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金線蓮活性成分和分子鑒定的研究進展

2018-01-01 05:22:05邱道壽
安徽農業科學 2018年9期
關鍵詞:研究

梅 瑜,邱道壽

(1.廣東省農業科學院作物研究所,廣東廣州 510640;2.湖南農業大學園藝園林學院,湖南長沙 410128)

金線蓮[Anoectochilussp.(Wall.)Lindl],別名金線蘭、金線虎頭蕉、金線入骨消等[1-2],系蘭科開唇蘭屬多年生草本植物,主要分布于中國、日本、斯里蘭卡、印度和尼泊爾等國[3],在中國野生種質資源主要分布在廣東、廣西、云南、福建、臺灣等地區[4-5]。金線蓮全草入藥,具有清熱涼血、消炎解毒、止血降壓、強心利尿、調血養顏、扶正固本、養壽延年的功效,享有“藥中之王”的美譽,是珍稀名貴的中藥材。現代醫學表明,金線蓮對癌癥、糖尿病、高血壓、心臟病、婦科疾病、小兒發育以及蛇毒咬傷等有很好的療效。目前金線蓮可用于臨床上治療高尿酸血癥[6]、病毒性肝炎[7]、2型糖尿病[8]等,還常用于鎮痛、抗炎[9]。由于其株型小巧、葉形優美、葉脈金黃且呈網狀排列,也是室內觀葉植物的珍品[5,10-12]。筆者就金線蓮的生物學特性、化學成分及生理活性、分子鑒定、組織培養和人工栽培等研究現狀進行綜述,以期為進一步研究和開發利用金線蓮提供參考依據。

1 生物學特性

金線蓮株高4~18 cm,根狀莖匍匐生長,根莖細軟,莖節明顯;葉互生,卵形或圓卵形,葉片具有金屬光澤,葉脈金黃,上表面為暗天鵝絨綠色,下表面為淡紫紅色;頂生總狀花序,1~6朵疏散的花,花苞淡紅色,花瓣黃色或黃白色;結棕色蒴果,窄橢圓形,種子細小、褐色粉末狀[5,13-14]。

2 化學成分及生理活性

作為傳統草藥,金線蓮在我國民間具有悠久的應用歷史,藥效顯著,被譽為“藥王”。現代研究表明,金線蓮含有豐富的多糖[15]、生物堿[16]、甾體及其衍生物、黃酮類化合物[17]、強心苷類、揮發油、氨基酸、微量元素、有機酸等成分,有學者指出金線蓮所含的微量元素和氨基酸均高于國產西洋參和野生參[18],且不同基原、不同栽培條件對金線蓮的化學成分有一定的影響[19]。

2.1多糖多糖是金線蓮中重要的活性成分之一,據文獻報道,中草藥里的多糖具有提高機體免疫力的作用,而且金線蓮多糖有多種生物活性,具有很高的開發價值。目前對金線蓮多糖的研究主要集中在多糖組分、生理功能和提取工藝等方面。

2.1.1組分。金線蓮含有豐富的多糖類物質,據報道其多糖由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖、木糖等單糖組成[20]。有研究表明,不同基源的金線蓮多糖組分不同,滇越金線蓮的多糖由甘露糖、葡萄糖、葡糖醛酸、半乳糖、半乳糖醛酸和阿拉伯糖6種單糖組成;臺灣銀線蘭的多糖由葡萄糖、甘露糖、半乳糖和半乳糖醛酸等單糖組成[21]。

2.1.2生理功能。研究表明,金線蓮多糖具有抗氧化[22]、免疫調節[23-24]、抗腫瘤[15]、降血糖和保肝護肝[25-26]等功效。

2.1.2提取工藝。多糖是金線蓮重要的藥效成分,金線蓮多糖的提取工藝對正確評價金線蓮的藥用價值和品質尤為重要,迄今報道的提取方法涉及水提法[27-28]、稀堿法[29]、超聲波提取法[30]。曾碧玉等[31]在單因素試驗基礎上進行四因素三水平的正交試驗對熱水浸提法工藝進行優化,認為影響金線蓮多糖提取的主次因素依次是提取溫度、提取次數、提取時間、料液比,從而得出最優提取工藝條件為:0.5 g金線蓮干粉在料液比1∶30、70 ℃水浴、提取時間90 min、提取4次。潘曉麗等[30]應用超聲提取法,在單因素試驗基礎上選擇對金線蓮多糖提取率影響較大的3個因素(提取功率、料液比、提取時間)進行三因素三水平的正交試驗,結果顯示金線蓮多糖超聲提取的的最佳工藝條件是:提取功率為 400 W,料液比為1∶20,提取時間為20 min。

2.2黃酮類黃酮類化合物分子中的酮式羰基能與強酸成鹽,其羥基衍生物多呈黃色,在植物體內通常與糖結合成苷類。難溶或不溶于水,能溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯等有機溶劑[32-33]。黃酮類具有多種生物活性,主要成分為槲皮素、鼠李素、山奈酚的衍生物,大多具有抗氧化自由基作用。生物類黃酮對心腦血管疾病有治療和保護作用,還具有降血壓、降血脂、抗菌、抗腫瘤、抗氧化自由基、提高機體免疫力、鎮咳、鎮痛等藥理活性[34-35]。

目前對金線蓮總黃酮含量的測定主要采用熒光分光光度法[36-37]、紫外分光光度法[38-42]、高效液相色譜法(HPLC)[43]和反相高效液相色譜法(RP-HPLC)[44]。隨著金線蓮黃酮類提取工藝[45-47]、含量測定及指紋圖譜建立等方面的研究深入,黃酮類化合物成分和結構也被鑒定出來,其中研究最多的是蘆丁、槲皮素和異鼠李素等。關璟等[48]、何春年等[49-50]等用正丁醇、乙酸乙酯、氯仿從金線蓮中萃取出不同結構的槲皮素、異鼠李素的多個組分。牟洋等[43]、曹揚遠等[44-51]利用色譜技術分離得到了蘆丁、異鼠李素、山奈酚、槲皮素等黃酮類化合物并測定了4種黃酮苷元的含量,利用逆流色譜技術得到了金線蓮中純度為96.5%的槲皮素的純品。關璟等[48]研究發現金線蓮中含有的黃酮苷quercetin-7-O-β-D-〔6-O-(trans-feruloyl)〕-glucoside 對 DPPH 自由基有很強的清除作用。

2.3生物堿生物堿是中草藥中重要的有效成分之一,有顯著的生物活性。臺灣大學陳春雄教授首次在金線蓮中提取出異亮石松堿(isoselagine)[52],曾健等[53]與Shyur等[54]認為異亮石松堿(isoselagine)是金線蓮中生物堿的主要成分,并且動物試驗研究表明異亮石松堿具有強烈的鎮痛作用,比嗎啡強10~40倍,但伴有“震顫”毒性,無法應用于臨床,若能改變其生物堿的部分結構,可使之成為有用的鎮痛劑。朱善嵐[55]利用液質聯用技術,首次在金線蓮中發現了石杉堿甲和烏頭堿,并測定了其含量,認為石杉堿甲與異亮石松堿(isoselagine)骨架相似,為金線蓮在抗阿爾茨海默病方面研究及在臨床鎮痛方面的利用提供了理論依據。

不同溶劑、不同提取方法對生物堿的提取率也有較大的影響。林麗清等[16]以鹽酸麻黃堿為對照品,對金線蓮總生物堿的提取方法及條件進行優化,研究發現以氯仿為溶劑提取獲得的總生物堿含量較高(0.058 9%);鐘添華等[56]對金線蓮總生物堿提取方法和測定方法進行研究,結果顯示,以氯仿∶甲醇(V/V2∶1)為溶劑可提取獲得金線蓮總生物堿含量0.079 5%。

不同培養條件對生物堿含量也有影響。楊翠芹等[57]探討了不同培養條件對金線蓮組培苗總生物堿含量的影響,結果表明,總生物堿隨蔗糖濃度的升高而降低,1%蔗糖濃度有利于生物堿積累,總生物堿隨繼代天數增加呈現先降后升又降的規律,以50 d達到最高。

2.4揮發油張海等[58]利用索氏提取法和氣質聯用技術(GC-MS)分析鑒定出金線蓮揮發油的主要化學成分為葉綠醇(32.823%)、油酸(28.759%)、植物醇(5.271%)、油酸酰胺(4.797%)、反式角鯊烯(3.484%)、植酮(2.787%)和2-單棕櫚酸甘油(1.789%)等,占揮發油總量的86.3%。柯伙釗等[59]利用水蒸氣蒸餾提取法和氣質聯用技術(GC-MS)測定了臺灣組培金線蓮中揮發油成分,乙醚萃取的揮發油中主要成分為烷烴類化合物,占揮發油的86.131%,其次是脂肪酸(3.375%)、酮類(2.476%)、醇類(2.230%)、酚類(2.113%);正己烷萃取的揮發油主要成分為烷烴類(25.226%)、酚類(23.879%)、脂肪酸(21.348%)、酯類(20.281%)化合物,如2-甲氧基-3-烯丙基苯酚、亞油酸、棕櫚酸和亞麻酸甲酯等。陳文娟等[60]對野生金線蓮揮發油化學成分進行提取和分析,結果顯示,乙醚萃取的揮發油主要成分為亞油酸(20.570%)、1-辛烯-3-醇(18.460%)、棕櫚酸(17.616%)和亞麻酸(4.849%)。正己烷萃取的揮發油主要成分為1-辛烯-3-醇(22.385%)、棕櫚酸(19.573%)、亞油酸(16.725%)和亞麻酸(4.488%)。另有文獻報道,海南栽培金線蓮中揮發油的主要成分為正十六烷酸(25.22%)、(Z,Z)-9,12-十八碳二烯酸(15.35%)、(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯酸甲酯(13.64%)、(Z,Z)-9,12-十八碳二烯酸甲酯(6.47%)[61];福建組培金線蓮中的揮發油主要成分為十六羧酸甲酯(47.98%)、棕櫚酸(20.57%)、亞油酸(6.17%)和2-十二酮(3.73%)[62]。而且,有研究表明,金線蓮揮發油能夠抑制人肺癌細胞NCI-H446的增殖[63]。

2.5甾醇類甾醇是以環戊烷多氫菲為骨架的天然醇類化合物,具有消炎、降低膽固醇的作用。金線蓮中發現的甾醇類有羊毛甾醇[64]、5α,8α-過氧麥甾-22-烯-3β-醇[65]、麥角甾醇[66]、β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、24-異丙烯基膽甾醇、開唇蘭甾醇[67]等。

2.6微量元素和氨基酸據文獻報道,金線蓮含有人體所需的微量元素和氨基酸。賴應輝等[68]在金線蓮中測得微量元素及含量分別為磷2.796 mg/g、鉀17.745 mg/g、鈣5.146 mg/g、硫1.893 mg/g、鎂2.186 mg/g、鈉0.254 mg/g、鐵3.078 mg/g、錳321.6 μg/g、鋅56.99 μg/g、銅13.15 μg/g、鈷3.357 μg/g、鉬5.951 μg/g、鉻10.24 μg/g。王振登等[18]測得的金線蓮干品中微量元素含量分別為鈣5.56 mg/g、鎂2.66 mg/g、鋅75.5 μg/g、鐵8.49 mg/g、銅17.4 μg/g、錳554 μg/g、鉬13.3 μg/g、鉻12.3 μg/g、鈷3.4 μg/g、硒0.36 μg/g,并測得18種氨基酸,氨基酸總量達8.74%,其中人體8種必須氨基酸含量占3.45%,金線蓮所含的微量元素和氨基酸均高于國產西洋參和野生參。

2.7三萜類目前從金線蓮中分離得到的三萜類成分有齊墩果酸、熊果酸[69-70]、α-香樹脂醇、β-香樹脂醇[71]、木栓酮、Sorghumol[67]、表木栓醇[72]等。其中,齊墩果酸是我國首次從該植物中發現[73],是臨床用于治療急性黃疸性肝炎和慢性肝炎且不良反應較少的藥物[74]。

2.8其他金線蓮中還含有一些簡單的化合物和苷元,吳萍萍[75]測得金線蓮藥材中含有天麻素和天麻苷元及藥理活性成分胞苷、鳥嘌呤、腺嘌呤、次黃嘌呤等4種核苷類物質。徐靜[71]研究發現金線蓮含有(s)-3-羥基-γ-丁內酯、(s)-3-0-對羥基芐基-γ-丁內酯、對羥基苯甲酸、地羥基苯甲醇、十六烷酸-2,3-二羥基丙酯。另有學者研究發現,金線蓮含有3-甲氧基-對羥基苯甲醛[64]、鄰苯二酚[76]、十八烷[65]、煙酰胺[77]、鄰苯二甲酸二丁酯[72]、3-吡啶甲醇[78]等化合物。

3 分子鑒定

金線蓮在分子鑒定方面的研究主要是利用分子標記技術進行種質資源鑒定和遺傳多樣性分析。胡珊梅等[79]采用RAPD技術對福建金線蓮(花葉開唇蘭Anoectochilusroxburghii)、廣西金線蓮(滇越金線蓮Anoectochiluschapaensis)、臺灣金線蓮(Anoectochilusformosanus)進行了鑒定,篩選出3個高特異性引物,并揭示了同種不同產地植物的遺傳變異。張鐵等[80]對文山地區野生的滇越金線蓮和3種不同產地的花葉開唇蘭進行了RAPD指紋鑒別,共得到108個RAPD標記和95個多態性位點,多肽百分比為87.96%,說明4種材料遺傳差異性較大,且3種葉面特征不同的花葉開唇蘭可能已經形成新的變形和變種,可通過擴增出的特異性譜帶來鑒別。黃穎楨等[81]應用ISSR方法首次對24份金線蓮資源進行了遺傳多樣性研究,能夠鑒別出臺灣金線蓮、福建野生金線蓮和大葉種種質資源,與形態和地理分布差異較大的福建金線蓮具有相近的遺傳關系。

顧慧芬等[82]采用RAPD技術,對金線蓮組培苗及野生藥材進行了基因組DNA多態性分析,從中篩選出能夠用于鑒定金線蓮的特異性引物。Lv等[83]利用3個DNA條形碼(ITS2、psbA-trnH、matK)序列對福建金線蓮及其混偽品進行序列多態性分析,通過構建系統發育進化樹確定遺傳距離,結果顯示,matK擴增成功率較低、psbA-trnH缺少變異位點,只有ITS2序列能夠較大地區別金線蓮和它的混偽品;通過對ITS2二級結構分析可以看出,金線蓮和其混偽品主要區別在于第Ⅰ、Ⅲ螺旋結構的不同。

據文獻報道,福建民間習慣把葉面具有金黃色網紋的金線蓮稱為金線蓮母(金線蓮),把網紋不明顯或無脈的金線蓮稱為金線蓮公(無線金線蓮),兩者以伴生的形式生長在同一環境下[84]。有學者把無線金線蓮作為一個新品種分離出來[85],但后來經鑒定二者為同種植物。另有學者對無線金線蓮做了解剖和理化鑒別,也認為二者為同種植物[86]。為了搞清楚二者之間的遺傳關系,胡珊梅等[84]采集了同一生態環境下的金線蓮和無線金線蓮,用RAPD技術做DNA指紋鑒定,結果顯示,二者具有部分共同的譜帶,但又有各自的特征性譜帶,說明二者的遺傳基因已產生變異,建議獨立成種。

姜福星等[87]采用Illumina HiSeq 2000高通量測序技術,首次對臺灣金線蓮全草進行轉錄組分析,獲得Unigene 173 513條,平均長度為680 pb;經Blast比對分析,58 451條得到Nr功能注釋,21 386條得到COG功能分析,45 812條得到GO功能解釋;經KEGG代謝途徑分析,發現130條Unigene與黃酮類物質有關,114條Unigene與萜類化合物有關;并搜索發現21 195個微衛星位點,其中單核苷酸最多,有13 126個,占61.93%。

野生環境下的金線蓮能與內生真菌形成菌根共生關系,近年來有不少學者研究內生真菌對金線蓮生長發育的影響,研究他們的相互作用,結果發現,內生真菌對金線蓮生長發育的確有促進作用[88],因此引起了學者對共生期間金線蓮基因差異表達研究的關注。陳倩倩等[89]利用宏基因組技術,對野生金線蓮根部分離富集的內生菌進行混合內生菌的DNA提取和純化,通過PCR克隆16S rDNA片段并測序,根據序列信息對內生菌群落進行分析,結果顯示,金線蓮根部主要內生菌包括不可培養細菌、不可培養堆肥細菌、腸桿菌科、類芽孢桿菌屬、芽孢桿菌屬和短芽孢桿菌屬的微生物。朱丹等[90]對野生金線蓮根內菌根真菌的基因組DNA進行了提取,并通過PCR擴增技術對ITS片段進行克隆、測序,結果將A12菌株、5號菌株、2號菌株、6號菌株、A46菌株和A55菌株鑒定為絲核菌Rhizoctoniasp.,其有性態為Thanatephorussp.或Ceratobasidiumsp.。江綺晴等[91]從38株野生金線蓮中分離獲得29株菌根真菌,根據培養特征及菌絲形態差異,將相同種類合并,共獲得純化的菌根真菌15種,其中絲核菌Rhizoctoniasp. 7種;將絲核菌經過番紅O-KOH細胞核染色后,結果顯示J1、F1、F7為雙核絲核菌,G1、G3、G5、G6為多核絲核菌;通過對絲核菌ITS片段PCR擴增、測序及比對分析,初步推斷多核絲核菌G1、G3、G5、G6為蘭科絲核菌類的念珠菌根菌。李標等[92]從福建金線蓮(Anoectochilussp.)根中分離出內生菌AR-18,采用差異顯示PCR方法和反式Northern點雜交法,對福建金線蓮與之共生的菌根真菌進行差異表達基因的篩選,首次報道了福建金線蓮與之內生真菌AR-18共生下編碼尿磷酸核苷轉移酶基因(UPRTs)和編碼突變酶K(matK)基因與菌根真菌互作的功能。

4 組織培養

金線蓮種子細小,不具胚乳,只有與真菌共生條件下才能萌發,自然條件下種子的萌發率低,而且生長緩慢,再加上過度采挖,導致野生資源種類瀕臨滅絕。因此,組織培養技術對金線蓮種質資源擴繁、保存以及擴大藥源具有重要意義。

金線蓮主要以種子、莖尖為外植體,通過無菌播種形成不定芽或叢生芽、分化幼苗、生根壯苗等過程來實現種苗的工廠化生產。近年來,金線蓮組織培養研究主要內容包括外植體的選擇、培養基的選擇、添加激素的種類及比例、添加物的搭配等。外植體的選擇主要是對莖段、莖尖、種子等部位的探討。大多研究者認為莖段形成的愈傷組織在增殖過程中變異少或無變異,能夠很好地保持原植株的特性,因此,金線蓮快繁一般采用叢生芽擴繁技術[93]。培養基的配制是在MS或1/2MS培養基的基礎上添加不同配比的激素,或搭配添加一定的馬鈴薯泥、香蕉泥、椰汁、蘋果、活性炭等,以達到促進其生長量的積累和獲得較好的生根效果。

組培光照強度研究方面,2 000~3 000 lx光強下生長旺盛,莖徑和葉面積符合商品質量標準;光照強度大于4 000 lx,葉片較大、苗較矮壯,但莖的伸長生長受到抑制[94]。

5 人工栽培

目前,常見的金線蓮人工栽培模式可分為大棚栽培和林下栽培2種。大棚栽培分為簡易大棚栽培和現代化大棚栽培,林下栽培根據栽培方式分為林下小拱棚栽培、林下床式栽培、林下育苗盤栽培等種類。大棚栽培的優點是便于操作與種植、栽培密度大、產量高;缺點是投入大、成本較高,病蟲害易發生且易傳播,不適宜在普通農戶中推廣。林下栽培充分利用樹枝遮陽,減少生產投入,與大棚栽培相比,其栽培成本較低,但對林下植被破壞較大,尤其是林下小拱棚栽培和林下梯田種植,不利于水土保持和生態環境保護[95]。

金線蓮的栽培基質一般用樹皮、刨花、花生殼、草炭、蛭石、腐殖土等。主要病害有莖腐病、猝倒病;蟲害有紅蜘蛛、蝸牛、鼻涕蟲和螨類等,紅蜘蛛會造成植株枯死,鼻涕蟲和蝸牛能在很短時間內將金線蓮葉片吃光。

6 總結與展望

金線蓮是我國珍稀的藥用植物,保健功能和藥理藥效顯著。隨著金線蓮組培、栽培技術的日益成熟,一定程度上保護了野生資源,同時保障了金線蓮藥材原料的市場供應。但目前對金線蓮化學成分分析、藥理活性、臨床應用、細胞學和分子生物學等研究的廣度和深度仍不夠,特別是對化學成分和藥理活性的作用機制研究不夠深入,限制了金線蓮在臨床上的開發與應用。另外,對金線蓮細胞學和分子生物學的研究較少,研究僅限于種質資源鑒定和遺傳多樣性分析,未見蛋白組學和代謝組學的研究報道。

因此,無論在金線蓮功能成分和藥理活性研究方面,還是在其基因組學研究方面,都有很大的開發研究空間。若將這幾方面研究融會貫通,將會更好地促進其藥物開發和臨床應用研究。

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