新方法實現從微小白花高山植物樣本中測定多種酚類化合物的結構
東京--(美國商業資訊)--東京農工大學聯合農業科學研究科的博士生Hyuga Hirano (同時為國立科學博物館(館長：Makoto Manabe)的合作研究生)、株式會社Rigaku (Rigaku Holdings集團公司)全球產品事業部應用實驗室的Takashi Kikuchi、Asterism合資公司研發支援部門技術顧問Futa Sakakibara、國立科學博物館植物學部門資深研究員Yoshinori Murai及其團隊，透過開發微量分析方法，成功從高山植物花朵的微小樣本中確定了超過十種酚苷的結構。此項成就意義重大，因為高山植物通常體型較小，且因法律、倫理及環境考量而難以採集，導致可獲得的樣本極為有限。從如此少量的樣本中確定多種化學成分的結構，是一項開創性的研究成果。
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該研究團隊所開發的方法，不僅可應用於植物化學成分的分析，還能應用於物理學、農學及藥學等廣泛領域中，探索尚未充分利用的資源。
該研究成果於2026年2月22日發表於Journal of Molecular Structure線上期刊。採用類似技術的相關研究也已發表於Biochemical Systematics and Ecology。
研究摘要：
- 已建立微量化學成分的分離與結晶方法。
- 運用單晶X射線繞射(SC-XRD)與微晶電子繞射(MicroED)等分析技術，成功實現了結晶成分的結構分析。
- 運用此方法，成功對難以取得研究樣本的高山植物進行了酚類化合物的結構測定，揭示了岩梅(Diapensia lapponica)花朵中存在多樣化的酚類化合物。
- 在開發此方法的過程中，相關研究也促成了與植物化學適應機制及系統發育特徵相關的成分發現。
1. 背景與研究成果
高山植物分布於日本各地的高山及亞高山帶。為了抵禦高山環境特有的環境壓力，例如強烈紫外線與低溫，這些植物會透過合成並累積稱為酚類化合物的化學物質來適應環境。許多酚類化合物也被視為具有潛在應用價值的天然資源。由於高山植物的研究相較於低海拔植物仍較不充足，此領域的進一步研究備受期待。同時，高山植物生長的嚴苛環境導致其植株體型較小。此外，它們的分布侷限於高海拔地區，因此相對稀少。即使在學術研究中，基於法律、許可及倫理考量，也必須嚴格限制植物採集，以將人為干擾高山生態系的影響降至最低。因此，可用於結構分析的樣本材料數量極為有限。
研究團隊持續開發微量樣本的分析方法。在本研究中，團隊使用極少量的高山植物岩梅(Diapensia lapponica)花朵樣本，運用高效液相層析(HPLC)分離並純化各個成分，並透過四極桿飛行時間質譜(QTOF-MS)測定其分子量。接著，團隊開發了一種方法，用以最佳化各個成分的結晶條件。
透過應用單晶X射線繞射(SC-XRD)與微晶電子繞射(MicroED)等分析技術(這些技術能夠使用約為傳統方法所需百分之一大小的晶體進行結構測定)，團隊成功從極微小的樣本中確定了微量成分的結構。結果顯示，生長於嚴苛高山環境的D. lapponica含有黃酮類化合物及其他酚類化合物，包括槲皮素苷。這些化合物近年來因其潛在的健康益處，作為功能性成分而備受關注。
在發表於Biochemical Systematics and Ecology的相關研究中，研究團隊也成功從同一種植物的葉片中分離並確定了多種成分的結構，發現了有助於紫外線防護與抗氧化活性的化合物。該研究進一步揭示，部分成分的累積情況因地理位置而異，範圍從本州中部地區到北海道。本研究是這些先前發現的進一步延伸與進展。
2. 附註
高效液相層析(HPLC)：一種根據成分與移動相(溶劑)及固定相(層析管柱)之間交互作用的差異來分離並檢測成分的分析技術。圖二中所示的製備級HPLC系統即用於分離各個成分。
四極桿飛行時間質譜(QTOF-MS)：一種結合四極桿與飛行時間分析器的質譜技術，可達到高質量準確度、高解析度與高靈敏度。圖二所示的LC-QTOF-MS系統即整合了HPLC與QTOF-MS。
單晶X射線繞射(SC-XRD)：一種以X射線束照射樣本晶體，並利用產生的繞射圖案直接測定三維分子結構的方法。
微晶電子繞射(MicroED)：一種使用電子束而非X射線的結構分析技術，能夠從更微小、次微米尺寸的晶體進行結構測定。
3. 未來展望
在開發此處所述的分析方法時，研究團隊使用了岩梅(pincushion plant，一種地理分布相對廣泛的高山物種) 的樣本。
此方法預期將有助於鑑定過去難以分析的植物中之微量成分，並促進新穎及未充分利用生物資源的探索。此外，該方法在物理學、農業科學及藥學等多元領域具有廣泛的應用性，預計將成為基礎與應用研究的重要基礎資訊來源。
4. 發表論文
標題：經由單晶結構分析進行高山花卉中酚苷類化合物之永續微量鑑定
作者：Hyuga Hirano、Takashi Kikuchi、Futa Sakakibara、Yoshinori Murai
發表刊物：Journal of Molecular Structure，145740 (2026年2月22日線上發表)
相關論文
標題：反映日本大島岩梅(Diapensia lapponicasubsp.obovata，岩梅科)族群系統地理結構之酚類化合物多樣性
作者：Hyuga Hirano、Toshiyo Kato、Keiichi Noguchi、Hisahiro Kai、Takuro Ito、Takashi Kikuchi、Futa Sakakibara、Yoshinori Murai
發表刊物：Biochemical Systematics and Ecology，125: 105168 (2025年11月20日線上發表；預定於2026年4月紙本出版)
本研究獲得了日本學術振興會(JSPS) KAKENHI科研費補助金(編號JP23K05503與JP24KJ1011)以及日本國立科學博物館「極端環境綜合研究」計畫的支持。
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圖1：盛開的岩梅(Diapensia lapponica)，生長於高山岩石區。其在日本的分布範圍從本州中部地區延伸至北海道。
圖2：本研究主要分析步驟之流程圖。