全 文 ：植物生态学报 2009, 33 (1) 180~185
Chinese Journal of Plant Ecology

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收稿日期: 2008-06-10 接受日期: 2008-08-28
基金项目: 中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KSCX2-YW-N-061)
本研究得到袁晓老师和卢大炎老师的指导,在此表示感谢
* 通讯作者 Author for correspondence E-mail: huanghw@mail.scbg.ac.cn
环境胁迫对雷公藤中雷公藤红素含量的影响
杜玮炜1 姚小洪1 黄宏文1,2*
(1 中国科学院武汉植物园,武汉 430074) (2 中国科学院华南植物园,广州 510650)
摘 要 雷公藤(Tripterygium wilfordii)是我国的名贵药用植物, 其药用成分雷公藤红素是医药研究中重要的化学
单体。环境胁迫能促进药用植物次生代谢物质的合成与积累, 该文通过正交设计, 探讨了水分、光照、土壤氮含
量三因素两水平轻度胁迫处理对雷公藤幼苗中雷公藤红素含量的影响。研究结果表明: 根部是雷公藤红素含量最
丰富的部位; 雷公藤幼苗在水分、光照及土壤氮含量胁迫条件下根系中雷公藤红素的含量分别提高了10.8％、
14.4％和13.0％, 光照对雷公藤红素含量的增加最明显, 短期的轻度胁迫可提高根中雷公藤红素的含量。
关键词 雷公藤 胁迫 雷公藤红素 次生代谢
EFFECTS OF ENVIRONMENTAL STRESSES ON CELASTROL CONTENTS IN
TRIPTERYGIUM WILFORDII
DU Wei-Wei1, YAO Xiao-Hong1, and HUANG Hong-Wen1, 2*
1Wuhan Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430074, China, and 2South China Botanical Garden, Chinese Academy of
Sciences, Guangzhou 510650, China
Abstract Aims Tripterygium wilfordii is a highly valuable traditional Chinese medicinal plant. Ce-
lastrol, an active compound of T. wilfordii, has recently received attention from pharmaceutical re-
searchers due to its medicinal value. Environmental stress may promote the formation and accumulation
of secondary metabolites of medicinal plants. Our objective was to investigate whether mild environ-
mental stress increased the content of Celastrol in T. wilfordii.
Methods Orthogonal comparison of mild stress treatments of water, sunlight and N content were per-
formed on the seedlings of T. wilfordii in the greenhouse. The content of Celastrol was determined by
High Performance Liquid Chromatography (HPLC).
Important findings Celastrol was mainly produced in the seedling root and was increased 10.8%,
14.4% and 13.0% under the three different stress treatments, respectively. Therefore, mild stress
treatment improves the synthesis and accumulation of Celastrol.
Key words Tripterygium wilfordii, environmental stress, Celastrol, secondary metabolism
DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.01.020
雷公藤(Tripterygium wilfordii)系卫矛科落叶
蔓生灌木, 分布于我国长江流域以南的省区, 具
有广泛的医药用途, 能抗肿瘤、抑制免疫、抗炎
和抗生育(徐元萍等, 2007; Huang et al., 2000), 已
应用于类风湿性关节炎、肝炎、脉管炎、麻风病、
外科皮肤病及癌症等多种疾病的治疗, 对于器官
移植还具有抗排异功效, 并含有抗艾滋病毒成分
(郑承剑和秦路平, 2007)。
雷公藤红素(Celastrol)是雷公藤所含化学单
体之一 , 分子式如图1所示 (Duan et al., 2000,
2001), 具有抑制免疫反应和抗炎症作用(Allison
et al., 2001; Pinna et al., 2004), 并能有效地抑制
裸鼠前列腺癌的增生(Yang et al., 2006)。
随着雷公藤药用需求量的日渐增大, 野生雷
公藤逐年减少, 而当前制约雷公藤栽培生产的主
要问题是如何保证雷公藤内有效成分的含量。
环境因子对植物次生代谢产物的产生和积累
具有重要影响。大量研究表明, 植物次生代谢产

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物的质量和数量与植物生境密切相关。次生代谢
产物是植物长期进化中适应环境的产物, 其主要
功能是抗逆境胁迫。如真菌病原体的入侵可导致
苜蓿(Medicago truncatula)叶中异黄酮类化合物
含量的增加(Bettina & Richard, 2005); 干旱胁迫
可导致喜树(Camptotheca acuminata)叶片中喜树
碱含量的增加(Liu, 2000); CO2浓度增高使迷迭香
(Rosmarinus officinalis) 体 内 的 单 萜 含 量 增 加
(Josep & Joan, 1997)。由于环境胁迫(如干旱、严
寒、高温、伤寒、重金属等)能刺激植物次生代谢
产物的积累和释放, 从这个意义上讲, 逆境可能
更有利于道地中药材活性成分的形成。因此, 开
展环境因子对雷公藤内次生代谢物影响的研究十
分必要和迫切。


图1 雷公藤红素化学结构
Fig. 1 Chemical structure of Celastrol (Duan et al., 2000,
2001)


我们通过正交设计研究了水分、光照、土壤
氮含量三因素两水平轻度胁迫条件下雷公藤幼苗
中次生代谢产物雷公藤红素的含量变化, 探讨了
雷公藤次生代谢产物的含量与环境因子的关系 ,
以期为雷公藤集约化栽培生产提供参考。
1 材料和方法
1.1 材料及选材地概况
2007年3月 , 从福建省泰宁县人工种植区选
择株高(28±5) cm的一年生雷公藤植株为试材。该
地区位于26°53′ N、 117°10′ E, 海拔233 m, 年平
均气温为17 ℃, 年日照时长1 738.7 h, 土壤pH值
为7.44, 碱解氮含量为130 mg · kg−1。
1.2 方法
1.2.1 实验设计
2007年在武汉植物园(30°33′ N, 114°24′ E,
海拔29 m)进行试验。用底径10 cm, 口径为15 cm,
高15 cm的黑色塑料盆进行盆栽, 每盆装过筛的
沙壤土(土壤pH值为7.62, 土壤碱解氮含量为89
mg · kg−1)。
2007年7月开始进行三因素(光照L、水分R、
土壤含氮量N)两水平(胁迫条件用l、r和n表示, 正
常对照用L、R和N表示)正交设计胁迫试验, 共8
种处理, 每种处理设置5次重复, 时间跨度为一个
生长季(7~10月)。方法如下:1)干旱胁迫采用自然
干旱 , 用整体称重法 , 保持正常处理(对照)中土
壤最大持水量为75%～80%, 而胁迫处理中保持
土壤最大持水量为30%～35%; 2)土壤氮含量对照
处理采用砂土施加大颗粒缓释氮肥的方法(施氮
量为120 kg · hm−2), 而胁迫处理中砂土不施加任
何形式的氮肥; 3)光照正常对照处理中采用自然
光照, 而胁迫处理中用塑料膜搭棚遮光, 减少正
常光照50%左右。
1.2.2 测定内容与方法
试验处理3个月后 , 分别测定每盆雷公藤植
株的根中雷公藤红素的含量(g· kg−1)。
1.2.2.1 色谱条件
色 谱 柱 (Agilent Zorbax TC-C18, Agilent
Technologies, Santa Clara, USA) (250 mm×4.6
mm, 5 μm); 流动相:甲醇︰水溶液(87︰13); 检测
波长 : 422 nm; 柱温 : 25 ℃; 体积流量 : 1.0
ml·min−1。
1.2.2.2 标准品溶液的制备及标准曲线的制作
精密称取5 mg雷公藤红素标准品, 于50 ml
的定量容量瓶内用30 ml 83％甲醇(流动相)超声
溶解, 并在25 ℃水浴中, 缓慢添加83％甲醇(流
动相)至刻度。避光备用。
分别进样2、4、6、8和10 µl, 按1.3.1中高效
液相条件进行高效液相分析, 重复3次, 利用计算
公式绘出雷公藤红素的进样量与峰面积相关的标
准曲线和标准曲线回归方程式。
1.2.2.3 供试品溶液的制备
粉碎适量的雷公藤毛状根, 过6号药筛, 在80
℃干燥2 h, 至恒重。精密称取样品500 mg到5 ml
的三角瓶中 , 加适量甲醇 , 超声溶解15 min后 ,
放置10 min, 再超声溶解15 min后, 放置三角瓶

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的温度到室温, 转移至5 ml容量瓶中再加甲醇至
刻度, 振摇均匀, 取3 ml溶液超滤后, 得到测试
溶液。按1.2.2.1中高效液相条件进行高效液相分
析, 根据标准曲线计算雷公藤红素的含量。
1.2.3 数据处理
数据均采用SPSS数据分析软件进行方差分
析及多重比较(t检验), 显著性水平p取值为0.01。
2 结 果
2.1 不同处理对雷公藤植株中雷公藤红素积累
的影响
用测得的不同处理条件下雷公藤红素含量的
数据对3种环境因子进行方差分析后, F检验结果
表明, 水分、光照、土壤N含量3种胁迫因子均对
雷公藤红素的含量有极显著差异, 并且水分与光
照间互作以及光照与土壤N含量间互作也对雷公
藤红素含量有极显著差异, 即3种胁迫条件下, 均
能提高雷公藤中雷公藤红素的含量, 结果见表1。
不同处理间的多重比较结果表明 : 光照胁
迫、水分胁迫与土壤N含量胁迫互作(l×r×n)除与
光照胁迫与水分胁迫互作(l×r), 光照胁迫与水
分胁迫互作(l×r)除与光照胁迫与土壤氮含量胁
迫互作(l×n), 水分胁迫与土壤N含量胁迫互作(r
×n)除与土壤N含量胁迫(n)、土壤N含量胁迫(n)
除与水分胁迫(r)、水分胁迫(r)除与光照胁迫(l)、
光照胁迫 (l)除与正常对照 (LRN)差异不明显外 ,
其它两两处理间差异均达极显著水平(图2)。处理
lrn的含量最高, 而对照LRN的含量最低。


表1 不同胁迫处理对雷公藤红素含量影响的方差分析
Table 1 The Analysis of Variance (ANOVA) of between-subjects effects on content of Celastrol
under different stress treatments
变异来源
Source
平方和
SS
自由度
df
样本均方
Mean square
F值
F
显著性
Sig.
模型 Model 2 116.893a 8 264.612 2 111.155 0.000
l 9.445 1 9.445 46.304 0.000
r 6.875 1 6.875 33.704 0.000
n 7.746 1 7.746 37.974 0.000
l×r 1.482 1 1.482 11.822 0.002
l×n 0.127 1 0.127 1.014 0.321
r×n 1.475 1 1.475 11.769 0.002
l×r×n 0.248 1 0.248 1.979 0.169
误差 Error 4.011 32 0.125
总数 Total 2 120.904 40
a: R2= 0.998 l: 光照胁迫 Light stress r: 水分胁迫 Water stress n: 土壤N含量胁迫 N content stress l×r: 光照胁迫与水分
胁迫互作 Interaction between light and water stress l×n: 光照胁迫与土壤氮含量胁迫互作 Interaction between light stress and N
content stress r×n: 水分胁迫与土壤N含量胁迫互作 Interaction between water stress and N content stress l×r×n: 光照胁迫、水分
胁迫与土壤N含量胁迫互作 Interaction among sunlight stress, water stress and N content stress


2.2 水分对雷公藤植株中雷公藤红素积累的影
响
水分胁迫能促进雷公藤植株根中雷公藤红素
的积累(图3)。各种不同处理条件下, 水分胁迫使
雷公藤红素含量平均提高10.8%, 并且在光照胁
迫土壤N含量正常处理(lN)时提高率最高(27.2%),
仅在光照正常土壤N含量胁迫处理(Ln)时 , 水分
对雷公藤中雷公藤红素含量的影响不显著。
2.3 光照对雷公藤植株中雷公藤红素积累的影
响
光照胁迫能促进雷公藤植株根中雷公藤红素
的积累(图4)。各种不同处理条件下, 遮阴处理使
雷公藤红素含量平均提高14.4%, 并且在水分胁
迫土壤N含量正常处理(rN)时提高率最高(20.9%),
仅在水分正常土壤N含量正常处理(RN)时, 光照
对雷公藤中雷公藤红素含量的影响不显著。
2.4 土壤氮含量对雷公藤植株中雷公藤红素积
累的影响
土壤氮含量能影响雷公藤植株根中雷公藤红
素的积累(图5)。各种不同处理条件下, 土壤氮含
量胁迫使雷公藤红素含量平均提高13.0%, 并且
在光照胁迫水分正常处理 (lR)时提高率最高

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(24.2%), 仅在光照胁迫水分胁迫处理 (lr)时 , 土
壤氮含量对雷公藤中雷公藤红素含量的影响不显
著。


图2 不同胁迫条件下雷公藤中雷公藤红素含量图
Fig. 2 The content of Celastrol in Tripterygium wilfordii
under different stress conditions
L: 光照正常 Full sunlight l: 光照胁迫 Light tress
R: 水分正常 Normal water r: 水分胁迫 Water stress
N: N含量正常 Normal N content n: N含量胁迫 N con-
tent stress l×r×n: 光照胁迫、水分胁迫与N含量胁迫互
作 Interaction among sunlight stress, water stress and N
content stress l×r: 光照胁迫与水分胁迫互作 Interac-
tion between sunlight stress and water stress l×n: 光照
胁迫与N含量胁迫互作 Interaction between sunlight stress
and N content stress r×n: 水分胁迫与N含量胁迫互作
Interaction between water stress and N content stress
LRN: 对照 Control 柱子上的小写字母表示各处理间差
异显著性 Small letters on the pillars indicate whether there
exist significant differences between treatments

3 讨 论
与正常对照相比, 雷公藤在水分、光照及土
壤氮含量胁迫条件下均可不同程度地提高根中雷
公藤红素的含量。不同胁迫处理相比, 对雷公藤
红素含量增加最明显的是光照, 其次是土壤氮含
量, 水分的作用较小, 但3种胁迫条件下雷公藤红
素的含量与对照的差异均达到极显著水平。
一般认为, 植物的次生代谢及其产物是植物
在长期进化过程中为响应和适应各种逆境而形成
的应答生理反应机制, 次生代谢产物的形成与环
境因子(生物的和非生物的)有着密切的联系。目
前, 环境因子对植株体内次生代谢物质形成和积
累的诱导作用的生理机制存在不同的看法, 提出

图3 水分胁迫对雷公藤红素含量的影响
Fig. 3 Effects of water stress on Celastrol content in Trip-
terygium wilfordii
LN: 光照正常, 氮含量正常 Full sunlight and normal
N content Ln: 光照正常, 氮含量胁迫 Full sunlight and
N content stress lN: 光照胁迫与氮含量正常 Sunlight
stress and normal N content ln: 光照胁迫与氮含量胁迫
Sunlight stress and N content stress 柱子上的小写字母表
示各处理间差异显著性 Small letters on the pillars indi-
cate whether there exist significant differences between
treatments




图4 光照胁迫对雷公藤红素含量的影响
Fig. 4 Effects of light stress on Celastrol content in Trip-
terygium wilfordii
RN: 水分与氮含量皆正常 Normal water and N con-
tent Rn: 水分正常氮含量胁迫 Normal water and N
content stress rN: 水分胁迫与氮含量正常 Water stress
and normal N content rn: 水分胁迫与氮含量胁迫 Water
stress and N content stress 柱子上的小写字母表示各处
理间差异显著性 Small letters on the pillars indicate
whether there exist significant differences between treat-
ments


184 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 33 卷

图5 土壤N含量胁迫对雷公藤中雷公藤红素含量的影响
Fig. 5 Effects of N content stress in soil on the content of
Celastrol in Tripterygium wilfordii
LR: 光照与水分皆正常 Full sunlight and normal
water Lr: 光照正常与水分胁迫 Full sunlight and water
stress lR: 光照胁迫与水分正常 Sunlight stress and
normal water lr: 光照胁迫与水分胁迫 Sunlight stress
and water stress 柱子上的小写字母表示各处理间差异
显著性 Small letters on the pillars indicate whether there
exist significant differences between treatments


了不同的诱导机制假说 , 例如碳素 /营养平衡假
说、生长/分化平衡假说、最佳防御假说和资源获
得假说等 (苏文华等 , 2005; Barto & Cipollini,
2005)。尽管这些假说都存在局限性, 但是它们从
不同的角度得出相同的结论, 即: 环境胁迫条件
下, 植物次生代谢产物的数量将增加。资源获得
假说可以解释光照胁迫下雷公藤红素含量增加的
原因。在许多情况下, 植物体内的次生代谢产物
主要用于防御被捕食 , 当植物受到逆境胁迫时 ,
植物的生长放缓, 植物体内产生更多的次生代谢
物质用于防御(Coley et al., 1985)。萜类次生代谢
产物通常具有强烈的化感作用, 能促进或抑制其
它植物的生长, 同时对植食性昆虫有引诱、毒杀
等功效(彭少麟等, 2002)。雷公藤红素是一种剧毒
性萜类物质, 光照胁迫下雷公藤红素含量增加是
雷公藤抵御自身受侵害的一种防御措施。水分和
氮胁迫可能抑制植物的生长, 而光合作用变化不
大, 体内的C/N比增大, 因此以C为基础的萜烯类
物质增多(碳素 /营养平衡假说 , Hamilton et al.,
2001), 这就解释了氮胁迫下雷公藤红素增加的
原因。轻度胁迫导致雷公藤植株根中雷公藤红素
含量增加, 意味着三萜类物质代谢与非生物环境
之间也可能有一定的联系, 但这种联系较与生物
环境之间的关系来说更间接一些。次生代谢产物
的产生往往是植物以牺牲生长为代价的, 轻度胁
迫虽然能促进植物体内次生代谢物的积累, 在环
境胁迫程度影响到植物的生命时, 植物就只能以
生长为主要目的而相应地减少次生代谢产物的产
生(孔垂华和徐涛, 2000), 这就解释了在重度胁迫
环境下一些植物体表现出次生代谢产物含量降低
的现象。
根部是雷公藤的药用部位, 也是众多单体含
量最高的部位, 短期的轻度胁迫处理特别是遮阴
处理可能提高雷公藤幼苗的雷公藤红素含量。因
此, 在以获取雷公藤红素为目的的雷公藤幼苗培
育过程中, 可考虑先给雷公藤幼苗正常的环境条
件以获得最大的生物产量, 然后在适当的时期以
轻度胁迫处理来提高单体含量, 这样就有可能获
得超过正常培育的雷公藤红素单株产量。
参 考 文 献
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