植物角質(zhì)層蠟質(zhì)的化學(xué)組成研究綜述

曾 瓊，劉德春，劉 勇

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南昌 330045)

植物角質(zhì)層蠟質(zhì)的化學(xué)組成研究綜述

曾 瓊，劉德春，劉 勇*

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南昌 330045)

角質(zhì)層是植物與外界的第一接觸面，而角質(zhì)層蠟質(zhì)則是由位于角質(zhì)層外的外層蠟質(zhì)和深嵌在角質(zhì)層中的內(nèi)層蠟質(zhì)兩部分構(gòu)成。植物角質(zhì)層蠟質(zhì)成分極其復(fù)雜，具有重要的生理功能。綜述了有關(guān)植物角質(zhì)層蠟質(zhì)的化學(xué)組成信息，探討了目前植物角質(zhì)層蠟質(zhì)化學(xué)成分研究中存在的一些問題，展望了角質(zhì)層蠟質(zhì)成分的研究前景。

角質(zhì)層；蠟質(zhì)；化學(xué)組成

在大部分高等植物地上部分的表皮細(xì)胞外，覆蓋著一層脂肪性物質(zhì)，被稱為角質(zhì)膜或角質(zhì)層。植物角質(zhì)層蠟質(zhì)是由角質(zhì)層外的外蠟質(zhì)層和鑲嵌在角質(zhì)層中的內(nèi)蠟質(zhì)層構(gòu)成。植物角質(zhì)層蠟質(zhì)具有多種生理和生態(tài)學(xué)功能，如阻止植物非氣孔性失水、維持植物表面清潔、抵御病蟲害和非生物逆境[1- 5]等。植物角質(zhì)層蠟質(zhì)的化學(xué)組成極其復(fù)雜。一般來說，植物角質(zhì)層蠟質(zhì)的形態(tài)結(jié)構(gòu)、含量和成分組成會(huì)隨著植物種類、組織器官及發(fā)育時(shí)期的變化而發(fā)生改變[6]。另外，環(huán)境因素，如光照、溫度、濕度[7- 8]等的變化，也會(huì)導(dǎo)致植物蠟質(zhì)含量和組成的改變，并有可能誘導(dǎo)特異蠟質(zhì)成分的生成。本文綜述了植物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的各種蠟質(zhì)成分及其結(jié)構(gòu)特征，并對(duì)植物蠟質(zhì)成分研究中存在的問題和研究前景進(jìn)行了探討。

1 植物角質(zhì)層蠟質(zhì)化學(xué)成分組成

植物角質(zhì)層蠟質(zhì)成分的研究涵蓋了眾多科屬。如：禾本科Poaceae、薔薇科Rosaceae、豆科Leguminosae、十字花科Cruciferae、蕓香科Rutaceae等。植物角質(zhì)層蠟質(zhì)成分包括長鏈脂肪酸(Cgt;18)和由長鏈脂肪酸衍生而來的醛、醇、烷、酮、酯等，還包含一些三萜類化合物和小分子次生代謝產(chǎn)物。蠟質(zhì)合成前體長鏈脂肪酸在質(zhì)體中合成之后，經(jīng)過兩個(gè)途徑合成最終的蠟質(zhì)成分，其中?；€原途徑生成初級(jí)醇和酯類物質(zhì)，脫羰途徑生成醛、烷烴、次級(jí)醇、酮[9- 11]。本文按合成途徑的不同對(duì)蠟質(zhì)成分進(jìn)行分類介紹。

1.1 長鏈脂肪酸

長鏈脂肪酸是蠟質(zhì)合成的前體物質(zhì)，因此幾乎存在于所有植物的蠟質(zhì)成分中，是一種普遍成分。這類化合物的主要特征是具有不分支的碳?xì)涔羌?，C鏈長度在14以上，大部分是偶數(shù)碳原子飽和脂肪酸。例如，辣椒Chilipepper和茄子Solanummelongena表面蠟質(zhì)成分中含有大量的C16—C32脂肪酸[12]。番茄Solanumlycopersicum果實(shí)蠟質(zhì)成分中含有C16、C18和C24脂肪酸[13]。落地生根Kalanchoedaigremontiana近軸端和遠(yuǎn)軸端葉片內(nèi)外表皮的蠟質(zhì)成分中含有0.2%—3%的脂肪酸[14]。另外，有些植物蠟質(zhì)中還含有偶數(shù)碳原子不飽和脂肪酸，這類不飽和脂肪酸在小麥TriticumaestivumLinn葉片[15]和楊梅Myricarubra果實(shí)[16]的角質(zhì)層蠟質(zhì)中均有發(fā)現(xiàn)。

1.2 ?；€原途徑產(chǎn)物

1.2.1 初級(jí)醇

初級(jí)醇是長鏈脂肪酸通過?；€原途徑合成的產(chǎn)物。這類化合物的結(jié)構(gòu)特征是在末端連有一個(gè)羥基官能團(tuán)，C鏈長度在20—36之間。初級(jí)醇是普遍存在于植物角質(zhì)層蠟質(zhì)中的一種重要成分。例如，不同品種的甘蔗Saccharum表皮蠟質(zhì)成分中含有32%—40%的初級(jí)醇，其中C28醇占了總醇含量的81%—87%[17]。豌豆Pisumsativum葉片近軸端蠟質(zhì)成分中含有71%的初級(jí)醇[18]。落地生根近軸端和遠(yuǎn)軸端葉片內(nèi)外表皮的蠟質(zhì)成分中包含了4%—8%的初級(jí)醇[14]。另外，在蘋果Malusdomestica[19]、榿葉唐棣Amelanchieralnifolia[20]、甜櫻桃Prunusavium[21]、柑橘Citrus[22]等多種植物表皮蠟質(zhì)成分中都可以檢測到初級(jí)醇。初級(jí)醇還可以延伸成一系列的C原子數(shù)在36—70間的同系化合物，并且每一種C鏈長度的化合物都有許多同分異構(gòu)體。這類物質(zhì)在豬籠草Nepenthes[23]和甘藍(lán)Brassicaoleracea[24]中均有發(fā)現(xiàn)。

1.2.2 酯類物質(zhì)

由于酸和醇可以發(fā)生酯化反應(yīng)，使其酯化產(chǎn)物也成為蠟質(zhì)成分的一員。植物蠟質(zhì)成分中的酯類物質(zhì)主要有烷基酯、酮酯、芳香酯、交內(nèi)酯和甘油酯。烷基酯是植物中最普遍的酯類物質(zhì)。

脂肪酸能夠和甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)，產(chǎn)生一系列的脂肪酸甲酯同系物，這類化合物的?；L度從C20—C34不等。類似的，20—30個(gè)碳原子數(shù)的伯醇和醋酸，長鏈脂肪酸和次級(jí)醇也能發(fā)生酯化反應(yīng)。在一些植物的蠟質(zhì)混合物中，還存在由中鏈二醇形成的β-雙酮酯。這類化合物在不同植物器官中的分布情況已經(jīng)在大麥Hordeumvulgare中做了集中研究[25]。

植物的角質(zhì)層蠟質(zhì)還包含了一系列具有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的代謝產(chǎn)物，它來源于脂肪族化合物與苯基的代謝反應(yīng)。例如，蠶豆Viciafaba花瓣的角質(zhì)層蠟質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的由脂肪酸和肉桂醇反應(yīng)形成的脂肪族芳香酯[26]。紅豆杉Chineseyew中出現(xiàn)的脂肪酸和苯丙醇、苯丁醇的酯化產(chǎn)物都屬于這一類物質(zhì)[27]。植物角質(zhì)層蠟質(zhì)中還存在其它芳香族化合物，例如，加州希蒙得木Simmondsiachinensis葉片蠟質(zhì)成分中的長鏈脂肪酸和苯甲醇或苯乙醇的酯化產(chǎn)物[28]，大麥[29]中的5-烷基間二苯酚。

許多植物脂類蠟質(zhì)中還包括交內(nèi)酯和甘油酯。交內(nèi)酯是由兩個(gè)或是多個(gè)羥基脂肪酸在a，ω二醇之間形成酯鍵而得到的一種低聚物。甘油酯是由兩個(gè)脂肪?；セ视虲-1和C-3位置上的基團(tuán)，而己酸或辛酸的?；B接在C-2位置上所形成的一種甘油酯[30]。

1.3 脫羰途徑產(chǎn)物

1.3.1 烷烴

烷烴是脫羰途徑的主要產(chǎn)物，主要由17個(gè)C原子以上的奇數(shù)碳原子烷烴組成，是植物中最常見的一類蠟質(zhì)成分。例如，番茄果實(shí)表皮蠟質(zhì)成分以奇數(shù)碳原子烷烴為主，其中C29烷烴和 C31烷烴所占的比例最高[13]。小麥葉片蠟質(zhì)成分中烷烴的碳原子數(shù)變化范圍為C21—C31，主要為奇數(shù)碳原子飽和烷烴，占已分離出蠟質(zhì)的13.2%[15]。楊梅中的烷烴碳鏈長度主要集中在 17—19之間，占蠟質(zhì)總量的 16%[16]。在芝麻Sesamumindicum葉片中，由C27、C29、 C31、C33、C35烷組成的烷烴物質(zhì)占總蠟質(zhì)含量的59%[31]。茄屬植物Solanum葉片表面蠟質(zhì)以烷烴為主，其中含量最高的是C31烷烴和C33烷烴[32]。另外，落地生根[14]、豌豆[18]、蘋果[19]、榿葉唐棣[20]、甜櫻桃[21]、柑橘[22]、竹子bamboo[33]等多種植物不同組織的表皮蠟質(zhì)成分中都含有不同數(shù)量的烷烴成分。植物中也存在不飽和烷烴，主要為二烯烴和三烯烴。如2004年Bauer等在番茄中發(fā)現(xiàn)的不飽和烷烴主要為C33—C35二烯烴和C35三烯烴[34]。

1.3.2 醛

醛類物質(zhì)也是脫羰途徑的產(chǎn)物，在植物蠟質(zhì)中也很常見，且大多數(shù)是具有偶數(shù)碳原子的正醛。例如，落地生根近軸端和遠(yuǎn)軸端葉片內(nèi)外表皮的蠟質(zhì)中含有C32—C34醛，占總蠟質(zhì)含量的占3%—7%[14]。甘蔗表皮蠟質(zhì)成分中含有55%—60%的醛和固醇脂，其中C28醛占醛含量的73%—80%[17]。豬籠草角質(zhì)層蠟質(zhì)的主要成分為C30和C32醛[23]。芝麻葉片中含有大量的C30、 C32和C34醛[31]。葡萄柚Citrusparadisi果實(shí)表皮蠟質(zhì)中含有40%左右的醛類物質(zhì)[35]。另外，在蘋果[19]、番茄[13]、柑橘[22]、樹莓Rubuscorchorifolius和山楂Crataeguspinnatifida的蠟質(zhì)成分中都發(fā)現(xiàn)了醛類物質(zhì)[36]。

1.3.3 次級(jí)醇、酮及其延伸產(chǎn)物

除了普遍存在于各種植物中的蠟質(zhì)成分外，一些特定的植物種類所特有的蠟質(zhì)成分在它們的總蠟質(zhì)含量中所占的比例也很高。這類化合物的主體結(jié)構(gòu)是完全飽和的含有29或31個(gè)碳原子數(shù)的脂肪醇或脂肪酮。與植物角質(zhì)層中普遍存在的蠟質(zhì)成分相比，這類植物種類特異性蠟質(zhì)成分大多數(shù)含有二級(jí)官能團(tuán)，因此它們會(huì)延伸出許多位置異構(gòu)體。這些蠟質(zhì)成分的鏈長和官能團(tuán)的位置都可以通過GC-MS鑒定出來[37]。這類具有二級(jí)官能團(tuán)的蠟質(zhì)成分主要包括次級(jí)醇、相應(yīng)的酮、烷二醇和酮醇等，它們也是脫羰途徑產(chǎn)物。

通?？梢詫⒅参镏邪l(fā)現(xiàn)的次級(jí)醇分為三類。第一類植物表皮蠟質(zhì)中所含的次級(jí)醇具有相對(duì)廣泛的鏈長分布和大量的位置異構(gòu)體，羥基官能團(tuán)通常位于C4和C12之間。草莓Strawberry葉片[38]、蘋果果實(shí)[39]和玫瑰Rosarugosa花瓣[40]的角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中所含的次級(jí)醇就屬于這一類化合物。第二類碳鏈長度在C27—C33之間，主要為C29或C31次級(jí)醇，它們通常含有羥基位于碳鏈中心相鄰位置的異構(gòu)體。例如，豌豆葉片角質(zhì)層蠟質(zhì)中所含有的C31次級(jí)醇(三十一-16-醇和三十一-15-醇)和少量其它次級(jí)醇同系物[41]。山字草clarkia[42]、甘藍(lán)和油菜Brassicacampestris[43]葉片角質(zhì)層蠟質(zhì)中含有大量的C29次級(jí)醇(二十九-15-醇和二十九-14-醇)和少量其它碳鏈長度的次級(jí)醇。第三類碳鏈長度在C27—C33之間，主要為C29或C31次級(jí)醇，但是羥基位于碳鏈的C10或C12上。例如，二十九-10-醇是罌粟科 Poppy[44]，裸子植物科 Gymnosperm[45]，薔薇科[46]和其它各種維管植物[37]葉片角質(zhì)層蠟質(zhì)的主要成分。二十九-12-醇是藏藥翁布Myricariagermanica葉片角質(zhì)層蠟質(zhì)的主要成分[47]。

角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中含有第二和第三類次級(jí)醇的，通常還會(huì)出現(xiàn)與它們相對(duì)應(yīng)的酮。不同植物中，這種酮的含量差異很大。例如，甘藍(lán)、油菜葉片和擬南芥Arabidopsisthaliana莖上的蠟質(zhì)成分中C29酮(二十九-15-酮)的含量相對(duì)較高。但是，在韭蔥Alliumporrum[48]、煙斗藤Aristolochiadurior和芍藥Paeonialactiflora[49]葉片蠟質(zhì)成分中發(fā)現(xiàn)了對(duì)稱性的C31酮(三十一-16-酮)，卻沒有發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的次級(jí)醇(三十一-16-醇)。研究者們?cè)谑蟀谹sparagus葉片蠟質(zhì)成分中發(fā)現(xiàn)了對(duì)稱性的C27酮(二十七-14-酮)[50]，在非州蘇鐵Cycasrevoluta植物葉片蠟質(zhì)中檢測出了與不對(duì)稱的次級(jí)醇相對(duì)應(yīng)的酮(二十九-10-酮)[51]。

和次級(jí)醇相關(guān)的蠟質(zhì)成分還包括烷二醇和酮醇，這兩種蠟質(zhì)成分以C29同系物為主，按照官能團(tuán)的位置可分為兩類。第一類的烷二醇和酮醇通常和相應(yīng)的對(duì)稱性次級(jí)醇同時(shí)出現(xiàn)，其中一個(gè)官能團(tuán)位于中心碳原子上，第二個(gè)官能團(tuán)位于相鄰的碳原子上。例如，蕓苔屬Brassica植物葉片蠟質(zhì)成分中發(fā)現(xiàn)的二十九-14,15-二醇、15-羥基-14-酮-二十九烷和14-羥基-15-酮-二十九烷[52]。第二類烷二醇和酮醇通常和不對(duì)稱的次級(jí)醇同時(shí)出現(xiàn)，其中一個(gè)官能團(tuán)位于第10個(gè)碳原子上，另一個(gè)官能團(tuán)位于C3—C16之間。這一類物質(zhì)中的二十九烷二醇通常出現(xiàn)在裸子植物和罌粟科植物蠟質(zhì)成分中，在蓮花Nelumbonucifera蠟質(zhì)成分中含量尤其高[53]。同時(shí)在這些植物的蠟質(zhì)成分中也發(fā)現(xiàn)了10-羥基-4-酮-二十九烷和10-羥基-5-酮-二十九烷等成分。研究發(fā)現(xiàn)，所有作為植物角質(zhì)層蠟質(zhì)中重要成分而出現(xiàn)的酮、烷二醇和酮醇，它們的碳鏈長度和異構(gòu)體模式都是和同種或者其它種類植物中出現(xiàn)的次級(jí)醇相對(duì)應(yīng)，表明在蠟質(zhì)成分合成途徑中先合成次級(jí)醇，再衍生出酮、烷二醇和酮醇。

許多禾本科植物和桉樹Eucalyptus葉片蠟質(zhì)成分中還存在大量的無環(huán)β-二酮[54]。這類化合物的主要特點(diǎn)是碳原子數(shù)在C27—C33之間，在1,3位置上分別存在一個(gè)羰基官能團(tuán)。不同植物蠟質(zhì)成分中含有不同種類的β-二酮。在大麥、小麥的葉片蠟質(zhì)成分中，14,16-三十一烷二酮屬于主要成分，但是在黃楊木BuxusSinica的葉片蠟質(zhì)成分中主要的β-二酮成分是8,10-三十一烷二酮[55]。植物表皮蠟質(zhì)中還存在一些β-二酮衍生物，包括在C4—C9之間或C25位置上含有羥基或羰基官能團(tuán)的二酮[56]。這些衍生物通常以混合物的形式出現(xiàn)，具有相同的碳鏈長度。

1.4 三萜類化合物

三萜類化合物由6個(gè)異戊二烯單位聚合而成。研究發(fā)現(xiàn)，許多植物的角質(zhì)層蠟質(zhì)中都存在三萜類化合物。雖然它們?cè)谀Ｊ街参飻M南芥[57]中含量很少，但是在一些特殊植物種類的蠟質(zhì)成分中，它們所占的比例卻很高[58]。根據(jù)碳鏈結(jié)構(gòu)、碳原子的數(shù)量、性質(zhì)、功能團(tuán)的位置、三萜類物質(zhì)和其它化合物結(jié)合而形成的衍生物種類等可以對(duì)三萜類化合物進(jìn)行分類。

在植物角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中發(fā)現(xiàn)的三萜類化合物大多數(shù)含有5個(gè)縮合的碳環(huán)，主要為齊墩果烷、烏斯烷、羽扇豆烷、蒲公英烷、粘霉烷型的衍生物。在種子植物葉片的角質(zhì)層蠟質(zhì)中，普遍存在齊墩果烷、烏斯烷、羽扇豆烷型的三萜類化合物。例如，在月桂櫻桃Prunuslaurocerasus葉片角質(zhì)層蠟質(zhì)中，齊墩果烷和烏斯烷型的三萜類化合物是主要的蠟質(zhì)成分[59]。在李子Prunus葉片角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中，齊墩果烷型衍生物是主要的三萜類化合物[60]。不同的植物種類所含的三萜類化合物不一致。例如，在番茄果實(shí)的角質(zhì)層蠟質(zhì)中，存在齊墩果烷型、烏斯烷型的三萜類化合物和等量的δ-香樹精。在絲路薊Cirsiumarvense和蓖麻Ricinuscommunis植物葉片角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中，烏斯烷或羽扇豆烷的衍生物分別是它們的主要蠟質(zhì)成分[61]。而血桐屬M(fèi)acaranga植物莖的角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中的主要的三萜類化合物為蒲公英烷[62]。

至今為止，在植物角質(zhì)層蠟質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的三萜類化合物在3β位置上都存在一個(gè)羥基官能團(tuán)。在生物合成途徑中，3β-醇是第一步反應(yīng)的直接產(chǎn)物，因此它普遍存在于高等植物的三萜類化合物中。在大部分情況下，3β-三萜類化合物經(jīng)常和其相應(yīng)的酮一起出現(xiàn)在植物角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中。例如，在幾種血桐屬植物莖的角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中出現(xiàn)了蒲公英賽酮[60]，而粘酶酮存在于大戟屬Euphorbia植物葉片角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中，軟木三萜酮是葡萄柚果實(shí)角質(zhì)層蠟質(zhì)的主要成分[63]。

在植物角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中，只鑒別出了少數(shù)的具有不同數(shù)量官能團(tuán)的三萜類化合物。例如，在一些植物角質(zhì)層蠟質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了羽扇豆烷型，齊墩果烷型和烏斯烷型三萜類化合物的28號(hào)碳原子氧化產(chǎn)物。這些氧化物包括：紅二醇、熊果醇、樺木醇和含氧酸齊墩果酸、烏索酸[36,64]。目前，其它的含氧三萜類化合物還沒有鑒定出來，因?yàn)檫@些親脂性混合物中極性相似而無法區(qū)分。

在植物角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中還存在許多三萜類化合物的衍生物。主要為烷基醚、烷基酯和酰基酯。例如，羽扇豆烷醇、β-α-香樹脂醇和相應(yīng)的甲醚[65]、醋酸酯[66]、長鏈脂肪酸酯類[67]同時(shí)存在于植物角質(zhì)層蠟質(zhì)中。烏蘇酸、齊墩果酸和它們相應(yīng)的甲酯同時(shí)存在植物角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中[68]。

1.5 小分子次級(jí)代謝產(chǎn)物

在許多植物的角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中都含有植物固醇，包括β-谷甾醇和豆甾醇。在禾本科植物葉片蠟質(zhì)成分中就存在這一類物質(zhì)[69]。它們的結(jié)構(gòu)和五環(huán)三萜化合物結(jié)構(gòu)很相似，可以主動(dòng)或被動(dòng)運(yùn)輸?shù)街参锝琴|(zhì)層的不同部位。植物固醇可以在細(xì)胞質(zhì)膜[58]上積累，這使得植物組織內(nèi)的固醇相對(duì)集中，當(dāng)溶劑分子進(jìn)入植物組織內(nèi)部時(shí)，就會(huì)提取出細(xì)胞膜上的植物固醇。因此，目前還不能斷定是否植物固醇真正存在于植物角質(zhì)層蠟質(zhì)混合物中。研究者們?cè)谀承┲参锏谋砥ぬ崛∥镏羞€檢測到了生物堿和C16、C18自由脂肪酸，但目前還沒有直接的證據(jù)說明這些成分屬于角質(zhì)層蠟質(zhì)成分[44]。

在一些特殊情況下，除了蠟質(zhì)外的一些其它化學(xué)成分也可能存在植物表面。這類物質(zhì)包括雙萜類物質(zhì)和類黃酮。煙草Nicotianatabacum植物中的雙萜類物質(zhì)通過腺毛滲透到葉片上，并可以將植物表面覆蓋的相當(dāng)厚[70]。在一些蕨類植物Pteridophyta和不同的被子植物Angiospermae葉片表面，特別是在報(bào)春花科Primulaceae和唇形科Lamiaceae植物葉片表面，存在一層厚厚的黃酮類物質(zhì)，它的顆粒相對(duì)比較大，由于類黃酮的極性較高和其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使它們與典型的蠟質(zhì)化合物存在明顯的區(qū)別，這一特點(diǎn)也降低了類黃酮和蠟質(zhì)一起運(yùn)輸?shù)臋C(jī)率[71]。另外，天然維生素E也被列為植物角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中的一種，其中，α-、γ- 和ε-維生素E通常一起存在于植物角質(zhì)層蠟質(zhì)成分中[34]。

2 問題與展望

植物角質(zhì)層蠟質(zhì)成分經(jīng)過幾十年的研究已經(jīng)取得了豐碩的成果，研究者們已經(jīng)對(duì)多種植物的角質(zhì)層蠟質(zhì)有了細(xì)致深入的研究，相關(guān)的研究報(bào)道也越來越多。但是，從現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道來看，還存在以下一些問題。

2.1 植物蠟質(zhì)成分提取方法需要進(jìn)一步改進(jìn)

植物角質(zhì)層蠟質(zhì)可以分為分布在角質(zhì)層表面的外角質(zhì)層蠟質(zhì)和鑲嵌在角質(zhì)層內(nèi)部的內(nèi)角質(zhì)層蠟質(zhì)。因此要對(duì)植物蠟質(zhì)成分進(jìn)行細(xì)致的分析，首先要有科學(xué)的蠟質(zhì)提取方法保證能夠充分的提取出不同層次的角質(zhì)層蠟質(zhì)。目前植物蠟質(zhì)成分的主要提取方法可以概括為有機(jī)溶劑浸泡法和黏合劑提取法兩種。由于有機(jī)溶劑能夠在很短的時(shí)間內(nèi)滲入角質(zhì)層內(nèi)部，因此使用有機(jī)溶劑浸泡法無法區(qū)分內(nèi)外角質(zhì)層蠟質(zhì)。黏合劑提取法主要使用火膠棉、阿拉伯膠、碳水化合物聚合膜等物質(zhì)涂布在植物器官表面，黏取外角質(zhì)層蠟質(zhì)。該方法雖然能夠分別提取出內(nèi)外角質(zhì)層蠟質(zhì)，但使用該方法提取的蠟質(zhì)往往并不充分，且操作較繁瑣，不適合微小器官和組織的蠟質(zhì)提取。另外，不同種類的植物甚至相同植物的不同組織適宜的蠟質(zhì)提取方法也不同，因此研究者們需要對(duì)蠟質(zhì)提取方法做進(jìn)一步的研究改進(jìn)，以保證能夠高效快速的提取出各種植物的角質(zhì)層蠟質(zhì)。

2.2 植物不同層次的蠟質(zhì)成分差異需要進(jìn)一步研究

目前，大多數(shù)有關(guān)蠟質(zhì)成分的研究采用的蠟質(zhì)提取方法都是有機(jī)溶劑法，關(guān)于植物內(nèi)外角質(zhì)層蠟質(zhì)成分的研究相對(duì)較少。因此，許多植物內(nèi)外角質(zhì)層蠟質(zhì)成分是否存在差異，這種差異對(duì)植物內(nèi)外角質(zhì)層的功能有什么影響還需要進(jìn)一步的研究。通過掃描電鏡可以發(fā)現(xiàn)，在植物外角質(zhì)層上還沉積著一些蠟質(zhì)晶體，不同種類植物的表面具有不同結(jié)構(gòu)和成分的蠟質(zhì)晶體。但是，不同結(jié)構(gòu)的蠟質(zhì)晶體的具體化學(xué)組成及其所起的生物學(xué)功能，還需要進(jìn)一步的研究。另外，內(nèi)外角質(zhì)層蠟質(zhì)是否可以進(jìn)一步細(xì)分為不同的層次？植物蠟質(zhì)在角質(zhì)層上的橫向分布是否有規(guī)律，這種分布規(guī)律是否對(duì)角質(zhì)層的生物功能有影響？在不同類型的表皮細(xì)胞上的蠟質(zhì)成分是否有區(qū)別，同一細(xì)胞不同部位蠟質(zhì)成分是否有區(qū)別？解決這些問題對(duì)我們進(jìn)一步闡明植物角質(zhì)層執(zhí)行其生物功能的具體機(jī)理具有重要的意義。

2.3 一些特殊蠟質(zhì)成分需要進(jìn)一步研究鑒定

隨著氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)可以對(duì)大多數(shù)的蠟質(zhì)成分進(jìn)行準(zhǔn)確的分離和鑒定，但是對(duì)于一些特殊的蠟質(zhì)成分，比如三萜類化合物，其結(jié)構(gòu)的確認(rèn)還需與標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行質(zhì)譜比對(duì)或查看相關(guān)文獻(xiàn)，而有些特殊標(biāo)準(zhǔn)品在市場中無法購買或難以制備，為其結(jié)構(gòu)鑒定增加了難度。這些特殊的蠟質(zhì)成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很可能具有重要的生理功能。

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Theoverviewandprospectofchemicalcompositionofplantcuticularwax

ZENG Qiong, LIU Dechun, LIU Yong*

CollegeofAgriculture,JiangxiAgricultureUniversity,Nanchang330045,China

Plant cuticle covering the aerial surfaces of land plants serves as a hydrophobic barrier. Plant cuticle possesses two layers of waxes: the intracuticular waxes embedded in the cuticle and the epicuticular waxes covering the cuticle. The functions of plant waxes in the cuticle are vital and include regulation of nonstomatal water loss and gas exchange, protection against UV radiation and pathogens, and construction of a microenvironment suitable for certain plants. The chemical composition of plant waxes is complicated and can vary not only from species to species, but also among different parts of the same plant. In the past decades, knowledge on the composition of cuticular waxes from diverse plant species has been accumulated. This review summarizes the current research progression on chemical composition of the plant waxes, discuss problems and foregrounds that exist in the present studies and explore potential research topics of the future.

Plant cuticular waxes are complex mixtures of long chain (ranging from 20 to almost 40 carbons) aliphatic and cyclic compounds. There are two wax biosynthetic pathways to synthesize aliphatic wax components, including acyl-reduction pathway, which leads to the formation of primary alcohols and wax esters, and decarbonylation pathway, which gives rise to aldehydes, alkanes, secondary alcohols, and ketones. Aliphatic compounds with unbranched, fully saturated hydrocarbon backbones, includingn-alkanes,n-aldehydes,n-alcohols and fatty acids, have been detected in the plant cuticle in most of the plant species studied to date and proportions of these compounds vary in different species. Except for these ubiquitous constituents, some specific wax compounds were also discovered from the cuticular waxes of special plants. The taxon-specific wax constituents contain fully saturated aliphatic chains with 29 or 31 carbons, which usually possess two alcohol or keto functional functional groups, leading to the possibility of positional isomerism, such as secondary alcohols, corresponding ketones, alkanediols and ketols. Most cyclic compounds discovered in plant waxes are triterpenoids, and are at trace levels in most plant species. However, triterpenoids can accumulate to very high concentration in some specific plants, such asPrunuslaurocerasus,Vitisvinifera,Tiliatomentosaand so on. Although there are more than 200 basic triterpenoid carbon skeletons detected to date, the most abundant triterpenoid constituents detected in plant waxes are pentacyclic triterpenoids and its derivatives. Moreover, there are some compounds extracted from plant surface, such as phytosterols, alkaloids, palmitic and stearic acids, but whether they are components of cuticular wax mixtures was not confirmed to date. In some plant species, constituents other than waxes, including diterpenoids and flavonoids, are located at or near the plant surface and can be extracted with wax compounds simultaneously.

In the end, to promote the understanding of the chemical composition of plant cuticular waxes, there are some problems needed to be solved. First of all, we should improve the wax extraction method to make sure we can extract the different layer waxes quickly and effectively. Secondly, the exact wax composition from different wax layers must be studied to elucidate the biological function of each wax layer. Finally, explore new strategies to identify some special wax compounds that are difficult to be identified due to the lacking of standard samples.

cuticle; wax; chemical composition

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31160384)；江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2009GZN0024)；江西省教育廳青年科學(xué)基金項(xiàng)目(GJJ12251)

2012- 05- 26;

2012- 09- 25

*通訊作者Corresponding author.E-mail: liuyongjxau@sina.com

10.5846/stxb201205260781

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