苍术为菊科植物茅苍术Atractylodes lancea（Thunb.）DC. 或北苍术Atractylodes chinensis（DC.）Koidz. 的干燥根茎，含挥发油、芳香苷类、黄酮类等多种化学成分，具有调节肠胃运动、抗菌、抗炎、保护心血管等作用[1]。据《名医别录》《本草经集注》记载，含苍术的中药复方可治疗癣疮、皮肤瘙痒等疾病[2]。北苍术是苍术的重要基原之一，但由于其野生资源濒危、临床需求量不断增加，虽然其人工种植面积在不断扩大，但目前仍不能满足市场需求，价格不断升高[3]。因此，如何提高北苍术的利用率成为当前急需解决的问题。北苍术的传统使用仅以根茎入药，其他部位在采收加工过程中常被当作废弃物丢弃，造成资源浪费。合理开发利用药用植物非药用部位及加工过程中副产物，不仅可以避免资源浪费，还可促进中药种植产业健康发展[4]。目前已有学者发现多种药用植物的非药用部位具有较好的开发利用价值，如西红花非药用部位具有抗氧化、抗炎和保肝的功效[5]；黄连须根部分可替代原药材，用于治疗猪冬痢等[6]。王喆等[7]研究发现，北苍术根茎部位挥发油对临床常见致病菌（如大肠埃希氏菌等）具有抑制作用，是其发挥抗菌活性的主要活性部位。然而，目前对北苍术须根和茎叶部位挥发油化学成分及体外抗菌作用的研究尚未见报道。基于此，本研究拟对北苍术药用部位和非药用部位挥发油成分进行对比研究，并初步考察其体外抗菌活性，以期为促进北苍术非药用部位的合理开发和北苍术资源的综合利用提供参考。1材料1.1主要仪器本研究所用的主要仪器有7890B/5977B型气相色谱-质谱联用（GC-MS）仪（美国Agilent公司）、FW100型粉碎机（天津泰斯特仪器有限公司）、BSA224S-CW型万分之一电子分析天平[赛多利斯科学仪器（北京）有限公司]、GHP-9050型恒温培养箱（上海一恒科学仪器有限公司）等。1.2主要药品与试剂药材样品于2020年10月采自河北省承德市隆化县中药材科技创新示范基地，经河北中医学院药学院严玉平教授鉴定为北苍术A. chinensis （DC.） Koidz.植株。收集北苍术植株的地上部分（茎叶），并采集地下部分（根茎、须根），随后带回实验室自然晾干，撞下须根。正己烷为色谱纯，纯度≥98％；其他试剂均为分析纯。1.3病原菌金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus、白色葡萄球菌Staphylococcus albus、枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis均购自北京北纳凯创生物技术有限公司。2方法与结果2.1北苍术各部位挥发油中化学成分的分离鉴定2.1.1挥发油提取及处理称取北苍术根茎、须根、茎叶各100 g（粉碎并过三号筛），置于2 000 mL圆底烧瓶中，加水1 000 mL，加入沸石，摇匀，浸泡2 h，按2020年版《中国药典》（四部）通则“挥发油测定法（甲法）”提取挥发油[1]。保持所提取的混合物微沸4 h，读取挥发油体积并转移至2 mL离心管中，加入少量无水硫酸钠，置于4 ℃冰箱，备用。其中，北苍术根茎、须根、茎叶挥发油的得率分别为1.93%、0.37%、0.07%。临用时，精密吸取100 μL上述挥发油，分别置于10 mL量瓶中，加入正己烷稀释并定容，然后经0.45 μm微孔滤膜过滤，吸取滤液进行GC-MS分析。2.1.2GC-MS分析条件GC条件：色谱柱为Agilent HP-5MS弹性石英毛细管柱（30 m×250 μm×0.25 μm）；采用程序升温模式进行色谱分离，初始温度以100 ℃保持2 min，再以3 ℃/min升至120 ℃并保持2 min，然后以2 ℃/min升至150 ℃并保持2 min，最后以10 ℃/min升至230 ℃；进样口温度为250 ℃；载气为高纯氦气（99.999%）；流速为1.0 mL/min；分流比为10∶1；进样量为1 μL。质谱条件：离子源为电子轰击离子源，离子源温度为230 ℃；四极杆温度为150 ℃；电子能量为70 eV；溶剂延迟时间为4 min；采用全扫描方式，扫描质量范围为m/z 50～550。2.1.3北苍术不同部位挥发油成分分析取“2.1.1”项下根茎、须根和茎叶部位的挥发油提取物各3份，分别按“2.1.2”项下条件进样分析，得到北苍术不同部位挥发油化学成分的GC-MS总离子流图，见图1。通过与Quant Analysis（B.09.00）定量分析软件、标准数据库NIST17.0以及文献[8－11]比对进行成分鉴定，并采用峰面积归一化法计算不同部位挥发油中化学成分的相对含量，见表1。结果显示，从北苍术不同部位挥发油中共鉴定出60种化学成分，主要为萜烯类、倍半萜类、醇类、酮类等化合物。随后，将不同部位挥发油中化学成分的相对含量导入Origin 2020软件，以欧氏距离算法绘制聚类热图，见图2。结果显示，北苍术根茎和须根中挥发油的化学成分组成更为相似；而根茎、须根与茎叶相比，挥发油的化学成分组成差异较大。10.6039/j.issn.1001-0408.2022.21.09.F001图1北苍术不同部位挥发油成分分析的GC-MS总离子流图10.6039/j.issn.1001-0408.2022.21.09.T001表1北苍术不同部位挥发油成分分析结果编号成分类型tR/min成分名称分子式相对含量（x±s，n＝3）/%茎叶根茎须根1萜烯类6.224-萜烯醇C10H18O0.18±0.01－－2酚类9.234-乙基愈创木酚C9H12O20.18±0.00－－3萜烯类11.71silphineneC15H24－0.71±0.010.08±0.004萜烯类11.911，2，3，4，6，8-α-六氢-1-异丙基-4，7-二甲基萘C15H240.96±0.01－－5萜烯类12.87α-蒎烯C15H240.81±0.09－－6萜烯类13.09α-依兰油烯C15H242.52±0.18－－7萜烯类13.24白菖烯C15H240.33±0.07－－8萜烯类13.27modhepheneC15H24－2.07±0.021.70±0.019萜烯类13.60异松香烯C15H24－2.63±0.021.66±0.0010萜烯类14.54berkheyaraduleneC15H24－1.91±0.010.95±0.0111萜烯类14.71β-杜松烯C15H240.40±0.01－－12萜烯类15.20β-石竹烯C15H24－1.85±0.021.15±0.0113萜烯类15.302-亚甲基-4，8，8-三甲基-4-乙烯基[5.2.0]壬烷C15H246.52±0.17－－14萜烯类15.75荜澄茄烯C15H241.70±0.020.82±0.010.59±0.0215萜烯类16.28香树烯C15H243.06±0.06－－16萜烯类16.94α-葎草烯C15H24－0.88±0.020.47±0.0117萜烯类17.36β-柏木烯C15H240.82±0.01－－18萜烯类18.35γ-姜黄烯C15H24－0.40±0.000.45±0.0119萜烯类18.37γ-荜澄茄烯C15H248.60±0.04－－20萜烯类18.54α-姜黄烯C15H22－1.06±0.030.18±0.0221萜烯类19.22姜烯C15H24－1.19±0.020.22±0.0222倍半萜类19.31环苜蓿烯C15H244.81±0.38－－23萜烯类19.48三甲基-1，5，9-环十二碳三烯C15H242.88±0.26－－24萜烯类19.60α-紫穗槐烯C15H242.76±0.15－－25萜烯类19.89δ-杜松烯C15H240.49±0.01－－26萜烯类20.10α-法尼烯C15H241.14±0.06－－27萜烯类20.36γ-依兰油烯C15H244.68±0.19－－28萜烯类20.78β-倍半水芹烯C15H2414.83±0.477.16±0.050.45±0.0129萜烯类21.26巴伦西亚橘烯C15H241.27±0.180.83±0.020.11±0.0430萜烯类21.58依兰油烯C15H241.54±0.26－－31萜烯类21.84β-白菖考烯C15H241.13±0.21－－32醇类22.23榄香醇C15H26O0.31±0.040.61±0.010.84±0.0433萜烯类22.24大根香叶烯C15H24－0.69±0.014.21±0.0934醇类23.12香叶基香叶醇C20H34O0.41±0.01－－35醇类23.14四甲基双环[7.2.0]十一碳-3-烯-5-醇C15H26O－0.82±0.02－36醇类23.83桉油烯醇C15H24O5.91±0.09－－37萜烯类23.97石竹素C15H24O2.70±0.002.85±0.020.31±0.0438酮类24.52丹参素-4（14）-烯-1-酮C15H24O0.61±0.03－－39萜烯类25.24葎草烯环氧化物C15H24O－0.88±0.01－40醇类25.56梨醇C15H24O0.19±0.00－－41醇类25.75补身醇C15H26O0.54±0.03－－42萜烯类26.197-辛烯-1-醇C17H28O2－0.85±0.04－43醇类26.37愈创醇C15H26O－0.40±0.07－44醇类26.40荜澄茄油烯醇C15H26O0.52±0.11－－45醇类26.53γ-桉叶醇C15H26O0.44±0.041.89±0.026.67±0.0346醇类27.00沉香螺萜醇C15H26O1.61±0.034.93±0.0811.41±0.4647醇类27.16荜茄醇C15H26O0.25±0.02－－48醇类27.58β-桉叶醇C15H26O1.84±0.1818.68±0.0844.39±0.3349萜烯类27.82苍术酮C15H20O－4.60±0.09－50醇类27.85α-荜澄茄醇C15H26O0.22±0.01－－51醇类28.39四甲基环癸二烯甲醇C15H26O－1.57±0.053.21±0.0352萜烯类28.89卡达烯C15H180.17±0.01－－53醇类29.48α-摩勒烯C15H24O0.72±0.05－－54酮类29.68（6-甲基庚-5-烯-2-基）环己-2-烯-1-酮C14H22O－1.15±0.030.13±0.0155酮类33.404-联苯甲醛C13H10O－31.56±0.1118.14±0.2056醇类35.27植物醇C20H40O4.05±0.13－－57酮类35.41植酮C18H36O3.27±0.11－－58醇类35.48二氢植物醇C20H42O0.18±0.01－－59烯类36.69棕榈酸甲酯C17H34O20.22±0.02－－60烯炔类38.38镰叶芹醇C17H24O0.18±0.00－－－：未检出10.6039/j.issn.1001-0408.2022.21.09.F002图2北苍术不同部位挥发油成分聚类分析结果结合表1和图2可以看出，从北苍术茎叶挥发油中共鉴定出42种成分，有20种成分的相对含量大于1%；其中以β-倍半水芹烯的相对含量（14.83%）最高，其次是γ-荜澄茄烯（8.60%）、2-亚甲基-4，8，8-三甲基-4-乙烯基[5.2.0]壬烷（6.52%）。从北苍术根茎挥发油中共鉴定出26种成分，其中4-联苯甲醛为根茎挥发油的主要成分，其相对含量为31.56%；此外，β-桉叶醇、β-倍半水芹烯、沉香螺萜醇、苍术酮等成分在根茎挥发油中的相对含量也较高，分别为18.68%、7.16%、4.93%、4.60%。从北苍术须根挥发油中共鉴定出21种成分，其中β-桉叶醇（44.39%）、4-联苯甲醛（18.14%）和沉香螺萜醇（11.41%）的相对含量都在10%以上。北苍术须根与根茎挥发油中的共有成分有21种，包括silphinene、modhephene、荜澄茄烯、异松香烯、berkheyaradulene、β-石竹烯、α-葎草烯等；根茎、茎叶和须根挥发油中的共有成分有8种，分别为榄香醇、荜澄茄烯、沉香螺萜醇、巴伦西亚橘烯、石竹素、β-倍半水芹烯、γ-桉叶醇和β-桉叶醇。2.2北苍术不同部位挥发油抗菌活性考察2.2.1挥发油抗菌效果测定采用纸片扩散法测定北苍术不同部位挥发油对金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌的抗菌活性。将上述3种供试菌接种到NB培养基（未加琼脂）中扩大培养，调整菌液密度至1×107 CFU/mL。吸取上述菌液100 μL加到预先准备好的NA培养基中，并用涂布器均匀涂满表面。为了让挥发油更好地吸附在滤纸上，按1∶1（m/m）的比例加入二甲基亚砜稀释挥发油，然后经0.45 μm微孔滤膜过滤除菌。在距NA培养基中心2.5 cm处，放置3张直径为0.5 cm的圆形无菌滤纸，滴加5 μL质量浓度为5 mg/mL的药液[12]；以滴加5 μL二甲基亚砜的培养基作为阴性对照。将培养基置于37 ℃恒温培养箱培养24 h，然后使用D7200型尼康相机记录抗菌实验结果，使用Image J 1.8.0软件测量抑菌圈直径，抑菌圈直径越大表示抗菌效果越好。实验重复3次。实验数据用Excel 2016软件整理并制表，采用Graph Pad Prism 8.0软件进行统计分析；采用单因素方差分析和LSD检验对北苍术不同部位挥发油的抗菌效果进行比较；检验水准α＝0.05。结果见图3。10.6039/j.issn.1001-0408.2022.21.09.F003图3北苍术不同部位挥发油的抗菌效果（x±s，n＝3）注：若两组间字母相同，表示组间差异无统计学意义（P＞0.05）；反之，则表示组间差异有统计学意义（P＜0.05）图3结果显示，北苍术不同部位挥发油对白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌均有较好的抗菌作用，但抗菌效果有所差异；二甲基亚砜对挥发油的抗菌活性无影响。其中，根茎挥发油的抗菌效果最佳，须根挥发油的抗菌效果次之，茎叶挥发油的抗菌效果相对较弱。茎叶、根茎和须根挥发油对白色葡萄球菌的抗菌效果差异无统计学意义（P＞0.05）；茎叶、须根挥发油对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌的抗菌效果显著弱于根茎挥发油（P＜0.05），但须根挥发油对金黄色葡萄球菌的抗菌作用显著强于茎叶挥发油（P＜0.05）。2.2.2挥发油成分与抗菌活性相关性分析利用RStudio 4.0.2软件，采用随机森林回归算法，将各成分的相对含量进行Z-score标准化，并将北苍术3个部位挥发油的体外抗菌活性实验结果作为因变量进行特征分析，计算抗菌活性实验下北苍术不同部位挥发油中各化学成分的重要特征值[13]，标记累计特征相对重要度排名前15位的化合物。随后，运用Origin 2020软件，采用Pearson算法，对预测出的15种重要化合物进行抗菌效果与化学成分之间的相关性分析（图4）。结果，累计特征相对重要度排名前15位的化合物分别为苍术酮、modhephene、β-桉叶醇、榄香烯、β-石竹烯、环苜蓿烯、α-紫穗槐烯、沉香螺萜醇、γ-依兰油烯、桉油烯醇、α-葎草烯、姜稀、α-依兰油稀、α-法尼烯、白菖烯。其中，β-石竹烯、α-葎草烯和modhephene的相对含量与挥发油对金黄色葡萄球菌及枯草芽孢杆菌的抑制效果呈显著正相关（P＜0.05或P＜0.01），相关系数为0.87～0.88；苍术酮、姜烯和沉香螺萜醇的相对含量与挥发油对枯草芽孢杆菌的抑制效果呈显著正相关（P＜0.05或P＜0.01），相关系数为0.75～0.95；但这15种成分的相对含量对白色葡萄球菌的抑制效果均无显著相关性（P＞0.05）。10.6039/j.issn.1001-0408.2022.21.09.F004图4北苍术不同部位挥发油中化学成分与其抗菌效果的相关性分析结果*：P＜0.05； **：P＜0.013讨论药用植物的非药用部位生物量大，通常具有与药用部位相同或相似的生物活性成分，有广阔的开发潜力和应用前景。本研究通过比较北苍术非药用部位（须根、茎叶）与药用部位（根茎）挥发油中的8种共有成分发现，须根、根茎挥发油中4-联苯甲醛、β-桉叶醇的相对含量较高，而茎叶挥发油中β-倍半水芹烯的相对含量较高。可见，北苍术不同部位挥发油中化学成分的组成及相对含量差异较大。而且，其非药用部位也含有多种药效物质，如须根挥发油中富含的β-桉叶醇，具有促进胃肠运动、抗肝毒活性、抗肿瘤、镇静、镇痛等药理功能[14]。此外，根茎挥发油几乎包含了须根挥发油中的26种化学成分，茎叶挥发油中化学成分的种类多于根茎和须根，其更多的药理活性有待进一步研究。Chen等[15]对北苍术无菌苗的研究发现，其根、茎及叶片均具有合成倍半萜类化合物的能力——石竹烯氧化物和苍术酮的含量在根中不断积累，β-石竹烯、姜烯、β-倍半水芹烯、石竹烯氧化物等多种成分均在茎及叶片中积累。这一发现与本文结果有一定差异，这可能是因为无菌环境与自然界的自然环境对植物生理生化功能的影响不同。已有研究结果表明，苍术干燥根茎具有抵抗金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等的活性[16]，苍术地上部分对大肠杆菌具有较好的抗菌活性[17]，但有关北苍术须根抗菌活性的研究尚未见相关报道。本研究抗菌实验结果表明，北苍术不同部位挥发油均具有抗白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌的活性，抗菌作用强弱顺序为根茎＞须根＞茎叶。须根挥发油抗菌活性强于茎叶挥发油，这可能跟须根挥发油与根茎挥发油的组成更为相似，根茎挥发油中包含须根挥发油的大部分成分有关。综上，北苍术根茎、须根、茎叶挥发油的化学成分在种类和含量上差别较大，药用部位（根茎）和非药用部位（须根、茎叶）挥发油对白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌均具有一定的抗菌活性。本课题组后期将对北苍术非药用部位的药用价值展开更多研究，进一步促进北苍术资源的综合开发和利用。