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浅谈药用植物的作用与应用现状

来源:原创论文网 添加时间:2019-05-13

  摘要:绶草是我国重要的药用植物资源, 已被列入国家二级保护植物范畴, 目前传统的方法对其利用很有限。本文总结归纳了绶草内生真菌和提取物的生物多样性和生物活性以及绶草内生真菌次生代谢产物的研究情况, 以更好地了解绶草内生真菌的潜在应用价值;并针对现有的研究状况, 对进一步的研究提出了一些建议, 以期为开发利用绶草内生真菌提供参考。

  关键词:绶草; 内生真菌; 生物多样性; 生物活性; 次生代谢产物;

植物学论文

  绶草 (Spiranthes sinensis) 又名盘龙参、清明草等, 为兰科绶草属多年生宿根草本植物, 生于海拔200~3 400 m的湿草地、沟边草丛或山坡林下, 属于国家二级濒危保护植物, 被收录在原国家林业部颁布的《野生植物保护名录》中。绶草植株低矮, 花序造型奇特, 花色艳丽, 花朵密集, 可驯化为观花园艺植物, 用于花坛及湖畔、池边、河岸等湿地的绿化, 观赏期长, 具有很高的观赏价值, 被称为“世界上最小的兰花”, 适合布置成花坛、花境、观赏地被、小品盆栽等形式。绶草也是珍贵的药用植物, 最早见于《滇南本草》, 其根或者全株入药, 具有滋阴益气、凉血解毒、涩精、润肺止咳等功效。主治病后体虚、神经衰弱、肺结核咳血、咽喉肿痛、小儿夏季热、糖尿病、白带等症;外用治毒蛇咬伤[1,2]。

  绶草的根、茎、叶中都含有药用功能的提取物, 但主要的药用功能提取物还是在根中。而且多数情况下植物体本身富集的这些成分很少, 当有内生菌共同作用时就能够有效富集。绶草具有非常好的药用价值, 而目前对于绶草及其内生菌的研究并不多。

  本文对绶草内生真菌多样性、提取物、次生代谢产物与生物活性进行简要的综述, 以期为绶草和绶草内生真菌的利用与开发以及后续研究提供参考, 为绶草类药物的新来源或获得其生物活性物质带来新的途径[3]。

  1 绶草内生真菌及生物活性

  1.1 内生真菌的种类

  绶草内生菌存在于绶草的根、茎、叶等组织的不同部位。在自然条件下, 绶草的种子于春季开始发芽, 随后长出新叶, 生长至4—5月开花, 花朵自下而上逐次开放, 待6—7月成熟的种子从蒴果中弹出, 借助风力传播, 并于翌年春季开始出土冒芽。绶草在盛花期后, 地上部分凋谢, 而地下部分于8—9月再次萌发, 秋苗出土, 10—11月消苗, 最后进入休眠期。

  内生真菌的分布随季节变化性较大。绶草在我国南北各省几乎都有分布[4], 目前的研究取材仅有黑龙江、河北、江苏和江西等地, 如刘紫英[5,6]对采自江西宜春学院校园的绶草菌根真菌进行分离及鉴定, 从根中分离出7属18菌株, 其中优势菌株为镰刀霉属 (Fusarium) 、曲霉属 (Aspergillus) ;从茎中分离得到的内生真菌多样性最丰富, 有12个属, 几乎覆盖了所有从绶草中分离出的菌属种类, 但是优势菌群不明显;而从叶中分离得到的内生真菌并不丰富, 主要是链格孢属 (Alternaria Nees ex Wallr.) , 而且其种群优势极其明显。程玉鹏等[7,8]针对黑龙江地区采集的绶草鉴定出了柱格孢属 (Ramularia Sacc.) 、镰刀孢属 (Fusarium Link ex Fr.) 、曲霉属 (Aspergillus (Mich.) Link) 、青霉属 (Penicillium Link ex Fr.) 、瘤菌根菌属 (Epulorhiza) 、小尾孢属 (Cercosporella Sacc.) 、链格孢属 (Alternaria Nees ex Wallr.) 、长蠕孢属 (Helminthosporium Link ex Fr.) 、枝孢属 (Cladosporium Link) 以及其他若干未知菌属。且其分析发现, 茎中分离得到的绶草内生真菌在各极性提取物中均未表现出趋同的情况, 即各菌种散布于整个聚类分析结果的各个分支。分析其原因, 可能是由于不同于根与叶中形成的长期稳定的“宿主-真菌”共生体系所导致的, 绶草的茎每年仅在开花时生长, 随后枯萎, 生长时间短, 因而其各菌之间相互作用时间短、影响小、没有一个稳定的共生体。曲霉属、镰刀孢属和丝核菌属这3属的真菌在绶草的根、茎、叶中均有分布, 表明这3属的真菌在绶草植株内属于优势种群。这些都表明绶草内生菌具丰富性, 但是地区差异性还有待研究。

  1.2 抗菌活性

  相对于其他植物如银杏的内生真菌来说, 绶草内生真菌的抗菌活性较广泛, 包括抗植物病原菌和人体病原菌。从黑龙江的绶草[9]中分离得到32株内生真菌, 通过测量浸有内生真菌滤纸片对多种供试菌种的抑菌圈直径来判定其对病原菌的抑制作用, 初步判断, 65.3%的内生真菌至少对1种病原菌菌种具有抑制作用。其中, 一部分内生真菌对常见细菌, 如葡萄球菌、大肠埃希菌、枯草芽孢杆菌有抑制效果;一部分内生真菌对致病性较强的病原菌, 如肺炎杆菌、铜绿假单胞菌、伤寒杆菌、乙型副伤寒杆菌、福氏痢疾杆菌、变形杆菌有抑制效果。这些具有抗菌作用的内生真菌在绶草的根、茎、叶中均有分布, 其中茎和叶中的内生真菌的抑菌作用较强, 而根中的抑菌作用就相对较弱, 并且其中有一种真菌的抗菌效果接近青霉素钠, 故有望从绶草的内生真菌中分离得到具有较高抑菌效果的新化合物[10], 并且有可能研究出新抗菌药物。

  1.3 抗氧化活性

  严鑫等[11]用采于安徽毫州的带根全草作试材, 以DPPH自由基和ABTS自由基清除率为指标, 以水溶性VE为阳性对照, 测定绶草不同有机溶剂萃取物的体外抗氧化活性, 结果显示, 绶草的石油醚、乙酸乙酯及正丁醇萃取物对DPPH和ABTS自由基均有清除能力, 具体分析为乙酸乙酯萃取物的抗氧化活性最大 (但是略小于阳性对照VE的抗氧化活性) , 石油醚萃取物的抗氧化活性最小。值得指出的是, 该研究还测定了不同萃取物的总酚含量, 结果表明, 绶草不同萃取物体外抗氧化活性与总酚含量成正相关性。但是该研究没有明确这些萃取物的具体化学成分, 以及其来自于绶草植物体还是与其共生的内生真菌, 又或者它们二者是相辅相成的。

  对比于银杏的内生真菌的生物活性研究, 在现有的绶草内生真菌生物活性研究中, 还缺少具体的抗肿瘤活性等其他生物活性的研究, 仅有一项研究表明, 从绶草中提取出来的阿魏酸二十八醇酯具有抗肿瘤作用[12,13]。

  2 绶草提取物及其生物活性

  2.1 绶草的提取物

  绶草的提取物多种多样, 据前人[14]研究总结, 其化学成分主要有二氢菲类、黄酮类、苯丙素类、甾醇类三萜类和脂肪酸等。

  2.1.1 二氢菲类化合物。

  已有研究表明[15], 二氢菲类化合物表现出了对肿瘤细胞的选择性增殖抑制作用, 且对一种肝癌细胞有较好的增殖抑制作用。

  Tezuk等[16,17]在绶草根的乙醚提取物中找到1个已知的红门兰酚, 还有7种新的化合物。Lin等[13]在绶草的茎、叶等地上部分的乙醇提取物的乙酸乙酯萃取部位分离得到sinensil A~H。

  2.1.2 黄酮类化合物。

  黄酮类化合物 (flavonoids) 是一类存在于自然界、具有2-苯基色原酮 (flavone) 结构的化合物, 目前世界上的黄酮类化合物已经逾8 000种, 从逾5 000种植物中分离出黄酮源, 这些黄酮源主要包括黄酮 (Flavone) 、黄烷醇 (Fl-avanol) 、异黄酮 (Isoflavone) 、双氢黄酮 (Flavanone) 、双氢黄酮醇 (Flavanonol) 、噢弄 (Aurone) 、黄烷酮 (Flavanone) 、花色素 (Anthocyanidin) 、查尔酮 (Chalcone) 、色原酮 (Chromarne) 等[18]。在传统意义上, 其具有抗炎、抗变态、抗病毒、解热和保肝的作用, 但是在后来的研究中其药理作用又得到了进一步拓展和深入研究, 黄酮类化合物还有抗氧化和清除自由基的作用;有抗肿瘤、抗癌、抗菌、抗病毒、抗炎免疫和抗衰老等作用[19]。

  Peng等[20]在绶草的根中获得了5-hydroxyl-7, 4′″-dimethoxy-flavone和5-hydroxyl-7, 3′, 4′-dimethoxy-flavone, 并且在其后期的研究中获得了一种具有抗癌活性的二氢黄酮 (2S) -5, 2′, 6′-trihydroxy-6-lavandulyl-4′- (γ, γ-dimethylallyl) -2″, 2″-dimethylpyrano-[5″, 6″:7, 8]-flavano-ne。

  董美伶等[21,22,23]在绶草全草中先后得到了包括槲皮黄苷在内的多种黄酮类化合物, 并且对其中的spiranthetin-I进行了含量测定, 结果表明, spiranthetin-I在全草中的含量为0.005 316%, 在根中的含量为0.001 04%, 在地上部分中的含量为0.008 48%。

  2.1.3 苯丙素类化合物。

  苯丙素类化合物是指基本母核具有1个或几个C6-C3单元的天然有机化合物类群。广义的苯丙素包括简单苯丙素类 (苯丙烯、苯丙醇、苯丙醛、苯丙酸类) 、香豆素 (1分子的C6-C3单元) 、木脂素类 (2分子的C6-C3单元) 、木质素类 (多分子C6-C3单元) 等。其中, 香豆素的药理作用甚多[24], 主要有抗肿瘤和抗细胞毒性的作用, 对人体代谢酶的影响, 有抗抑郁和中枢神经保护作用, 有抗人体免疫缺陷病毒 (HIV) 、保肝、有抗氧化、抗菌及抗病原微生物作用, 还具有抗炎镇痛作用、光化学作用和抗凝血等作用。

  Tezuka等[25]研究发现, 绶草根的乙醚有机溶剂提取物中含有阿魏酸酯类化合物, 它们分别为阿魏酸十九醇酯、阿魏酸二十醇酯、阿魏酸二十一醇酯、阿魏酸二十三醇酯、阿魏酸二十四醇酯、阿魏酸二十五醇酯等。

  Peng等[20]在绶草中发现了5-γ, γ-dimethylally-8[2- (2, 6-dihydroxyphenyl) -3-dimethyl-but-2-enyol]-umbelliferon和4, 6-di (γ, γ-di-methylally) -8-lavandulyl-umbelliferon这2种香豆素类化合物。

  2.1.4 甾醇类化合物。

  甾醇 (sterol) 因呈固态又称为固醇, 是以环戊烷全氢菲为骨架的一种醇类化合物, 与胆固醇结构类似, 仅侧链不同。多数甾醇C-5位为双键, C-3位羟基重要的活性基团, 甾醇通过它形成各种衍生物, 甾醇的双键被饱和后称为甾烷醇, 酯化后称为甾醇酯。C-4位所连的甲基数目不同及C-11位上侧链长度、双键数目的多少和位置等的差异使得植物甾醇的种类很多。

  按来源分, 甾醇又分为植物甾醇 (谷甾醇、豆甾醇和菜籽油甾醇) 、动物甾醇 (胆固醇为主) 、菌类甾醇 (麦角甾醇, 主要分布在霉菌和蘑菇中) 。

  在医药行业中Weststrate等[26]指出, 日服约3 g的甾醇或饱和性甾醇可使心脏病发生率降低15%~40%;也有报道, 日服2 g的甾醇酯或饱和性甾醇酯, 可使心脏病的发生率下降25%[27], 效果要比通过减少摄入饱和油脂以降低胆固醇更有效;甾醇有较强的抗炎作用, 可促进伤口愈合, 使肌肉增生, 增强毛细血管循环, 对各种伤有很好的愈合及消除作用;对治疗溃疡、皮肤鳞癌、宫颈癌等有明显疗效;甾醇还是重要的甾体药物和VD3的生产原料。

  在食品工业中, 甾醇可用作食品添加剂 (如饲料添加剂) 。在化妆品行业中, 甾醇对皮肤有很好的渗透性, 可以保持皮肤表面水分, 促进皮肤新陈代谢;可以抑制皮肤炎症, 可防日晒红斑及皮肤老化, 具有生发、养发等功效。Tezuka等[25]研究发现, 绶草根的乙醚提取物中含有β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇等甾醇类化合物。

  2.1.5 其他类化合物。

  除了以上提到的若干种提取物之外, 在绶草中还分离得到环菠萝蜜烷型三萜类化合物Sinetirucallol[28]以及饱和链烃、脂肪酸和酚类化合物等[24]。虽然前人已经从绶草的各个组织器官中分离出了9种以上的内生真菌, 但是总体来看, 这些研究还有待继续深入。因为目前仅有刘紫英[29]通过采用基于ITS序列分析构建的系统发育树和形态学方法对3株产黄酮成分的绶草内生真菌进行了鉴定, 其结果鉴定, S-1为弯孢属的不等弯孢 (Curvulariainaequalis (Shear) Boedijn) , S-2和S-3为嗜松青霉[P.pin-ophilum]。

  3 展望

  自古以来, 绶草就是我国很重要的一味中草药, 其具有抗菌、抗氧化、抗肿瘤和抗细胞毒性、抗凝血等多种细胞活性, 故野生绶草在很长一段时间内都受到人们的争相采撷, 导致其生物量大大减少, 再加上其生长的季节性等多种因素制约, 其现有资源已经较难满足人们对其药用和保健用价值的需求。因此, 科学有效地开发和利用好绶草并有效保护好绶草资源尤为重要。

  绶草植物内生真菌由于和绶草长期的共生关系, 并共同进化, 其有最大的可能产生与宿主相同或者相似的化合物, 这点已得到证实。现目前, 已报道了有2种从绶草中分离出来的产黄酮的内生真菌, 但由于绶草植株瘦小, 普遍存在产量过低的现象。

  在今后的研究中结合现代微生物菌种选育技术、发酵工艺优化技术以及工程菌构建等相关技术, 以筛选出相关菌种, 进行规模化培育, 最终提高目标产物产量, 才有更大的可能使绶草内生真菌研究走向工业化。

  就目前看来, 关于绶草内生真菌的研究总体还比较模糊, 主要集中在内生真菌的次生代谢产物方面。如前所述, 关于其内生真菌次生代谢产物, 对应的产何种活性化合物的有哪些内生真菌, 这个问题还有很大的研究空间。因此, 建议今后深入地研究绶草内生真菌的次生代谢产物及其生物活性, 并且加以区分, 可将活性化合物、药理作用和临床研究有效结合起来, 以期开发出具有绶草类似活性或更强活性的药物, 并有效降低成本, 给病痛患者带来福音, 缓解对绶草的依赖性。

  参考文献
  [1]WANGCHUK P, KELLER P A, PYNE S G, et al.Evaluation of an ethnopharmacologically selected Bhutanese medicinal plants for their majior classes of phytochemicals and biological activities[J].Journal of Ethnopharmacilogy, 2011, 137 (1) :730-742.
  [2] 河北植物志编辑委员会.河北植物志[M].石家庄:河北科学技术出版社, 1991.
  [3]郭良栋.内生真菌的研究进展[J].菌物系统, 2001, 20 (1) :148-152.

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