中藥材生產的化學調控探討△

胡國強，袁媛，秦雙雙，楊兆春

(中國中醫科學院中藥研究所，北京 100700)

中藥資源

中藥材生產的化學調控探討△

胡國強，袁媛*，秦雙雙，楊兆春

(中國中醫科學院中藥研究所，北京 100700)

綜述了中藥材生產化學調控的意義、方法、原理和應用，植物化學控制技術可以定向調控中藥材的生長發育和有效成分的積累，以使藥材的質量得到改善，在中藥材標準化栽培領域將發揮重要的作用。

藥材栽培；化學控制；定向調控

隨著對中藥材需求的急劇增加，野生中藥資源，尤其是道地藥材資源受到嚴重破壞，嚴重制約了我國中醫藥的可持續發展。藥材的人工馴化和規范化種植已成為解決目前藥材緊缺的重要手段之一，但栽培藥材的質量存在著參差不齊的狀況，這與藥材種植地的氣候特征、栽培措施、采收時期等均有著密切的關系。如何尋找一種高效的方法使之能夠改善植物的生長周期、物質含量、化學成分及實用效價等已成為今后藥用植物栽培管理的主要研究方向和目標。

外界因素對藥材的生長及有效成分積累的影響都離不開植物激素信號的調控。通過施用植物生長調節劑可以控制植物體內激素的動態平衡，從而影響植物的生長發育，已得到研究者的廣泛共識。隨著科技的發展和日趨成熟，通過特定技術手段人為地使事物的發展朝著有利于人們生產和生活的方向已成為可能，以植物生長調節劑為基礎的質量化學控制方法作為一種新興的科學技術，正逐步成為控制藥用植物生長和藥材生產的重要內容。

本文介紹了中藥材生產化學調控的研究內容和方法，通過分析近年來在相關領域研究的進展情況，說明了化學控制技術在中藥材質量和產量上的重要作用，及在藥用植物栽培上的便捷應用和突出成效，以期對今后開展藥用植物化學調控研究及中藥材標準化栽培具有重要的參考價值。

1 中藥材生產化學調控的意義和優越性

植物生產化學控制是指用植物生長調節劑來有目的地調控植物的生長，是增加農產品產量、改進質量和便利采收的技術，非常經濟有效[1]。植物的種子萌發、分化、生長、開花、結實、成熟、脫落、休眠等過程，無一不受植物激素的控制。植物激素在植物生長發育方面起著關鍵的調控作用，而植物化學控制是通過應用植物生長調節劑，通過影響植物內源激素系統而調節植物的生長發育過程，使其朝著人們預期的方向和程度發生變化的技術手段。所以植物的化學控制在植物的生長發育方面有其優越的先決條件。植物生長調節劑之所以能改變植物的生長發育過程，主要在于它們可以影響植物內源激素的合成、運輸、代謝、與受體的結合以及此后的信號轉導過程[2]。水肥運籌、株行配置等傳統栽培措施重在改善水分、養分、光照等環境因素，為植物生產潛力的發揮創造條件；而植物的化學控制則在于主動調節植物自身的發育過程，不僅使其能及時適應環境條件的變化，充分利用自然資源，而且在個體與群體、營養生長與生殖生長的協調方面更為有效。

在中藥材生產上，植物化學控制作為一門新的學科在研究植物生長物質對藥材生長、發育、貯藏等過程的影響也發揮著重要的作用。它不僅為現代化中藥生產提供了一種新的技術方法，而且以植物生長物質作用于藥用植物的生理研究為基礎，對其生長、發育過程予以調控，可以促進藥用植物的扦插快繁殖、矮化植株、協調營養物質分配、打破種子休眠、促進萌發、調節營養生長和生殖生長、延長生育期、提高產量，從而獲得能夠滿足人們要求的中藥材產品。

2 植物激素與中藥材有效成分的相互作用

目前激素與次生代謝物間的相互作用研究是生命科學領域的熱點，隨著植物激素的生理功能與作用機制研究的不斷深入，人們發現植物激素與次生代謝物質存在不同層次的相互作用，并共同調節植物的生長發育、對逆境的適應以及植物的防衛反應等。植物次生代謝產物可根據其生物合成的前體分為三大類：(1)生物堿類，吲哚丙酸(IPA)、吲哚丁酸(IBA)及茉莉酮酸等植物激素或作為生物堿合成的主要前體物質和中間代謝物質，可能參與生物堿的合成，對植物的有效成分積累有直接或相關的作用。(2)萜類，在植物五大激素中，脫落酸(ABA)、赤霉素(GA)和細胞分裂素(CTK)的生物合成的前體物質均包括異戊烯基蕉磷酸(IPP)，因此這3種激素與萜類化合物具有直接或間接的相關性。(3)酚類，生長素(IAA)和脫落酸(ABA)等植物激素與這些途徑的中間代謝物質都有聯系，也能通過調控酶的活性間接地對酚酸類化合物的合成產生影響[3]。

植物次生代謝物質一般是中藥材的主要藥理活性成分，通過調控植物自身內源激素和有目的性的施加植物生長調節劑改變中藥材的質量已成為現今研究的重點，并在實踐中取得了很大的成效。Rijhwani等[4]用果膠酶、甲殼質、茉莉酮酸3種誘導子分別添加到長春花毛狀根培養的后期指數期，結果發現茉莉酮酸對生物堿積累的影響較明顯，增加了阿瑪堿、蛇根堿、洛克新堿的含量。于樹宏等[5]研究表明茉莉酸甲酯(MJ)可提高野葛毛狀根中葛根素、大豆苷元、總異黃酮的水平，ABA對總異黃酮的合成與分泌等也有顯著的促進作用。已有足夠的證據表明，茉莉酸類物質主要是通過誘導細胞色素P450酶的活性的提高來促進植物次生代謝物質的生物合成。王學勇等[6]通過實驗首次證明了茉莉酸甲酯能有效提高丹參酮類成分在丹參毛狀根中的積累并刺激其向培養基中釋放。

3 植物生長調節劑在中藥材生產上的應用

植物生長調節劑的種類很多，但根據其來源、作用方式、應用效果等大體分為以下幾類。

3.1 生長素類

生長素類是農業上應用最早的生長調節劑。最早應用的是IPA和IBA，目前生產上應用最多的是IBA、萘乙酸(NAA)、3-吲哚丁酸(2，4-D)。生長素類的主要生理作用為促進植物器官生長、防止器官脫落、促進坐果、誘導花芽分化。馬文景等[7]發現在亞硫酸鉍瓊脂(BS)培養基上，對不同濃度的NAA可以顯著提高桅子生根的數量。

3.2 赤霉素類

赤霉素種類很多，已發現有121種，都是以赤霉烷(gibberellane)為骨架的衍生物，目前市場供應的多為赤霉素3(GA3)。赤霉素類主要的生理作用是促進細胞伸長、防止離層形成、解除休眠、打破塊莖和鱗莖等器官的休眠，也可以誘導開花、增加某些植物坐果和單性結實、增加雄花分化比例等。例如在金銀花現蕾初期噴施GA3和油菜素內酯(BR)對金銀花的盛花期幾乎沒有影響，但對始花期分別有提前、延遲的作用，且可以提高綠原酸的含量[8]。赤霉素浸種還有利于提高黨參種子發芽率[9]。

3.3 細胞分裂素類

細胞分裂素類是以促進細胞分裂為主的一類植物生長調節劑，都為腺嘌呤的衍生物。常見的人工合成的細胞分裂素有：激動素(KT)、6-芐基腺嘌呤(6-BA)和四氫吡喃芐基腺嘌呤(PBA)等。細胞分裂素類主要的生理作用是促進細胞分裂、誘導芽分化、促進側芽發育、消除頂端優勢、抑制器官衰老、增加坐果和改善果實品質等。不同濃度的激動素(KT)對菊花綠蕾期葉片生理生化及花期有推遲或延長影響[10]。

3.4 乙烯類

乙烯因在常溫下呈氣態而不便使用，常用的為各種乙烯發生劑，它們被植物吸收后，能在植物體內釋放出乙烯。乙烯發生劑有乙烯利(CEPA)、橄欖離層劑(Alsol)、二氯-雙(酚甲氧基)-硅烷(CGA-15281)、1-氨基環丙烷-1-羧酸(ACC)、環己亞胺等，生產上應用最多的是乙烯利。乙烯利在生產上的主要作用是催熟果實、促進開花和雌花分化、促進脫落、促進次生物質分泌等。黃鳳蘭等[11]研究通過基因工程手段將乙烯信號轉導途徑和生物合成途徑的相關基因轉化到植物體內，從而延長花期的應用，將生物技術與化學調控技術有機結合起來，具有很好的應用前景。

3.5 生長抑制劑和生長延緩劑

生長抑制劑是抑制植物頂端分生組織生長的生長調節劑，可使細胞的分裂減慢，伸長和分化受到抑制。但能促進側枝的分化和生長，破壞頂端優勢，增加側枝數目，使植株形態發生很大變化。常見的生長抑制劑有三碘苯甲酸(TIBA)、整形素、青鮮素(MH)等。生長延緩劑是抑制植物亞頂端分生組織生長的生長調節劑，使植物的節間縮短，株形緊湊，植株矮小，但不影響頂端分生組織的生長、葉片的發育和數目、花的發育。常見的生長延緩劑有矮壯素(CCC)、助壯素(Pix)、多效唑(PP333)、烯效唑(S-3307)、比久(B9)等。隨著B9濃度的增高，菊花株高呈逐漸降低趨勢；B9和CCC都可延遲菊花的開花期，顯著增加菊花葉片中的葉綠素含量[12]。在增葉期用PP333，B9、MH單獨或混合物噴施，可有效控制當歸早期抽苔，提高根重和根冠比，縮短第1莖節長度，增加基節粗度，促進葉片光合作用，使根頭體積增大，提高優等當歸出成率[13]。

3.6 其他類生長調節劑

有一些新發現和新合成的植物生長調節劑具有與上述調節劑不同的作用方式或機理，由于對其性質尚未完全弄清，暫歸為一類。如玉米赤霉烯酮、寡糖素、三十烷醇等。

4 中藥材生產化學調控的應用前景

植物生長調節劑對藥用植物生長發育、有效成分含量的影響，說明化學調控在調控藥材生產方面發揮重要的作用。利用植物化學控制技術可以在中藥材生產方面有效地減少人力物力的消耗以及自然環境的限制，簡便且更有利于產業規模化，為中藥走向國際化提供一個優勢的平臺。目前，中藥材生產的化學調控研究尚處于起步階段，相關研究報道甚少。

由于不同藥材的生長發育特征、采收規律、對水肥的要求不同，對不同的植物生長物質也有著不同的反應，因此如何根據這些特點采用相應的試劑進行處理，實現“定向調控”，以獲得預期的化學調控效果，如開發人工種植新技術、縮短藥材生長年限、控制藥材有效成分的積累，使得不同產地生產的中藥材質量保持穩定等是中藥材生產化學調控在應用方面的主要研究方向。而進一步闡明中藥材化學調控的生理機制，可為應用于生產實踐打下基礎。尋求如何突破植物生長調節劑新品種開發的“瓶頸”，保障為植物化學控制技術提供新的物化載體，也是當前研究的重要課題。隨著細胞水平、分子水平、基因水平的研究技術日益完善，生物學科與化學學科的交叉應用也如火如荼地進行著，并且也取得了可喜的成效，植物激素工程作為其中重要的一個方向也越來越得到廣泛的重視。

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中國博士后科學基金(2009450559)

*袁媛，E-mail:yyuan0732@gmail.com

2010-02-04)