多杰措，李彩霞，许显莉，冯海生，宋文珠，马世震*

（1.中国科学院西北高原生物研究所，青海 西宁 810008；2.青海省青藏高原特色生物资源研究重点实验室，青海 西宁 810008；3.中国科学院大学，北京 100049）

伏毛铁棒锤（Aconitum flavumHand.-Mazz.）属于毛茛科乌头属植物，别名为断肠草、乌药和一支蒿等［1］，是我国传统民族药材和民间中草药，块根和幼苗入药，其干燥块根俗称“铁棒锤”［2］。块根具有活血祛瘀、祛风湿、止痛、消毒、去腐生肌、止血的功效；主要用于风湿性关节炎、关节痛、跌打瘀痛、毒热、肿瘤等疾病的治疗［1-3］。

伏毛铁棒锤分布在高海拔寒旱草甸地区，目前人工引种驯化工作刚刚起步，市场上仍然依靠野生资源供给。近年来随着以伏毛铁棒锤为主原料的新药产品的不断开发与生产，资源的需求量逐年加大、过度采挖已导致野生资源锐减逐渐濒危。因此，急需对伏毛铁棒锤资源的可持续利用与保护问题进行深入研究，从而保护濒危野生资源，科学合理地高效利用资源。

本文以中国知网数据库、Pubmed等数据库为资料来源，通过检索2021年7月之前发表的有关伏毛铁棒锤相关文献，并对研究成果进行归纳总结发现目前对伏毛铁棒锤的研究重点集中在伏毛铁棒锤的化学成分或药理作用。少量文献对区域资源开展了调查与利用方面的初步研究。就总体而言，目前的研究工作尚处于零散单方面的研究，对伏毛铁棒锤资源科学合理利用与资源有效增殖与保护缺综合性、系统地研究与分析。本文系在总结前人研究的基础上，结合已有的濒危药用植物资源的可持续利用研究的方法与模式，尝试从野生抚育、引种驯化、人工栽培等多方面提出伏毛铁棒锤资源增殖与保护、化学成分及药理作用研究方向，探讨高效综合利用资源以及科学开展野生种质资源保护的对策与建议，以期为伏毛铁棒锤资源的科学可持续开发利用途径和进一步的深入研究工作提供依据和参考。

1 伏毛铁棒锤资源保护与利用

1.1 资源分布及群落特征

伏毛铁棒锤在我国主要分布于内蒙古南部、青海、甘肃、宁夏南部、四川西北部、西藏北部等地区，生于海拔2 000～4 600 m的林下、灌丛和高山草甸［4］。据文献报道，伏毛铁棒锤在内蒙古南部主要分布于阴山地区；在青海省主要分布于果洛州高海拔的玛多县、甘德县及玉树州、互助县等地区［5］；在甘肃省主要分布于天祝县、肃北县、山丹县、舟曲县及康乐县等地区［6］；在陕西省主要分布于佛坪、洋县等海拔1 400～3 200 m的地区［7］；同时也分布于部分青藏高原东缘地区和宁夏六盘山的林缘草地［4］。张银霞等［8］调查了六盘山及周边地区伏毛铁棒锤的分布情况，50个样地中只有6个样地发现了伏毛铁棒锤，其频度为12%。林丽等［6］对甘肃省野生伏毛铁棒锤进行调查，所调查样方中，个别小样方中为零，其频度为13%。

伏毛铁棒锤种群呈聚集分布格局，群落中有稀疏灌木分布，乔木较罕见；伴生植物以菊科、禾本科为主［9］，伏毛铁棒锤常以数株、十数株及数十株少量零星地散生或丛生于禾草、蒿草和其他杂草丛中；其生境土壤类型为亚高山草甸土，土壤疏松，中性微偏碱，腐殖质含量高［5-10］。

1.2 资源利用现状

伏毛铁棒锤为甘、宁、藏等地区广泛应用的民间草药。20世纪80年代以来已从自采自用转为大宗商品药材，收购量逐年增加，但由于伏毛铁棒锤生长周期长、产量低，市面上出售的伏毛铁棒锤基本为野生资源［10］。随着药学研究技术手段的不断提高，以伏毛铁棒锤为原料的中药新产品不断面世，例如伏毛铁棒锤乌头碱单体冻干剂和伏毛铁棒锤注射液投产应用，具有疗效好、副作用小，无成瘾性［11］。伏毛铁棒锤也是藏药厂和藏医院生产功效显著的活血止痛类药品制剂的传统药材原料，近年来藏药企业开发的铁棒锤止痛膏、3-乙酰乌头碱作为非成瘾性镇痛药同样受到广大患者的欢迎，市场需求逐年加大。这也导致了资源需求量的逐年增加，过度采挖，短时间内造成了产区野生资源的锐减，如近20年来宁夏地区分布的野生伏毛铁棒锤资源量缩减了近10倍，资源储量的减少不仅仅使资源逐步濒危态，同时对区域生态环境以及生物多样性也产生了明显地不利影响。

表1 现有研究记载伏毛铁棒锤资源蕴藏量及使用量Tab.1 Existing studies have recorded the resource reserves and use of A.flavum

1.3 保护措施

如前文所述，伏毛铁棒锤属于寒旱草甸地区分布的野生药材物种，其生境条件相对严酷，野生资源分布区也常常是退化草地区域，鼠害及水土流失严重，加上野生资源种子萌发率较低，资源繁育增殖速度缓慢，远远不能满足市场对资源的需求。同时伏毛铁棒锤野生资源分布区草地生态环境退化，植被覆盖度较低，人为采挖后将进一步加剧区域风蚀及水土流失等生态环境问题的发生，严重破坏了生态环境。目前针对伏毛铁棒锤野生资源锐减，区域生态环境恶化的实际问题，国家及地方相关机构在政策上将伏毛铁棒锤列为濒危保护植物种，限制野生资源的采挖。但是事实上由于市场巨大需求量的刺激影响，除了国家公园以及自然保护区的资源得到了相应的保护以外，绝大多数地区的资源仍然处于开放状态，盗采盗挖现象仍然十分普遍。因此保护野生资源，开展资源可持续利用等研究工作势在必行。

1.3.1 野生抚育

目前，我国近3 000种植物处于濒危状态，其中60～70%具有药用价值或用于中药。野生抚育是野生药用植物采集与驯化栽培的有机结合，是保护濒危药材和可持续利用的有效途径。因其见效快利于资源保护、成活率高等优点具有较大的发展潜力。

研究结果表明，野生抚育是野生资源快速增殖恢复的有效措施之一。在适度人为干预和控制的抚育措施下，药材株高高于野生植株且不易发生病虫害，野生抚育区样方平均产量显著高于野生样方［12］。野生伏毛铁棒锤主要靠种子进行繁殖，但其当年生幼苗弱小，自然条件下种子自然繁殖率低［8］，资源自然更新速度缓慢。因此在抚育区需要制定科学的抚育方案和开发利用模式。通过种子萌发率提高技术措施，大幅度提高野生种子的萌发率，再通过人工增殖技术措施，对抚育区开展资源增殖，快速增加区域野生资源的分布和储量。同时通过定点观测与对比实验，制定科学适度地开发利用方案，重视资源的再生性，按照蕴藏量及生长年限适量适当采收［13］控制人为干扰和过度采挖，提升种群密度和资源储量。

根据中药材生长特性和环境要求，气候、土壤、水分、养分等条件及影响因素进行综合考虑，选择适宜的抚育模式和方法建设野生资源抚育区，解决抚育的关键环节的技术问题，如：种子萌发率提高技术、抚育管理与监测过程、资源储量动态评估监测、产品质量监控、可开发量、资源抚育对区域生态环境以及生物多样性的影响和可溯源性进行监测和严格管控。定期监测监控增殖情况，及时补种等田间管理技术措施、监控和无公害防治有害生物，为药材提供良好的生长环境［10］。

1.3.2 进行野生驯化和人工栽培

中药材的生产发展应充分利用资源优势，结合中药资源保护和野生药材变家种的发展策略，实行可持续发展战略。伏毛铁棒锤生长在高山寒旱区，喜阴凉、湿润环境。选择适生区开展人工引种驯化与规范化种植伏毛铁棒锤资源是满足市场需求、减少对野生资源破坏的最有效途径。人工引种栽培对比实验研究表明，规范化种植的伏毛铁棒锤的化学成分与野生的基本相同，这为人工种植的伏毛铁棒锤替代野生种来满足药用需要提供了理论依据。对处于濒危状态的伏毛铁棒锤野生资源进行引种驯化、人工栽培，建立规范化生产基地，使野生药材变家种［14］。不仅满足了市场需求，而且可以保护濒危的野生资源。结合退耕还林还草和生态治理措施，开展生态种植，实现资源的可持续开发利用。例如甘肃永登县目前已经建有伏毛铁棒锤生产基地，栽培铁棒锤年产量为1.1×106kg［6］，为伏毛铁棒锤的人工规模化种植生产提供了可借鉴的模式与方法。

1.3.3 建立优质种质资源基地

建立优质种质资源基地是保存和保护优质种质资源的有效途径之一。通过对不同区域野生资源的调查与品质评价，遴选优质种质资源分布区建设优质种质资源基地，在保护种质资源及其遗传基因的同时为良种繁育与良种选育提供材料。

对已濒危的伏毛铁棒锤应采集优质野生种源，在适宜地区建立人工种质资源繁育基地和人工规范化种植基地，通过如图1所示的途径来保护伏毛铁棒锤的遗传多样性。研究规范化与规模化的优质种源繁育技术和模式，为生产优质的药材提供技术支撑。通过政府机构和资源管理部门的行政措施与手段，建立优质药用植物种质资源保护区，强制性保护野生种质资源，同时加强宣传教育，提高当地群众保护野生植物和生态环境的意识［15］。应用现代生物技术手段对濒危药用植物进行组织快繁等繁育技术研究，并对其开展迁地保护或就地保护，建立药用植物种质基因及数据库，为有目的有计划地保护、开发和利用药用植物资源提供科学依据。

图1 保护生物多样性示意图Fig.1 Schematic diagram of biodiversity conservation

1.3.4提高综合利用率

开发药材资源的不同部位，综合利用药材资源也是药材资源高效与可持续利用的技术方法之一。长期以来伏毛铁棒锤的药用部位主要是块根，但中华本草记载：铁棒锤茎叶有解毒、消肿止痛的作用，实验研究也表明伏毛铁棒锤地上部分含有与块根相同的活性成分。因此加大对伏毛铁棒锤药用部位及药用成分的深入研究，提高资源的综合利用［16］。既可以充分利用资源，又可以提高经济效益，同时也达到了保护和合理利用伏毛铁棒锤植物资源的目的。

2 化学成分研究进展

通过现有文献分析。目前利用HPLC、凝胶、ODS、硅胶等色谱分离方法，UV、MS、NMR等检测方法，用1H-NMR、13C-NMR、DEPT和COSY等波谱技术进行结构解析［17］，从伏毛铁棒锤中分离并检测了如表2～3所示的活性成分，其中含有生物碱类、糖类、黄酮类、甾体类等单体化合物，但主要成分是二萜生物碱，既是活性成分，也是毒性成分。

表2 伏毛铁棒锤化学成分Tab.2 Chemical constituents of A.flavum

表3 2021年新发现的化合物Tab.3 Newly discovered compounds in 2021

由于伏毛铁棒锤中含有乌头碱、去氧乌头碱和3-乙酰乌头碱等有毒的二萜类生物碱，因此使用时需要经过炮制，炮制品中双酯型乌头生物碱含量下降，而单酯型苯甲酰乌头生物碱含量增加［27］。研究表明，经过炮制草乌中苯甲酰乌头原碱、苯甲酰新乌头原碱和苯甲酰次乌头原碱的质量分数分别由3.8%、9.2%、0.4%升高至22.7%、32.9%、2.1%，而乌头碱、新乌头碱、次乌头碱的质量分数分别由19.6%、24.3%、2.0%降至0.5%、0.6%、0.3%［28-29］。炮制后毒性降低是由于乌头碱等双酯型乌头碱稳定性较弱。C-8位置的乙酰氧基和C-14位置的苯酰氧基，水解转化成毒性小的苯甲酰单酯型生物碱；继续加热水解苯甲酰基，得到几乎无毒的乌头原碱［30］，水解反应如图2所示，这个过程也存在着副反应，出现一些新的polyschistine-D、beyzoyldeoxyaconine和16-epi-pyroaconitine等生品中所不含的生物碱，可能是由乌头碱等毒性成分转化而来［31］。

图2 双酯型乌头碱水解示意图Fig.2 Schematic diagram of hydrolysis of diester-type aconitine

3 药理作用研究进展

随着科学技术水平的不断提高，仪器设备的进步和发展，众多学者开展了伏毛铁棒锤药理作用及功效学的研究工作，不仅揭示了传统用药的药学机理机制，同时通过新化合物的挖掘与发现，进一步扩大了伏毛铁棒锤的药理作用与功效。

《陕西中草药》记载伏毛铁棒锤具有活血祛瘀、止痛、祛风湿、消肿败毒、止血、治跌打损伤、风湿性关节炎、腰腿痛等功效。现代药理毒理实验研究表明，生物碱类是伏毛铁棒锤的主要活性成分，具有较强的镇痛、局麻、解热、抗炎、抗肿瘤等多种药理作用。伏毛铁棒锤中双酯型生物碱含有剧毒，因此其可对多种农业害虫、作物病原物和老鼠具有很好的防治效果，可作为新型生物农药和植物源杀虫剂［32］。

3.1 镇痛作用

伏毛铁棒锤生物碱和非生物碱成分都有镇痛作用。乌头碱有较强的镇痛作用，其镇痛机制和中枢神经系统细胞膜上的Na+通道有关［33-35］；12-表-欧乌头碱、3-乙酰乌头碱、尼奥灵具有抗炎、镇痛等活性［36-37］。3-乙酰乌头碱的镇痛作用机制可能与NMDA受体或内源性阿片肽有关［38］。通过小鼠醋酸扭体实验研究了伏毛铁棒锤块根30%乙醇部位的镇痛作用，其疼痛抑制率为52.38%，说明其对外周性疼痛有一定的镇痛作用，同时实验结果表明伏毛铁棒锤非生物碱组分也有抗炎和外周炎症性疼痛，且具有中枢抗伤害作用［39］。

蒙花苷是从伏毛铁棒锤中分离得到的首个黄酮苷类化合物。据文献报道，类黄酮类化合物具有抗菌、抗病毒、消炎等多种药理作用。蒙花苷可能是伏毛铁棒锤中对中枢性疼痛有镇痛作用的有效成分，但其镇痛机制有待研究。

3.2 抗炎作用

生物碱类化合物作为药用植物的有效成分大多具有生理活性。研究表明伏毛铁棒锤30%乙醇部位对二甲苯所致小鼠耳肿胀有一定的抑制作用，其抑制率为45.17%；对鸡蛋清所致小鼠足肿胀有抑制作用，其抑制率为63.80%，表明伏毛铁棒锤30%乙醇部位有一定的抗炎作用［25］。

伏毛铁棒锤的有效部位对大鼠佐剂性关节炎的病变有一定的治疗作用，因而具有抗炎作用，抗炎作用与其抑制炎性因子的产生和释放有关。伏毛铁棒锤有效部位可以明显抑制佐剂性关节炎大鼠的TNF-α、IL-1β、IL-4、IL-5、IL-6等炎性细胞因子，提高IL-2、IL-17等细胞因子的表达而发挥抗炎和免疫作用［40］。

3.3 抗肿瘤作用

乌头碱可抑制肿瘤生成和自发转移，小鼠腹腔注射乌头碱可抑制Lews肺癌的自发转移、前胃癌F1和肉瘤S180的生长［41］。研究表明，通过体外抗肿瘤活性筛选，尼奥灵、14-O-乙酰新乌宁碱、宋果灵、12-表-欧乌碱、12-表-脱氢欧乌碱能抑制胃癌SGC-7901、肝癌HepG2和肺癌A549细胞增殖，对肿瘤细胞的生长有抑制作用［24］。

孙建瑞等［42］研究了铁棒锤中3-乙酰乌头碱和宋果灵的抗肿瘤活性，结果表明：随着3-乙酰乌头碱和宋果灵给药浓度的增加，抗肿瘤效果也逐渐增强，且在64 mg/L时，对HepG2细胞的抑制率达到最高，分别为93.56%和98.48%。3-乙酰乌头碱和宋果灵作用于人肝癌细胞后能抑制HepG2细胞的生长，细胞开始聚集、脱壁、死亡，增殖能力降低，使细胞发生早期、晚期凋亡的比率升高。

3.4 对心脏的作用

二萜生物碱多具有致心律失常作用，如乌头碱使心肌细胞膜Na+通道开放，增加Na+内流，导致快速心律失常，从而表现为毒性作用。宋果灵及其衍生物具有抗心律失常、抗心颤、刺激突触传递、抗炎、再生活性等多种药理作用。

0.25 mg/kg的宋果灵产生的抗焦虑活性超过非那西泮，且没有产生镇静作用［43］；也有明显的伤口愈合作用，表现出较强的再生活性［44］；用宋果灵治疗可阻断心肌细胞中Ca2+的释放，可能与宋果灵的抗心律失常作用有关［45］。

3.5 毒理作用

现代药理研究表明，伏毛铁棒锤含有剧毒的双酯型生物碱。乌头碱、新乌头碱和次乌头碱能兴奋并麻痹感觉、中枢神经组织和心脏迷走神经，降低和抑制窦房结的兴奋性，胆碱能M样症状和N样症状并导致心率失常，从而产生毒性［46］。在临床上，口服未经炮制的伏毛铁棒锤有中毒病例。因此使用乌头类药物需通过炮制将双酯型二萜生物碱水解为单酯型和醇胺型二萜生物碱从而降低毒性。付雪艳等［47］通过煮、蒸、烘制及诃子汤制4种方法优化了伏毛铁棒锤的炮制工艺，得出烘制时炮制效果最佳。

3.6 杀虫作用

近年来运用伏毛铁棒锤中提取的杀虫活性成分，研发新型高效植物源杀虫剂的研究较多。郭生虎等［48］的研究结果表明伏毛铁棒锤总碱对粘虫具有较好的拒食和胃毒作用，对枸杞蚜虫具有较强的触杀活性。但关于伏毛铁棒锤根的杀虫作用方式及机理的研究较浅。张玉粉等［49］研究了杀虫方式及机制，接触药剂后，虫体剧烈摆动、蜷缩、瘫痪不能恢复，表明提取物中含有某些能干扰试虫神经系统的成分，使虫体神经生理活动紊乱。伏毛铁棒锤提取物对小菜蛾有较好的拒食活性，引起试虫体内代谢失调，使其生长发育受阻。

为了更好的防治效果，伏毛铁棒锤杀虫活性方面的研究在粗提物单剂的基础上，研究人员对其进行复配。尤江［50］将伏毛铁棒锤生物碱与几种植物生物碱进行复配，张玉粉［51］将其与化学农药复配后联合毒力作用进行研究，结果表明复配后药剂毒力增强，筛选出伏毛铁棒锤生物碱与牛心朴子生物碱质量配比为3：1时，增效最强；与高效氯氟氰菊的酯以4：1混配组合时共毒系数最大达到173.28，表现出较好的增效作用。

3.7 其他作用

3.7.1 解热作用0.24 mg/kg脱氧乌头碱对伤寒副伤寒混合菌苗所致家兔发热有较显著的解热作用。

3.7.2 局麻作用

《中华本草》记录伏毛铁棒锤总生物碱、乌头碱、3-乙酰乌头碱等皮内或肌肉注射均有显著的局部麻醉作用，总生物碱的局麻强度是盐酸普鲁卡因的159倍。乌头碱刺激局部皮肤后，使皮肤黏膜感觉神经末梢处于兴奋状态，出现瘙痒及灼热感，继而表现麻醉效应［52］。

表4 伏毛铁棒锤药理作用、活性成分及机制Tab.4 Pharmacological action，active components and mechanism of A.flavum

4 展望

伏毛铁棒锤的多种活性成分都有抗炎、镇痛等多种药理作用，在临床民间及农业生产发展中都有较高的应用价值，值得深入研究与开发。总结目前的研究成果以及发展趋势，建议从以下几方面开展伏毛铁棒锤资源的保护与利用研究：

4.1 资源保护方面

4.1.1 建立种质资源保护区

通过对比测试分析与品质评价，遴选品质优良种质资源及其分布区，建立种质资源保护区，保护优质种质资源。对野生资源分布区开展野生抚育，选择资源自然分布与生态环境适宜的区域建立濒危药材的资源保护基地，保护良种基因。通过种子萌发率提高技术、种苗快繁技术的应用，提高种群密度和资源储量。对野生资源野生抚育过程进行管理、监测，监控和防治病虫害，追踪生物量及生长变化规律，确定抚育区可持续的科学采收量和采收期，保证野生资源的增殖和药材资源开发利用的资源量与质量。

4.1.2 优质种源引种驯化

在对不同地区的野生伏毛铁棒锤的种源进行对比评价的基础上，遴选优质种源，建立优质种质资源保护基地，保存优良种质基因库，同时也为人工栽培引种、优良品种选育和繁育提供物质基础。在引种驯化过程中选择与其种源地温度、湿度、光照、土壤等生态因子相似的引种地点。

4.1.3 人工栽培

近年来，医药市场对该药材需求量不断增加，过度采挖导致资源量减少；随着生境逆行性变化，伏毛铁棒锤蕴藏量呈逐年减少的趋势，因此需要选择生境适宜的地域或严重退化的草原进行人工规范化栽培，并建立完善的规范化栽培技术规程，实现伏毛铁棒锤资源规模化与标准化栽培生产，从而实现资源的持续供给。间接减少野生植物资源的开发和依赖，稳定向市场提供优质药材产品。达到有效保护伏毛铁棒锤资源的目的，同时也可以充分有效地利用土地资源，改善区域生态环境，治理退化草地。

4.2 化学成分方面

目前的研究成果证实了伏毛铁棒锤含有多种生物碱类化合物，这些化合物也是伏毛铁棒锤药理活性的物质基础，并且对炮制方法与炮制后的生物碱化合物的变化有了比较系统的研究工作［31］，现有研究成果表明伏毛铁棒锤生物碱类化合物因其毒性无法广泛应用于临床，临床使用需要通过炮制来降低毒性，但目前对其毒性转化的机理机制和转化过程中活性成分变化对药理作用影响的研究尚处于起步阶段，后期应注重开展毒性实验和细胞水平的筛选模型研究毒性转化的机理机制；再通利用超高相液相色谱-飞行时间质谱等技术对活性成分的变化进行分析鉴定以及PLS-DA（偏最小二乘-判别分析）模型确定转化前后的差异性成分，确保用药安全有效。

进一步开展有效化合物的高通量筛选，发掘具有显著疗效的化合物成分，通过分离纯化，开展新药开发的前期研究工作，为成药开发和临床实验提供方向和依据。此外，相关研究已证实伏毛铁棒锤花、茎、叶等不同部位均含有共性和特有的化学成分，应在现有的研究基础上分别对不同部位的化学成分进行深入研究，通过提取、分离和纯化，寻找经济有效的技术工艺，对不同部位的有效化合物进行综合开发利用，开发伏毛铁棒锤的用药部位，提高资源利用率。

4.3 药理作用方面

现有研究结果表明伏毛铁棒锤含有多种生物碱类化合物，其镇痛、抗炎等药理作用的研究主要集中在乌头碱、3-乙酰乌头碱等几种生物碱成分上，但其余生物碱、甾体、黄酮类等的研究工作处于起步阶段，重点开展了分离测试等研究工作，对其功效学研究较少，今后应加强其活性成分的筛选与分析，通过功效学和药理学等方面的实验研究，阐明活性成分的作用机理机制。此外，蒙花苷和宋果灵具有明显的药理作用和临床应用潜力，但其治疗作用的药理学和药效学缺乏深入的研究，今后应通过体外实验并建立动物模型等技术方法对蒙花苷、宋果灵等有效成分药理作用机理机制的研究，为综合开发伏毛铁棒锤资源提供依据。