羅佳琪，付立忠

(浙江中醫(yī)藥大學(xué) a 濱江學(xué)院，b 藥學(xué)院，浙江 杭州 311402)

藥用植物是指根、莖、葉、花、果實(shí)等含有特殊成分，可供人類(lèi)用于防病、治病的植株。據(jù)全國(guó)第三次中藥資源普查統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有記載的藥用植物有11 146種以上，占全部藥用資源的87%[1]。近年，隨著中醫(yī)藥事業(yè)的大力發(fā)展，藥用植物開(kāi)發(fā)利用的速度不斷加快，消耗量逐年增加，野生資源保有量不斷減少，人工馴化栽培已逐漸成為藥用植物生產(chǎn)的主要手段。藥用植物人工栽培，應(yīng)將所產(chǎn)藥材的品質(zhì)放在首位，其次才是藥材的產(chǎn)量。有效成分是衡量藥材品質(zhì)的重要指標(biāo)。中藥材有效成分多為藥用植物的次生代謝產(chǎn)物，如黃酮類(lèi)化合物、酚類(lèi)化合物、生物堿類(lèi)化合物、萜類(lèi)化合物等。藥用植物次生代謝產(chǎn)物的累積受栽培所選品種(遺傳種質(zhì))、種植區(qū)域的生態(tài)環(huán)境、所采取的農(nóng)藝措施等因素共同作用。在農(nóng)藝措施中，營(yíng)養(yǎng)元素的供給對(duì)藥用植物次生代謝產(chǎn)物的累積影響巨大。

氮素參與植物的生命活動(dòng)，是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的營(yíng)養(yǎng)元素，更是影響植物次生代謝產(chǎn)物累積的重要因素[2-3]。本文對(duì)不同氮素水平、氮素形態(tài)下藥用植物黃酮類(lèi)、酚類(lèi)、生物堿類(lèi)、萜類(lèi)等有效成分的累積研究進(jìn)行綜述，為今后開(kāi)展規(guī)范化栽培藥用植物、科學(xué)施氮和氮素作用于藥用植物次生代謝產(chǎn)物累積分子機(jī)理研究提供參考。

1 氮素對(duì)黃酮類(lèi)化合物累積的影響

黃酮類(lèi)化合物具有保肝、抗菌、抗病毒、抗腫瘤、抗炎、抗氧化等多種生物活性，是藥用植物重要的有效成分。氮素對(duì)黃酮類(lèi)化合物累積的影響，不同藥用植物表現(xiàn)不同。限制氮素的供給有利于三葉青(Tetrastigmahemsleyanum)、山楂(CrataeguspinnatifidaBunge)、廣金錢(qián)草(DichondrarepensForst)等植物中黃酮類(lèi)化合物的累積[4-6]，這可能歸結(jié)于碳營(yíng)養(yǎng)平衡假說(shuō)(carbon-nutrient balance，CNB)。該假說(shuō)認(rèn)為當(dāng)植株受到氮脅迫時(shí)，其生長(zhǎng)受到的限制大于光合作用受到的限制，植物需要產(chǎn)生更多的次生代謝物來(lái)進(jìn)行抗氧化[7-8]。而氮素供給過(guò)多則會(huì)導(dǎo)致短葶飛蓬(Erigeronbreviscapus)、雞骨草(Abruscantoniensis)、銀杏(Ginkgobiloba)等以黃酮類(lèi)化合物為主要有效成分的藥用植物品質(zhì)下降[9-11]，原因可能與苯丙氨酸解氨酶活性有關(guān)。苯丙氨酸解氨酶是黃酮類(lèi)次生代謝物質(zhì)合成的關(guān)鍵酶，氮素的過(guò)量供給會(huì)降低苯丙氨酸解氨酶的活性，從而影響游離黃酮類(lèi)化合物的合成[12-13]。但是氮素供應(yīng)量的增加，會(huì)促進(jìn)枸杞(LyciumbarbarumL.)黃酮類(lèi)化合物的累積[14]，而氮素盈虧對(duì)菘藍(lán)(IsatisindigoticaFortune)根與葉中黃酮類(lèi)化合物累積的影響不同，缺氮有利于菘藍(lán)根中總黃酮的累積，而持續(xù)供氮?jiǎng)t使葉中總黃酮累積更多[15]，這與在雞骨草中的研究結(jié)果類(lèi)似[10]，原因可能與氮素供給使藥用植物地上和地下部生理代謝性失調(diào)有關(guān)[16]。具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2 氮素對(duì)酚類(lèi)化合物累積的影響

酚類(lèi)化合物具有抗菌、抗炎、抗氧化等生物活性，是植物生存的重要基礎(chǔ)物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，氮素低水平供給，會(huì)增加三葉青、短葶飛蓬、丹參(SalviamiltiorrhizaBunge)、卡琪花蒂瑪(LabisiapumilaBlume)、蕁麻(UrticadioicaL)等藥用植物中總酚累積量[4,9,21-23]，其原因可通過(guò)蛋白質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)模型(protein competition model，PCM)來(lái)解釋?zhuān)鶕?jù)PCM的理論，蛋白質(zhì)與酚類(lèi)化合物的合成存在苯丙氨酸這一共同前體，因此，蛋白質(zhì)與酚類(lèi)化合物的分配是負(fù)相關(guān)的。隨著氮素供應(yīng)的降低，蛋白質(zhì)含量下降，相應(yīng)地酚類(lèi)化合物累積量上升[24-25]。

氮素形態(tài)對(duì)藥用植物總酚類(lèi)化合物累積影響的研究結(jié)果各有不同。銨態(tài)氮能夠顯著提高甘菊(Chamomile)中綠原酸的含量，促進(jìn)酚酸物質(zhì)代謝[18]。銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的比例為25∶75時(shí)，杭白菊中綠原酸累積量達(dá)到最大[19]。目前針對(duì)酚類(lèi)化合物的研究較少，也鮮少有報(bào)道與其相關(guān)的具體分子機(jī)理。

3 氮素對(duì)生物堿類(lèi)化合物累積的影響

生物堿類(lèi)化合物具有抗癌、降壓、止咳平喘等生物活性。目前氮素對(duì)藥用植物中生物堿類(lèi)化合物累積的影響結(jié)論不一。有研究表明，低氮脅迫可以刺激菘藍(lán)合成更多的生物堿[15]，但也有隨著氮素水平的增加植物中生物堿累積量隨之增加的報(bào)道[26-27]，還有的研究結(jié)果表明，只有在適宜的氮水平下植物中生物堿的累積才能達(dá)到最大，氮素過(guò)多、過(guò)少均不利于其合成[28]。

氮素形態(tài)對(duì)生物堿類(lèi)化合物累積影響的研究結(jié)果也各有不同。銨態(tài)氮有利于菘藍(lán)、曼陀羅(DaturastramoniumLinn)、顛茄(AtropabelladonnaL)等藥用植物體內(nèi)生物堿的累積[29-31]。銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的比例為25∶75時(shí)，有利于喜樹(shù)(Camptothecaacuminata)中喜樹(shù)堿的累積[32]。硝態(tài)氮有利于半夏(Pinelliaternata)中總生物堿的累積[33]，但不利于黃連(CoptischinensisFranch)根莖中小檗堿的累積[34]。氮素形態(tài)對(duì)生物堿類(lèi)累積影響不一的原因，可能與生物堿前體形成有關(guān)，因?yàn)榘被崾呛铣缮飰A的前體，而氮素代謝影響藥用植物氨基酸的合成，進(jìn)而影響生物堿合成[34-35]。結(jié)論有待于進(jìn)一步確認(rèn)。

4 氮素對(duì)萜類(lèi)化合物累積的影響

萜類(lèi)化合物具有顯著的抗癌、抗瘧疾、抗菌等生物活性，是一類(lèi)分布廣泛、骨架龐雜、種類(lèi)繁多的化合物。不同研究結(jié)果表明，氮素供給水平對(duì)萜類(lèi)化合物在不同藥用植物中的累積影響不同。如低氮水平對(duì)絞股藍(lán)(GynostemmapentaphyllumMakino)中皂苷的累積具有促進(jìn)作用[36]，高氮水平可使廣金錢(qián)草總皂苷和龍膽(GentianascabraBunge)中獐牙菜苷的累積量得到顯著提高[6,37]，而氮素施用量對(duì)三七(Panaxnotoginseng)中總皂苷累積量影響不大[38]。有學(xué)者認(rèn)為在高氮水平下，植物中非結(jié)構(gòu)碳水化合物含量會(huì)下降，從而導(dǎo)致以非結(jié)構(gòu)碳水化合物作為底物合成的萜類(lèi)的量下降[35,39]。但這在龍膽、廣金錢(qián)草、三七等藥用植物中并不完全適用。也有研究者提出氮通過(guò)影響萜類(lèi)化合物生物合成中關(guān)鍵酶的水平來(lái)影響萜類(lèi)的合成，具體機(jī)制還需深入研究。

硝態(tài)氮能促進(jìn)薄荷(NepetacatariaL)精油累積[40]。銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的比例為75∶25時(shí)，能促使桔梗(Platycodongrandiflorus)中桔梗皂苷D的累積達(dá)到最大[41]。然而氮素形態(tài)對(duì)萜類(lèi)化合物累積的影響機(jī)理鮮有報(bào)道，這可能與萜類(lèi)化合物種類(lèi)繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜有關(guān)。

5 小結(jié)與展望

當(dāng)今社會(huì)，人們對(duì)藥用植物的需求越來(lái)越多，對(duì)其品質(zhì)要求也越來(lái)越高。據(jù)現(xiàn)有的代謝理論和已取得的研究結(jié)果來(lái)看，在藥用植物人工栽培時(shí)，難以做到既高產(chǎn)又優(yōu)質(zhì)[9,14]。綜合現(xiàn)有研究成果可知，氮素水平和氮素形態(tài)對(duì)不同藥用植物不同有效成分累積的影響是不同的。今后，除了開(kāi)展氮素供給對(duì)某一藥用植物主要有效成分累積影響的實(shí)用性技術(shù)研究，還需要開(kāi)展氮素對(duì)藥用植物次生代謝產(chǎn)物累積影響的分子機(jī)理研究，以進(jìn)一步提升藥用植物人工栽培過(guò)程中氮素的科學(xué)使用和促進(jìn)藥用植物有效成分的累積，以便生產(chǎn)出更多高品質(zhì)藥材。