天麻及其種質(zhì)資源研究進(jìn)展

劉明學(xué) 李 梁 牛靖娥,3

（1.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川 綿陽(yáng)621010；2.綿陽(yáng)市中醫(yī)藥研究所，四川 綿陽(yáng)621000；

3.綿陽(yáng)高新區(qū)生物醫(yī)藥孵化器有限公司，四川 綿陽(yáng)621000）

0 概述

野生動(dòng)植物資源是巨大的基因?qū)殠?kù)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)與科研價(jià)值。由于對(duì)野生資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)利用，一些野生資源已處于瀕危的邊緣。因此，如何更好的保護(hù)、利用這些野生資源就顯得十分緊迫。

Frankel等[1]于1984年提出核心種質(zhì)(core collection)的概念，其是需保存的種質(zhì)資源的一個(gè)核心子集，以最少數(shù)量的遺傳資源最大限度地保存整個(gè)資源群體的遺傳多樣性，同時(shí)也可代表整個(gè)群體的地理分布[1-2]。核心種質(zhì)資源庫(kù)的建立對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)中醫(yī)藥發(fā)展具有積極促進(jìn)作用。而藥用植物核心種質(zhì)還應(yīng)體現(xiàn)當(dāng)前藥用植物的主要變異類型、彼此間要有異質(zhì)性、存在動(dòng)態(tài)交流和調(diào)整、包含生產(chǎn)實(shí)踐所需要的優(yōu)異農(nóng)藝性狀或基因及臨床療效所需要的有效成分及其調(diào)控基因[3]。

天麻(Gastrodia)在蘭科中屬于樹(shù)蘭亞科（Epiderdyoldeae）天麻族（Gastradieae）天麻亞族（Gastrodinae）多年生異養(yǎng)型草本植物[4]。我國(guó)分布的天麻(G.elata Blume)有6個(gè)類型:紅天麻(G.elata Bl f.elata)、綠天麻(G.elata Bl f.viridis Makino)、烏天麻(G.elata Bl f.glauca S.Chow)、黃天麻(G.elata Bl f.flavida S.Chow)、毛天麻(G.elata Bl f.pilifera Tuyama)、松天麻(G.elata Bl f.alba S.Chow)[4，5]。野生天麻主要產(chǎn)區(qū)在四川、云南、陜西、貴州、湖北等地；人工栽培天麻的主要產(chǎn)區(qū)分布在陜西、湖北、河南、四川、山東等地；在種內(nèi)產(chǎn)生了許多變異。天麻作為一種名貴中藥材，有著多種生物活性作用[6，7]。

由于現(xiàn)在人工栽培天麻的地域范圍越來(lái)越廣，天麻栽培的生境也有很大的變化，從以前的高海拔、濕冷環(huán)境到低海拔、溫和環(huán)境栽培均可，對(duì)野生道地天麻帶來(lái)巨大的沖擊。隨著栽培品種的越來(lái)越多以及過(guò)度采挖，野生品種及產(chǎn)量越來(lái)越少，如何保護(hù)、利用野生天麻品種資源就成為重要的課題。西藏、四川的平武、甘孜等山區(qū)由于特殊的生態(tài)環(huán)境與自然地理景觀，還有野生天麻資源的分布，因此如何保護(hù)利用這些寶貴的天麻資源，成為天麻系統(tǒng)研究的關(guān)鍵之一[4,8]。

1 天麻活性成分及生物活性作用

天麻活性成分主要包括酚類化合物及甙類：天麻素（Gastrodin），即對(duì)羥基苯甲醇-β-D葡萄吡喃糖甙，甾醇及有機(jī)酸類：β-谷甾醇、豆甾醇及檸檬酸、琥珀酸等，其他類如天麻抗真菌蛋白（GAFP）等[9，10]。劉明學(xué)等[8]對(duì)平武天麻GAP種植示范基地天麻產(chǎn)品的質(zhì)量狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明天麻素的平均含量分別為：烏天麻0.6%，綠天麻0.57%，紅天麻0.45%；水分為11%；SO2未檢出，農(nóng)藥殘留為痕量；三種天麻變異類型重金屬殘留均低于國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)。

天麻主要功能是治療頭痛、眩暈、癲癇及心腦血管疾病等[11，12]。Manavalan等利用定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析了天麻對(duì)腦部的蛋白質(zhì)代謝的影響，天麻長(zhǎng)期治療在蛋白質(zhì)組的水平能調(diào)節(jié)腦蛋白質(zhì)代謝，如下調(diào)神經(jīng)元的生長(zhǎng)錐控制盒突觸活動(dòng)相關(guān)的Gnao1和Dctn2蛋白的表達(dá)。此外，天麻治療也誘導(dǎo)上調(diào)分子伴侶和錯(cuò)誤折疊蛋白反應(yīng)相關(guān)的蛋白Anxa5和其他參與亨廷頓氏病蛋白質(zhì)（例如Pacsin1和Arf3）。因此天麻可能有助于突觸可塑性和神經(jīng)修復(fù)過(guò)程相關(guān)的活動(dòng)[13]。Huang等[11]的結(jié)果表明天麻的腦保護(hù)作用可被A2A-R拮抗劑和蛋白激酶A（PKA）抑制劑阻斷，表明天麻的腦保護(hù)作用是通過(guò)A2A-R信號(hào)通路。天麻能通過(guò)A2A-R信號(hào)途徑逆轉(zhuǎn)突變Htt誘導(dǎo)的蛋白聚集和蛋白酶體的失活。Hsieh等[14]研究表明天麻在紅藻氨酸誘導(dǎo)的鼠癲癇治療中可通過(guò)JNK信號(hào)通路調(diào)節(jié)與神經(jīng)元可塑性調(diào)節(jié)和凋亡相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白AP-1的表達(dá)。此外還有抗炎癥、抗血管生成等作用[15]。

而天麻多糖是目前對(duì)天麻活性成分研究的另一熱點(diǎn)。汪鋆植等的研究表明天麻中天麻多糖的含量高達(dá)70%[16]。劉明學(xué)等[6]分離的天麻多糖為帶1→6鍵接支鏈的α-(1→4)-D-葡聚糖，對(duì)氧自由基具有一定清除能力。Ming等[17]發(fā)現(xiàn)天麻多糖（PGEB-3H）是分子量28.8kDa的葡聚糖，有一個(gè)(1→4)-α-D-葡聚糖主鏈和α-1,6糖苷鍵支鏈相連。胡德坤等[18-19]研究發(fā)現(xiàn)天麻多糖對(duì)小鼠CCl4肝損傷和酒精肝損傷具有顯著的保護(hù)作用，能夠抑制肝臟中上升的MDA水平和提高過(guò)低的SOD活性，具有很強(qiáng)的抗脂質(zhì)過(guò)氧化功能，可延緩細(xì)胞衰老。天麻多糖可作為抗胰腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)抑制劑[20]。另外天麻多糖對(duì)細(xì)胞膜的完整性也具有很好的保護(hù)作用[21]。不同種類的多糖,其主鏈糖基組成和糖苷鍵類型不同，生物學(xué)活性存在較大差異，主要源于二者主鏈糖苷鍵的類型不同[22,6]。從目前這些研究來(lái)看，天麻多糖具有潛在的開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值。

2 天麻種質(zhì)資源

分子標(biāo)記是能夠用來(lái)作為指紋鑒定或區(qū)分個(gè)體特點(diǎn)的DNA片段，可用于檢測(cè)個(gè)體間存在的自然遺傳變異，即遺傳序列的多態(tài)性。趙永亮[23]對(duì)天麻的RAPD初步研究發(fā)現(xiàn)四川省內(nèi)不同產(chǎn)區(qū)、野生品種與栽培品種之間有明顯的多態(tài)性存在，這說(shuō)明建立川產(chǎn)道地天麻與其他產(chǎn)區(qū)天麻以及野生品種與栽培品種的分子生物學(xué)特征指紋圖譜是完全可行的。

李作洲等[4,24]對(duì)湖北天麻不同變異類型進(jìn)行了分析，認(rèn)為天麻在物種水平維持著較高遺傳多樣性,平均多態(tài)位點(diǎn)比率P為56.3%,每位點(diǎn)平均等位基因數(shù)A為2.1,平均預(yù)期雜合度He為0.222。天麻變型間遺傳分化系數(shù)GST達(dá)0.3595,平均基因流Nm僅為0.4450,說(shuō)明天麻變型間遺傳分化較大,缺乏基因交流。聚類分析結(jié)果表明,天麻居群以變型為單元優(yōu)先聚類而非地域優(yōu)先聚類,認(rèn)為各天麻變型在遺傳上是相對(duì)獨(dú)立的進(jìn)化顯著單元。另簡(jiǎn)單重復(fù)序列SSR對(duì)野生和栽培天麻也具有較強(qiáng)的區(qū)分能力，野生天麻和栽培天麻分別聚為一類，但是也發(fā)現(xiàn)栽培天麻產(chǎn)生部分變異，少數(shù)分布于野生天麻的聚類中。而同一變型的不同產(chǎn)地的樣品之間的遺傳差異可能是由于不同產(chǎn)地的地理環(huán)境和栽培方法的差異而引起的[25]。關(guān)萍等[26]對(duì)全國(guó)27份天麻樣品進(jìn)行了遺傳多樣性進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)多態(tài)性比率PP達(dá)78%，說(shuō)明不同分布區(qū)的天麻中存在一定的遺傳多樣性。遺傳差異分析結(jié)果表明，27個(gè)樣品的遺傳距離在0.5930-0.0187，說(shuō)明不同分布區(qū)天麻個(gè)體間存在一定的遺傳差異。而三種變型從分子水平上無(wú)明顯差異，說(shuō)明天麻種內(nèi)的變型僅僅是表型上的變異，尚未在遺傳上固定下來(lái)[26]。這與李作洲等[4,24]的結(jié)果不一致。

從其他人的研究結(jié)果來(lái)看，全國(guó)幾大天麻主產(chǎn)區(qū)天麻中天麻素的含量有差別，但差別沒(méi)有顯著影響，因此以天麻素作為天麻的遺傳分類指標(biāo)是不可靠的，因此采用的的分子生物學(xué)指紋圖譜對(duì)天麻的分類、鑒別、分子標(biāo)記、遺傳分析等進(jìn)一步研究有重要的指導(dǎo)意義。

3 展望

綜上可以看出，不同類型、不同產(chǎn)地及野生和栽培品種之間存在較大的遺傳變異，蘊(yùn)含巨大的基因信息，為建立天麻的核心種質(zhì)庫(kù)提供了有利條件。建立天麻基因資源庫(kù)具有以下的重要意義：

（1）可以保護(hù)瀕臨滅絕的野生天麻資源和我國(guó)現(xiàn)有的天麻栽培品種資源；

（2）可以為基礎(chǔ)研究奠定基礎(chǔ)；特別是研究天麻與真菌之間的關(guān)系，為研究現(xiàn)在農(nóng)業(yè)上的真菌病害找到比較好的生物防止方法。

（3）研究天麻在自然環(huán)境下繁衍很少發(fā)生種質(zhì)退化而在人工栽培中幾代就會(huì)發(fā)生退化的機(jī)理對(duì)研究其他種質(zhì)基因庫(kù)的穩(wěn)定性具有重要意義。

（4）可以為深度開(kāi)發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。天麻作為藥食兩用品種，具有廣闊的市場(chǎng)前景，建立天麻基因庫(kù)，可以為藥品、食品、保健品等深度開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。

（5）為建立藥用植物核心基因資源庫(kù)提供參考方法。

目前天麻方面的研究幾乎都是國(guó)內(nèi)的專家，國(guó)外很少研究；但隨著時(shí)間推移，韓國(guó)、日本等國(guó)研究論文也逐漸增多。加之對(duì)天麻野生資源的過(guò)度采挖，導(dǎo)致部分野生資源瀕臨滅絕。所以對(duì)天麻核心種質(zhì)庫(kù)的研究和建立顯得尤為迫切。

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