧化有机酸抗坏血酸马齿苋[46]
    酚酸类物质
    总酚、总黄酮见霜黄Blumea lacera、刺桐、夏枯草等[747]
    对香豆酸、香草酸、阿魏酸和芥子酸等野茭白Zizania latifolia发芽种子[37]
    其他β-胡萝卜素马齿苋[46]
    抗癌、抗肿瘤总蛋白提取物吊帚兰Corema album[56]
    多糖桔梗Platycodon grandiflorus、蕨Pteridium aquilinum[5354]
    萜类化合物
    萜醇蒲公英[51]
    谷甾醇、豆甾醇和羽扇豆醇等Gundelia tournefortii[57]
    酚酸类物质槲皮素和异鼠李素-3-O-芸香糖苷等野生芦笋Asparagus acutifolius整株[55]
    抗菌酚酸类物质总酚苦苣菜[59]
    单宁、绿原酸大叶火筒树Leea macrophylla块根[60]
    抗病毒多糖鱼腥草Houttuynia cordata整株[65]
    萜类化合物甘草酸及其衍生物甘草Glycyrrhiza uralensis[66]
    酚酸类物质没食子酸、槲皮素和芦丁等香椿Toona sinensis[67]
    降血糖酚酸类物质儿茶素、绿原素、水杨酸和迷迭香酸等马齿苋地上部[68]
    调节免疫多糖桔梗[69]
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    表  2  常见野菜营养及活性成分测定方法和技术

    Table  2.   Methods and techniques for determination of nutrition and active components in common wild edible vegetables

    成分方法和技术野菜种类参考文献
    矿质元素 ICP-MS、ICP-OES 菊花脑Dendranthema indicum、香椿、蒲公英、马兰Kalimeris indica [70]
    原子吸收分光光度法 皱果苋Amaranthus viridis和马齿苋等 [7172]
    脂肪酸 GC-MS 猫爪草Ranunculus ternatus [24]
    氨基酸 HPLC 牛膝Achyranthes bidentata、白花败酱Patrinia villosa、鸭儿芹Cryptotaenia
     japonica、马兰、白花鬼针草Bidens pilosa和马齿苋等
    [1172]
    总酚,类胡萝卜素,
    总黄酮,多糖
    紫外分光光度法,
    HPLC
    马齿苋 [3073]
    抗坏血酸 UPLC 野生莴苣Lactuca sativa [22]
    分光光度法 见霜黄、印度田菁Sesbania sesban和刺苋Amaranthus spinosus [721]
    2, 6-二氯靛酚滴定法 老山芹Heracleum dissectum [62]
    生育酚 HPLC 马齿苋和脐景天Umbilicus rupestris [7274]
    有机酸 UPLC、HPLC 脐景天等 [7274]
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-10
  • 修回日期:  2021-12-13
  • 录用日期:  2022-03-15
  • 网络出版日期:  2022-07-20
  • 刊出日期:  2022-08-20

野生蔬菜功能性成分及其生物活性研究进展

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210550
    基金项目:  浙江省重点研发计划项目(2019C02014);浙江省“三农六方”科技协作项目(2019SNLF007);浙江农林大学学生科研训练项目(113-2013200136)
    作者简介:

    李瑶晨(ORCID: 0000-0002-5123-4515),从事蔬菜营养品质与安全研究。E-mail: 983484573@qq.com

    通信作者: 杨静(ORCID: 0000-0003-3880-2618),副教授,从事园艺植物品质生理和次生代谢调控研究。E-mail: yangjing@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S647

摘要: 野菜在中国有悠久的使用历史,是栽培蔬菜的重要补充,也是人类获取矿质元素、氨基酸、维生素、多糖、黄酮类化合物等多种功能性成分的重要来源之一,开展野菜的基本成分研究对全面了解其营养物质和生物活性具有重要的科学意义和应用价值。本研究综述了野菜的主要营养与功能性成分,总结了当前野菜生物活性方面的主要研究成果,内容包括:①野菜基本营养成分;②野菜功能成分;③野菜活性成分分析及其功效性;④常见检测分析方法与技术。主要结论为:野菜含有丰富的基本营养成分和生物活性物质,其中维生素、酚类和萜类等化合物在抗菌、抗氧化、抗肿瘤和抗炎症等方面具有良好功效,今后野生蔬菜的研究可聚焦于功能性成分及生物活性分离提取与功能鉴定,为后续的开发应用提供参考。表2参74

English Abstract

张梅, 董琼, 段华超, 等. 白枪杆幼苗叶片形态和生理性状对钙的响应[J]. 浙江农林大学学报, 2022, 39(4): 845-851. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210597
引用本文: 李瑶晨, 范紫佩, 杨静, 等. 野生蔬菜功能性成分及其生物活性研究进展[J]. 浙江农林大学学报, 2022, 39(4): 913-922. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210550
ZHANG Mei, DONG Qiong, DUAN Huachao, et al. Response of leaf morphological and physiological traits of Fraxinus malacophylla seedlings to calcium[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2022, 39(4): 845-851. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210597
Citation: LI Yaochen, FAN Zipei, YANG Jing, et al. Research progress on functional components and biological activities of wild edible vegetables[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2022, 39(4): 913-922. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210550
  • 野生蔬菜,简称野菜,是指自然生长、未经人工驯化栽培,整株或部分可食的野生植物[1],也有把野生食用菌归入野菜中[2],本研究仅指野生植物。野菜在中国具有悠久的使用历史,《诗经》《尔雅》等书中已有相关记载,明清时期的《救荒本草》《野菜谱》《养生八笺》等对野菜种类和功能进行了介绍。野菜在中国分布广泛,总体上呈南多北少的趋势,据不完全统计,约213科1 822种,其中可食用的400余种[3]。早期,野菜多作为饮食补充;随着研究的深入,野菜中的特殊营养物质和药用成分被逐步发掘出来,使其成为天然生物活性物质的重要来源,被用于预防和治疗各种疾病[4-5]。目前有关野菜资源分布、基本营养成分和生物活性物质测定等方面已有一些研究,本研究因此对野菜的功能性成分及其生物活性进行了综述,为进一步开展野菜活性成分研究以及食品工业原料、天然药物成分开发等提供理论基础。

    • 研究发现野菜中含有丰富的矿质元素,如琉璃苣Borago officinalis、野生菊苣Cichorium intybus和花叶滇苦菜Sonchus asper中含有丰富的钾、铁和锌元素[6],刺桐Erythrina variegata中也含有较高的钾、锌元素[7]。部分野菜中的某些矿质元素含量更高,如马齿苋Portulaca oleracea钙、镁含量是油菜Brassica napus的3.6和14.0倍、芥蓝Brassica oleracea的4.5和8.8倍[8]。此外,KAUR等[9]研究发现野生鹰嘴豆Cicer arietinum比栽培鹰嘴豆具有更高的钙、镁和锰含量;徐亚莉[10]分别在培养箱和大田环境下对野生和栽培马齿苋主要矿质成分以及微量元素含量进行了对比,发现野生型马齿苋的钙、镁和微量元素含量均高于栽培型马齿苋,其中大田中野生型马齿苋钙、镁和微量元素含量分别比栽培型马齿苋钙、镁和微量元素含量高出2.3%、13.0%和10.5%。

    • 目前,有关野菜中氨基酸的组分和含量的研究已有不少报道,如曹利民等[11]发现赣产5种野菜:牛膝Achyranthes bidentata、白花败酱Patrinia villosa、鸭儿芹Cryptotaenia japonica、马兰Kalimeris indica、白花鬼针草Bidens pilosa均含有16种氨基酸,其必需氨基酸质量分数为36.2~74.5 g·kg−1;HUANG等[12]从不同品种的野生箭筈豌豆Vicia sativa中检测出18种氨基酸,其中一半为必需氨基酸,总氨基酸含量为173.00~286.05 g·kg−1;黄元河等[13]也从右江流域5种野菜:狗肝菜Dicliptera chinensis、铜锤玉带草Lobelia angulata 、野芋Colocasia gigantea、鸭儿芹和五指牛奶Ficus simplicissima中检测出14~18种游离氨基酸,除野芋外其他4种野菜中均含8种必需氨基酸。

      1973年联合国粮农组织和世界卫生组织在Energy and Protein Requirement上发布了食物中氨基酸的配比标准,建议以此作为优质蛋白质来源的评价标准[14]。对照这个标准,一些野菜中的氨基酸不仅种类丰富,而且配比良好。黄元河等[13]研究发现狗肝菜、鸭儿芹和野芋叶柄的苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸—酪氨酸的含量配比接近标准值;包艳玲等[15]报道车前草Plantago major的必需氨基酸与总氨基酸的含量比值(EAA/TAA)为38.584%,必需氨基酸与非必需氨基酸的含量比值(EAA/NEAA)为61.416%,与WHO/FAO提出的理想蛋白模式 EAA/TAA(40%)和EAA/NEAA(60%)非常接近。此外,特定的氨基酸组分与野菜的风味存在关联,如野生马齿苋[16]等野菜中天冬氨酸、谷氨酸和丙氨酸含量远高于一些栽培蔬菜,使这些野菜更有鲜味。

    • 已有研究表明:不少野菜含有抗坏血酸、胡萝卜素和生育酚等多种对人体健康特别重要的维生素[10, 17-18]。马兰[11]、蒲公英Taraxacum mongolicum[19]等植株中检测出多种B族维生素。研究也发现部分野菜中的维生素单位含量高于栽培蔬菜,如《中国野菜图谱》就记载了88种野菜的胡萝卜素含量高于胡萝卜Daucus carota[20];刺苋Amaranthus spinosus的维生素C含量比普通生菜Lactuca sativa高出几十倍[8, 21]。此外,CECCANTI等[17]和MEDINA-LOZAND等[22]报道野生菊苣和一些野生莴苣Lactuca sativa品种的抗坏血酸含量高于栽培品种,这种情况的出现被认为可能是维生素C等一些营养物质在长期的作物驯化过程中出现了流失。

    • 不少野菜具有良好的脂肪酸组成,开发利用价值高。刘娜[23]在齿果酸模Rumex dentatus叶子中检测出9种脂肪酸,且主要都为不饱和脂肪酸;陈军等[24]和吴永祥等[25]分别在猫爪草Ranunculus ternatus和豆腐柴Premna microphylla叶中检测出亚油酸、棕榈酸、8-十八碳烯酸等有益脂肪酸。美国农业部还曾在《特定食品中omega-3脂肪酸和其他脂肪成分含量暂定表》中表明野生马齿苋是所有被检测的绿叶蔬菜中omega-3脂肪酸最丰富的作物[26]。可见野菜资源可以成为脂肪酸功能组分的重要来源,为人们日常饮食和功能食品的开发做出贡献。

    • 从植物中提取有益多糖是近年来的研究热点。不同种类和地区野菜中的多糖质量分数不同,如郑奎玲等[27]对黔产8种野菜中的多糖质量分数进行了比较发现:8种野菜中蓝布正Geum japonicum的多糖质量分数最高(120.1 mg·g−1);周新华等[28]对10个地区的野生夏枯草Prunella vulgaris研究发现:不同地区夏枯草多糖质量分数差异显著,多糖的质量分数为70.45~120.39 mg·g−1。多糖提取率不仅取决于野菜的生长环境,还与多糖的提取方法有关。如刘珊珊等[29]尝试双酶法从干燥蒲公英根中提取多糖,得率达32.97%;张志强等[30]和陈凌等[31]分别采用超声波辅助法和酶法提取马齿苋多糖,前者得率为13.55%,而后者仅为0.42%。

    • 黄酮类化合物是一类重要的植物次生代谢产物,在野菜中分布广泛。如野生大豆Glycine max[32]和野萝卜Raphanus raphanistrum[33]中分别检测到了17和12种黄酮类化合物;AWOUAFACK等[34]从鸡头薯属Fabaceae eriosema的5个物种中总共分离出包括异黄酮、二氢黄酮醇、黄酮醇和黄烷酮等52种黄酮类化合物;MARENGO等[35]从菊科Compositae飞廉Asteraceae carduus中提取出18种黄酮和7种黄酮醇,主要成分为槲皮素、木犀草素、山奈酚和芹菜素-O-糖苷等。此外,不同野菜及品种间的黄酮类化合物质量分数存在差异,如15种野生鹰嘴豆中黄酮醇质量分数为79.4~242.0 mg·kg−1 [9];苦苣菜Sonchus oleraceus、紫背天葵Begonia fimbristipula、紫苏Perilla frutescens和苦菊Cichorium endivia等10种野菜中总黄酮质量分数最高为苦苣菜(85.69 mg·g−1),最低为苦菊(3.75 mg·g−1)[36]

    • 一些野菜含有丰富的酚酸类以及花色苷类等非黄酮类化合物。如野茭白Zizania latifolia中测出羟基苯甲酸、对香豆酸、香草醛、芥子酸等10种酚酸类物质[37];DATTA等[38]研究发现蕹菜Ipomoea aquatica含有6种酚酸类物质,质量分数为0.33~18.27 mg·kg−1;GIAMBANELLI等[39]在13种野生菊科蔬菜中发现了7种羟基肉桂酸和3种花色苷,其中羟基肉桂酸的质量分数为1 388~53 076 mg·kg−1,占总酚质量分数的69%~98%;张瑞军等[40]对四川9种野生百合Lilium不同部位的花色苷质量分数进行比较,从高到低分别为花(8.73~26.33 mg·g−1)、叶(13.29~18.36 mg·g−1)、茎秆(2.21~6.75 mg·g−1)、鳞茎(1.33~4.26 mg·g−1),器官间花色苷质量分数差异显著。

    • 许多野菜中存在多酚类化合物、萜类化合物等生物活性物质(表1),在抗炎、抗氧化、抗肿瘤、抗菌和抗病毒等方面表现出了良好功效[41-42]

    • 野菜含有丰富萜类和生物碱类等化合物,这些物质具有抗炎活性。如马齿苋[43]中提取出的儿茶酚型四氢异喹啉类生物碱可抑制炎性介质(TNF-α、IL-1β、IL-6和PGE2)的产生;WANG等[44]在掌叶蜂斗菜Petasites tatewakianus中分离出的13种倍半萜烯对LPS诱导的小鼠胶质BV-2细胞中NO产生较强的抑制作用。HAN等[45]首次报道了猴腿蹄盖蕨Athyrium multidentatum提取物的抗炎活性,发现其主要机制是通过促使IκB抗体高表达,进而抑制NO、前列腺素E2(PEG2)和促炎介质的产生,从而达到预防急性肺损伤的功效,并认为其抗炎活性可能与植物体中的高水平黄酮(36.09 mg·g−1)密切相关。

    • 野菜中存在多种具有自由基清除能力的活性物质,如马齿苋的叶、茎和花中的抗坏血酸和β-胡萝卜素能够中和自由基,在清除DPPH自由基方面具有显著效果[46];KYUNG等[47]发现夏枯草、蜂斗菜Petasites japonicas等5种野菜的总酚提取物具有较高的铁离子还原能力和DPPH自由基清除活性,其中夏枯草提取物铁还原抗氧化能力(FRAP)值达166.85 mmol·L−1;见霜黄Blumea lacera和刺桐的DPPH自由基清除活性分别达75.11%和89.27%,进一步研究后确认酚类化合物是这2种野菜中最主要的生物活性物质[7]

      此外,野菜的抗氧化活性还受发育阶段和组织部位的影响。如野茭白在发芽期具有更好的抗氧化能力[37];吊帚兰Corema album不同部位显示出不同的抗氧化活性,叶片的DPPH清除能力(38.9 μmol·g−1)最好,其次为果实、花朵和种子,ABTS自由基清除和铁还原能力的试验结果与DPPH具有很强的正相关性,根据随后进行的核磁共振氢谱(1H NMR)实验数据判断,研究者们认为大部分抗氧化能力可能与酚酸,尤其是羟基肉桂酸有关[48]

    • 已发现一些野菜的提取物具有良好的抗癌、抗肿瘤功效,如蒲公英中的黄酮、酚酸[49-50]、萜醇[51],桔梗Platycodon grandiflorus中的皂苷[52]等均能较好地抑制肿瘤细胞的增殖;桔梗多糖和蕨Pteridium aquilinum多糖等在促进如宫颈癌、肝癌、肠癌等肿瘤细胞凋亡方面具有良好的功效[53-54];BILUŠIĆ等[55]研究发现:野生芦笋Asparagus acutifolius中酚类化合物(槲皮素、异鼠李素-3-O-芸香糖苷)对膀胱癌细胞(T24)和肺癌细胞(A549)具有抗增殖和促凋亡能力;OLIVEIRA等[56]报道了吊帚兰中总叶蛋白对结肠癌(HT29)细胞中MMP-2和MMP-9有抑制活性;ABU等[57]发现野生蓟Gundelia tournefortii的甲醇和己烷提取物对HCT-116癌细胞具有显著的抗肿瘤活性,并通过气质谱联用技术(GC-MS)确定了提取物中谷甾醇、豆甾醇、羽扇豆醇、α-香豆素和青蒿素等活性物质的存在;野洋葱Allium cepa甲醇提取物也在抑制人肝癌(HepG2)和肺癌(A549)细胞的增殖方面有较好的能力,并能保护正常人成纤维细胞(MRC-5)免受阿霉素(Dox)细胞毒性的影响,其作用可能归因于槲皮素和异鼠李素[58]

    • 有研究发现苦苣菜提取物(总酚、类黄酮)对大肠埃希菌Escherichia coli,肠道沙门氏菌Salmonella enteritidis、副溶血弧菌Vibrio parahaemolyticus和金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus等有较好的抑制作用,且其抗菌活性与黄酮含量呈正相关[59];JOSHI等[60]报道了大叶火筒树Leea macrophylla乙醇提取物对金黄色葡萄球菌、弗氏志贺菌Shigella flexneri和铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa的抑菌效果突出,这种抗微生物活性可能与在植物化学物的积累有关,这些物质会对微生物细胞膜造成损害,从而导致其死亡;PETROPOULOS等[61]研究发现:9种菊科Asteraceae野菜提取物对抗蜡样芽孢杆菌Bacillus cereus、鼠伤寒沙门氏菌Salmonella typhimurium和青霉菌Penicillium有显著的抗菌活性;高宁[62]研究发现:老山芹Heracleum dissectum黄酮能够有效抑制多种菌的生长特别是革兰氏阳性菌(枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis和金黄色葡萄球菌),原因可能为革兰氏阳性菌的细胞壁结构简单,而黄酮类化合物对菌体的细胞壁及细胞膜的破坏更有效。

    • 野菜中含有的酚类、萜类和生物碱类等多种化合物对抗病毒的研究具有重大意义。有报道金银花Lonicera japonica水提物在抑制小鼠感染登革热病毒(DENV)[63]和预防石斑鱼虹膜病毒(SGIV-Gx)感染等方面具有良好的效果[64];鱼腥草Houttuynia cordata多糖对肠道病毒71型(EV71)、呼吸道合胞病毒(RSV)和柯萨奇病毒B3(CV-B3)等多种病毒具有一定的体外抗病毒活性,且抑制效果与多糖纯度呈正相关[65];SONG等[66]发现甘草Glycyrrhiza uralensis根中的齐墩果烷型三萜皂苷类物质在浓度为100 μmol·L−1时对H1N1病毒有抑制活性,抑制率为47.5%~82.5%,其中甘草次酸还表现为抑制艾滋病病毒(HIV)活性的能力;YOU等[67]研究发现:香椿叶水提物可以通过下调黏附分子和趋化因子(VCAM-1, ICAM-1, E-selectin, IL-8和fractalkine)抑制病毒附着在对H1N1病毒的替代治疗和预防上可能起到重要作用。

    • 野菜中的活性物质对降血糖、调节免疫等也具有良好的功效。如马齿苋水提取物可诱导血清肿瘤坏死因子(TNF-α)和多效性细胞因子(IL-6)水平降低,从而促使小鼠血糖水平显著下降[68];ZHAO等[69]报道桔梗多糖能够提高淋巴细胞增殖活性,进而增强免疫功能。

      表 1  野菜生物活性成分及其功效

      Table 1.  Bioactive components of wild edible vegetables and their efficacy

      功效物质成分野菜种类部位参考文献
      化合物主要物质
      抗炎萜类化合物倍半萜烯掌叶蜂斗菜Petasites tatewakianus[44]
      生物碱类物质儿茶酚型四氢异喹喹啉类马齿苋Portulaca oleracea全株[43]
      酚酸类物质总黄酮猴腿蹄盖蕨Athyrium multidentatum[45]
      抗氧化有机酸抗坏血酸马齿苋[46]
      酚酸类物质
      总酚、总黄酮见霜黄Blumea lacera、刺桐、夏枯草等[747]
      对香豆酸、香草酸、阿魏酸和芥子酸等野茭白Zizania latifolia发芽种子[37]
      其他β-胡萝卜素马齿苋[46]
      抗癌、抗肿瘤总蛋白提取物吊帚兰Corema album[56]
      多糖桔梗Platycodon grandiflorus、蕨Pteridium aquilinum[5354]
      萜类化合物
      萜醇蒲公英[51]
      谷甾醇、豆甾醇和羽扇豆醇等Gundelia tournefortii[57]
      酚酸类物质槲皮素和异鼠李素-3-O-芸香糖苷等野生芦笋Asparagus acutifolius整株[55]
      抗菌酚酸类物质总酚苦苣菜[59]
      单宁、绿原酸大叶火筒树Leea macrophylla块根[60]
      抗病毒多糖鱼腥草Houttuynia cordata整株[65]
      萜类化合物甘草酸及其衍生物甘草Glycyrrhiza uralensis[66]
      酚酸类物质没食子酸、槲皮素和芦丁等香椿Toona sinensis[67]
      降血糖酚酸类物质儿茶素、绿原素、水杨酸和迷迭香酸等马齿苋地上部[68]
      调节免疫多糖桔梗[69]
    • 表2所示:目前野菜矿质元素测定的常见方法主要有原子吸收分光光度法、电感耦合等离子体光谱法(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS),其中ICP-OES和ICP-MS在微量元素或极低浓度元素的检测方面有较多应用[70-72];脂肪酸一般通过GC-MS进行分析[24];氨基酸组分分析和生育酚则多采用高效液相色谱法(HPLC)[11, 72];紫外-可见分光光度法是总酚、总黄酮、多糖和类胡萝卜素等化合物常用的定量方法,但在涉及化合物结构鉴定或特定化合物分析时则一般采用高效液相色谱法(HPLC)和质谱法[30, 73];抗坏血酸的测定方法较多,其中国外发表的研究报道中以超高效液相色谱法(UPLC)和分光光度法较为多见[7, 21, 22],国内则更多使用国标中的分光光度法和2, 6-二氯靛酚滴定法[62];此外,有机酸基本采用UPLC和HPLC法进行分析[72, 74]。野菜中物质成分的分析和鉴定对其活性成分研究非常关键,相关的检测分析方法与技术在某种程度上限制了该领域研究的发展。总体上,相关分析方法正在往快速、痕量和精准化发展,色谱技术和光谱技术以及联用技术在未来或会得到更广泛的应用。

      表 2  常见野菜营养及活性成分测定方法和技术

      Table 2.  Methods and techniques for determination of nutrition and active components in common wild edible vegetables

      成分方法和技术野菜种类参考文献
      矿质元素 ICP-MS、ICP-OES 菊花脑Dendranthema indicum、香椿、蒲公英、马兰Kalimeris indica [70]
      原子吸收分光光度法 皱果苋Amaranthus viridis和马齿苋等 [7172]
      脂肪酸 GC-MS 猫爪草Ranunculus ternatus [24]
      氨基酸 HPLC 牛膝Achyranthes bidentata、白花败酱Patrinia villosa、鸭儿芹Cryptotaenia
       japonica、马兰、白花鬼针草Bidens pilosa和马齿苋等
      [1172]
      总酚,类胡萝卜素,
      总黄酮,多糖
      紫外分光光度法,
      HPLC
      马齿苋 [3073]
      抗坏血酸 UPLC 野生莴苣Lactuca sativa [22]
      分光光度法 见霜黄、印度田菁Sesbania sesban和刺苋Amaranthus spinosus [721]
      2, 6-二氯靛酚滴定法 老山芹Heracleum dissectum [62]
      生育酚 HPLC 马齿苋和脐景天Umbilicus rupestris [7274]
      有机酸 UPLC、HPLC 脐景天等 [7274]
    • 野菜作为风味独特的野生或半野生植物,由于其本身活性成分丰富,具有食用、药用和工业等开发利用价值,已逐渐成为市场的热点。野菜不仅是人们日常饮食的重要补充,亦是重要的种质资源,其多样的形态、丰富的物质组分及含量是宝贵的资源库,在蔬菜种质资源创新和育种等方面具有重要意义。中国具有丰富的野菜资源,目前研究较多的科属仅限菊科、豆科Leguminosae、禾本科Gramineae等少数,存在研究对象少、研究领域深度不足等问题,未来需要加大野菜开发范围,尤其是深加工工艺和产品开发。野菜往往具有特殊的风味和口感,其所含的氨基酸种类和脂类等与栽培蔬菜具有差异,许多野菜含有多种酚类、萜类化合物等具有抗氧化、抗炎症及抗肿瘤等功能的生物活性物质,在预防疾病、药物开发等方面具有较大潜力。但当前对野菜生物活性的研究局限在常见的代谢物质,对于一些构成野菜特殊风味的萜烯类等挥发性成分的研究还有待深入,未来需要进一步开展对野菜特殊风味形成、安全性评价和抗炎症等生物活性的研究。随着生物学研究技术和检测技术的快速发展,如物质分离提取技术和代谢组等技术应用,后续可加强对野菜中单一物质成分的分离、提取工艺和功能鉴定研究,明确其活性功能机制,筛选主要食药用成分并进行产业化开发利用,促进产业发展。

参考文献 (74)

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