【國立科學博物館】成功開發新方法，從極微量高山植物花卉樣本中確定多樣酚類化合物結構

【研究重點】

• 建立了微量成分的分離和結晶方法。

• 透過適當利用結晶後的成分、單晶X射線結構分析（SC-XRD）和電子繞射結構分析（MicroED）等分析方法，成功進行了結構分析。

• 成功對樣本量有限的高山植物酚類化合物進行結構分析，發現岩梅花中含有多樣的酚類化合物。

• 在方法開發的相關研究中，還發現了與植物化學適應機制和系統發育相關的成分。

1. 研究背景與成果

分佈在日本高山帶和亞高山帶的高山植物，為了應對高山環境中的紫外線和低溫等嚴峻環境壓力，會合成並積累稱為酚類化合物的化學成分，以此進行環境適應。此外，這些酚類化合物中的許多也被證實是潛在的天然資源，對於相較於低地知識有限的高山植物，尤其期待相關研究。另一方面，高山植物生長在嚴峻的環境中，植株小巧，且分佈僅限於高海拔地區，因此十分稀有。即使是學術研究，也需考量法令許可和倫理觀點，盡量減少採集帶來的人為干擾，因此可用於上述成分結構分析的樣本量有限。本研究團隊此前也一直在推進微量樣本成分分析方法的開發，本次以極微量的高山植物岩梅花作為研究樣本，在經過現有分析方法如高速液相層析儀（HPLC）的分離純化和四極飛行時間質譜儀（QTOF-MS）的分子量測定後，開發了優化各所含成分結晶化的方法，並進一步利用單晶X射線結構分析（SC-XRD）和電子繞射結構分析（MicroED）等分析方法，這些方法能夠從傳統尺寸約1/100的晶體中確定結構，從而成功地從極微量樣本中進行微量成分的結構分析。本研究揭示了生長在嚴峻高山環境中的岩梅花含有多樣的酚類化合物，包括近年來作為具有健康功效的功能性成分而備受關注的槲皮素配醣體等黃酮類化合物。

此外，在上述技術開發過程中，研究團隊也成功地從岩梅葉中分離出多種成分並進行結構分析，發現了有助於紫外線防護和抗氧化的成分，並進一步發現其中部分成分的積累在日本列島本州中部至北海道之間存在地理差異，這些成果已發表於《Biochemical Systematics and Ecology》。本次研究是該項研究的進一步改良。此外，國內農業產業期刊《AgriBio》的文章也總結並介紹了本研究的重點。

圖1 岩梅開花景象

在高山帶的岩石地帶開出類似梅花的花朵。在日本，分佈於本州中部至北海道。

圖2 本研究的主要分析流程

2. 註釋

高速液相層析儀（HPLC）：

利用液體中成分在移動相（溶劑）和固定相（層析管）之間相互作用的差異，高效分離和檢測成分的裝置。圖2中的分取HPLC系統是用於分取（分離）各成分的HPLC。

四極飛行時間質譜儀（QTOF-MS）：

結合了四極和飛行時間兩種不同質譜技術的質譜儀，兼具高質量精度、高解析度和高靈敏度。圖2中的LC-QTOF-MS是將HPLC與QTOF-MS連接的裝置。

單晶X射線結構分析（SC-XRD）：

透過向樣品晶體照射X射線束，並從所得的繞射X射線圖案中直接確定樣品分子立體結構的方法。

電子繞射結構分析（MicroED）:

在SC-XRD中以電子束取代X射線，從而能夠從更小的亞微米級晶體中確定樣品分子結構的方法。

3. 未來展望

本研究中開發的分析方法利用了在高山植物中分佈相對廣泛的岩梅，目前正將此方法應用於分析日本特有種和瀕危物種等更稀有的植物。這項技術有望揭示以往難以分析的植物微量成分，並應用於有用資源物質的探索。此外，這項技術預計將成為獲取理學、農學、藥學等廣泛領域基礎和應用研究基盤資訊的重要技術。

4. 發表論文

標題：

Sustainable micro-scale identification of phenolic glycosides in alpine flower through single-crystal structure analysis

作者：

Hyuga Hirano, Takashi Kikuchi, Futa Sakakibara, Yoshinori Murai

刊載雜誌：

Journal of Molecular Structure, 145740

（2026年2月22日線上公開，預計2026年7月刊載）

【相關論文】

標題：

Phenolic compound diversity reflecting phylogeographic structure of Diapensia lapponica subsp. obovata (Diapensiaceae) populations in Japan

作者：

Hyuga Hirano, Toshiyo Kato, Keiichi Noguchi, Hisahiro Kai, Takuro Ito, Takashi Kikuchi, Futa Sakakibara, Yoshinori Murai

刊載雜誌：

Biochemical Systematics and Ecology, 125: 105168

（2025年11月20日線上公開，預計2026年4月刊載）

【相關文章】

標題：

高山植物における微量フェノール配糖体の構造解析

作者：

平野日向, 菊池貴, 榊原風太, 村井良徳

刊載雜誌：

アグリバイオ, 10(3): 53-56 （2026年3月號刊載）

本研究是JSPS科研費（JP23K05503）、特別研究員獎勵費（JP24KJ1011）、國立科學博物館綜合研究「極限環境的科學」等研究的一部分。