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Sustainable Use of Epimedium Resources: Current Status and Prospects

药用植物淫羊藿资源可持续利用现状与展望


药用植物淫羊藿主要分布于我国, 在中药、功能性食品和园林观赏等领域具有重要用途。目前淫羊藿药材主要依靠野外采摘, 过度的采挖已经对淫羊藿野生资源造成严重威胁和破坏, 必须采取有效策略, 推进淫羊藿资源的保育和可持续利用。人工栽培、野生抚育与人工半抚育是保护淫羊藿野生资源的重要途径。此外还可采用植物代谢工程、细胞工程、组织培养与微生物发酵工程技术生产淫羊藿有效成分黄酮类化合物, 减少野生药材的采挖与消耗。全面调查不同种淫羊藿中药理活性成分的种类和含量以及提高有效成分的提取收率对于野生药材保护也具有一定的作用。对于一些珍稀濒危的淫羊藿种质资源, 还应采取必要的行政监管手段加以保护。

Herba Epimedii is a unique and traditional Chinese medicinal plant that plays important roles in traditional Chinese medicine, functional food and landscaping design. Currently, wild Epimedium plants are the main source of the Chinese medicinal material. Wild harvesting has depleted the natural population to such a degree that the plant has become threatened with extinction for certain species. As a result, conserving and utilizing the wild Epimedium species sustainably is essential. Good agricultural practice cultivation, production in natural habitats and wild-simulated production of Epimedium species are efficient methods for increasing the supply and protecting the wild resource. The flavonoids for the important pharmacological activities of Herba Epimedii can also be produced by biological techniques such as metabolic engineering, cell and organ cultures and microbial fermentation, which might provide alternative strategies to reduce the consumption of wild plant resources. Additionally, understanding the phytochemical components comprehensively for different Epimedium species and improving the extraction recovery of the bioactive ingredients to optimize the usage of different species and protect the wild plants are important. As well, further administrative efforts should be employed to ensure the conservation of the rare and endangered germplasm.


全 文 :植物学报Chinese Bulletin of Botany 2009, 44 (3): 363-370, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3969/j.issn.1674-3466.2009.03.014
收稿日期: 2008-08-04; 接受日期: 2008-09-17
基金项目: 国家自然科学基金(No.30570171)和陕西师范大学科学研究项目(No.999328和No.995561)
* 通讯作者。E-mail: yangxh800611@163.com
.专题论坛.
药用植物淫羊藿资源可持续利用现状与展望
张华峰 1, 2, 杨晓华 2, 3*, 郭玉蓉 1, 王瑛 2
1陕西师范大学食品工程与营养科学学院, 西北濒危药材资源开发国家工程实验室, 西安 710062
2中国科学院武汉植物园植物保育遗传学重点实验室, 武汉 430074
3西安交通大学医学院, 西安 710049
摘要 药用植物淫羊藿主要分布于我国, 在中药、功能性食品和园林观赏等领域具有重要用途。目前淫羊藿药材主要依靠
野外采摘, 过度的采挖已经对淫羊藿野生资源造成严重威胁和破坏, 必须采取有效策略, 推进淫羊藿资源的保育和可持续利用。
人工栽培、野生抚育与人工半抚育是保护淫羊藿野生资源的重要途径。此外还可采用植物代谢工程、细胞工程、组织培养与
微生物发酵工程技术生产淫羊藿有效成分黄酮类化合物, 减少野生药材的采挖与消耗。全面调查不同种淫羊藿中药理活性成
分的种类和含量以及提高有效成分的提取收率对于野生药材保护也具有一定的作用。对于一些珍稀濒危的淫羊藿种质资源, 还
应采取必要的行政监管手段加以保护。
关键词 生物技术, 栽培, 淫羊藿, 可持续利用, 野生资源
张华峰, 杨晓华, 郭玉蓉, 王瑛 (2009). 药用植物淫羊藿资源可持续利用现状与展望. 植物学报 44, 363-370.
淫羊藿(Herba Epimedi i)是重要的药用植物, 也
是优良的地被观赏植物(Stearn, 2002)。除我国以
外 , 日本、韩国、东南亚地区和地中海地区等也将
淫羊藿作为药用植物。国际上有关淫羊藿资源的开
发与应用研究十分活跃(W ang and Huang, 2005;
Naeyer e t a l. , 2005; Zhang et a l. , 2008)。淫
羊藿属(Epimedium L .)为典型的旧世界温带分布类
型, 间断分布于日本至北非的阿尔及利亚之间的广大
地区 , 在欧亚大陆的分布极不均匀 , 约有80%的种
类分布于中国中部至东南部, 因而被认为是我国特有
的药用植物(应俊生 , 20 02)。当前 , 我国淫羊藿资
源的开发应用进展很快, 但是相应的保育和可持续
利用研究进程明显滞后, 对野生药材抚育与种质资
源保护构成严重威胁。本文将对淫羊藿资源的开发
应用现状、可持续利用研究进展和存在的问题进行
评述, 在此基础上提出野生药材保护与资源可持续
利用对策。
1 淫羊藿资源的应用现状及存在的问题
1.1 开发应用概况
淫羊藿中含有黄酮类化合物、多糖、生物碱、木脂
素、萜类化合物、绿原酸、必需脂肪酸、苯类化合
物(benzenoid)、维生素C和微量元素等营养成分或生
物活性物质(Liu et al., 2004)。其中, 黄酮类化合物为
其主要有效成分(张华峰等, 2009)。淫羊藿对心脑血管
系统、血液系统、免疫系统、生殖系统和骨髓系统等
皆有一定的保健作用, 具有调节雄性发育和免疫、抑制
肿瘤、改善心血管系统功能、缓解妇女更年期症状、
调节内分泌、抗骨质疏松、抗肝毒素、抗氧化以及抗
衰老等多种生理活性(Meng et al., 2005; Chen and Chiu,
2006; Pan et al., 2007; Lu et al., 2008)。淫羊藿在药
品、食品和饲料等领域中均具有重要用途, 被誉为我国
最具开发前景的药用植物之一(张华峰等, 2006; 徐艳琴
等, 2008)。据笔者不完全统计, 仅我国就拥有淫羊藿中
364 植物学报 44(3) 2009
成药10余种(表1)。此外, 淫羊藿还被用来制造保健药
酒及其它功能性食品。20世纪90年代以来, 临床和保
健应用中对淫羊藿药材及其提取物的需求量越来越大(孙
超等, 2003a; Ward, 2004)。作为世界淫羊藿药材与提
取物的主要供应国, 我国的淫羊藿药材原料主要依靠野
生资源, 随着国内外需求的不断扩大, 我国的淫羊藿野生
资源正面临严重威胁与破坏(李作洲等, 2005)。
1.2 主要问题
目前, 我国的淫羊藿资源开发应用尚存在很多问题, 严重
影响了野生药材的保护和资源的可持续利用, 主要表现
在4个方面。(1)由于淫羊藿地上部分和地下部分均可入
药(Wu et al., 2003), 并且公众普遍认为地下部分的药
效优于地上部分(孙超等, 2005), 因此一些药材采集者将
野生淫羊藿连根带茎全株采挖, 这种竭泽而渔式的滥采
滥挖使一些重要的淫羊藿野生资源日渐枯竭(孙超等,
2004; Ward, 2004)。研究表明, 淫羊藿地下根茎既是
养分贮藏器官, 又是克隆繁殖器官, 其基本功能不仅是贮
存营养物质和吸取地下资源以维持个体生长和更新, 并
且能够连接克隆分株, 实现克隆内分株整合与资源共享,
降低分株和基株死亡风险。地下根茎在资源供给丰富
时可以贮藏多余的资源, 在地上分株枝叶死亡之后可以
继续存活以获取地下资源(冯图等, 2005)。凭借地下根
茎进行克隆生长是野生淫羊藿维持种群繁衍与扩散的最
主要方式(Feng et al., 2006)。因此采挖或破坏野生淫
羊藿地下部分, 都对淫羊藿野生种群的繁衍和扩散危害
极大。本实验室在吉林省调查朝鲜淫羊藿 ( E .
koreanum)资源时发现, 由于当地药材收购站对淫羊藿
连茎带叶大量收购, 致使当地农民普遍采用连根拔起的
茎、叶同时采摘方法, 这种掠夺性采收方式对根状茎伤
害很大, 严重影响淫羊藿次年的更新和生长(徐艳琴等,
2008)。(2)淫羊藿提取物是我国中药出口创汇的重要产
品类型, 但是淫羊藿的生物活性物质提取和精制技术却
比较落后(Zhang et al., 2008), 尤其是医药制剂技术, 依
然局限于浸膏、汤和丸等传统剂型, 导致淫羊藿药材原
料利用率或转化率很低, 不利于野生资源的高效开发与
应用。(3)市场上销售的淫羊藿药材质量参差不齐, 影响
了淫羊藿提取物的制备、有效成分的提取以及临床应
用等。《中华人民共和国药典》(以下简称《中国药
典》)和《贵州省中药材质量标准》将朝鲜淫羊藿、箭
叶淫羊藿 ( E . s a g i t t a t u m ) 、巫山淫羊藿( E .
wushanense)、心叶淫羊藿(E. brevicornu)、柔毛淫
羊藿(E. pubescens)、粗毛淫羊藿(E. acuminatum)和
黔岭淫羊藿(E. leptorrhizum)列为药用淫羊藿, 其余均为
次品。然而, 在实际应用中有20 多种淫羊藿被用于临
床实践(姚连初等, 2004), 很多种淫羊藿的药理活性成分
表 1 淫羊藿中成药
Table 1 Some Chinese traditional patent medicines (Chinese proprietary medicines) containing Herba Epimedii
中成药 主要成分 主治功能
抗骨增生片 淫羊藿、熟地黄、鹿衔草 补肾、活血、止痛。用于肥大性脊椎炎、颈椎病、跟骨刺等
仙灵骨葆胶囊 淫羊藿、续断、补骨脂 滋补肝肾、接骨续筋、强身健骨。用于骨质疏松和骨质疏松症等
补肾防喘片 淫羊藿、菟丝子、补骨脂 温阳补肾。用于治疗支气管哮喘的季节性发作等
仙灵脾片 淫羊藿浸膏 补肾强心、壮阳。用于阳痿遗精、风湿痹痛、更年期高血压等
延龄长春胶囊 淫羊藿、熟地黄、蛤蚧 补肾。用于肾阳不足等
海狗丸 人参、海马、淫羊藿 温肾助阳。用于肾阳虚引起的腰膝酸软、神疲乏力等
阳春口服液 人参、鹿茸、淫羊藿 补肾壮阳、生精益脑。用于阳痿滑精、失眠健忘、肾虚腰痛等
活力苏口服液 何首乌、枸杞子、淫羊藿 益气补血、滋养肝肾。用于年老体弱、失眠健忘等
仙灵脾酒 淫羊藿 补肾阳、强筋骨、祛风湿。用于阳痿、腰膝痿弱等
健儿片 黄芪、牡蛎、淫羊藿 扶肝祛邪、固表止汗。用于脾胃弱引起的少食、多汗、睡眠不宁
三七药酒 三七、全蝎、淫羊藿 舒筋活络、散瘀镇痛、祛风除湿。用于跌打损伤、风湿骨痛等
补肾强身片 淫羊藿、菟丝子、金樱子 补肾强身。用于腰酸足软、头晕耳鸣、眼花心悸
鹿鞭补酒 鹿鞭、淫羊藿、狗肾 补肾壮阳、益气补虚。用于肾阳虚衰、腰膝冷痛、阳痿早泄等
参龙补肾胶囊 淫羊藿、肉苁蓉、巴戟天 温补肾阳。用于肾阳亏虚所致的腰背酸痛、畏寒肢冷等
安神补脑液 鹿茸、何首乌、淫羊藿 生精补髓、强脑安神。用于头晕、乏力、健忘等
365张华峰等: 药用植物淫羊藿资源可持续利用现状与展望
含量很低, 达不到《中国药典》要求(未发表数据)。(4)
虽然近年来开展了一些淫羊藿野生资源保护、抚育与
可持续利用研究并取得了一些进展, 但是用于实践的研
究成果却寥寥无几(孙超等, 2003b)。
2 淫羊藿资源可持续利用研究进展与存
在的问题
2.1 淫羊藿的人工栽培
人工栽培淫羊藿是实现野生药材保护和资源可持续利用
的重要切入点。一些学者就淫羊藿引种、驯化与栽培
做了大量工作。石进校等(2000)发现引种时期显著影
响移栽成活率。1月、6月和 12月在湖南省移栽箭叶
淫羊藿的成活率很低。这是因为1月和12月时地温很
低, 移栽对根有损伤, 而栽培时覆土又很浅(覆土太深新
叶无法出土), 致使植株再生力降低, 容易枯死; 6月以后,
气温过高, 植株蒸腾量大, 根系伤口容易染病, 移栽成活
率也很低。因此, 移栽应当在 2-4月进行, 以 2、3月
为最佳。这一时期淫羊藿代谢旺盛, 再生力强, 老叶和
根可为植株的形态重建提供充足营养, 气候适宜, 成活率
高。孙超等(2003a, 2004)的研究证明在贵州省引种巫
山淫羊藿和粗毛淫羊藿的适宜时期为入冬以后, 此时淫
羊藿进入休眠期, 移栽成活率较高, 移栽后能顺利完成从
萌芽、开花到结果直至种子成熟这一完整的生活史, 种
子亦能自行打破休眠萌发生长。本实验室研究发现, 人
工栽培的箭叶淫羊藿在湖北省武汉市没有明显的落叶和
休眠现象, 但是10月以后植株会进入缓慢生长期, 待越
冬芽形成之后移栽成活率较高(未发表数据)。董然等
(2003a)从选地、整地、种子处理和苗期管理等方面提
出了在吉林省敦化市山区、半山区以及类似地区朝鲜
淫羊藿的规范化有性繁殖(种子繁殖)育苗技术规程。但
是Feng等(2006)的研究却表明心叶淫羊藿的无性繁殖
(分株繁殖或根茎繁殖)能力强于有性繁殖。本实验室研
究发现, 淫羊藿属部分物种的种子保藏十分困难, 萌发条
件不易调控和掌握, 而根和根状茎却很发达, 地下根茎可
以顺利萌发新芽并长出枝叶、形成新植株, 暗示不同淫
羊藿物种的最佳繁殖方式可能不尽相同(未发表数据)。
冉懋雄等(2002)按照中药材生产质量管理规范(good
agricultural practice, GAP)指导原则和产品标准, 制定
了巫山淫羊藿和粗毛淫羊藿的规范化种植或者与保护抚
育相结合生产的生态环境、生产技术、采收与产地加
工、质量标准、包装与标志及贮存与运输等技术要求,
为淫羊藿的人工栽培提供了重要的参考依据。
淫羊藿的药理活性及其药效物质基础十分复杂。
除黄酮类化合物外, 淫羊藿的药效还受到多糖和微量元
素等多种生物活性物质的影响(Liu et al., 2004; 李作洲
等, 2005)。为了揭示栽培方式对淫羊藿药理活性成分
的效应, 为淫羊藿的GAP栽培提供参考依据, 一些学者
对野生和栽培淫羊藿中黄酮类化合物和微量元素等的含
量进行了比较研究。石进校等(2000)发现箭叶淫羊藿在
湖南省人工栽培1年后总黄酮含量显著增加; 栽培2年
后, 总黄酮含量有所下降。孙超等(2005)发现巫山淫羊
藿在贵州省人工栽培2年后不同部位的淫羊藿苷(icariin)
含量不同, 各部位在不同采收季节的淫羊藿苷含量也不
同。其中, 叶片中淫羊藿苷含量最高, 须根、根状茎
次之, 地上茎最低; 对叶片来说, 夏季(6月)淫羊藿苷含
量最高, 秋季(9月)次之, 冬季(12月)最低。陈惠玲等
(2001)发现, 在贵州省贵阳市人工栽培的箭叶淫羊藿中
Zn、Cu、Mn、Fe、Co、Ni、Sr、Li 和Mg 9 种
元素的含量均高于野生淫羊藿, 但是Ca的含量却低于野
生淫羊藿。
总体上看, 当前有关淫羊藿人工栽培的研究十分活
跃, 有助于推进资源保育和可持续利用进程, 但是也存在
不少问题。(1)淫羊藿优良品种选育研究滞后, 几乎所有
的人工栽培研究都只是简单地移栽野生淫羊藿, 忽视对
高产、优质、适应性强、抗逆性好且易于栽培的良种
的选育工作。(2)淫羊藿GAP栽培研究亟待深入进行。
淫羊藿的生长、繁殖以及药理活性成分的含量可能受
到日照、温度、土壤与湿度等多种因素的影响(董然等,
2003b; 冯图等, 2005; 吴春梅等, 2008; Zhang et al.,
2008), 只有系统考察这些因素对淫羊藿生长、繁殖与
药效的作用效应, 并对人工栽培加以指导, 才可能最终实
现淫羊藿的GAP规范化栽培与标准化种植, 生产出大量
疗效可靠、质量稳定的优质药材。(3)淫羊藿药材的道
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地性本质以及其药理活性的化学和遗传学基础等基本问
题尚未完全阐明, 这从某种程度上制约了人工栽培的研
究进度。
2.2 淫羊藿野生资源的保护与抚育
初步研究表明, 野生生境或群落类型对淫羊藿克隆构
型、种群特征、植株高度、花序长度、单株结果率、
主次果枝结果率和种子千粒重等均具有重要影响(冯图
等, 2005; 吴春梅等, 2008)。在淫羊藿自然分布的群落
类型中实施野生抚育或者人工半抚育, 对于保护淫羊藿
野生资源、扩大种群数量和生存地域、突出物种生物
学特性与产地生态适宜性、弥补人工栽培的局限性和
保证道地药材供应等都具有一定的现实意义。杨子松
和黎云祥(2008)从生态位的角度探讨了自然植被群落中
心叶淫羊藿适宜生长的海拔高度、光照强度、土壤含
水量、土壤pH值、土壤有机质含量和土壤深度, 为心
叶淫羊藿野生资源的保护与抚育提供了参考依据。本
实验室调查发现, 吉林省长白县和敦化市的朝鲜淫羊藿
人工半抚育居群的资源保育情况和药材质量皆显著优于
野生居群(徐艳琴等, 2008)。但是目前淫羊藿野生抚育
和人工半抚育研究尚处于起步阶段, 抚育区域和抚育物
种种类都很有限。近年来, 人参(Panax ginseng)和川
贝母(Fritillaria cirrhosa)等著名药材的野生抚育均取得
了重大进展(Chen et al., 2006), 为淫羊藿的野生抚育
或人工半抚育提供了宝贵的参考案例。
3 淫羊藿野生药材保护与可持续利用策

淫羊藿是重要的天然植物资源, 在中药和功能性食品等
产业中占有重要地位。面对野生资源不断被破坏并日
渐枯竭的现状, 必须采取科学、有效的手段加强资源的
保育和可持续利用。
3.1 加快人工栽培研究步伐
用GAP人工栽培的淫羊藿代替或部分代替野生药材是
淫羊藿野生药材保护与可持续利用的重要途径。加快
淫羊藿规范化栽培和标准化种植研究进度, 不仅具有可
观的经济效益, 而且具有巨大的社会效益。
3.1.1 重视淫羊藿良种选育
虽然淫羊藿品种(物种)繁多, 但是大多数品种中有效黄酮
类化合物(如淫羊藿苷)含量偏低, 不符合《中国药典》
规定(Shen et al., 2007; Zhang et al., 2008)。国际著
名的淫羊藿收集和育种工作者Darrell Probst通过杂交
育种选育出了许多花、叶、茎色彩绚丽且形状别致的
地被观赏淫羊藿新品种, 取得了良好的经济和社会效
益。运用传统育种技术, 结合分子育种技术, 选育高
产、优质、适应性强、抗逆性好、易于栽培的药用
淫羊藿新品种, 亦具有较高的可行性和现实意义。通过
遗传修饰调控植物黄酮类化合物的生物合成过程来增加
目标黄酮类化合物的产量是代谢工程(途径工程)和分子
育种研究的热点之一(Yu et al., 2003; Rosati et al.,
2004; 张华峰等, 2006)。将新疆雪莲(Saussurea
involucrata)的查耳酮异构酶(chalcone isomerase)基因
转入水母雪莲(S. medusa), 所得转基因水母雪莲毛状根
细胞系培养5周后, 芹菜素(apigenin)和总黄酮产率分别
高达32.1和647.8 mg·L-1, 分别为野生细胞系的12和
4倍(Li et al., 2006)。将大豆(Glycine max)异黄酮合
成酶(isoflavone synthase)基因导入烟草(Nicotiana
tabacum)、莴苣(Lactuca sativa)和矮牵牛(Petunia
h y b r i d a )中, 转基因植物均可合成染料木黄酮
( ge n i s t e i n ) ; 在烟草中抑制二氢黄酮 - 3 - 羟化酶
(flavanone 3-hydroxylase)基因的表达并使异黄酮合成
酶基因过量表达, 染料木黄酮的产量会进一步提高; 在烟
草 和 莴 苣 中 同 时 过 量 表 达 苯 丙 氨 酸 解 氨 酶
(phenylalanine ammonialyase)和异黄酮合成酶基因比
单独过量表达异黄酮合成酶基因产生更多的染料木黄酮
(Liu et al., 2007)。目前, 本实验室通过大量的EST测
序和同源克隆等方法从淫羊藿中克隆得到了黄酮醇合成
酶(flavonol synthase)、二氢黄酮-3-羟化酶等结构酶
基因和调控基因(未发表数据), 从而为淫羊藿黄酮类化合
物生物合成途径的分子调控以及药用新品种的选育奠定
了一定的基础。
367张华峰等: 药用植物淫羊藿资源可持续利用现状与展望
3.1.2 系统探讨栽培方式或环境条件对淫羊藿药材
的效应
全面考察日照、温度、降水量、土壤、水质、湿
度、地势以及伴生群落植物等因素对淫羊藿生长、繁
殖以及药效的影响, 有助于给淫羊藿的GAP规范化栽培
和标准化种植提供指导, 并为淫羊藿药材道地性机制的
阐明提供依据。笔者比较研究了中国科学院武汉植物
园人工栽培的巫山淫羊藿、箭叶淫羊藿与野生淫羊藿
中总黄酮、淫羊藿苷、朝藿定(epimedin) A、朝藿定
B、朝藿定C、总多糖、维生素C以及多种微量元素
的含量, 并分析了黄酮类化合物等重要药理活性成分种
类与含量水平的季节性和地域性变异趋势, 发现栽培方
式或环境条件对某些生物活性物质的含量具有重要影响
(待发表)。
3.1.3 严格监控药材质量
淫羊藿药材质量可能受到物种或品种、产地或生境、
采摘或收获时期、栽培技术、病虫害、贮藏方法和包
装方式等多种因素的影响(陈惠玲等, 2001; 孙超等,
2005; Zhang et al., 2008)。在人工栽培过程中, 只有
严格检测药理活性成分与毒性物质含量, 才可能保证药
材疗效可靠、质量稳定。
3.2 开展淫羊藿细胞工程和组织培养研究
通过植物细胞工程和组织培养方法生产黄酮类化合物、
生物碱和蒽醌类化合物等次级代谢产物已有大量报道
(Federici et al., 2003; Luczkiewicz and Kokotkiewicz,
2005; Li et al., 2006; 贾莉芳等, 2008)。Gao等(2006)
采用水母雪莲细胞悬浮培养生产的黄酮类化合物具有显
著的抗氧化活性。Federici等(2003)筛选的大豆愈伤组
织培养系可以产生高雌激素活性的异黄酮, 在生物反应
器(10 L)中的生产速率高达 60 mg·L-1·d-1。开展淫羊
藿细胞工程和组织培养研究, 有望实现重要药理活性成
分(如黄酮类化合物)的大规模生产, 从而减少对野生药材
的采挖和消耗。Yamamoto等(1992)证实, 二叶淫羊藿
(E. diphyllum)的愈伤组织能产生大量淫羊藿属苷A(朝
鲜淫羊藿甙A, epimedoside A)和少量diphylloside B、
大花淫羊藿苷 F ( i ka r i so s i de F )、淫羊藿属苷 E
(epimedoside E)、淫羊藿苷、朝藿定A、朝藿定B
和朝藿定C等; 并且愈伤组织产生的黄酮醇糖苷的量高
于原植株。Yamamoto等(1997)又对二叶淫羊藿悬浮
培养细胞的二甲烯丙基转移酶 ( d i m e t h y l a l l y l
transferase)的活性进行了研究。本实验室也已诱导出
了箭叶淫羊藿和巫山淫羊藿的愈伤组织(未发表数据), 有
望在今后开展利用细胞工程或组织培养技术规模化生产
淫羊藿次级代谢产物(如淫羊藿苷)的研究, 从而拓展淫羊
藿野生资源保护的思路和途径。
3.3 利用微生物发酵工程生产淫羊藿有效黄酮
类化合物
微生物生长迅速且易于培养, 适于大规模发酵生产。在
微生物中表达淫羊藿有效成分黄酮类化合物合成代谢相
关基因并进行发酵, 有望实现黄酮类化合物的大规模、
工业化生产。目前已证明, 原核和真核微生物均可用来
表达、发酵、合成或转化黄酮类化合物(Dixon and
Ferreira, 2002; Shindo et al., 2003; Willits et al., 2004;
Jiang et al., 2005; Yan et al., 2005; 张华峰, 2006)。
Leonard等(2006)在大肠杆菌(Escherichia coli)中表达
植物 P 45 0 类黄酮羟化酶(如类黄酮 - 3 , 5 - 羟化酶
(flavonoid 3, 5-hydroxylase)), 可使宿主合成植物特异
性黄酮类化合物。今后, 在条件允许的情况下, 可以尝
试利用微生物生产淫羊藿黄酮类化合物, 从而减少对野
生淫羊藿药材的采挖与消耗。
3.4 加强淫羊藿有效成分的分离工程研究
筛选药理活性成分种类合理、含量丰富的淫羊藿药材
原料, 改进淫羊藿提取物的制备工艺, 提高有效成分的分
离、纯化效率和收率, 对于提高药材原料利用率和减少
药材消耗量具有重要的意义。事实上, 无论是利用植物
还是微生物生产淫羊藿生物活性物质(如黄酮类化合物),
提取都是关键环节之一, 因而必须重视淫羊藿有效成分
的下游加工过程研究。笔者初步建立了淫羊藿特有黄
酮醇糖苷与粗多糖的外场辅助提取工艺(Zhang et al.,
2008), 并设计出了一种新型超声波-微波耦合提取设备
368 植物学报 44(3) 2009
(张华峰等, 2007), 在淫羊藿有效成分提取中具有一定的
应用价值。
3.5 在特定地区加大行政监管力度
中药资源的保护和可持续利用是一个复杂的系统工程,
不仅涉及药学、农学和生态学等知识支撑, 而且需要医
药卫生、农林和工商等各级主管部门的协调配合。目
前我国中药资源的监督和管理主体缺位, 权责不明, 资源
监测网络不全, 缺乏资源预警机制, 这些问题都可能影响
淫羊藿资源的保护和可持续利用。2000年, 日本将数
种淫羊藿野生资源列入国家植物红皮书(red data book
of plants in Japan), 从法律角度给予了保护(Horie et al.,
2007)。我国是世界淫羊藿物种的主要分布地, 也是国
际淫羊藿药材与提取物的主要供应国, 对野生药材的长
期无序采挖已经使一些野生资源濒临枯竭, 因此有必要
从行政角度加以监管和保护。对于一些具有重要经济
价值或者珍稀濒危的淫羊藿物种, 应当建立野生抚育或
人工半抚育区, 禁止或限制采挖和收购野生药材的地下
根茎, 鼓励和支持建立GAP人工栽培基地, 从而推动野
生资源的保育和可持续利用。
参考文献
陈惠玲, 魏升华, 王建科, 杨耕 (2001). 贵阳地区不同产地的箭叶
淫羊藿微量元素及总黄酮含量测定. 微量元素与健康研究 18 ,
36-37.
董然, 冯玉才, 刘丽娟, 李存勇 (2003a). 朝鲜淫羊藿规范化育苗技
术. 吉林农业大学学报 25, 637-638.
董然, 冯玉才, 刘丽娟, 李存勇 (2003b). 光照对野生朝鲜淫羊藿有
效成分含量的影响. 吉林农业大学学报 25, 413-415.
冯图, 黎云祥, 杨子松, 钱宝英 (2005). 不同生境中淫羊藿克隆构
型和分株种群特征. 生态科学 24, 298-303.
贾莉芳, 王晓军, 赵民安 (2008). 新疆雪莲体细胞胚胎发生. 植物
学通报 25, 85-88.
李作洲, 徐艳琴, 王瑛, 黄宏文 (2005). 淫羊藿属药用植物的研究
现状与展望. 中草药 36, 289-295.
冉懋雄, 魏德生, 邹剑灵, 林昌虎 (2002). 淫羊藿规范化种植与保
护抚育标准操作规程(SOP)(讨论稿). 中药研究与信息 4, 17-20,
30-30.
石进校, 刘应迪, 覃事栋, 陈军 (2000). 淫羊藿栽培研究初报. 药学
实践杂志 18, 327-328.
孙超, 林昌虎, 邹剑灵, 钟雁 (2003a). 淫羊藿试种初报. 中药材 26,
544-545.
孙超, 林昌虎, 钟雁, 邹剑灵, 朱立 (2003b). 贵州淫羊藿属植物资
源的保护与合理开发利用研究. 中国药学杂志 38, 576-578.
孙超, 张勇民, 邹剑灵, 林昌虎, 钟雁 (2005). 人工栽培巫山淫羊
藿苷含量研究. 中华中医药杂志 20, 670-671.
孙超, 邹剑灵, 钟雁, 林昌虎 (2004). 淫羊藿属 3种植物引种栽培
研究. 中国中药杂志 29, 274-275.
吴春梅, 黎云祥, 张洋, 张吉伟 (2008). 淫羊藿种子产量与生境的
关系. 广西植物 28, 206-210.
徐艳琴, 李作洲, 张学军, 陈建军, 周建峰, 王瑛 (2008). 三种药用
淫羊藿的地理分布与资源调查. 武汉植物学研究 26, 91-98.
杨子松, 黎云祥 (2008). 金城山淫羊藿生长适宜环境因子. 安徽农
业科学 36, 7730-7734.
姚连初, 刘宝玲, 刘晓芳 (2004). 淫羊藿及混乱品种的鉴别. 中国
中药杂志 29, 492-492.
应俊生 (2002). 淫羊藿属(小檗科)花瓣的演化和地理分布格局的研
究. 植物分类学报 40, 481-489.
张华峰 (2006). 类黄酮合成研究现状与展望. 中国食品添加剂 6,
128-133.
张华峰, 王瑛, 黄宏文 (2006). 黄酮类化合物生物合成途径的进化
及其在淫羊藿中的研究展望. 中草药 37, 1745-1751.
张华峰, 王瑛, 张华强 (2007). 调温型超声波微波耦合提取装置.
中国, ZL200720086099.7. 2007-07-24.
张华峰, 杨晓华 (2009). 淫羊藿药材质量控制的问题与对策. 中草
药 40, 160-163.
Chen KK, Chiu JH (2006). Effect of Epimedium brevicornum
Maxim extract on elicitation of penile erection in the rat. Urol-
ogy 67, 631-635.
Chen S, Xiao S, Wei J, Dai Y, Xiao P (2006). Sustainable devel-
opment model of Chinese medicinal materials based pharma-
ceutical products: case studies from bulbuls Fritil lariae
cirrhosae.Asia-Pac Tradit Med 2, 72-75.
Dixon RA, Ferreira D (2002). Genistein. Phytochemistry 60, 205-
211.
Federici E, Touche A, Choquart S, Avanti O, Fay L, Offord E,
Courtois D (2003). High isoflavone content and estrogenic
activity of 25 year-old Glycine max tissue cultures. Phytochem-
istry 64, 717-724.
Feng T, Li Y, Qian B, Yang Z (2006). Biomass allocation pattern
of modules in ramet population of Epimedium brevicornu. J
China West Norm Univ 27, 42-47.
Gao M, Song BZ, Liu CZ (2006). Dynamic microwave-assisted
extraction of flavonoids from Saussurea medusa Maxim cul-
369张华峰等: 药用植物淫羊藿资源可持续利用现状与展望
tured cells. Biochem Eng J 32, 79-83.
Horie S, Suzuki K, Maki M ( 2007). Charac terization of
microsatelli te loci for a barrenwor t species (Epimedium
diphyllum, Berberidaceae). Mol Ecol Notes 7, 1172-1174.
Jiang H, Wood KV, Morgan JA (2005). Metabolic engineering of
the phenylpropanoid pathway in Saccharomyces cerevisiae.
Appl Environ Microbiol 71, 2962-2969.
Leonard E, Yan Y, Koffas MAG (2006). Functional expression
of a P450 flavonoid hydroxylase for the biosynthesis of plant-
specific hydroxylated flavonols in Escherichia coli. Metab
Eng 8, 172-181.
Li FX, Jin ZP, Zhao DX, Cheng LQ, Fu CX, Ma F (2006).
Overexpression of the Sauss urea medusa chalc one
isomerase gene in S. involucrata hairy root cultures enhances
their biosynthesis of apigenin. Phytochemistry 67, 553-
560.
Liu CM, Zhao XL, Liu ZQ, Xing JP (2004). Isolation and extrac-
tion of total flavonoids from Epimedium koreanum Nakai by
supercritical fluid extraction. Chem Res Chin Univ 20, 707-
710.
Liu R, Hu Y, Li J, Lin Z (2007). Production of soybean isoflavone
genistein in non-legume plants via genetically modified sec-
ondary metabolism pathway. Metab Eng 9, 1-7.
Lu Y, Wang D, Hu Y, Huang X, Wang J (2008). Sulfated modifi-
cation of epimedium polysaccharide and effects of the modifi-
ers on cellular infectivity of IBDV. Carbohydr Polym 71, 180-
186.
Luczkiewicz M, Kokotkiewicz A (2005). Co-cultures of shoots
and hairy roots of Genista tinctoria L. for synthesis and
biotransformation of large amounts of phytoestrogens. Plant
Sci 169, 862-871.
Meng FH, Li YB, Xiong ZL, Jiang ZM, Li FM (2005). Osteoblas-
tic proliferative activity of Epimedium brevicornum Maxim.
Phytomedicine 12, 189-193.
Naeyer AD, Pocock V, Milligan S, Keukeleire DD (2005). Es-
trogenic activity of a polyphenolic extract of the leaves of
Epimedium brevicornum. Fitoterapia 76, 35-40.
Pan Y, Kong L, Li Y, Xia X, Kung H, Jiang F (2007). Icariin from
Epimedium brevicornum attenuates chronic mild stress-in-
duced behavioral and neuroendocrinological alterations in male
Wistar rats. Pharmacol Biochem Behav 87, 130-140.
Rosati C, Simoneau P, Treutter D, Poupard P, Cadot Y, Cadic
A, Duron M (2004). Engineering of flower color in forsythia
by exp res sion of two i n dep ende ntl y - tr ans formed
dihydroflavonol 4-reductase and anthocyanidin synthase
genes of flavonoid pathway. Mol Breed 13, 209-210.
Shen P, Guo BL, Gong Y, Hong DYQ, Hong Y, Yong EL (2007).
Taxonomic, genetic, chemical and estrogenic characteristics
of Epimedium species. Phytochemistry 68, 1448-1458.
Shindo K, Kagiyama Y, Nakamura R, Hara A, Ikenaga H,
Furukawa K, Misawa N (2003). Enzymatic synthesis of novel
antioxidant flavonoids by Escherichia coli cells expressing
modified metabolic genes involved in biphenyl catabolism. J
Mol Catal B Enzym 23, 9-16.
Stearn WT (2002). The Genus Epimedium and Other Herba-
ceous Berberidaceae. Portland: Timber Press. pp. 3-42, 174-
176.
Wang YK, Huang ZQ (2005). Protective effects of icariin on hu-
man umbilical vein endothelial cell injury induced by H2O2 in
vitro. Pharmacol Res 52, 174-182.
Ward BJ (2004). The Plant Hunter’s Garden: The New Explorers
and Their Discoveries. Portland: Timber Press. pp. 134-134.
Willits MG, Giovanni M, Prata RTN, Kramer CM, Luca VD,
Steffens JC, Graser G (2004). Bio-fermentation of modified
flavonoids: an example of in vivo diversification of secondary
metabolites. Phytochemistry 65, 31-41.
Wu H, Lien EJ, Lien LL (2003). Chemical and pharmacological
investigations of Epimedium species: a survey. Prog Drug
Res 60, 1-57.
Yamamoto H, Ieda K, Tsuchiya SI, Yan K, Tanaka T, Iinuma
M, Mizuo M (1992). Flavonol glycoside production in callus
cultures of Epimedium diphyllum. Phytochemistry 31, 837-
840.
Yamamoto H, Kimata J, Senda M, Inoue K (1997). Dimethylallyl
diphosphate: kaempferol 8-dimethylallyl tr ansferase in
Epimedium diphyllum cell suspension cultures. Phytochem-
istry 44, 23-28.
Yan Y, Chemler J, Huang L, Martens S, Koffas MA (2005).
Metabolic engineering of anthocyanin biosynthesis in Escheri-
chia coli. Appl Environ Microbiol 71, 3617-3623.
Yu O, Shi J, Hession AO, Maxwell CA, McGonigle B (2003).
Metabolic engineering to increase isoflavone biosynthesis in
soybean seed. Phytochemistry 63, 753-763.
Zhang HF, Yang TS, Li ZZ, Wang Y (2008). Simultaneous ex-
traction of epimedin A, B, C and icariin from Herba Epimedii by
ultrasonic technique. Ultrason Sonochem 15, 376-385.
370 植物学报 44(3) 2009
Sustainable Use of Epimedium Resources:
Current Status and Prospects
Huafeng Zhang1, 2, Xiaohua Yang2, 3*, Yurong Guo1, Ying Wang2
1National Engineering Laboratory of Endangered Medicinal Materials Resources Development in Northwest China, College of Food
Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China
2Key Laboratory of Plant Conservation Genetics, Wuhan Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430074, China
3School of Medicine, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
Abstract Herba Epimedii is a unique and traditional Chinese medicinal plant that plays important roles in traditional Chinese
medicine, functional food and landscaping design. Currently, wild Epimedium plants are the main source of the Chinese medicinal
material. Wild harvesting has depleted the natural population to such a degree that the plant has become threatened with extinction
for certain species. As a result, conserving and utilizing the wild Epimedium species sustainably is essential. Good agricultural
practice cultivation, production in natural habitats and wild-simulated production of Epimedium species are efficient methods for
increasing the supply and protecting the wild resource. The flavonoids for the important pharmacological activities of Herba
Epimedii can also be produced by biological techniques such as metabolic engineering, cell and organ cultures and microbial
fermentation, which might provide alternative strategies to reduce the consumption of wild plant resources. Additionally, under-
standing the phytochemical components comprehensively for different Epimedium species and improving the extraction recovery
of the bioactive ingredients to optimize the usage of different species and protect the wild plants are important. As well, further
administrative efforts should be employed to ensure the conservation of the rare and endangered germplasm.
Key words biotechnology, cultivation, Herba Epimedii , sustainable uti lization, wi ld resource
Zhang HF, Yang XH, Guo YR, Wang Y (2009). Sustainable use of Epimedium resources: current status and prospects. Chin Bull Bot 44,
363-370.
* Author for correspondence. E-mail: yangxh800611@163.com
(责任编辑: 刘慧君)