陳儷心，楊旭，李鶴，戴曉勇*，楊成華

(1.四川省林業(yè)和草原調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 610081；2.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550005)

杜鵑花科(Ericaceae)約由125多個(gè)屬4000多個(gè)種組成，除南極洲外，分布于赤道到北緯80°以上的所有大陸，是世界上除了低海拔熱帶雨林和沙漠以外的許多地區(qū)植被的重要組成部分[1]。傳統(tǒng)研究認(rèn)為，杜鵑花科植物很可能起源于岡瓦納古陸，并從非洲直接遷移到南美洲，在晚中新世南北美洲相連時(shí)長(zhǎng)距離遷移擴(kuò)散至北美洲[2]。分子系統(tǒng)發(fā)育研究方法認(rèn)為，杜鵑花科很有可能起源于勞亞古陸，其中越桔亞科和杜鵑花亞科很可能起源于北美洲[3]。全世界對(duì)杜鵑花科植物的研究主要集中在分類、菌根多樣性及分布、化學(xué)成分和應(yīng)用價(jià)值等方面。

1 杜鵑花科分類研究

杜鵑花科分類學(xué)研究是認(rèn)識(shí)、利用和保護(hù)杜鵑花科植物的基礎(chǔ)。在1993年之前，杜鵑花科分類主要基于傳統(tǒng)的“進(jìn)化分類學(xué)”方法，這主要取決于人為規(guī)定的特定特征。在這類研究中，杜鵑花科的核心類群劃分基本被研究者認(rèn)同，但一些邊緣類群，如鹿蹄草類(Pyroloids)和水晶蘭類(Monotropoids)劃分存在爭(zhēng)議[1,4-5]。在傳統(tǒng)分類研究中，被廣泛接受的有Hooker、Drude和Stevens(表1)的分類[1,6-7]。20世紀(jì)末，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步，越來(lái)越多學(xué)者開(kāi)始運(yùn)用分子生物學(xué)手段來(lái)研究杜鵑花科及其相關(guān)類群的分類[8-13]，具有代表性的是Kron的分類。

表1 杜鵑花類群的代表性分類

續(xù)表1 杜鵑花類群的代表性分類

由于杜鵑花科類群龐大而復(fù)雜，大量的新分類群仍在被發(fā)現(xiàn)，原有分類體系也在不斷修正?？偟膩?lái)說(shuō)，以往杜鵑花分類研究主要基于形態(tài)學(xué)的傳統(tǒng)分類方法，這類方法強(qiáng)調(diào)某些視覺(jué)上的形態(tài)學(xué)特征，特別是生殖形態(tài)學(xué)的特征。其中，Drude的分類系統(tǒng)目前被廣泛沿用，中國(guó)植物志的杜鵑花科部分亦主要采納該系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)的杜鵑花科物種鑒定及分類主要參考中國(guó)植物志，例如，貴州和四川的杜鵑花科植物的新種或新記錄[14-17]。基于形態(tài)學(xué)的傳統(tǒng)分類方法更加直觀、簡(jiǎn)便，但偏于主觀。相較而言，基于分子生物學(xué)的現(xiàn)代分類方法，可以將形態(tài)變化的模式追溯到類群發(fā)育上，有利于更好地理解形態(tài)特征變化的模式。當(dāng)前大多數(shù)杜鵑花科各類群的分類和物種鑒定研究都綜合了分子和形態(tài)學(xué)證據(jù)的分類方法[18-20]。新的分子生物學(xué)技術(shù)(例如下一代測(cè)序(NGS)技術(shù))的進(jìn)步與擴(kuò)大應(yīng)用，將持續(xù)促進(jìn)國(guó)內(nèi)外杜鵑花分類研究。

2 杜鵑花類菌根研究

廣義的杜鵑花類，包含杜鵑花科以及鹿蹄草類(Pyroloids)和水晶蘭類(Monotropoids)的多數(shù)植物，對(duì)菌根營(yíng)養(yǎng)有強(qiáng)烈依賴性，其與一些真菌形成杜鵑花類菌根，這些菌根在杜鵑花類植物的生長(zhǎng)發(fā)育中扮演著重要角色。目前關(guān)于杜鵑花類菌根的研究主要集中在根菌的多樣性和地理分布等方面[21]。

2.1 杜鵑花類菌根真菌的多樣性

大多數(shù)杜鵑花類植物的根系與一些真菌形成內(nèi)生的杜鵑菌根(Ericoid mycorrhiza，ERM)。ERM真菌具有高度多樣性，主要包括子囊菌(Ascomycetes)、脂類和非脂類擔(dān)子菌(Basidiomycetous)的真菌。

2.1.1 子囊菌

在子囊菌中，Rhizoscyphusericae[22-23]是第一個(gè)被鑒定和被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的杜鵑花類根菌。隨著分子和系統(tǒng)發(fā)育方法的進(jìn)步，更多的菌類被分離出來(lái)且被認(rèn)為與R.ericae密切相關(guān)，被稱為R.ericae復(fù)合體(例如，Meliniomycesvariabilis、Meliniomycesbicolor和Cadophorafinlandica)。而后被鑒定為杜鵑花類根菌的第二個(gè)類群是子囊菌類的樹(shù)粉孢屬Oidiodendron[24]。此外，子囊菌類中的其他非R.ericae復(fù)合體的真菌也被證明可以形成功能性ERM，例如，Acremoniumstrictum和Phialocephala-Acephala復(fù)合體成員[25]；Leohumicola屬和Capronia屬也陸續(xù)被實(shí)驗(yàn)證明可以與ERM植物形成菌絲圈，但由于沒(méi)有發(fā)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)交換的功能性過(guò)程，這些真菌被認(rèn)為是假定 ERM根菌[26-27]?？傊?，很多子囊菌都可能有形成ERM的潛力。

2.1.2 擔(dān)子菌

基于觀察和熒光染色實(shí)驗(yàn)以及同位素標(biāo)記方法，Clavulinasp.是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)并證明的ERM擔(dān)子菌[28-29]。后來(lái)許多基于分子方法、超微結(jié)構(gòu)觀察的研究結(jié)果表明， Sebacinales類真菌是ERM植物根的常見(jiàn)共生擔(dān)子菌[30]，但是在很多研究中這些物種沒(méi)有在純培養(yǎng)中成功分離出來(lái)，因此該類群被長(zhǎng)期認(rèn)為是假定ERM真菌。直到Vohník等的實(shí)驗(yàn)研究顯示，Sebacinales的B組真菌能夠從杜鵑花科植物中分離出，并且能與一些杜鵑花科植物形成菌根，表明它們?cè)诙霹N花科寄主中具有廣泛的內(nèi)生潛力[31]。后來(lái)，Vohník等發(fā)現(xiàn)與Trechisporales有親緣關(guān)系的擔(dān)子菌物種與挪威的越桔屬物種共生，盡管沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)交換的結(jié)論性證據(jù)，但分離株確實(shí)促進(jìn)了體外植物生長(zhǎng)，這一發(fā)現(xiàn)極大地拓寬了假定ERM根菌的系統(tǒng)發(fā)育范圍[32]，但諸如此類的研究結(jié)果也表明，杜鵑花類根菌功能分類之間的界限十分模糊[33-35]。

2.2 杜鵑花類菌根真菌的生物地理學(xué)

南半球的杜鵑花類根菌的生物地理學(xué)研究較少。南非的杜鵑花類菌根真菌的一些早期研究表明：高山硬葉灌木群落(Fynbos)中ERM相關(guān)真菌主要是子囊菌，包括樹(shù)粉孢屬(Oidiodendron)的某些物種和柔膜菌(Helotiales)，但不包括R.ericae。Bruzone等首次報(bào)告了巴塔哥尼亞西北部?jī)煞N白珠樹(shù)屬(Gaultheria)的菌根真菌，擴(kuò)大了南半球可用數(shù)據(jù)的地理范圍[36]。澳大利亞尤其缺乏相關(guān)研究，目前研究表明在澳大利亞與杜鵑花類共生的子囊菌主要是R.ericae復(fù)合體以外的Helotialean物種和一些Oidiodendronmaius相關(guān)種類[21]。

北半球有相當(dāng)多的杜鵑花類菌根研究，一些ERM根菌的全球地理模式也開(kāi)始出現(xiàn)。例如，擔(dān)子菌類的Sebacinales被越來(lái)越多地確定為北美和新熱帶地區(qū)ERM相關(guān)真菌群落的主要成分，并且Setaro & Kron 報(bào)告了這些地區(qū)的ERM與Sebacinales之間的密切系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，預(yù)示了可能的協(xié)同進(jìn)化。相比之下，子囊菌類的Rhizoscyphusericae復(fù)合體物種，包括R.ericae和Meliniomycesvariabilis，則作為ERM根菌廣泛分布在北方和亞北極生境以及歐亞大陸的大部分溫帶地區(qū)。子囊菌類的Oidiodendronmaius雖然不是某個(gè)地區(qū)的優(yōu)勢(shì)共生菌，卻似乎是一個(gè)世界性物種，已在澳大利亞、南非、中國(guó)和美國(guó)等國(guó)的研究中發(fā)現(xiàn)。此外，還有很多缺乏數(shù)據(jù)的ERM根菌，如Chaetothyriales或Helotiales物種，還需要更多相關(guān)研究，以全面了解ERM根菌的全球生物地理狀況[37]。

綜上所述，杜鵑花類根菌研究仍存在許多未解決的疑問(wèn)，特別是在杜鵑花類根菌的多樣性和分布模式方面。因此，未來(lái)需要在更多區(qū)域，綜合生理、基因、蛋白層面的技術(shù)手段，對(duì)杜鵑花類根菌的功能生態(tài)學(xué)和功能多樣性進(jìn)行進(jìn)一步研究，深入挖掘其作用機(jī)制，以更好地發(fā)展菌根技術(shù)，促進(jìn)在杜鵑花類植物的生態(tài)保護(hù)和園藝培育方面的應(yīng)用。

3 杜鵑花科化學(xué)成分和生物活性研究

3.1 化學(xué)成分

杜鵑花科植物所含化學(xué)成分，目前研究較多的是四環(huán)二萜類化合物，也含有少量揮發(fā)油類、酚類、黃酮類、鞣質(zhì)等。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)類型，可將這些萜類化合物的絕大多數(shù)分為木藜蘆烷類(Grayanane)、木藜蘆酚類、二萜甙和雙苯基黃酮甙等，其中最重要的是木藜蘆烷類，杜鵑花科毒素多屬此類，該類物質(zhì)也主要在杜鵑花科中發(fā)現(xiàn)。杜鵑花屬植物中分離和鑒定出多種次生代謝物，包括單萜、倍半萜、二萜、三萜、類固醇、香豆素和類黃酮以及其他成分，大多數(shù)是類黃酮，其次是二萜[38]。越桔屬植物中主要代謝物是苯類化合物、苯丙素類化合物和黃酮類化合物，黃酮類化合物主要活性成分包括花色素、黃烷醇、前花色素(Proanthocyanidines)和懈皮素類成分。越桔屬的香豆素和酚性化合物類也較多。此外，越桔屬植物的果實(shí)中也富含維生素、氨基酸、糖類、有機(jī)酸、長(zhǎng)鏈烷烴和各種礦質(zhì)元素等營(yíng)養(yǎng)成分[39-40]；草莓樹(shù)屬的植物含有花色素苷、環(huán)烯醚萜類、酚類、三萜類、甾醇類和脂肪酸等化合物，同時(shí)果實(shí)和樹(shù)葉中含有植物素(Phyto-chemicals)、糖類和礦物質(zhì)[41]。

3.2 生物活性

3.2.1 藥性

杜鵑花科的多個(gè)屬的植物含有的木藜蘆烷型二萜類化合物具有明顯的鎮(zhèn)痛、抗腫瘤、抗病毒、抗害、抗炎、拒食、生長(zhǎng)抑制、殺蟲(chóng)、免疫調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)細(xì)胞對(duì)離子的通透性等生物活性。杜鵑花屬的一些植物的某些化學(xué)成分具有抑制NO產(chǎn)生的活性(如爆杖花Rhododendronspinuliferum中提取的色酮糖苷)、抗HIV活性(如興安杜鵑R.dauricum的葉和嫩枝中提取的MeOH)、組胺釋放抑制活性、酪氨酸酶抑制活性、抗炎和鎮(zhèn)痛活性、鈉離子通道拮抗活性以及抗氧化活性[38]。越桔屬的一些植物的某些化學(xué)成分具有抗氧化活性、抗菌活性和利尿活性、抗糖尿病活性、干擾細(xì)菌毒力活性、抗癌抗心血管疾病活性、降脂活性和抗壞血病活性[40]。草莓樹(shù)屬(Arbutus)的一些植物具有抗氧化、抗炎、抗增殖、抗糖尿病和抗微生物活性[41]。

3.2.2 毒性

杜鵑花科植物是含萜類化合物的最豐富的類群之一，包括三萜類化合物、多萜類化合物，二萜類化合物，特別是木藜蘆烷型(grayanane)二萜類化合物。木藜蘆烷型二萜類化合物是最重要的有毒成分，集中于杜鵑花屬、馬醉木屬、山月桂屬、珍珠花屬、木藜蘆屬和金葉子屬等少數(shù)幾個(gè)屬的有毒植物之中[42]；木藜蘆烷類毒素屬于心臟神經(jīng)系統(tǒng)毒素，它們直接作用于心臟，既能增加心肌收縮力，也對(duì)心臟有觸發(fā)活性而產(chǎn)生快速心律失常以致抑制心臟跳動(dòng)而死亡的作用；木藜蘆烷類毒素也可作用于細(xì)胞膜膽堿受體的離子調(diào)節(jié)部位，有可逆地去極化激活作用，特異性地增加心肌、肌梭等部位的神經(jīng)細(xì)胞和肌肉細(xì)胞靜息膜對(duì)Na+通透性，提高細(xì)胞膜內(nèi)Na+濃度，從而影響神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)，因此對(duì)心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)有不利影響。杜鵑花屬某些植物中的紅藻毒素(Rhodomolins)、鬧羊花素(Rhodojaponin III) 和印楝素(Azadirachtin)也具有細(xì)胞毒性[38]。

總的來(lái)說(shuō)，杜鵑花科的多個(gè)類群的化學(xué)成分都具有多種生物活性，此類研究具有良好的藥物開(kāi)發(fā)或者生物農(nóng)藥應(yīng)用前景。但是，目前各類化學(xué)成分的研究都不夠完善，藥理與臨床實(shí)驗(yàn)不夠系統(tǒng)深入，限制了毒性控制和新藥研發(fā)，因此未來(lái)需要分離更多具有生物活性的化合物，并深入探究各種化學(xué)成分的藥理和毒理作用機(jī)制，促進(jìn)杜鵑花植物的藥用價(jià)值實(shí)現(xiàn)。