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入侵植物紫茎泽兰的资源化利用研究
刘伯言
学位类型博士
导师赵兵
2017-07
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点北京
学位专业生物化工
关键词紫茎泽兰 绿原酸 分离纯化 倍半萜 毒性
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、10Hα-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3.32 mg/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。

语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/24319
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
刘伯言. 入侵植物紫茎泽兰的资源化利用研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2017.
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