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华重楼研究现状



全 文 :书收稿日期:2012-05-09; 修订日期:2012-10-21
基金项目:国家“十二五”科技支撑计划( 2011BAI13B02 - 6)
作者简介:张 珏( 1976-) ,女( 汉族) ,四川成都人,现任成都大学生物产
业学院讲师,博士学位,主要从事中药资源学研究工作.
* 通讯作者简介:田孟良( 1974-) ,男( 汉族) ,四川雅安人,现任四川农业
大学教授,博士学位,主要从事遗传学的研究工作.
华重楼研究现状
张 珏1,王跃华1,杨 华2,田孟良2*
[1.成都学院(成都大学)生物产业学院,四川 成都 610106;
2. 四川农业大学 农学院,四川 雅安 625014]
摘要:华重楼是重要中药材“重楼”的正品来源之一,有清热解毒、消炎止痛、活血化淤、凉肝定惊之功效。近年,由于对
重楼药材需求量增加,人工栽培存在瓶颈,华重楼的过度采挖,已经导致野生资源消失严重。因此需要在加强对华重楼
资源保护的同时,积极开展基础研究、推动人工栽培以满足市场需求,对实现华重楼资源的可持续发展和供应具有重要
意义。文章综述了华重楼研究现状,如分类地位及系统发育、化学及药用活性成分、内生菌分离研究等,为华重楼资源开
发和保护利用提供参考。
关键词:华重楼; 研究现状; 资源; 保护
DOI标识:doi: 10. 3969 / j. issn. 1008-0805. 2013. 01. 090
中图分类号:R282. 71 文献标识码:A 文章编号:1008-0805( 2013) 01-0196-03
Studies Status of Paris polyhoylla var. chinensis
ZHANG Jue1,WANG Yue-hua1,YANG Hua2,TIAN Meng-liang2*
( 1. Department of Biologcal Engineering,Chengdu University,Chengdu 610160,China; 2. Sichuan Agricul-
tural University,Yaan 625014,China)
Abstract: Paris polyhoylla var. chinensis is an important source of Paridis Rhizoma and Sichuan is one of the authentic medicinal
materials production area. It has the effects of clear heat and remove toxin; anti - inflamation and relieve pain; active blood and
remove stasis; cool the liver and arrest convulsion。Recent years,the herb has been excessively excavated with the increasing
need of it,it has caused the wild population been tremendous destructed. So it is need to protect the supply of Paridis Rhizoma
and make full use of it to realize its sustainable developments. In this paper,the studies about its genetic resources,chemical
compositions,pharmaconlogical effects,and endogenous bacteria were discussed.
Key words: Paris polyhoylla var. chinensis; Reseach status; Resource; Protection
华重楼 Paris polyhoylla var. chinensis (Franch.)Hara隶属于
重楼属,与滇重楼 P. polyhoylla var. yunanensis 一起收载于 2010
版《中国药典》[1],被认为是重楼正品药源。目前,对重楼属植物
的研究,多集中在滇重楼,而对华重楼的研究相对较少。本文从
华重楼的分类、系统发育,化学成分、药理和内生菌等方面综述了
华重楼的研究现状,为今后开展对华重楼的研究、保护及高效利
用提供参考。
1 P. polyhoylla var. chinensis中文名之探讨
P. polyhoylla var. chinensis在《中国植物志》《中国药典》中所
命名的中文名字具有差异。在《中国植物志》被命名为“华重
楼”[2];在《中国药典》(1995 ~ 2010)各版中,均被称为“七叶一枝
花”。而“七叶一枝花”在《中国植物志》中是 P. polyphylla 的中
文名。见表 1。
由此可见,“七叶一枝花”在《中国植物志》和《中国药典》中
分别指示的是不同植物 P. polyphylla或 P. polyhoylla var. chinen-
sis。在多篇已经发表的文章中可见研究者笔下的七叶一枝花所
指示的重楼植物是不同的,如,袁晓等[3],谭小明[4]、蒋向辉
等[5]。为避免混淆,本文建议用华重楼作为 P. polyhoylla var.
chinensis的中文名。
表 1 P. polyhoylla var. chinensis中文名字
拉丁名 中文名 文献
P. polyhoylla var. chinensis 华重楼 《中国植物志》
P. polyphylla 七叶一枝花
P. polyhoylla var. chinensis 七叶一枝花 《中国药典》
2 研究现状
2. 1 分类地位及系统发育 重楼属植物外貌一致:一个茎,一轮
叶、顶生一朵花,不容易划分种以上各级单位指标[6],因此华重
楼在各不同分类系统中,所属位置具有差异。在 H. Hara(1969)
分类系统中,重楼属被分为 3 组,分别是 Paris、Kinugasa、Euthyra,
华重楼列入到 Euthyra 组。在 A. Takhtajan(1983)分类系统中,
重楼属被分为 3 个独立的属,分别为 Paris、Kinugasa、Daiswa,各属
范围基本与 Hara系统的 3 组对应,华重楼被列入到 Daiswa。在
李恒(1998)分类系统中,将 Takhtajan 系统中的 3 属合并为重楼
属 Paris,其下分为 2 个亚属,分别是侧膜亚属和中轴亚属,华重
楼被列入到侧膜亚属下蚤休组的多叶重楼亚种。Hara、Takhtajan
和李恒等是根据重楼属植物的表型特征,从不角度对重楼进行分
类,由于重楼属植物在个体水平上,几乎所有形态性状的变异范
围都很广,如叶片形状从倒卵形到披针形呈连续变化,重楼繁殖
器官和营养器官在数量性状形态变异上具有很高的同步性等一
些性状特征,因此对重楼属的分类系统有以上不同的意见和争
论。近年来随着分子生物学的发展,对重楼属植物的分类和系统
发育再次展开了研究。
唐荣华[7]对 11 种重楼进行 RADP 分析,结果华重楼并未与
在李恒分类系统中同为蚤休组的毛重楼聚为一组,而是被单独聚
为一组。马剑等[8]基于 matK基因,对包括华重楼在内的重楼属
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书中 10 种类群样品进行了遗传关系分析,华重楼 matK 基因 1039
个碱基对与多叶重楼、滇重楼、长药隔重楼完全一致聚为一支,支
持 Takhtajan的观点,将华重楼、滇重楼、狭叶重楼、宽瓣重楼等独
立出来成为一个种级单位,建议将长药隔重楼、滇重楼、短梗重楼
和华重楼作为多叶重楼的变型。近年来的分子水平的重楼系统
学研究,多支持 Takhtajan 的观点。但是唐铭霞等对重楼 ITS 序
列分析,结果支持将重楼属归为一个属,这一点又支持李恒分类
系统[9]。综上所述,由于重楼属植物的特殊性,关于重楼属的系
统学争论可能仍然将持续下去。虽然重楼在种以上级别的划分
具有争议,但是华重楼始终被认为是多叶重楼下的变种或变型,
与滇重楼、多叶重楼等是近缘种。
笔者认为对于重楼分类、系统发育的研究应该在经典表型分
类基础上,结合分子系统发育学研究结果。仅依靠表型特征进行
判断,容易产生误差,因为植物体的表型和遗传变异都将影响对
物种的鉴定,而且在表型鉴定过程中容易忽略某些隐藏性状;分
子生物学方法建立的通常是基因树(gene tree) ,只有当所选择的
基因片段是反映物种分歧事件的直系同源基因时,才能得到物种
树(species tree) ,而基因在进化过程中由于杂交、渐渗、谱系分选
等原因,通常很难找到合适的直系同源基因。
DNA条形码技术是一种利用短的、标准 DNA 片段鉴定物种
的新兴技术,该技术不仅能用于鉴定物种,而且对研究物种系统
发育具有积极意义。朱英杰等[10]对重楼属的 DNA 条形码进行
了筛选,研究发现 ITS2 序列在所研究的重楼属植物中的扩增和
测序成功率为 100%,其种内种间变异、barcoding gap与其他 DNA
条形码候选序列相比具有明显优势,因此认为 ITS2 比 matK 和
rbcL更能准确鉴定重楼属植物,希望该技术能为解决重楼分类难
题提供帮助。
2. 2 化学及药用活性成分
2. 2. 1 化学成分 华重楼和滇重楼的干燥根茎均作为“重楼”使
用。目前已经从重楼属植物中分离获得了五十多种化合物,主要
有甾体类(主要包括甾体皂苷、植物蜕皮素、植物甾醇以及甾烷
苷) ,黄酮苷,氨基酸和微量元素等。甾体皂苷是重楼的主要药
用成分,约占总化合物 80%,甾体皂苷根据其苷元不同,主要分
为薯蓣皂苷元和偏诺皂苷元。滇重楼和华重楼均含薯蓣皂苷元、
偏诺皂苷元和 24α -羟基偏诺皂苷元三组配糖体,但是滇重楼以
薯蓣皂苷元为主,而华重楼则是以偏诺皂苷元为主[6]。徐学民
等[11]从华重楼种分离出 10 个皂苷成分和 2 个非皂苷成分,并报
道了其中 4 种化合物的分离方法和化学结构。
《中国药典》(2010 版)规定,重楼干燥品,含重楼皂苷 I(C44
H70O16)、重楼皂苷Ⅱ(C51 H82 O20)、重楼皂苷Ⅵ(C39 H62 O13)或重
楼皂苷Ⅶ(C51H82 O21) ,总量不得少于0. 60%。关于华重楼的活
性成分含量目前有一些争议。尹鸿翔等[12](2007)在对川、滇地
区重楼属药用资源进行质量评价时发现,检测在四川彭州龙门山
区采集的 4 份华重楼样品的重楼皂苷Ⅰ,Ⅱ,二者含量均是微量,
无一合格。但是袁晓等[13]对野生华重楼成分的含量分析显示,
薯蓣皂苷元含量为 0. 62%,含量较高;詹晓如等[14]在对人工栽培
华重楼和野生品进行品质比较时,检测出生长 7 年的人工栽培品
薯蓣皂苷元含量为 0. 63%,生长 8 年的野生品是 0. 60%,认为含
量较高。
不同研究者对华重楼有效成分检测结果产生较大差异的原因
可能是,① 与被检样品取样时间有关,夏从龙等[15]对不同生长发
育期滇重楼有效成分变化的研究发现,不同生长期滇重楼 4 种重
楼皂苷总量发生明显变化,5 ~ 6 月含量最高,其后呈下降趋势,次
年 4月开始再升高;② 与被检样品生长时期有关,夏从龙等[16]对
不同生长年限的滇重楼有效成分含量分析发现,生长 3 年的滇重
楼有效成分含量很低甚至检测不到,而生长 4 年后的逐步能检测
到有效成分,6年的含量最高。以上的研究虽然是针对的滇重楼,
鉴于华重楼与滇重楼为近缘关系,推测华重楼有效成分的积累可
能与滇重楼具有类似趋势和规律,因此检测样品的生长年限和采
摘时间都影响成分含量的检测,这些都还需要研究证实。
尽管对于华重楼的化学成分研究相对较少,2005 年黄芸
等[17],在华重楼成分研究中有了突破性研究成果,发现一个新的
类胆甾烷皂苷 Parispolyside E,这是在重楼属中发现的第一个具
有芳香环的类胆甾烷型皂苷。
2. 2. 2 药用活性 中药重楼具有抗肿瘤、抗菌消炎、止血、镇静镇
痛以及免疫调节作用。重楼在活性成分为甾体皂苷,而主要活性
成份为偏诺皂苷,偏诺皂苷在抗肿瘤、止血、消炎抑菌等方面较其
他甾体皂苷具有更高的生理活性。在止血方面,甾体皂苷具有体
外直接诱导血小板凝聚的作用,偏诺皂苷元类皂苷是通过激活
α2bβ3 诱导血小板凝聚,聚集反应中有颗粒内容物参与,多条信
号途径参与诱导血小板聚集,与已知血小板激动剂有协同作用,
提示偏诺皂苷元类皂苷可能是一类新型血小板激动剂,与薯蓣皂
苷元类皂苷止血作用机理明显不同[18],且偏诺皂苷元类皂苷的
凝血功能高于薯蓣皂苷元类皂苷。田伟生等利用薯蓣皂苷元完
整碳骨架设计合成偏诺皂苷元以期为人工合成偏诺皂苷,解决对
重楼过渡采挖导致的资源枯竭问题[19]。
在多种百合科植物中含有偏诺皂苷元,但是重楼属植物含量
最为可观,而华重楼所含的甾体皂苷以偏诺皂苷为主,因此对华
重楼的药用价值研究以及人工栽培,应该引起更广泛的重视。
2. 3 华重楼内生菌研究现状 对重楼的市场需求大,但由于其生
长缓慢,生长约 6 ~ 7 年才具有药用价值,因此造成市场供不应
求,价格居高不下,野生资源几乎被采挖殆尽。为了满足市场需
求和保护重楼资源,除进行人工种植[20 ~ 22]、组织培养快繁等技术
研究外,重楼的内生菌开发亦被认为是解决药用资源缺乏的途径
之一[23]。
近年,在抗菌性、次生代谢产物合成等方面对滇重楼和华重
楼的内生菌进行了研究。在滇重楼内生菌方面,宣群等[24,25]和
周立刚研究团队[26,27]做了大量的研究工作。
华重楼内生菌研究方面近年亦取得不少成果,为内生菌工业
发酵生产重楼药用成分奠定了基础。任智等[28]从华重楼中分离
筛选出两株细菌 Exiguobacterium acetylicum RZ03、Bacillus subtilis
RZ07产生薯蓣皂苷;赵明等[29]分离筛选出两株产甾体皂苷的华
重楼内生菌 Cedecea dawisae SS01、Paenibacillus daejeonensis SS02;
张晓洁等[30]分离获得产甾体皂苷内生真菌和放线菌。
杨正强等[31]对其分离获得的华重楼内生菌 Paenibacillus dae-
jeonensis SS02的抗菌活性进行了研究,发现其对 13 种作物致病菌
的生长有抑制作用;程媛媛等[32]首次报道了华重楼内生菌抗菌
肽,确定了其分离获得的抗菌肽 PCP -1为环状小肽;雍彬等[33]对
分离获得的华重楼内生菌 Iun35 的抗菌蛋白性质进行了研究,这
些研究结果为利用华重楼内生菌进行生物防治奠定了基础。
从以上的研究可以看出,华重楼的部分内生菌,包括细菌、真
菌和放线菌,均具有合成、产生重楼主要药用成分甾体皂苷的能
力,但目前产甾体皂苷的研究还主要集中在定性研究,定量研究
相对较少,要实现工业化发酵生产药用成分,还需要大量的研究
工作,发现高产菌株,或者通过基因工程技术,对菌种进行“改
良”从而实现快速、大量获得药用目的成分。
3 研究展望
3. 1 繁殖及组织培养研究 华重楼种子萌发缓慢,存在二次休
眠,如何打破休眠提高种子发芽率,对提高华重楼生长繁殖效率
具有重要意义。陈翠等[34]通过对滇重楼种子进行二次低温与二
次高温交替处理,缩短了萌发时间,提高了出苗率;发现生长调节
剂对其根状茎的发生有促进作用。除了研究华重楼种子休眠破
除方法及其过程的解剖学研究以外,还可以研究华重楼种子休眠
基因的识别与定位,种子休眠相关基因的表达方式和遗传方式来
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LISHIZHEN MEDICINE AND MATERIA MEDICA RESEARCH 2013 VOL. 24 NO. 1 时珍国医国药 2013 年第 24 卷第 1 期
书阐明华重楼种子萌发特征。
重楼组织培养研究进展缓慢,遇到一些问题,如愈伤组织发
生缓慢,内生菌污染比较严重等,成为利用组织培养技术,快繁重
楼植物的障碍。在华重楼组织培养研究方面,本课题组已经取得
一定的研究成果(待发表)。在华重楼组织培养研究方面,需要
更进一步阐明华重楼组培过程的特征,还需要从以下几个方面进
行研究,如华重楼离体培养过程中内源激素变化规律;内源激素
变化与胚性愈伤组织发生的关系;外源激素种类和量与内源激素
含量变化的关系;华重楼外植体、非胚性愈伤组织、胚性愈伤组织
各阶段特异表达基因及蛋白质研究,以为研究华重楼组织培养,
为华重楼快繁奠定理论基础。
3. 2 内生菌的研究及其与植物体相互之间的关系 华重楼内生
菌的分离和鉴别已经取得部分成果,但是离应用还有一定的距
离。因此,除进一步研究内生菌分离,以获得能高产重楼活性成
分菌株外,还可以研究内生菌与重楼植物体次生代谢产物合成关
系,以探索是否可以通过引入适当的内生菌,以提高华重楼药用
活性成分的产量。
3. 3 华重楼化学成分及药理学分析 华重楼的化学成分研究目
前进展相比滇重楼缓慢,可以从以下方面加强对华重楼化学成分
及药理学研究,如华重楼药用部位化学成分及药理学分析;不同
生境对华重楼药用部位产品质量的影响;微量元素对华重楼药用
部位产品质量的影响;华重楼不同生长发育期药用成分含量分
析;人工栽培华重楼与野生资源华重楼产品质量比较分析等,通
过这些研究,较全面地阐明华重楼的药用价值。
3. 4 华重楼人工栽培技术研究 迄今华重楼尚未实现规模化人
工栽培或抚育。种子繁殖、茎段繁殖和组织培养均存在困难,导
致重楼种苗生产难以实现;栽培过程中的光照管理、肥料运筹等
关键技术研究基本处于空白。应通过长期系统的研究,解决人工
栽培的瓶颈问题,集成华重楼人工栽培技术体系,更好地开发利
用华重楼、实现重楼资源的可持续利用。
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