于二汝 王少銘 羅莉斯 王軍 李德文

摘 要 天然香料迷迭香是一種多用途經(jīng)濟(jì)作物，可提取抗氧化劑、迷迭香精油和醫(yī)藥中間體?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外迷迭香種質(zhì)資源的遺傳多樣性、組織培養(yǎng)、外界環(huán)境對(duì)生理生化的影響以及關(guān)鍵基因等方面的研究進(jìn)展，并對(duì)未來(lái)發(fā)展提出展望，為迷迭香相關(guān)科研、生產(chǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞 迷迭香；香料植物；研究進(jìn)展

中圖分類號(hào) S573 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.07.008

Review of a Natural Aromatic Plant： Rosemary

YU Erru WANG Shaoming LUO Lisi WANG Jun LI Dewen

（Guizhou Institute of Oil Crops/Guizhou Institute of Spice Crops， GAAS， Guiyang， Guizhou 550006）

Abstract Rosmarinus officinalis L. （Rosemary） is a multi-purpose economic plant， which can be used to extract antioxidant， essential oils and pharmaceutical intermediates. This paper summarizes some study review about the genetic diversity， tissue culture and the effect of environment on physiological and biochemistry changes of rosemary in domestic and abroad aiming to provide information for further study and the production for rosemary.

Keywords Rosmarinus officinalis L ； spice plant ； review

迷迭香（Rosmarinus officinalis L.）別名艾菊、海之露，是唇形科迷迭香屬常綠芳香型小灌木，起源于歐洲及北非地中海沿岸，為藥食同源植物[1]。研究表明，迷迭香精油富含龍腦、桉樹腦、蒎烯、莰烯和莰酮等萜烯類化合物[2]（圖1A），具有抑菌作用[3]。同時(shí)，迷迭香中的二萜（鼠尾草酸和鼠尾草酚）等具有很強(qiáng)的抗氧化活性[4]，較目前廣泛應(yīng)用的人工合成的抗氧化劑叔丁基羥基茴香醚（BHA）和2，6-二叔丁基對(duì)甲酚（BHT），其抗氧化性高達(dá)4倍以上[5] （圖1B）。迷迭香主要種植在法國(guó)、意大利、北非摩洛哥等地[6]。中國(guó)在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期曾從西域引入種植，當(dāng)時(shí)僅用于庭院觀賞，20世紀(jì)70年代末和80年代初再次引入，今在北京、貴州、云南、廣西等地有一定的種植面積[7]。鑒于迷迭香的多種功效和開發(fā)價(jià)值，筆者較系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外迷迭香資源的多樣性、組培技術(shù)、環(huán)境影響以及關(guān)鍵功能基因等方面的研究進(jìn)展，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展提出展望，為提升該物種的研究水平和更好地服務(wù)于生產(chǎn)提供參考借鑒。

1 種質(zhì)資源多樣性分析

迷迭香為迷迭香屬（Rosmarinus）的小灌木。迷迭香屬包含3個(gè)野生種，分別是迷迭香（R. officinalis L.）、尾葉香茶菜（R. eriocalyx Jordan & Fourr.）和絨毛迷迭香（R. tomentosus Huber-Morath & Maire），以及2個(gè)雜交種R.×lavandulaceus De Noe和R.×mendizabalii Sagredo ex Rosúa，二者具有一個(gè)共同的親本R. offcinalis，并分別以R. eriocalyx和R. tomentosus作為另外一個(gè)親本。其中迷迭香廣泛分布在環(huán)地中海地區(qū)；尾葉香茶菜僅局限在伊比利亞半島南端（西班牙阿梅利亞?。┖捅狈牵β甯纭柤袄麃喓屠葋啠?；絨毛迷迭香是伊比利亞半島南部格拉納達(dá)省和馬拉加省的地方資源，已被列入瀕危植物[10]。Rosselló等[11]利用ITS序列對(duì)迷迭香、尾葉香茶菜和絨毛迷迭香進(jìn)行系統(tǒng)分類，分析表明迷迭香和尾葉香茶菜屬于單起源，而絨毛迷迭香雜合了尾葉香茶菜的序列。Segarra等[10]利用同一地區(qū)生長(zhǎng)的30個(gè)迷迭香單株開發(fā)了12個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記，在該群體中具有117個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，其中9個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)在尾葉香茶菜和絨毛迷迭香中分別檢測(cè)到49個(gè)和45個(gè)多態(tài)性，各有21和12個(gè)特異位點(diǎn)，3個(gè)共有的多態(tài)性位點(diǎn)。這一套標(biāo)記共檢測(cè)到154個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，可以用作迷迭香屬群體變異與雜交度等研究。

迷迭香屬中僅迷迭香具有藥用和工業(yè)價(jià)值。按照植物分類學(xué)，迷迭香植物分為3個(gè)亞種，依次是Rosmarinus officinalis subsp. officinalis、Rosmarinus officinalis subsp. palaui和Rosmarinus officinalis subsp. valentinus[12]。officinalis亞種直立生長(zhǎng)，株高可達(dá)1.8 cm，花萼長(zhǎng)4.2～7.0 mm，花冠長(zhǎng)8.5～13.5 mm，廣泛分布在地中海盆地；palaui亞種植株匍匐生長(zhǎng)，花萼5.0 mm，花冠小于10.0 mm，株高最高80.0 cm，枝條上葉片密生，葉片短而肉質(zhì)，深綠色有光澤，花冠紫色，分布在西班牙巴利阿里群島；valentinus亞種植株匍匐生長(zhǎng)，株高最高只有20.0 cm，葉片窄而厚，綠色無(wú)光澤，白色花冠上有明顯的紫色斑點(diǎn)，在西班牙巴倫西亞省有發(fā)現(xiàn)[12]。迷迭香經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然演化和馴化，已形成了豐富的品種和栽培種，并被引種到世界各地如美國(guó)、加拿大、英國(guó)、法國(guó)和中國(guó)等[13]。常見(jiàn)的品種有Albus、Arp、Aureus等20余種（表1），在生長(zhǎng)習(xí)性、花色、葉形和枝條的著生狀態(tài)等方面存在變異[14]。

利用RFLP標(biāo)記檢測(cè)直立和匍匐2種生態(tài)型迷迭香，發(fā)現(xiàn)二者在基因結(jié)構(gòu)上存在差異[15]，另外，利用精油組分、同工酶、RAPD標(biāo)記聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn)其與迷迭香群體間的形態(tài)結(jié)構(gòu)差異存在密切的相關(guān)性[16]。Mateu-Andrés等[17]采用plastid simple sequence repeat （cpSSR）標(biāo)記系統(tǒng)分析來(lái)自地中海地區(qū)阿爾及利亞、西班牙、法國(guó)、希臘、意大利、利比亞、摩洛哥、葡萄牙和土耳其等9個(gè)國(guó)家47個(gè)地區(qū)的迷迭香群體，一共檢測(cè)到17個(gè)變異，分為10個(gè)單倍型；貝葉斯分析顯示，迷迭香起源于2個(gè)共同的祖先；群體擴(kuò)張分析表明，迷迭香有3條擴(kuò)張的路線：一條北部沿地中海路線，和兩條南部路線，一是從西到東從北非到達(dá)利比亞地區(qū)；另一條從南部的起源中心向西南部到達(dá)利比里亞半島。

2 組織培養(yǎng)繁育種苗技術(shù)研究

迷迭香種子為小堅(jiān)果，外表包裹粘液[18]。兩室子房中只有一室可育，平均結(jié)實(shí)率僅為11.1%，而且萌發(fā)率極低[19]，因此很少用種子繁殖。對(duì)不同種源迷迭香發(fā)芽率的研究發(fā)現(xiàn)，在15℃和光照條件下，迷迭香種子發(fā)芽率最高[13]。也有報(bào)道稱低溫（4.4℃）處理有助于提高迷迭香的發(fā)芽率[20]。迷迭香播種法繁殖周期長(zhǎng)，幼苗生長(zhǎng)緩慢，苗期分化明顯，夏季抗蟲性較差，一般只在品種馴化和品種選育時(shí)使用。目前，生產(chǎn)中常用的迷迭香繁殖技術(shù)為扦插繁殖。迷迭香的頂芽、年生枝條都可以作為扦插繁殖材料，扦插成活率在90%以上。前人已經(jīng)對(duì)迷迭香種子繁育和扦插繁殖技術(shù)進(jìn)行了很好的綜述[19]，筆者主要從組織培養(yǎng)角度對(duì)已有的研究進(jìn)行綜述。

組培苗的嫩芽、嫩稍也可以作為組培繁殖的材料，而且通過(guò)組織培養(yǎng)的方式，可以人為調(diào)節(jié)和控制培養(yǎng)條件而大量獲得組織中有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的成分。由于迷迭香中精油和抗氧化成分的效用，迷迭香組培技術(shù)的研究具有十分重要的意義。目前，常用的外植體有頂芽、葉片和莖段3種，常用培養(yǎng)基為MS培養(yǎng)基。

2.1 不同外植體組培技術(shù)

迷迭香葉片外植體一般取自幼嫩的枝條，葉片整體或切為4～5 mm小段，用10% 次氯酸鈉或2% HgCl2進(jìn)行消毒，添加1.5 mg/L TDZ和0.5 mg/L IAA能促進(jìn)葉片愈傷的形成[8]。董玉梅等[21]用0.5 mg/L 6-BA+0.5 mg/L NAA，潘俊松等[22]用1.0 mg/L 6-BA+0.025 mg/L IAA+0.1 mg/L NAA也成功誘導(dǎo)了葉片愈傷化。董玉梅等[21]發(fā)現(xiàn)，MS中添加高濃度蔗糖（50 g/L）能縮短愈傷啟動(dòng)的時(shí)間和提高愈傷率。單一高濃度的6-BA（4.0 mg/L）能促進(jìn)愈傷進(jìn)行芽分化[8]，而較高濃度的6-BA則需加入適量的KT+NAA，或IAA，利用后者分化率分別可達(dá)50%和70%[21-22]。

迷迭香莖尖外植體取自莖端0.7～1.2 cm、帶有1～2個(gè)葉原基的部分。消毒方法類似于葉片，而HgCl2濃度宜降低到1%，以減少對(duì)幼嫩組織的傷害。采用0.8 mg/L 6-BA+0.2 mg/L IAA激素組合可誘導(dǎo)叢生芽生長(zhǎng)[22]，而增加6-BA的濃度，在1.0 mg/L 6-BA+0.02 mg/L NAA或0.2 mg/L IAA激素組合下可促進(jìn)莖尖生長(zhǎng)[22-23]。

莖段作為外植體需要進(jìn)行預(yù)處理，先用殺菌劑（滅菌凈或多蔭靈等）對(duì)選取的枝段進(jìn)行整體消毒，然后再用1% HgCl2消毒2次，每次2～3 min，將消毒后的莖段切為1.5～3.0 cm，帶有1～2個(gè)腋芽的小段進(jìn)行培養(yǎng)。在1/2 MS或MS添加0.2 mg/L 6-BA+0.01 mg/L IBA的培養(yǎng)基上都可以啟動(dòng)腋芽的生長(zhǎng)[24-25]。芽增殖培養(yǎng)階段，張華通[24]利用3/4 MS+0.2 mg/L 6-BA+0.01 mg/L NAA，許秀玉等[25]利用1/2 MS+0.3 mg/L 6-BA+0.1 mg/L IBA培養(yǎng)基，可誘導(dǎo)芽數(shù)3.0～3.5個(gè)，在這些研究中還發(fā)現(xiàn)椰乳具有降低芽枯萎和玻璃化的功效，以及加入適量活性炭可以促進(jìn)小芽的生長(zhǎng)。張樹河等[26]研究表明，從腋芽誘導(dǎo)到芽增殖階段均使用高濃度的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和細(xì)胞分裂素，外植體增值率可達(dá)到3.7倍。相比較而言，在增值率相當(dāng)?shù)那闆r下，前2種培養(yǎng)基更經(jīng)濟(jì)一些。

2.2 迷迭香組培過(guò)程中不定根誘導(dǎo)的方法

將1.5～5.0 cm不定芽從愈傷塊上切下，進(jìn)行生根培養(yǎng)，已報(bào)道的生根培養(yǎng)基有以下幾種類型（表2），生根可采用的MS濃度范圍較廣：1/4 MS～MS；添加生長(zhǎng)素NAA、IBA以及IAA都有較好誘導(dǎo)生根的效果，使用濃度一般在0.1～0.5 mg/L（表2），增加激素的使用量，一定程度上可提高生根率[21，26]或縮短生根的時(shí)間[22，25]。同時(shí)添加活性炭或者多效唑PP333能促進(jìn)小苗的生長(zhǎng)，有壯苗壯根的效果[24-25]，另外，蔗糖的濃度對(duì)生根也有一定的影響，張華通[24]研究表明，降低蔗糖的濃度可能有利于迷迭香生根。當(dāng)不定根長(zhǎng)至2 cm左右，開蓋煉苗7 d左右，可以進(jìn)行移栽。

2.3 營(yíng)養(yǎng)添加劑和組培條件影響愈傷組織和再生苗中活性物質(zhì)的含量

由愈傷、懸浮細(xì)胞、原生質(zhì)體產(chǎn)生的再生苗在遺傳和表觀遺傳學(xué)水平上發(fā)生了諸多變化，導(dǎo)致再生苗和母本材料在某些性狀上的差異[27]。與母本相比，迷迭香組培材料含油量較高，精油組分差異較大，且具有品種特異性。扦插繁殖苗與組培苗相比，二者含油量差異雖不顯著，但莰烯、檸檬烯和芳樟醇等精油組分含量發(fā)生了變化，并且利用組培方法獲得的植株中檸檬烯和芳樟醇含量較高[8]。

Tawfik[8]研究表明，TDZ、6-BA、蔗糖和Ca2+對(duì)愈傷組織或再生苗中活性物質(zhì)含量有顯著影響。其中，高濃度TDZ能增加莰酮，而降低茨醇的含量，可能是其促進(jìn)了茨醇向莰酮轉(zhuǎn)變的酶的活性[28]；6-BA促進(jìn)再生株的干物質(zhì)量和1，8-桉樹腦的增加，但其抑制α-蒎烯和莰烯的產(chǎn)生；蔗糖與莖尖誘導(dǎo)愈傷的鮮物質(zhì)和干物質(zhì)量成正比，并且特異的與乙酸龍腦酯含量正相關(guān)，但是高濃度的蔗糖會(huì)使迷迭香生長(zhǎng)速率變慢；低濃度Ca2+產(chǎn)生暗綠色的完整愈傷，而高濃度Ca2+產(chǎn)生淺綠色易碎的愈傷，愈傷的鮮重最大，但是干重最小。3 mmol/L Ca2+有利于1，8-桉樹腦和乙酸龍腦酯的積累，而0.99 mmol/L Ca2+時(shí)愈傷的干鮮重、產(chǎn)油量和莰酮含量最高。

不同光質(zhì)也會(huì)影響愈傷組織的生長(zhǎng)和生理變化。迷迭香愈傷組織的鮮重生長(zhǎng)量在不同光譜下的差異依次為：紅光>藍(lán)光>黑暗>白光>黃光>綠光。紅、綠和黑暗下的愈傷組織顏色相對(duì)較淺，質(zhì)地疏松；而藍(lán)、白和黃光培養(yǎng)下，愈傷顏色較深、質(zhì)地緊實(shí)[29]。分析愈傷組織中黃酮含量發(fā)現(xiàn)紅光不利于黃酮的積累，而藍(lán)光下黃酮含量最高，不同光質(zhì)下黃酮的產(chǎn)量為藍(lán)光>黃光>黑暗>白光>紅光[30]。

3 迷迭香的生理生態(tài)特性研究

3.1 水分脅迫

迷迭香生長(zhǎng)在干旱和半干旱鈣質(zhì)型土壤的地中海盆地，面臨嚴(yán)峻的環(huán)境脅迫。因此，干旱和鹽堿環(huán)境脅迫對(duì)迷迭香的生理生態(tài)影響成為研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。有研究表明，35%相對(duì)含水量處理3個(gè)月，迷迭香葉片的葉綠素、葉黃素和β-胡蘿卜素含量下降，α-生育酚含量上升；迷迭香酸的氧化產(chǎn)物松香烷二萜類的異迷迭香醇含量增加了8倍。由于葉綠素的損失，減少了葉片吸收光子的量，導(dǎo)致葉黃素、α-生育酚和二萜與葉綠素比例增加，意味著葉片每吸收單位量的光子，其光學(xué)保護(hù)和抗氧化的能力得到增強(qiáng)[31]。當(dāng)生長(zhǎng)環(huán)境中相對(duì)含水量為42%，迷迭香CO2同化率減少為80%，但是光系統(tǒng)II的最大效率和葉片葉綠素含量沒(méi)有改變；α-生育酚增加15倍，類胡蘿卜素、異迷迭香酚和二甲基異迷迭香酚增加25～40%，這些物質(zhì)含量的升高可能阻止干旱條件下植物的氧化損傷[32]。Munné-Bosch等[33]研究表明，鼠尾草酸和其氧化產(chǎn)物鼠尾草酚、迷迭香酚和異迷迭香酚主要分布在迷迭香葉片的葉綠體內(nèi)，說(shuō)明鼠尾草酸在葉綠體中可能充當(dāng)抗氧化劑的功能。有證據(jù)表明，鼠尾草酸可能協(xié)助另外一種抗氧化劑α-生育酚進(jìn)行葉綠體內(nèi)活性氧清除[34]。除了迷迭香體內(nèi)抗氧化物質(zhì)的變化，隨著干旱脅迫增強(qiáng)，迷迭香釋放揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的總量減少，種類增多，說(shuō)明迷迭香還能夠通過(guò)調(diào)節(jié)VOCs的含量來(lái)提高抗旱性[35]。

3.2 鹽離子脅迫

不同離子對(duì)迷迭香次級(jí)代謝產(chǎn)物具有深遠(yuǎn)的影響。用100 mmol/L NaCl處理4周，迷迭香葉片中Na+含量增加了35%，同時(shí)K+、Ca2+和Mg2+等離子含量顯著降低。高劑量的KCl（10 mmol/L）和CaCl2（8 mmol/L）可以將NaCl處理后葉片中Na+含量降低到正常水平，而MgCl2和FeCl3的添加將Na+降低到正常水平以下[36]。

此外，100 mmol/L NaCl顯著增加了1，8-桉樹腦和樟腦烯的含量。添加KCl和CaCl2不能改變NaCl處理對(duì)精油成分的影響，但是加入高劑量的的MgCl2（8 mmol/L）可以使NaCl處理的1，8-桉樹腦和樟腦含量恢復(fù)到正常水平，而低劑量的FeCl3（0.1 mmol/L）能降低樟腦烯含量[36]。100 mmol/L NaCl處理不會(huì)影響迷迭香二萜類物質(zhì)的含量，添加KCl和CaCl2能增加NaCl脅迫下葉片中鼠尾草酸的含量，降低迷迭香酚的含量，同時(shí)高劑量MgCl2和低劑量的FeCl3能分別降低鹽脅迫下鼠尾草酚和迷迭香酚的含量[36]?？偠灾?，迷迭香是相對(duì)耐鹽的植物，雖然NaCl處理不影響其生物產(chǎn)量和二萜類物質(zhì)的含量，但是能顯著改變其精油的組成，NaCl對(duì)迷迭香活性成分的影響還受到不同金屬離子的協(xié)同調(diào)節(jié)。

4 迷迭香主要化學(xué)成分合成相關(guān)基因的研究

苯丙氨酸和酪氨酸是迷迭香酸合成的前體，苯丙氨酸解氨酶（PAL）為迷迭香酸合成的關(guān)鍵酶之一（圖2A）。脯氨酸作為一種還原劑促進(jìn)代謝前體進(jìn)入莽草酸和苯丙烷代謝途徑，最終形成迷迭香酸[37]。用脯氨酸和色氨酸處理能增加迷迭香愈傷組織中PAL的活性，促進(jìn)迷迭香酸的產(chǎn)生[38]。El-Naggar等[39]研究表明，PAL在迷迭香品種Majorca、R. officinalis和Madeline Hill表達(dá)量較高，而在Pine Scented和Arp 2個(gè)品種中表達(dá)量較低。PAL的表達(dá)量與核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶的表達(dá)成反比。在愈傷組織中，PAL表達(dá)量高的材料迷迭香酸含量最高，反之亦然。

迷迭香中的鼠尾草酸和鼠尾草酚是主要的抗氧化物質(zhì)，對(duì)神經(jīng)退行性疾病有抑制的作用[40]，但這些物質(zhì)的合成途徑尚不清楚（圖2B）。Brückner 等[41]應(yīng)用液相-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，迷迭香酚類二萜物質(zhì)的合成主要發(fā)生在幼葉的腺毛中。在酵母和煙草中表達(dá)迷迭香柯巴基焦磷酸合成酶（RoCPS1），可以將牻牛兒牻牛兒基焦磷酸（GGDP）轉(zhuǎn)化為柯巴基焦磷酸（CDP）；同時(shí)迷迭香貝殼杉烯類似合成酶RoKSL1和RoKSL2都可以利用CDP產(chǎn)生松香烷。與SmKSL和南歐丹參中分離的香紫蘇醇合成酶類似，RoKSL1/2屬于二萜合成酶TPS-e類，缺失了γ-結(jié)構(gòu)域，RoKSL1和RoKSL2的酶化產(chǎn)物屬于丹參酮二烯。相比之下，在單子葉植物中KSL酶參與赤霉素的代謝。進(jìn)化分析表明，KSL是在雙子葉-單子葉植物分化之前，在唇形科植物中出現(xiàn)的一組參與特殊代謝反應(yīng)的酶[41]。

5 小結(jié)與展望

迷迭香是一種重要的香料作物，前人從形態(tài)（葉色、花色）、化學(xué)組成（氣味）以及分子標(biāo)記（SSR、RAPD、RFLP和SNP）等方面對(duì)迷迭香資源進(jìn)行了研究，然而，目前的研究對(duì)象主要還局限在環(huán)地中海地區(qū)，在中國(guó)種植的迷迭香還存在資源來(lái)源不清晰，品種混淆等問(wèn)題。如何根據(jù)各地區(qū)氣候、土壤等特點(diǎn)選擇合適的種質(zhì)資源進(jìn)行育種與栽培是后續(xù)研究的主要方向之一。

迷迭香主要通過(guò)扦插、壓條等無(wú)性方式進(jìn)行擴(kuò)繁，這種方法能快速、穩(wěn)定的繁殖具有某些優(yōu)良性狀的資源，但不利于突變的產(chǎn)生。詳細(xì)綜述了迷迭香組織培養(yǎng)相關(guān)研究進(jìn)展，期望通過(guò)組培過(guò)程中引入誘變劑實(shí)現(xiàn)人工誘變育種，或者為迷迭香工廠化生產(chǎn)和轉(zhuǎn)基因育種提供技術(shù)儲(chǔ)備。

通過(guò)提高迷迭香廣適性增加原材料的產(chǎn)量，以及通過(guò)提高活性物質(zhì)含量（精油、抗氧化劑）增加有效產(chǎn)量是提高迷迭香經(jīng)濟(jì)價(jià)值的主要途徑。目前對(duì)迷迭香活性成分的合成規(guī)律和關(guān)鍵基因的表達(dá)、功能等方面的研究主要針對(duì)迷迭香酸、鼠尾草酸等，而且關(guān)于2種物質(zhì)合成的代謝通路沒(méi)有系統(tǒng)分析，繼續(xù)完善這2條代謝通路以及研究迷迭香中其他成分關(guān)鍵基因的功能分析也是未來(lái)研究的重要方向。

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