APP下载

箭叶淫羊藿文献综述

2020-12-07沈宝明谭著明申爱荣

湖南林业科技 2020年5期
关键词:植物基因

沈宝明, 谭著明, 申爱荣, 谭 云

(1.湖南省林业科学院, 湖南 长沙 410004; 2.湖南省林下特色生物资源培育与利用工程技术研究中心, 湖南 长沙 410004)

箭叶淫羊藿Epimediumsagittatum(Sieb.et Zucc.)Maxim.(别称“三枝九叶草”)属于小蘖科Berberidaceae淫羊藿属Epimedium多年生草本植物[1]。它是我国传统中药,早在东汉时期结集成书的《神农本草经》中就有记载。其干燥叶作为中药淫羊藿入选2015年《中华人民共和国药典》一部(简称药典),具有补肾阳、强筋骨、祛风湿等功效[2]。箭叶淫羊藿作为药典记载的淫羊藿属植物中分布最广泛的种类,其研究成果积累较为丰富,产业发展也逐步进入了健康发展轨道。本文对其资源分布、分类鉴定、化学成分、药理作用、栽培技术、繁殖技术、质量控制、基因挖掘等方面公开发表的研究成果进行了归纳总结,并探讨箭叶淫羊藿在资源保护及开发利用中存在的问题。

1 资源分布

箭叶淫羊藿在我国入药典的5种淫羊藿属植物中分布最广,产于安徽、广东、广西、福建、贵州、湖北、湖南、江苏、陕西、甘肃、四川、浙江、重庆等地,主要生于海拔200~1 750 m的林下、水沟边、灌丛中或岩边石缝中[3-4]。在国外分布较少,仅有少量文献报道[5]。由于需求量大,其野生资源一度被掠夺式采挖,导致一些地区野生资源枯竭。徐艳琴等[6]于2008年对全国箭叶淫羊藿产区进行过调查,发现曾是箭叶淫羊藿自然分布区的陕西、四川及甘肃三地,竟未采集到箭叶淫羊藿样本,这一结果加剧了人们对此特色生物资源消失速度的担忧,也为我们的传统药用植物利用方式敲响了警钟。

2 分类鉴定

箭叶淫羊藿被公认为是形态变异最大、最难分类的淫羊藿属植物。目前学者们已根据植物形态、化学指纹图谱、核型、同工酶及基因等多参数的差异,对其分类鉴定进行了研究。

2.1 植物形态分类

目前,箭叶淫羊藿的种或者变种界定范围存在争议。1877年,箭叶淫羊藿被确立为种[1]。1938年,分类学家Stearn[7]增加宽序变种Epimediumsagittatumvar.pyramidale。1975年,应俊生[8]增加光叶变种Epimediumsagittatumvar.glabratum。随后郭宝林[9]又增加箭叶淫羊藿毡毛变种Epimediumsagittatumvar.coactum。但在2001版的中国植物志中,只承认箭叶淫羊藿光叶变种,而宽序变种则并入天平山淫羊藿Epimediummyrianthum[10]。2003年,何顺志等[1]对箭叶淫羊藿变种进行了较大调整,将毡毛淫羊藿变种确立为新种,将光叶变种、宽序变种及毡毛淫羊藿龙头虎变种并入天平山淫羊藿,同时增加2个新变种,即贵州淫羊藿及剑河淫羊藿变种。但以上说法未得到Ying等[11]的认可,在《Flora of china》中,仍坚持箭叶淫羊藿只有光叶变种。

以上对箭叶淫羊藿种及变种的确认,主要依据传统的植物形态分类学研究。通常来讲,植物外部形态性状因较易观察和记录,是植物分类的有利工具,但箭叶淫羊藿因地域不同,差异较大。以往分类往往依据单个性状,如花瓣(距)的形态、花序类型、花粉外壁纹饰、叶背非腺毛形态等[1,12-14]。同时,缺乏大量的样本调查,某些性状的分类学价值把握可能不够准确。为此,有关学者对8省1市分布的13个居群进行了系统的资源调查。同时将表观参数提高到17个,包含株高、小花数、花序周长等,结果发现,部分性状,如株高、叶背被毛、小花数量等变异范围远超《中国植物志》的描述,整体样本呈现连续变异式样。但因箭叶淫羊藿种群变异程度高,17个主要性状的特征仍未能全面包含变异情况,仍需进一步研究[3,15]。

2.2 化学指纹图谱分类

箭叶淫羊藿因形态变异大,形态分类十分困难。为此,有学者尝试从植物化学角度对箭叶淫羊藿进行种内及种间化学分类。许瑛等[16]对16个箭叶淫羊藿居群进行分类研究,根据朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C及淫羊藿苷(ABCI)四种组分高效液相色谱峰指纹图谱特征分析,将上述居群分为朝藿定C主导类、空白谱类、淫羊藿苷主导的朝藿定B强蜂类、朝藿定C-淫羊藿苷等同谱类共四大类,为箭叶淫羊藿药用或观赏种质资源筛选提供了参考。裴利宽[17]应用高效液相色谱(HPLC)及红外光谱(IR)指纹图谱法对朝鲜淫羊藿、箭叶淫羊藿、心叶淫羊藿等淫羊藿品种进行了鉴定。文中用HPLC根据ABCI组峰特征将不同淫羊藿属植物分为朝藿定C主导谱、朝藿定B主导谱、淫羊藿苷主导谱、ABCI复杂谱、简单谱以及空白谱共六类,结果表明不同来源的箭叶淫羊藿药材HPLC图谱差异明显,难以提取共性指纹特征,无法准确鉴定;其次他用光谱对上述资源进行鉴定,通过红外光谱、二阶导数谱的分析比较,可把有限品种的淫羊藿属植物两两区分,比如箭叶淫羊藿及粗毛淫羊藿。有限的区分使该方法应用具有一定局限性。

2.3 细胞核型分类

盛茂银[18]研究了来自四川、贵州等地的箭叶淫羊藿、黔岭淫羊藿以及印江淫羊藿等18种淫羊藿属植物,研究表明,除印江淫羊藿为24条染色体外,其余种类均为12条染色体,且上述种类均具有相似的核型。严福林等[19]的研究结果也支持了上述研究,他们发现7种国产淫羊藿属植物的染色体数均为2n=2x=12,基数x=6,虽然不同种间染色体类型,比如m染色体条数、sm染色体条数、着丝粒位置等略有差异,但种间核型差异小,应用核型差异无法区分淫羊藿属内不同种。

2.4 同工酶分类

同工酶分析技术是研究物种遗传多样性的重要手段,有的同工酶可较好的反映出不同种源间的遗传差异,可作为分类依据[20]。李丽[21]用过氧化物酶同工酶成功区分了国产半夏属四种植物。Koga等[5]则用同工酶电泳技术对日本产的包含箭叶淫羊藿在内的7种淫羊藿属植物进行分类。草酰醋酸氨基移转酶、葡萄糖磷酸变位酶、6-磷酸葡糖酸脱氢酶、磷酸葡萄糖异构酶、谷氨酸脱氢酶、以及异柠檬酸脱氢酶等7种同工酶的电泳结果支持日本淫羊藿属植物的形态学分类结果。盛茂银[18]分析了来自中国和德国的36个居群共16种淫羊藿属植物的6种同工酶,包括葡糖苷酶、脂酶、磷酸葡萄糖变位酶、5-磷酸葡萄糖异构酶、过氧化物酶、以及超氧化物歧化酶的11个等位基因位点的变异情况,结果发现居群内和居群间的分化系数分别为0.598 1和0.353 4,聚类分析结果与经典分类结果一致,可将上述16种淫羊藿属植物区分。Xu等[22]也用葡萄糖-6-磷酸异构酶等8种同工酶将湖北产的巫山淫羊藿、箭叶淫羊藿及柔毛淫羊藿等三种淫羊藿属植物成功区分。综上研究表明同工酶分析技术对淫羊藿属植物的分类具有一定作用。

2.5 DNA分子标记技术分类

DNA分子标记具有快速准确、多态性高、不受季节、环境影响等优势,是进行物种分类的优选方法。常用的DNA分子标记技术有RFLP、AFLP、RAPD、SCAR、CAPS、SNP、ISSR、SSR等。郭宝林[9]用ITS1、ITS2序列对包含箭叶淫羊藿在内的19种淫羊藿属植物及两种范库弗草属Vancouveria植物进行系统发育分析,结果发现两个属间可明显区分,但淫羊藿属内种间变异小,无法明显区分不同类群。随后郭宝林便尝试用RAPD法对上述物种进行分析,研究筛选出15个10碱基的随机引物进行扩增条带统计分析,通过聚类分析发现,中国的淫羊藿属植物可与日本及地中海区的种类相区分,但国内的淫羊藿属植物遗传距离则较小,结果虽对中国类群分为大花及小花类群进行了部分支持,但仍未能清晰反映类群间的关系,这可能是由于淫羊藿属多种间杂交成新种导致的。Nakai等[23]也用了RAPD技术及PCR-RFLP技术对日本产的6种淫羊藿属植物及中国产的箭叶淫羊藿进行了鉴定及分类,其中上述7种淫羊藿预先经过形态学及同工酶电泳技术进行了鉴定。文中RAPD选取依据KFB基因家族设计的32条随机引物进行,其中用KFP-10(5′-ATCTTCCGCC-3′)扩增时,可得7条主带和6条弱带多态性位点,箭叶淫羊藿因缺失一条主带而与其它六种淫羊藿明显区分。PCR-RFLP选取扩增叶绿体基因rbcL后用ScrFI限制性内切酶酶切扩增片段,PCR-RFLP法分析显示只有E.grandiflorumvar.higoense酶切结果不同。分子鉴定表明国产箭叶淫羊藿与日本产淫羊藿遗传距离较远,最容易被区分,与国内研究结果一致。随后多名学者利用RAPD、PCR-RFLP以及PCR-AFLP技术对淫羊藿属的分类及鉴定进行了研究,RAPD技术多依赖于广泛的筛选随机引物,在有限的淫羊藿属植物间应用能较好的区分不同品种;PCR-RFLP技术多利用线粒体、叶绿体及基因引物扩增片段,结合多种限制性内切酶进行,但分析结果多显示细胞质基因差异小;PCR-AFLP技术则是随机引物扩增结合多种限制性内切酶进行分析。虽研究发现,在聚类分析时采用NJ法聚类基因片断多型性数据的结果与大、小花的形态分类结果呈现更好的一致性,但截至目前,依据基因聚类区分物种的结果与基于形态特征聚类的传统分类学结果仍有差异[24-28]。Zeng等[29]构建了箭叶淫羊藿叶片的表达序列标签(ESTs)数据库,片段长度为201~300bp,并筛选出其中的简单重复序列(SSR),最终构建了含有2810条EST-SSRs的数据库,随机选取了32条EST-SSRs序列,构建引物测试其特异性,供试样本为52种淫羊藿属植物,结果发现其中18对引物具有通用性,有效率为85.7%,理论上说共有1 580条EST-SSRs具有通用性,试验用16对引物并未完全区分上述52种淫羊藿,和以前用RAPD、RFLP、AFLP及rDNA一样,很难区分我国产的相似种。因数据库已构建,可通过增加引物来提高分辨率,但仍需耗费大量人力进行筛选,截止目前,并未筛选出合适的引物组合。

2.6 DNA条形码技术分类

DNA条形码是利用一段标准DNA片段对物种进行快速鉴定的分子技术,该技术简便易行,是目前生物分类学发展的新方向[30]。蒋昱[30]利用ITS序列及来自叶绿体的trnH-psbA、matk及rbcL作为DNA条形码对四川产的10种淫羊藿属植物进行了鉴定,基于NJ聚类法构建的系统发育树结果显示,trnH-psbA基因序列的辨识效果最好。Sun等[31]用ITS序列和5S rRNA序列片段对22种淫羊藿属植物进行了区分。用ITS序列构建进化树时,未能将箭叶淫羊藿和长蕊淫羊藿区分开,用5S rRNA序列构建进化树时,来自国产的16种淫羊藿种内遗传距离较小,各分支置信区间数值偏低。Chen等[32]根据还原转座子序列(iPBS)设计引物对国产11个地区的箭叶淫羊藿居群进行聚类分析,同时也对不同居群的淫羊藿苷、朝藿定A、朝藿定B及朝藿定C含量进行了测定并归类,结果发现两种聚类方法结果并不一致。其中用iPBS基因进行的聚类与地理居群结果一致性更好。王川易[33]则以高扩增效率及变异率为标准,筛选出6个质体序列及ITS、TiS2、ETS等3个序列对箭叶淫羊藿等8个药用淫羊藿种进行分子鉴定,但因所选序列较难符合种间最小变异率要大于种内最大变异率的要求,最终只有部分序列可用于朝鲜淫羊藿的鉴定。文中尝试的9个序列,在几乎所有国产淫羊藿属植物中均存在种内和种间的变异率无差异的现象,这或许与淫羊藿属植物广泛存在种间杂交现象有关,同时也为DNA条形码技术在淫羊藿属植物鉴定上的应用提出了挑战。

3 繁殖方式

箭叶淫羊藿繁殖方式可分为有性繁殖和无性繁殖。

3.1 有性繁殖

箭叶淫羊藿种子具有形态生理休眠特性,种子落地时虽外形正常,但胚仍停留在球形胚阶段,需进行层积完成种子后熟打破休眠。田向荣等[34]发现将种子10 ℃湿沙层积处理3个月后,在不同温度下进行种子萌发试验,结果发现,10 ℃时种子萌发率最高,可达到(68.7±11.0)%[34]。杜真辉[35]发现箭叶淫羊藿种子内存在抑制物,通过15 ℃避光层积90 d转4 ℃层积10 d,种子发芽率为66.22%,与田兴荣研究结果相似;用蒸馏水浸泡8 h,4 ℃层积至种子达到鱼雷期后,用200 mg·L-1的GA3代替水进行日常浇水,则可80 d打破休眠,且发芽率提高至82.67%。

3.2 无性繁殖

无性繁殖,主要包括根茎繁殖和组织培养繁殖。王瑛等[36]以箭叶淫羊藿越冬芽为外植体,应用愈伤组织诱导培养基(MS+2.0 mg·L-1BA+4.0 mg·L-12,4-D+1.0 mg·L-1IBA+3%蔗糖+0 .8%琼脂),每代培养20 d,继代3次后转接芽再生及分化培养基(MS+1.0 mg·L-1BA+1.0 mg·L-1IBA+3%蔗糖+0 .8%琼脂),可得愈伤组织诱导分化出芽率最高为88.9%,芽增殖系数为5.3,转生根培养基(MS+0.5 g·L-1活性炭+3%蔗糖+0.8%琼脂)后,生根率最高可达96%,上述培养基均为pH=6.0,培养温度为24~26 ℃,光照强度为1 500~2 500 lux,光照时间为14 h·d-1。韩素菊等[37]则以箭叶淫羊藿嫩叶为外植体,成功诱导出愈伤组织,用花芽及叶芽则难以诱导,其中最佳愈伤组织诱导培养基为为LS 培养基+2.0 mg·L-12,4-D+0.5 mg·L-14BA。

研究表明,箭叶淫羊藿在自然状态下可通过风媒授粉,结实率为51.47%,但自花授粉结实率为0,同株异花授粉结实率为20.41%,异株授粉结实率则可达70.18%,属于不完全自交不亲和类型[35]。同时它可以同多种淫羊藿属植物杂交产生种子,结实率为10%~66%不等[25]。较低的种子结实率及休眠特性,使得在野外环境下,箭叶淫羊藿应主要靠地下根茎繁殖。冯图等[38]研究发现箭叶淫羊藿为“游击型”克隆植物,主要靠地下根茎分蘖繁殖,也佐证了上述观点。

4 栽培技术

石进校等[39]对湖南产野生箭叶淫羊藿进行了引种试验,发现最佳移栽期为2~3月份,6月份后移栽则较难成活。移栽后1年、2年,分别检测叶片中的总黄酮含量较野生的均显著提高,但植株变小、开花结实及新发叶数量均减少。孙超等[40]将贵州产野生箭叶淫羊藿进行引种试验,定植一年后,同样发现人工培养植株结实率低且叶柄长、小叶长宽等经济指标比野生植株差的问题。杜真辉则针对河南产箭叶淫羊藿,优化其种子育苗过程参数及种子苗和根茎苗大田栽培技术参数,经筛选得出,箭叶淫羊藿最佳种植密度为25 cm×25 cm,遮阳网密度为80%,复合肥应采用N∶P∶K=12∶20∶13,用量为40 g·m-2,种植过程中可喷施3次叶面肥,肥料最佳组合为0.5 mmol·L-1茉莉酸甲酯+0.5 mmol·L-1水杨酸+10 g·m-2腐殖酸。另外,实生菌移栽前,需搭建遮阳棚,并用1.5 kg·m-2的牛粪秸秆混合有机肥为底肥进行整地[35]。蓝海燕等[41]在贵州也进行了箭叶淫羊藿的引种试验,并对中耕除草、配方施肥、水分管理、光照调节及病虫害防治等环节进行了量化,经检测引种后箭叶淫羊藿有效成分达到药典标准。

环境因子对箭叶淫羊藿生理形态的影响,前期学者们也做了部分研究,例如,石进校等[42]研究发现箭叶淫羊藿有一定的抗旱性,其中栽种一年的植株抗旱性较当年移栽的更高。进一步研究发现,中度干旱胁迫处理(田间最大持水量60%~65%)下的箭叶淫羊藿生长较好[43]。张浩等[44]发现NaCl可抑制箭叶淫羊藿植株的生长,并且NaCl浓度越高,抑制作用越强。陈光登等[45]发现在低盐环境下,箭叶淫羊藿总黄酮含量较对照可得到显著提高,为提高栽培箭叶淫羊藿经济效益提供了参考。李晓燕等[46]野外调查发现,箭叶淫羊藿适宜生长土壤pH值为6左右,光照强度359~1 500 lx对其生长有利,为喜阴植物,相对光照约为40%时,开花最多。王旭军等[47]通过测定箭叶淫羊藿的光合作用特性,也佐证了箭叶淫羊藿为典型的阴生植物。

5 化学成分

箭叶淫羊藿为中药淫羊藿的药源植物之一,目前国内外学者已从中分离多种化合物,主要以黄酮类为主,其中包括酚苷类、木脂素类、生物碱类等多种成分[48]。详情见表1。

表1 箭叶淫羊藿中已分离鉴定的化合物Tab.1 Compounds isolated and identified from E. sagitta-tum编号化合物名称参考文献1淫羊藿苷(icariin)[49]2淫羊藿苷A(icariin A)[50]3朝藿定A(epimedin A)[49]4朝藿定B(epimedin B)[49]5朝藿定C(epimedin C)[49]6宝藿苷I(baohuosideI)[50]7宝藿苷Ⅱ(baohuosideⅡ)[50]8宝藿苷 VII(baohuoside VII)[56]

续表1 箭叶淫羊藿中已分离鉴定的化合物Continued Tab.1 Compounds isolated and identified from E. sagittatum编号化合物名称参考文献9大花淫羊藿苷A(ikarisoside A)[57]10大花淫羊藿苷C(ikarisoside C)[50]11大花淫羊藿苷F(ikarisoside F)[50]12箭藿苷A(sagittatoside A)[51]13箭藿苷B(sagittatoside B)[50]14茂藿苷 B (maohuoside B)[51]15淫羊藿次苷Ⅰ(icariside Ⅰ)[52]16淫羊藿次苷Ⅱ(icariside Ⅱ)[56]17淫羊藿次苷 E6(icariside E6)[5]18淫羊藿次苷 E7(icariside E7)[5]19淫羊藿次苷 H1(icariside H1)[5]20淫羊藿次苷 B9(icariside B9)[5]21鼠李糖基淫羊藿次苷Ⅱ(2″-O-rhamno-sylicariside Ⅱ)[51]22淫羊藿醇 A1(icariol A1)[5]23淫羊藿醇 A2(icariol A2)[5]24淫羊藿素(icaritin)[52]25去甲淫羊藿素(desmethylicaritin)[52]26苜蓿素(tricin)[52]27淫羊藿新苷A(epimedoside A)[57]28淫羊藿新苷B(epimedoside B)[56]29淫羊藿新苷C(epimedoside C)[56]30淫羊藿新苷E(epimedoside E)[53]31双藿苷B(diphylloside B)[53]32朝鲜淫羊藿属苷Ⅰ(epimedokoreanoside-I)[57]33芳香酸(aromatic acids)[53]34绿原酸(chlorogenic)[53]35香豆酸(p-coumaric acids)[53]36槲皮苷(quercetin)[53]37芹黄素(apigenin)[53]38芹黄素-7,4'-二甲醚(apigenin 7,4'-dimethyl ether)[53]39山奈酚(kaempferol)[53]40木犀草素(luteolin)[53]41黄酮木脂素(flavonolignans)[53]42木酚素(lignan)[53]43大黄素(emodin)[54]44箭叶素(sagittin)[57]45黄圣草黄素(chrysoeriol)[60]46木兰花碱(magnoflorine)[61]47槲皮素-3-0-β-D-葡萄糖苷(quercetin-3-0-β-D-glucoside)[59]48β-谷甾醇(β-sitosterol)[54]49β-谷甾醇葡萄糖苷(β-sitosterol-glucoside)[58]502-苯氧色酮(2-phenoxychromones)[53]516-去氧甲基茵陈色原酮(6-demethylcapillarisin)[53]

目前,箭叶淫羊藿中所获得的化合物多采用传统方法直接从植物中分离获得,随着越来越多产物的分离及基因组数据的获得,后续也可通过物质代谢规律及基因表达规律推导,从而找到新物质。例如,秦伟瀚等[62]根据淫羊藿黄酮次生代谢的规律,构建了箭叶淫羊藿素产生的合成途径,排除掉已获得的化学成分,推导出还有22种相关代谢产物未被发现,最终结合高分辨率的质谱法等,成功从淫羊藿样本中分离鉴定出1个新成分及8个新化合物。

6 质量分析

为控制箭叶淫羊藿药品的质量,学者们从原药的真伪鉴别、药用有效成分、采收日期、采收部位及药品炮制和加工工艺等多方面进行了研究。

6.1 真伪鉴别

为确保淫羊藿为真品,高敏等[63]在2005版药典的基础上,丰富了中药淫羊藿的显微鉴定指标,其中箭叶淫羊藿药材的显微特征为:皮细胞垂周壁波状弯曲度应为细胞直径的20%~30%,栅表比为5.35,且要符合描述的三类非腺毛特征之一。

6.2 药用有效成分控制

2015版药典规定,中药淫羊藿原药中淫羊藿苷含量是一项重要的质量评价指标,用乙醇提取干燥箭叶淫羊藿地上部分的有效成分,以淫羊藿苷计总黄酮不能低于5.0%,其中淫羊藿苷不能低于0.50%。而炮制品淫羊藿苷含量不能低于0.40%,炙淫羊藿中淫羊藿苷和宝霍苷I含量不能低于0.60%[2]。但通过众多学者研究发现,箭叶淫羊藿中淫羊藿苷的含量普遍偏低。早在1995年时郭宝林等[64]对福建、浙江、安寨、湖南及湖北等地的箭叶淫羊藿进行质量评价,评价指标为朝藿定B、朝藿定C、淫羊藿苷、箭藿苷B及宝霍苷I物种成分,结果发现淫羊藿苷含量均显著低于朝藿定C含量,对药典以淫羊藿苷单一参数为评价指标提出质疑。董河等[65]发现贵州产箭叶淫羊藿中并不含淫羊藿苷成分,同样朝藿定C含量较丰富,因朝藿定C在肠道内可代谢为淫羊藿苷发挥药效,因此建议修改药典标准。裴利宽[17]通过测定箭叶淫羊藿苷(I)、朝藿定A(A)、朝藿定B(B)、朝藿定C(C)的含量,提出箭叶淫羊藿的药材达标标准为总黄酮含量不少于5.0%,ABCI含量不低于1.3%。上述研究得到了众多学者肯定,目前普遍认为箭叶淫羊藿的药典标准应以总黄酮及ABCI总含量为评价指标较为合适。许瑛等[49]参考裴利宽制定的标准,对湖南、湖北等地16个箭叶淫羊藿居群花期样本进行质量评价,结果发现不同居群药材质量差别巨大,其中以湖北及湖南西部药材质量为佳。

6.3 采收日期

朱朝德等[66]比较了陕西产箭叶淫羊藿叶片中总黄酮的含量变化,采样时间为1月中旬至11月中旬,结果发现1月中旬含量最低,4月中旬含量最高。王荣等[67]研究了四川产箭叶淫羊藿12月中旬至来年2月中旬,花芽分化期不同部位总黄酮及多糖含量的变化,结果发现叶中总黄酮含量变化较平稳,初始3.54%至1月中旬降至最低3.16%,随后2月中旬又升至3.48%。任龙飞等[68]以ABCI总含量为评价指标,采集3月底至10月底河南产箭叶淫羊藿样品,结果发现上述成分3月底含量最高,但叶片产量少,最终综合有效成分含量及产量,确定最佳采收时期为8月31日前后 。

6.4 采收部位

杜武庭等[69]研究发现箭叶淫羊藿二、三龄茎上叶的总黄酮含量无显著性差异,且均显著高于一龄茎上叶总黄酮含量。张萍等[70]发现箭叶淫羊藿叶和茎的HPLC指纹图谱不同,其中淫羊藿苷含量叶为茎的4~8倍。罗堃等[71]同样发现,箭叶淫羊藿中总黄酮及淫羊藿苷的含量以叶片提取含量最高,随后依次为地上部分、全草、根及茎。

上述研究,为箭叶淫羊藿栽培品种、采收日期、采集部位的选择等提供了理论基础。为优良箭叶淫羊藿原药的获取提供了指导。

6.5 炮制和加工工艺

不同的炮制及加工方式对箭叶淫羊藿有效成分的获取有影响。谢娟平等[72]以箭叶淫羊藿总黄酮为指标,确立用LSA-20树脂吸附分离总黄酮的提取工艺参数。王嫱等[73]优化了箭叶淫羊藿水提取的工艺,使用2%Na2CO3水溶液,15倍量,提取3次,每次1.5 h,可使其总黄酮提取率达到97.92%。此工艺方便省钱,为工业化生产提供参考。陈惠玲等[74]以箭叶淫羊藿的总黄酮含量为指标,比较不同炮制工艺的优劣,结果发现生品总黄酮含量均显著高于羊脂炙品、酒炙品及盐制品三种工艺获取结果,但若控制炮制工艺在60 ℃,则可以显著提高上述三种炮制品的总黄酮含量,最大限度发挥不同炮制品的特有功效。陈燕芬等[75]利用微波加热代替传统100 ℃加热方式提取淫羊藿苷,可大大缩短提取时间,且微波具有破壁功能,提高了淫羊藿苷的收率。同时亦有公司对箭叶淫羊藿原材料初加工过程中的干燥、进料、去污、杀菌、筛分等装置进行了研究[76-86]。陈常荣[87]对淫羊藿苷提取过程中药材粒度、煎煮时间、次数、醇沉淀度等参数进行了优化组合,并获得了一个相对稳定、可靠、获得率高的提取工艺。上述研究,为规范箭叶淫羊藿炮制加工工艺,提升产品产量、质量,提供了参考。但目前针对箭叶淫羊藿的加工及炮制方式的质量控制,多以淫羊藿苷为参考指标。但根据上述研究结果,宜增加ABCI含量等指标作为质量评估的重要参考。

7 药理作用

箭叶淫羊藿含有淫羊藿苷等黄酮类物质以及多糖、微量元素等多种成分,现代药理学研究表明,其具有补肾壮阳、抗炎、抗肿瘤、抗骨质疏松、有益于神经系统、保护心血管等多种功能[88-89]。

7.1 对生殖系统作用

补肾壮阳是淫羊藿的一项重要功能。研究表明,箭叶淫羊藿水和醇提取液可明显抑制去势小鼠副性器官的萎缩[90]。淫羊藿苷可促使大鼠下丘脑分泌更多的多巴胺和5-羟色胺,提高阴茎海绵体中内皮源性一氧化氮合成酶及平滑肌的数量,降低内皮素-1的含量,进而提升大鼠的性欲并提升其勃起能力[91]。高剂量的淫羊藿苷还可以改善大鼠的精子活力,并提升精子中精核蛋白的含量[92]。此外,淫羊藿苷对女性卵巢也具有良好的养护作用[93-94]。

7.2 抗炎

星形胶质细胞是中枢神经系统的重要构成部分,但革兰氏阴性菌脂多糖(LPS)可诱导其发生炎症反应,严重影响其功能。研究表明箭叶淫羊藿乙酸乙酯提取物可抑制LPS诱导产生的星形胶质细胞炎症反应炎症性损伤,分析得知,箭叶淫羊藿能减少炎症受体因子TLR4受体复合物(TLR4/MD-2)的产生,进而影响kappaB(NF-kB)信号途径,发挥抗炎作用[56]。进一步研究表明,淫羊藿素能通过GPER和IGF-1R途径调控星形胶质细胞的生理功能参与抗炎反应[95]。而淫羊藿次苷Ⅱ则可通过调节IKK/IKB/NF-κB信号通路抑制炎症反应[96]。

7.3 抗氧化

谢娟平等[97]发现箭叶淫羊藿的乙醇提取液可清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基,具有较强的抗氧化能力。箭叶淫羊藿叶片中含有丰富的多糖成分[67]。李秋莹等[98]比较了朝鲜淫羊藿等4种淫羊藿属植物淫羊藿多糖的抗氧化能力,通过综合评价多糖的还原能力、金属离子螯合能力、DPPH自由基清除能力、羟基自由基清除能力等各项指标,结果发现,几种淫羊藿多糖的抗氧化活性均较佳。

7.4 抗骨质疏松

破骨细胞的异常活跃与骨质疏松症关系密切[99]。刘颖[100]发现淫羊藿水提取液对去睾丸或卵巢造成的骨质疏松症大鼠骨质疏松症具有明显的改善作用。进一步研究表明,其中有效成分朝藿定A可显著抑制破骨细胞抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)活力及其形成、分化和骨吸收作用,并且能增强骨强度、改善骨微结构、促进细胞矿化。骨髓间充质干细胞(MSCs)功能异常也是导致骨质疏松症的重要原因之一[101]。朝藿定A可抑制MSCs成脂分化、促进其成骨细胞分化并减少破骨细胞形成和分化。分子研究表明MAPK、OPG/RANKL及AKT信号途径参与骨保护作用[100]。李智奎等[102]发现淫羊藿苷也可抑制大鼠MSCs成脂分化并促进其成骨分化,分子研究表明,淫羊藿苷可激活Wnt/β-catenin信号通路促进RUNX2、ALP及OPN的表达或抑制PPARy、Adipsin及FABP4的表达。

7.5 抗肿瘤、抗癌

逆转化生长因子β2(TGFβ2)是多数肿瘤生长过程中分泌的一种免疫抑制因子,它能抑制T细胞的增殖以及其他免疫细胞的杀伤活性,促进肿瘤成长进程[103]。李晓燕等[103]将淫羊藿苷作用于人肺巨细胞腺癌,结果发现其可抑制TGFβ2蛋白的合成及其合成基因的表达,同时还可逆转受TGFβ2抑制的免疫相关细胞LAK及CD3AK的杀伤活性、恢复CD3AK的增殖活性,具有抗肿瘤效果。古炽明等[104]发现淫羊藿苷可抑制人前列腺癌细胞的增殖。韩松辰[105]则发现淫羊藿素可抑制食管癌干细胞的增殖、迁移和侵袭,并促使其凋亡,同时它还可以下调Wnt、β-catenin、Hedgehog通路中Hedgehog、Smo和Gli的水平,并上调Wnt信号通路中GSK3β水平,是一种食管癌治疗的潜在药物。此外,箭叶淫羊藿对人卵巢癌、转移性骨肿瘤、血液恶性肿瘤等多种肿瘤及癌症均具有一定疗效[106-108]。

7.6 保护心血管

研究发现,淫羊藿苷对H2O2诱导的人脐静脉内皮细胞氧化损伤具有保护作用,研究表明淫羊藿苷可提高受损细胞的超氧化物歧化酶活性及细胞活力,并且减少血清中乳酸脱氢酶的释放,同时下调动脉粥样硬化相关因子ICAM-1和MCP-1的表达,可改善动脉粥样硬化等血管疾病[109]。而在小鼠中,则发现淫羊藿苷可下调巨噬细胞中的CX3CR1,来阻止因Apoe缺失导致的动脉粥样硬化进程[110]。此外,淫羊藿苷还可显著降低大鼠血清中总胆固醇水平,能显著改善乙酰胆碱对大鼠胸主动脉环的舒张效应[111]。

7.7 有益于神经系统

淫羊藿苷可充当神经生长因子释放剂的功能,在脊髓损伤时可促进周围神经再生[112]。应用淫羊藿苷长期治疗阿尔兹海默症模型APP/PS1转基因小鼠,结果发现模型小鼠的认知功能得到明显改善,原因可能与淫羊藿苷抑制小鼠脑内胶质细胞的激活,减少海马区β淀粉样蛋白沉积及促炎因子生成有关[113]。此外,淫羊藿次苷II还可促进大鼠坐骨神经损伤后的神经再生[114]。Kuroda等[115]亦发现用箭叶淫羊藿的甲醇提取物处理体外培养的神经细胞PC12 h时,表现出神经突生长活性。

7.8 其他功能

此外箭叶淫羊藿还具有抗风湿、降血糖、抗抑郁、增强免疫力等多种功能[116-119]。

8 基因研究

黄酮类化合物为淫羊藿的主要有效成分,其基因合成的途径是箭叶淫羊藿基因研究的重点,Huang等[120]鉴定出了箭叶淫羊藿黄酮类合成途径中12个结构基因及2个假定的转录因子。他们将箭叶淫羊藿叶片发育分为6个阶段,通过液相色谱分析可知,淫羊藿苷及朝藿定A、B、C的含量在其中两个阶段会出现显著性降低,进一步转录组分析可知两个R2R3-MYB类转录因子EsMYBA1和EsMYBF1,一个bHLH转录因子EsGL3,以及一个WD40蛋白编码基因EsTTG1,协同参与了花青素及黄酮醇衍生物的生物合成过程。在烟草中超表达黄酮醇合酶基因EsFLs,会导致花中的花青素成分减少,并增加黄酮醇类成分增加。而EsMYB12基因则在黄酮类合成途径中与4种有效成分的积累呈负相关。上述研究表明在箭叶淫羊藿叶片中花青素合成途径与黄酮类成分合成途径可相互调节。随后Huang等[121]继续研究了EsMYBF1的作用机制,将其在本氏烟中瞬时表达,可见黄烷酮3-羟化酶启动子EsF3H及黄酮醇合酶启动子EsFLS活性均被显著增强,酵母双杂交分析及基因瞬时表达分析,显示EsMYBF1转录因子作为辅酶独立于EsTT8、AtTT8及bHLH调节因子功能之外,行使调控黄酮类物质合成的功能。在烟草中异位表达EsMYBF1会导致花中黄酮醇类成分增加及花青素成分减少。此外,Huang等[122]还鉴定出了一个新的R2R3-MYB类转录因子EsAN2,通过其在烟草中异位表达分析,发现它能同时提高叶片及花朵中的花青素含量,大多数花青素合成途径相关结构基因均被上调表达,鉴于花青素合成途径与黄酮类合成途径的相关性,此基因也具有调控箭叶淫羊藿中黄酮类成分合成的潜力。

Li等[123]研究了箭叶淫羊藿中调控花发育相关的MADS-box转录因子基因家族中的一员EsSVP基因的功能,通过将其在拟南芥中异位表达,结果发现其可诱导叶状萼片的产生。YABBY转录因子基因家族,可以调控被子植物心皮发育,并在核心真双子叶植物物种形成进程中对蜜腺的进化发挥重要作用。CrabsClaw(CRC)基因是其中重要的一员[124]。Sun等[125]在箭叶淫羊藿中扩增出了一个CRC的直系同源基因EsCRC,基因表达分析结果显示,该基因参与植物心皮及萼片的发育进程,但并不参与蜜腺发育进程。在烟草和拟南芥中过表达EsCRC基因会促使背面卷曲的叶子升高,同时发现在蜜腺中并没有EsCRC的表达,结果表明CRC-like基因并不参与非核心真双子叶植物的蜜腺发育进程。

目前,针对箭叶淫羊藿的基因组也有相关研究。据报道,箭叶淫羊藿具有一个较大的基因组数据,约为4 496 Mbp[126]。Liu等[127]通过质粒克隆,获得了691 kb的高质量基因组数据,分析得知样品中含有至少78.41%的重复DNA元件,2.51%的基因序列已有注释,且长末端重复序列逆转录转座子含量高,占整个转座因子的52.27%。Liu等[128]成功地测序组装了完整的箭叶淫羊藿叶绿体基因组,该基因组共有157 114 bp大小,包含两个反向重复区域,一个大单拷贝区域以及一个小单拷贝区域等四个区域,编码133个基因,其中包含82个蛋白编码基因、38个tRNA基因,8个rRNA基因以及5个假基因。箭叶淫羊藿质体基因组研究的深入,将加速箭叶淫羊藿黄酮类合成及调控途径、植物发育等多个方面的机理研究进程。

9 面临问题及展望

目前,围绕箭叶淫羊藿的研究已在多方面陆续展开,但仍面临一些问题。

9.1 种质资源鉴定困难

通过学者们前期研究发现,箭叶淫羊藿的形态及内在基因变异较大,单纯的通过形态特征区分较难。但后期用于鉴定的同工酶分析技术、DNA分子鉴定技术及DNA条形码技术等又依赖于前期采集样本的准确性。这中间便形成了一个矛盾。同时,目前关于箭叶淫羊藿的非形态鉴定技术多限定在少数几种淫羊藿属植物内进行区分,并未覆盖所有的淫羊藿属植物,也使得鉴定结果有待商榷。另外,淫羊藿属植物普遍具有种间杂交能力,产生的杂交种增加了鉴定的难度。要解决目前的困境,笔者认为需要采集更多的样本,通过系统全面的研究,掌握各个淫羊藿属物种形态参数变化的区间,并利用非形态鉴定技术作为辅助手段,制定出一套广泛适用淫羊藿属植物的鉴定技术体系才能从根本上解决问题。

9.2 缺乏标准化栽培技术体系

目前虽有学者比较了多地箭叶淫羊藿的有效成分含量等参数,初步筛选了部分优势种推荐人工栽培,但市场上并无明确的良种售卖。人工栽培多采用从野外引种直接栽培,少数采用野外采种、人工扩繁后再规模化种植,但关于栽培过程中的管理调控技术研究较少。箭叶淫羊藿在国内分布区域广,各地气候有差异,不同区域栽培后收获的产品质量优劣,必须经过建立在相同栽培模式基础上的区域比较试验结果才能判定。因此加强全国性的区域合作研究,才能真正确定箭叶淫羊藿的道地性,做出权威可信的产地区划。目前虽然有少数地区出台了箭叶淫羊藿生产技术规程的地方标准[129],但显然还需要大量相关的系统研究做支撑。

9.3 无采收、分级、贮藏及加工等相关标准

淫羊藿的采收时间、采收部位及采收叶龄已有相关报道,但目前并无最佳采收量的相关报道。采收后,如何对采收药材进行贮藏及分级也鲜少报道。不同的炮制方法、不同的提取工艺,会导致提取总黄酮含量有差异,目前缺乏提取工艺具体的量化标准体系,例如提取时使用溶剂种类及浓度、浸渍时间、是否超声处理及超声时长等参数,均需量化。

9.4 产品加工深度不足

箭叶淫羊藿目前主要产品有饮片以及单独或与其它中药一起制成各种类型的中成药,包括安神补脑液、古汉养生精、肾宝合剂、益气补血口服液等口服液,调经促孕丸、壮骨关节丸、强阳保肾丸等水丸,抗骨增生片等片剂,前列回春胶囊,仙灵骨葆胶囊、骨松宝胶囊、淫羊藿总黄酮胶囊等胶囊剂,以及益肾灵颗粒等颗粒剂[130-131]。将箭叶淫羊藿单一有效成分开发的新药报道较少,目前仅见提纯的淫羊藿苷开发新药阿可拉定,对晚期癌症有较好的疗效[132]。箭叶淫羊藿所含化学成分种类丰富,提纯其单一或几种有效成分并将它们或其衍生物开发成疗效佳的新药,是提升箭叶淫羊藿价值的一个有效途径。

2020版的最新药典已经于2020年6月24日发布,并将于2020年12月30日起实施,其中关于淫羊藿的药材标准进行了修改,这对箭叶淫羊藿品种选育、栽培及药材加工等环节提出了新的要求[133]。随着越来越多淫羊藿属植物全基因组测序工作的完成,将对箭叶淫羊藿的种质资源鉴定、系统发育、遗传变异、基因功能研究、有效成分合成途径等研究起到重要推动作用。目前,野生的箭叶淫羊藿资源已经日益稀少,人工栽培是必然的趋势。筛选良种、积极建立符合《中药材生产质量管理规范》(征求意见稿)的GAP标准化栽培基地,生产出符合2020版最新药典标准的原药,同时优化并建立箭叶淫羊藿采收、加工、贮藏及分级等标准,积极将提纯的成分及其衍生物开发成新药,并结合药理学、药物代谢动力学等研究拓宽箭叶淫羊藿的应用范围,提升其价值,形成完善的产业链。只有这样,才能形成箭叶淫羊藿上下游产业相互促进的良性循环,进而推动箭叶淫羊藿产业健康有序发展,合理保护和开发利用这一独特中药资源。

猜你喜欢

植物基因
Frog whisperer
『南橘北枳』辨基因
红的基因 绿的本色
修改基因吉凶未卜
植物的防身术
把植物做成药
哦,不怕,不怕
将植物穿身上
基因
植物罢工啦?