关于水薄荷（Mentha aquatica）地上部分和根提取物的植物化学成分及生物活性特性的新见解：体外实验与计算机模拟研究方法

　　本研究系统评估了水薄荷地上部分和根部的酚类成分、营养品质及抗氧化、抗菌和抗溶血活性。通过HPLC-DAD鉴定出13种酚类化合物，地上部分总酚（75±0.11 mg GAE/g DW）和总黄酮（55±0.00 mg QE/g DW）显著高于根部。体外实验显示地上部分DPPH、ABTS和还原力抗氧化活性更强，且对革兰氏阳性菌和阴性菌抑菌效果更佳。分子对接模拟表明芦丁、槲皮素和山柰酚与NADPH氧化酶、DNA旋转酶和CYP51酶的活性位点结合，解释其抗氧化和抗菌机制。研究证实水薄荷作为天然添加剂在食品、医药和化妆品领域具有潜力。

　　
本研究以水薄荷（*Mentha aquatica* L.）的地上部分和根部为研究对象，系统评估了其化学成分、营养价值、抗氧化、抗菌及抗溶血活性，并结合计算模型预测活性成分的分子作用机制。研究为水薄荷作为天然功能成分的食品、医药及化妆品应用提供了科学依据。

### 一、研究背景与意义
水薄荷作为唇形科药用植物，其全株含有多酚、黄酮、挥发油及矿物质等活性成分。已有研究表明，其提取物在抗氧化、抗菌及抗炎等方面具有显著活性，但不同植物部位（地上/地下）的成分差异及活性关联尚未明确。本研究通过对比分析地上与根部提取物，旨在揭示其成分分布规律及功能特性差异，为开发天然功能产品提供新思路。

### 二、材料与方法
1. **植物来源**：2021年6月于摩洛哥穆莱-布塞拉姆潟湖采集新鲜植株，经 voucher编号002MAMZ2121存档。样品生长环境为海拔6-20米，土壤pH 6-8，年均降水量366毫米，温度9-30℃。
2. **提取方法**：地上与根部粉末经70%乙醇-水混合溶剂（1:1，v/v）冷浸一周后过滤浓缩，提取率分别为16.6%±0.29%和4.86%±0.05%。此方法选择基于前期研究显示乙醇-水体系对酚类、黄酮类物质提取效率较高。
3. **成分分析**：
- **酚类物质**：采用HPLC-DAD检测，分离出13种酚酸及黄酮类成分，包括芦丁（1.03 mg/g CE）、槲皮素（3.38 mg/g CE）、山柰酚（2.33 mg/g CE）等。
- **营养价值**：通过Lowry法测定地上部分蛋白含量达19.8 mg BSAE/g DW，显著高于根部（13.2 mg/g DW）；碳水化合物含量地上部分（33.3 mg/g GE）为根部的45倍。
- **矿物质分析**：ICP-AES检测显示地上部分富含钾（21.3 g/kg DW）、钠（8.5 g/kg DW），而根部以钙（25 g/kg DW）、镁（6.4 g/kg DW）为主。

### 三、关键研究结果
1. **成分分布特征**：
- **地上部分**：富含多酚（总酚75.1 mg GAE/g DW，总黄酮55.7 mg QE/g DW），以芦丁（1.03 mg/g CE）、山柰酚（2.33 mg/g CE）、咖啡酸（1.32 mg/g CE）为主，同时含有高浓度可溶性蛋白（19.8 mg/g DW）和碳水化合物（33.3 mg/g GE）。
- **根部**：以鞣花酸（5.96 mg/g CE）和槲皮素（3.38 mg/g CE）为特征成分，矿物质含量更高，尤其钙、镁显著高于地上部分。

2. **抗氧化活性**：
- 地上部分展现出更强的抗氧化能力，DPPH清除率（0.038 mg/mL）、ABTS清除率（0.090 mg/mL）及总抗氧化能力（86.4 mg AAE/g DW）均优于根部。
- 抗氧化机制与多酚及黄酮的协同作用相关，计算模型显示芦丁、槲皮素对NADPH氧化酶抑制活性最佳（GScore -6.88至-7.85 kcal/mol），高于抗坏血酸（-5.23 kcal/mol）。

3. **抗菌活性**：
- 地上部分对革兰氏阳性菌（如枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌）的MIC值（6250 μg/mL）与合成抗生素（如链霉素、氨苄西林）相当，但抑菌谱更广。
- 根部提取物对革兰氏阴性菌（如铜绿假单胞菌）无显著抑制效果，但对大肠杆菌（MIC 200 μg/mL）表现出强活性。
- 槲皮素、山柰酚等黄酮类成分通过抑制DNA回旋酶（GyrB）和CYP51酶发挥广谱抗菌作用，其GScore（-7.02至-8.09 kcal/mol）优于氟康唑（-5.14 kcal/mol）。

4. **抗溶血活性**：
- 地上与根部提取物均表现出低溶血性（60分钟溶血率<15%），其中根部提取物在25 mg/mL浓度时溶血率达73.3%，提示高浓度可能具有细胞毒性。
- 溶血机制研究显示，酚酸类成分（如咖啡酸、鞣花酸）可能通过破坏红细胞膜脂质结构引发溶血，而黄酮类（如槲皮素）则通过抗氧化保护作用抑制溶血。

### 四、创新性发现
1. **植物部位差异**：地上部分以多酚、黄酮及可溶性蛋白为特征，适合开发抗氧化食品；根部富含矿物质及特定酚酸，可能作为营养强化剂。
2. **活性成分协同效应**：计算模型显示，芦丁与NADPH氧化酶结合形成氢键（-6.88 kcal/mol），槲皮素通过π-π堆积与GyrB结合（-7.02 kcal/mol），山柰酚与CYP51形成氢键（-6.76 kcal/mol），表明多成分协同作用增强生物活性。
3. **营养与功能关联**：地上部分总酚含量（75.1 mg GAE/g DW）与黄酮含量（55.7 mg QE/g DW）分别较根部高94%和138%，与其抗氧化活性呈显著正相关（r=0.98）。

### 五、应用潜力与局限性
1. **应用场景**：
- **食品工业**：地上部分的高蛋白（19.8 mg/g DW）和碳水化合物（33.3 mg/g GE）可开发为天然抗氧化剂或营养强化剂。
- **医药领域**：根部的高钙、镁及鞣花酸适合开发肠道功能调节剂；地上部分的黄酮类成分可考虑用于抗炎或抗癌辅助治疗。
- **化妆品**：酚酸类成分的抗菌活性可应用于防腐剂替代品，黄酮类则具有抗氧化和抗紫外线功效。

2. **局限性**：
- 样本仅采集自单一地理环境（摩洛哥），未考虑土壤pH、气候等变量对成分的影响。
- 抗菌活性评估基于体外实验，需进一步验证体内疗效及长期安全性。
- 溶血实验仅使用大鼠红细胞模型，未覆盖人类红细胞亚型差异。

### 六、未来研究方向
1. **多组学整合分析**：结合代谢组学与转录组学，解析地上与根部代谢通路差异。
2. **体内功效验证**：开展小鼠模型研究，评估其抗氧化、抗菌活性及毒性阈值。
3. **工业化提取工艺优化**：对比不同溶剂（如水提、醇提、超临界CO2萃取）对活性成分的提取效率。
4. **临床前研究**：针对特定疾病（如糖尿病、肠道感染）设计体外模拟实验，验证其功能机制。

### 七、结论
水薄荷地上部分与根部在化学成分、营养价值和生物活性上呈现显著差异：地上部分以多酚、黄酮及高蛋白为特征，具有强抗氧化、广谱抗菌潜力；根部富含矿物质及特定酚酸，可能作为营养补充剂。计算模型揭示了槲皮素、山柰酚等成分与关键酶的分子作用机制，为定向开发天然活性成分提供了理论依据。建议后续研究重点关注不同提取工艺对活性成分的保留率，以及规模化生产中的稳定性控制。