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        藥用植物滇黃精種植研究進(jìn)展

        2023-09-08 05:17:04朱臻榮賈平劉悅殷子喻
        云南中醫(yī)中藥雜志 2023年8期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)錄組病害防治藥理

        朱臻榮 賈平 劉悅 殷子喻

        摘要: ?滇黃精是云南道地藥材,含有多種活性成分,同時(shí)又是藥食兩用植物。隨著社會(huì)健康意識(shí)的提高,滇黃精需求量日益增大,野生資源銳減。而人工栽培范圍不斷地?cái)U(kuò)大,尚未開發(fā)出產(chǎn)量高的品種,沒有規(guī)范地種植體系導(dǎo)致滇黃精種植資源混雜,急需從源頭解決滇黃精品質(zhì)問題。

        關(guān)鍵詞: ?滇黃精;藥理;栽培育種;病害防治;轉(zhuǎn)錄組

        中圖分類號(hào) :R285.5 ???文獻(xiàn)標(biāo)志碼 :A ???文章編號(hào) :1007-2349(2023)08-0093-05

        滇黃精( Polygonatum kingianum ?Coll.et Hemsl.),又稱為節(jié)節(jié)高、馬尾根、牛尾巴薯、仙人飯 ?[1]。滇黃精具滋陰、健脾潤肺、益腎的功效,用于治療氣虛、肺虛燥咳、精血不足等,又是數(shù)十種滋補(bǔ)性中醫(yī)復(fù)方或中成藥的重要組分,自古被民間及醫(yī)藥學(xué)家所重視 ?[2-4]。滇黃精還是《中國藥典》(2020年版)規(guī)定3種黃精基源植物之一,又習(xí)稱為“大頭黃精” ?[5]。

        黃精“味甘,平,無毒。治療氣虛、肺虛燥咳、精血不足,久服具滋陰、健脾潤肺、益腎輕身” ?[6]。滇黃精分布于我國云、貴、川等省,周邊鄰國也有分布 ?[7]。民國《藥物出產(chǎn)辨》中記載“黃精以湖南產(chǎn)者為正。其余……西江流域流經(jīng)云南、貴州、廣西、廣東等4省一帶地區(qū)” ?[8]?!冻S弥兴幉钠贩N整理和質(zhì)量研究》(1994年)第一冊(cè)中記載滇黃精主要分布在云南、廣西,多生產(chǎn)于山坡草叢較陰濕處 ?[8]?!吨腥A本草》(1998年)記載滇黃精分布于廣西、四川、云南等地 ?[9]。在近現(xiàn)代植物學(xué)發(fā)展史上,Coll和Hemsl于1890年發(fā)表滇黃精作為一個(gè)新種,即滇黃精系 ?[10]。而更早之前,明代初期,蘭茂在《滇南本草》中對(duì)滇黃精進(jìn)行了最早的文字記載:“鹿竹,味甘,性平,無毒。藥名黃精……”,其記錄了我國在明朝之前就開始使用滇黃精 ?[10]。根據(jù)《道地藥材圖典·西南卷》記載,可確定云、貴、川及廣西西北部為滇黃精的道地產(chǎn)區(qū) ?[6]。

        1 化學(xué)成分研究

        滇黃精含黃精多糖、生物堿、皂苷、黃酮、甾醇氨基酸等對(duì)身體有益的活性化合物 ?[11]。

        黃精多糖主要由甘露糖、葡萄糖、半乳糖、果糖、半乳糖醛酸等組成 ?[11]。滇黃精中的皂苷主要分為甾體皂苷和三萜皂苷 ?[12]。甾體皂苷是黃精屬的重要的特征活性成分之一,目前滇黃精分離得到32個(gè)甾體皂苷類化合物,其中苷元按照骨架類型不同可分為16種 ?[13]。黃精和滇黃精中共分離到12種三萜皂苷。高異黃酮類也是滇黃精的特征成分,從滇黃精中分離得到4個(gè)該類成分 ?[13]。滇黃精中發(fā)現(xiàn)了4種植物甾醇類化合物,5個(gè)生物堿類化合物 ?[14]。

        2 藥理研究

        2.1 抗抑郁 黃精多糖能改善慢性應(yīng)激抑郁模型小鼠的抑郁樣行為。并且還可以提高抑郁模型小鼠腦內(nèi)單胺類神經(jīng)遞質(zhì)(5~羥色胺、多巴胺)的含量及降低抑郁模型小鼠血清中白細(xì)胞介素-2的水平 ?[15]。有研究發(fā)現(xiàn),黃精皂苷可以改善慢性應(yīng)激抑郁模型大鼠的抑郁行為,如體重增長降低、自主活動(dòng)次數(shù)減少等 ?[16]。

        2.2降血糖 黃精多糖可以使糖尿病小鼠飲食量、飲水量、血糖趨于穩(wěn)定,體重略有上升。此外,黃精多糖能改善高脂飲食大鼠的糖脂代謝 ?[17]。緩解高脂飲食引起的血脂異常 ?[18],降低糖尿病大鼠血糖,防治糖尿病大鼠的心肌纖維化 ?[19]。此外,黃精水提物能夠有效調(diào)節(jié)小鼠血糖血脂水平,保護(hù)小鼠糖脂代謝功能,預(yù)防糖尿病的發(fā)生 ?[20]。促進(jìn)脂肪細(xì)胞分化,緩解肝細(xì)胞脂肪變性,降低胰島素抵抗從而改善大鼠機(jī)體脂代謝紊亂 ?[21]。

        2.3 肝、腎損傷 黃精多糖對(duì)CCl4肝損傷具有保護(hù)作用,主要是通過激活肝臟抗氧化活性,增強(qiáng)肝臟抗性,從而達(dá)到防止肝損傷的目的 ?[22]。

        經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),黃精速溶粉能夠通過提高抗氧化防御能力,降低氧化應(yīng)激水平,對(duì)酒精性肝病小鼠發(fā)揮保護(hù)作用 ?[23]。另外,黃精還可用于代謝相關(guān)脂肪性肝病即非酒精性肝病的治療。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,黃精可以通過改善線粒體功能而緩解高脂飲食誘導(dǎo)的非酒精性肝病,可用于治療非酒精性的線粒體調(diào)節(jié)劑的開發(fā) ?[24-25]。

        2.4 消化系統(tǒng) 滇黃精中的黃精多糖能有效促進(jìn)糞便乳桿菌的生物量、生物膜和乙酸的產(chǎn)生,并增強(qiáng)了群體感應(yīng)信號(hào),從而調(diào)節(jié)腸道菌群平衡 ?[26]。黃精總皂苷和總多糖通過降低擬桿菌和變形菌的豐度,增加厚壁菌的豐度,達(dá)到調(diào)節(jié)腸道功能的目的 ?[27]。

        2.5 抗氧化 滇黃精還具有一定的抗氧化、抗衰老作用 ?[28]。滇黃精多糖對(duì)DPPH自由基、羥基自由基以及超氧陰離子自由基有不同程度清除作用 ?[29]。黃精提取物有多糖、皂苷等活性成分,具抗氧化與酪氨酸酶抑制活性 ?[30]。

        3.栽培育種 滇黃精生長在海拔620 m ~3650 m的常綠闊葉林下、竹林下、林緣,山坡陰濕處、水溝邊或巖石上 ?[1]。董治程 ?[31]在野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),云南境內(nèi)野生滇黃精主要稀疏的分布于海拔1400 m ~2600m的灌木叢中,多生長于紅壤層 ?[32]。

        滇黃精有無性繁殖和有性繁殖2種繁殖方式 ?[33],因種子繁育需育苗1年,所以在種植時(shí)以無性繁殖為主。種植時(shí)間在9月~10月或翌年3月下旬,選擇帶芽的根莖分成數(shù)個(gè)小段,等待春季發(fā)芽 ?[34-35]。人工栽培滇黃精根莖直徑明顯比野生滇黃精大,且野生品產(chǎn)量遠(yuǎn)小于栽培品,可能是由于人工為栽培滇黃精提供了更加豐富的營養(yǎng) ?[36]。滇黃精可分為“多芽滇黃精”和“少芽滇黃精” ?[37],“多芽滇黃精”芽頭在成熟時(shí)約是“少芽黃精”芽頭的2倍,適于1300 m以上較高海拔種植,抗病性、抗旱性較強(qiáng)?!吧傺康狳S精”芽頭較少,但芽頭大,出芽相對(duì)較晚。2種滇黃精在生藥學(xué)指標(biāo)上所具有的區(qū)別,提示在選育新種或栽培推廣時(shí)可以考慮優(yōu)先選擇“多芽黃精”。

        面對(duì)野生資源相對(duì)匱乏的困境,滇黃精良種選育、人工栽培是解決市場(chǎng)需求的重要途徑。目前開展的組織培養(yǎng),可提高種質(zhì)資源高效化利用,解決育種時(shí)間長、種苗短缺等問題 ?[34]??s短種植周期,并有利于提升滇黃精品質(zhì)。

        3.1 組培研究 土壤是植物生長過程中所依賴最重要的物質(zhì),在土壤中添加專門的、有利于植物生長的有機(jī)物或者無機(jī)物將促使植物更好地生長,研究土壤基質(zhì)配比與營養(yǎng)成分將更有利于組培苗的生長。研究發(fā)現(xiàn),使用比例2∶ 2∶ 1混合紅土、腐柴皮、椰糠作為基質(zhì),該基質(zhì)透氣保水性好,使用此種基質(zhì)栽培的滇黃精組培苗的平均根莖體積、株高、地徑均高于一般土壤基質(zhì)栽培的滇黃精組培苗,能有效促進(jìn)滇黃精的生長發(fā)育 ?[38]。

        褐化會(huì)影響組培苗的生長分化,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致組培苗死亡。在組培時(shí),通過選擇性狀優(yōu)良的種源、嚴(yán)格的消毒、選擇合適的培養(yǎng)基和生長激素,溫度和光照的控制等手段都可以有效防止褐化。進(jìn)行滇黃精組培之前,使用消毒酒精處理30s滇黃精組培苗表面,再用NaClO消毒12 min,HgCl 2消毒8 min抗褐化效果最好;低溫環(huán)境(20℃)能降低褐化 ?[39]。

        3.2 種苗研究 滇黃精種子存在休眠現(xiàn)象,滇黃精果實(shí)在花后180 d達(dá)到生理成熟,隨著種子含水率下降,滇黃精種子的萌發(fā)率降低。低溫處理能解除根莖芽的休眠,且能加快出苗速度,但是低溫貯藏對(duì)種子萌發(fā)率的影響不大,恒溫貯藏會(huì)降低20天內(nèi)種子的萌發(fā)率,可見滇黃精種子屬于低度頑拗性種子??砂逊N子用濕沙(含水率45%)貯藏4個(gè)月后,在氣溫適合條件下播種,種子萌發(fā)率保持在93%以上 ?[40]。

        一般播種前,將濕沙與滇黃精種子按5∶ 1混合,保溫保濕貯藏2個(gè)月,冬后3~4月取出,用溫水浸泡20 min~30 min,再按種子質(zhì)量的0.3%~0.5%的50%多靈菌拌勻 ?[36]。

        解除滇黃精種子休眠的方法還可以使用植物調(diào)節(jié)劑,研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示乙烯利解除滇黃精種子休眠的效果最佳。因在滇黃精種子萌發(fā)期間,乙烯利和SNAP處理提高了種子的內(nèi)源乙烯和NO含量 ?[41]。

        合適的光照和有機(jī)肥會(huì)影響滇黃精的光合特性、生長發(fā)育以及土壤性質(zhì);野外滇黃精多生于林下、灌叢或陰濕草坡,在中度遮蔭條件下,施加適量有機(jī)肥,可以增加土壤微生物多樣性,提高肥力??墒怪仓暝龈呒凹哟只鶑?,有利于滇黃精的生長 ?[42]。

        3.3 滇黃精病害防治 目前關(guān)于滇黃精病害的研究報(bào)道有根腐病、葉斑病、黑斑病、菌核病、灰霉病等,以上病害大多由病原真菌所引起,分生孢子傳播速度快、致病性強(qiáng) ?[43]。田間已發(fā)病的植株若不及時(shí)處理,會(huì)進(jìn)一步傳播,危害健康植株。所以研究鑒別致病菌的種類,系統(tǒng)地針對(duì)病原菌施加有效專門的殺菌劑,將有效防止病害蔓延,提高產(chǎn)量。

        根腐病是一種常見病害,主要危害植株的根莖,嚴(yán)重影響藥材質(zhì)量。根腐病最主要的致病因素為病原真菌,其中鐮刀菌( Fusarium ?spp.)為最常見的致病菌,具有較強(qiáng)的寄生性和致病力,是根腐病中危害性最大的病原菌。云南保山、玉溪、昆明的滇黃精根莖腐病的致病菌主要為尖孢鐮刀菌( Fusarium oxysporum)和腐皮鐮刀菌(Fusarium solani ) ?[44]。

        了解滇黃精體內(nèi)的寄生真菌的分布情況可以提前預(yù)防病害發(fā)生,云南麗江地區(qū)玉龍縣和華坪縣的滇黃精種植區(qū)中共分離得到7種滇黃精寄生真菌:青霉屬( Penicillium)、尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysporum)、木賊鐮刀菌(Fusarium equiseti)、鏈格孢菌(Alternaria alternata)、黑綠木霉(Trichoderma atroviride)、芬芳鐮刀菌(Fusarium redolens)、木賊鐮刀菌(Fusarium equiseti )。其中滇黃精鐮刀屬真菌為優(yōu)勢(shì)寄生真菌 ?[44],也佐證了根腐病是滇黃精田間最常發(fā)生的病害。進(jìn)行繁殖前,首先仔細(xì)檢查種苗是否存在病害部位,采用物理辦法清除后,使用化學(xué)藥劑或者生物藥劑有針對(duì)地處理種苗中的有害菌進(jìn)行處理。

        在滇黃精栽培過程中,常用的殺菌劑有銅制劑、苯并咪唑類、二硫代氨基甲酸鹽類、甲氧基丙烯酸酯類和麥角甾醇生物合成脫甲基抑制劑類(DMIs)等。引起云南省3個(gè)產(chǎn)區(qū)(尋甸、瀾滄縣、沾益縣)滇黃精炭疽病炭疽菌主要是:膠孢炭疽菌( Colletotrichumg loeosporioides)、果生炭疽菌(C.fructicola)、博寧炭疽菌(C.boninense)和尖孢炭疽菌(C.acutatum ),其中果生炭疽菌為優(yōu)勢(shì)病原菌。由于長期施用化學(xué)殺菌劑,導(dǎo)致產(chǎn)生抗藥性。以上4種炭疽菌尚未對(duì)氟啶胺、咪鮮胺和苯醚甲環(huán)唑這幾種常用殺菌劑產(chǎn)生抗藥性 ?[46]。生產(chǎn)中仍然可以使用氟啶胺、咪鮮胺和苯醚甲環(huán)唑。在生產(chǎn)中應(yīng)注意監(jiān)測(cè)炭疽病菌對(duì)所使用的殺菌劑敏感性的變化,以免產(chǎn)生抗藥性,無效施用導(dǎo)致病害擴(kuò)散。輪換或者復(fù)配使用藥劑,以延長殺菌劑的使用年限。

        4 分子水平研究

        肖韻錚等 ?[47]對(duì)參與滇黃精類黃酮生物合成的關(guān)鍵基因通過轉(zhuǎn)錄組技術(shù)進(jìn)行了篩選,qRT-PCR檢測(cè)后確認(rèn)CHI和CHS是滇黃精類黃酮生物合成途徑中的關(guān)鍵基因,其基因的表達(dá)量決定了類黃酮的合成量。滇黃精中不同器官的類黃酮的含量從大到小排列的順序依次是:葉>莖>根。CHI和CHS在葉中呈現(xiàn)高水平表達(dá),而在根和莖中的表達(dá)量較低。

        不同滇黃精基因組大小也有一定差異,經(jīng)測(cè)定二倍體滇黃精為13780 Mb,四倍體滇黃精的基因組大小為12088~12411 Mb,是二倍體植株的89% ?[48]。

        5 小結(jié)

        藥用黃精在我國的分布較廣,滇黃精主產(chǎn)云南、四川、貴州、廣西等省區(qū)。黃精是傳統(tǒng)經(jīng)典的食藥兩用植物,在未開展人工栽培之前,滇黃精主要以采集野生資源為主。云南省種植滇黃精也主要以野生滇黃精為種苗,導(dǎo)致野生滇黃精的分布范圍銳減,務(wù)須保護(hù)滇黃精野生資源,開發(fā)新的種苗資源。另外種植基地并不單一種植滇黃精,存在種質(zhì)混雜的現(xiàn)象。研究結(jié)果表明,不同的栽培管理對(duì)因病原菌導(dǎo)致的病害發(fā)生有著不同的影響。抗藥性、土壤板結(jié)、排水不良、長期連作容易導(dǎo)致病害的發(fā)生和流行,導(dǎo)致產(chǎn)量銳減。目前雖然滇黃精人工栽培面積逐年增多,但總體呈現(xiàn)“散、小、亂”的情況,田間管理不規(guī)范,生產(chǎn)經(jīng)營方式粗放,面臨著種源混雜、種苗利用率低、栽培技術(shù)不成熟、產(chǎn)量低、種植效益不明顯等問題。滇黃精品質(zhì)優(yōu)良,云南省擁有得天獨(dú)厚的氣候、資源優(yōu)勢(shì) ?[32] 。并且不同產(chǎn)地滇黃精間的皂苷和多糖有顯著差異,其中,楚雄、大理、臨滄等地的滇黃精多糖和皂苷含量較高 ?[49]。滇黃精的多糖和皂苷相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差大,物種多樣性較高,可在適生區(qū)大力發(fā)展黃精種植 ?[49]。滇黃精不同部位的成分存在一定差異,葉片中黃酮、酚類含量較高,老根莖、新生根莖中多糖含量、皂苷、浸出物含量較高 ?[50]。目前滇黃精根莖部分利用率較高,地上部分大多丟棄或焚燒。今后要深入研究滇黃精化學(xué)成分、藥理活性的差異,充分運(yùn)用組培、雜交技術(shù)改良滇黃精多糖含量不高、活性偏低的不足。另一方面,在滇黃精藥材規(guī)范栽培、良種選育、組織培養(yǎng)等方面給予資金投入和政策支持,提高滇黃精利用率 ?[32]。

        隨著醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展及人們對(duì)健康養(yǎng)生的追求,滇黃精的需求量與日俱增。據(jù)明代著名醫(yī)藥學(xué)家李時(shí)珍記載:“黃精為服食要藥,故《別錄》列于草部之首?!秉S精作為上好食材,有很好的食療作用。滇黃精具有補(bǔ)氣養(yǎng)陰、健脾、潤肺、益腎的功效,除根莖外,葉、花、實(shí)皆可食用,開發(fā)輔糧、菜、茶,潛力很大。鑒于滇黃精藥食同源、口感好,對(duì)亞健康人群具有輔助調(diào)理作用,朱玉賢院士等提出“黃精產(chǎn)業(yè)具備千億級(jí)產(chǎn)業(yè)潛力”的論斷 ?[51]。現(xiàn)代研究表明,滇黃精根莖不含淀粉,富含非淀粉多糖、低聚果糖等營養(yǎng)和功效成分,特別是非淀粉多糖、低聚果糖,可以降低血糖、提高免疫力。滇黃精種子具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和抗氧化酶活性,可在食療和康養(yǎng)等新興領(lǐng)域進(jìn)行開發(fā)利用 ?[36]。此外,滇黃精在支撐脫貧致富、鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮著重要作用 ?[51]。目前全國每年中藥材黃精的市場(chǎng)需求量接近4000噸。 2018年全國黃精產(chǎn)量近3000噸,而云南省種植黃精的產(chǎn)量就占全國產(chǎn)量的五分之一 ?[52]。近年來,由于需求猛增價(jià)格上漲,藥用資源銳減,滇黃精國內(nèi)資源已近枯竭。市場(chǎng)上野生黃精藥材主要來自于云南省周邊國家越南、緬甸、老撾、泰國等 ?[52]。據(jù)公開數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2021年全國黃精種植面積超過16萬畝,種植主體實(shí)現(xiàn)了由農(nóng)戶為主向合作社和企業(yè)為主的轉(zhuǎn)變。2010年以來,云南省滇黃精種植產(chǎn)業(yè)也迎來了巨大的發(fā)展,文山壯族苗族自治州、紅河哈尼族彝族自治州、曲靖市、普洱市、大理州、麗江市等地已有成規(guī)模的滇黃精種植基地。其中麗江市古城區(qū)已認(rèn)證滇黃精“云藥之鄉(xiāng)”,2019年種植面積8.36萬畝,產(chǎn)量6.22萬噸。通過加大滇黃精的研發(fā)力度,努力打造“滇黃精系列”產(chǎn)品。云藥產(chǎn)業(yè)是云南省重點(diǎn)培育的支柱產(chǎn)業(yè)之一 ?[32]。另外,云南省制定的《關(guān)于貫徹落實(shí)中藥材保護(hù)和發(fā)展規(guī)劃( 2015~2020)的實(shí)施意見》,將滇黃精定為主要種植品種,實(shí)現(xiàn)了滇黃精產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)。

        讓資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)和行業(yè)優(yōu)勢(shì),帶動(dòng)和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展 ?[10]。并結(jié)合云南省獨(dú)有的氣候和種植優(yōu)勢(shì)來培育品質(zhì)優(yōu)、適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高的新品種。

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        (收稿日期:2022-09-30)

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