胡國強，袁媛，秦雙雙，楊兆春

(中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所，北京 100700)

中藥資源

中藥材生產(chǎn)的化學(xué)調(diào)控探討△

胡國強，袁媛*，秦雙雙，楊兆春

(中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所，北京 100700)

綜述了中藥材生產(chǎn)化學(xué)調(diào)控的意義、方法、原理和應(yīng)用，植物化學(xué)控制技術(shù)可以定向調(diào)控中藥材的生長發(fā)育和有效成分的積累，以使藥材的質(zhì)量得到改善，在中藥材標(biāo)準(zhǔn)化栽培領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要的作用。

藥材栽培；化學(xué)控制；定向調(diào)控

隨著對中藥材需求的急劇增加，野生中藥資源，尤其是道地藥材資源受到嚴(yán)重破壞，嚴(yán)重制約了我國中醫(yī)藥的可持續(xù)發(fā)展。藥材的人工馴化和規(guī)范化種植已成為解決目前藥材緊缺的重要手段之一，但栽培藥材的質(zhì)量存在著參差不齊的狀況，這與藥材種植地的氣候特征、栽培措施、采收時期等均有著密切的關(guān)系。如何尋找一種高效的方法使之能夠改善植物的生長周期、物質(zhì)含量、化學(xué)成分及實用效價等已成為今后藥用植物栽培管理的主要研究方向和目標(biāo)。

外界因素對藥材的生長及有效成分積累的影響都離不開植物激素信號的調(diào)控。通過施用植物生長調(diào)節(jié)劑可以控制植物體內(nèi)激素的動態(tài)平衡，從而影響植物的生長發(fā)育，已得到研究者的廣泛共識。隨著科技的發(fā)展和日趨成熟，通過特定技術(shù)手段人為地使事物的發(fā)展朝著有利于人們生產(chǎn)和生活的方向已成為可能，以植物生長調(diào)節(jié)劑為基礎(chǔ)的質(zhì)量化學(xué)控制方法作為一種新興的科學(xué)技術(shù)，正逐步成為控制藥用植物生長和藥材生產(chǎn)的重要內(nèi)容。

本文介紹了中藥材生產(chǎn)化學(xué)調(diào)控的研究內(nèi)容和方法，通過分析近年來在相關(guān)領(lǐng)域研究的進(jìn)展情況，說明了化學(xué)控制技術(shù)在中藥材質(zhì)量和產(chǎn)量上的重要作用，及在藥用植物栽培上的便捷應(yīng)用和突出成效，以期對今后開展藥用植物化學(xué)調(diào)控研究及中藥材標(biāo)準(zhǔn)化栽培具有重要的參考價值。

1 中藥材生產(chǎn)化學(xué)調(diào)控的意義和優(yōu)越性

植物生產(chǎn)化學(xué)控制是指用植物生長調(diào)節(jié)劑來有目的地調(diào)控植物的生長，是增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、改進(jìn)質(zhì)量和便利采收的技術(shù)，非常經(jīng)濟有效[1]。植物的種子萌發(fā)、分化、生長、開花、結(jié)實、成熟、脫落、休眠等過程，無一不受植物激素的控制。植物激素在植物生長發(fā)育方面起著關(guān)鍵的調(diào)控作用，而植物化學(xué)控制是通過應(yīng)用植物生長調(diào)節(jié)劑，通過影響植物內(nèi)源激素系統(tǒng)而調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育過程，使其朝著人們預(yù)期的方向和程度發(fā)生變化的技術(shù)手段。所以植物的化學(xué)控制在植物的生長發(fā)育方面有其優(yōu)越的先決條件。植物生長調(diào)節(jié)劑之所以能改變植物的生長發(fā)育過程，主要在于它們可以影響植物內(nèi)源激素的合成、運輸、代謝、與受體的結(jié)合以及此后的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程[2]。水肥運籌、株行配置等傳統(tǒng)栽培措施重在改善水分、養(yǎng)分、光照等環(huán)境因素，為植物生產(chǎn)潛力的發(fā)揮創(chuàng)造條件；而植物的化學(xué)控制則在于主動調(diào)節(jié)植物自身的發(fā)育過程，不僅使其能及時適應(yīng)環(huán)境條件的變化，充分利用自然資源，而且在個體與群體、營養(yǎng)生長與生殖生長的協(xié)調(diào)方面更為有效。

在中藥材生產(chǎn)上，植物化學(xué)控制作為一門新的學(xué)科在研究植物生長物質(zhì)對藥材生長、發(fā)育、貯藏等過程的影響也發(fā)揮著重要的作用。它不僅為現(xiàn)代化中藥生產(chǎn)提供了一種新的技術(shù)方法，而且以植物生長物質(zhì)作用于藥用植物的生理研究為基礎(chǔ)，對其生長、發(fā)育過程予以調(diào)控，可以促進(jìn)藥用植物的扦插快繁殖、矮化植株、協(xié)調(diào)營養(yǎng)物質(zhì)分配、打破種子休眠、促進(jìn)萌發(fā)、調(diào)節(jié)營養(yǎng)生長和生殖生長、延長生育期、提高產(chǎn)量，從而獲得能夠滿足人們要求的中藥材產(chǎn)品。

2 植物激素與中藥材有效成分的相互作用

目前激素與次生代謝物間的相互作用研究是生命科學(xué)領(lǐng)域的熱點，隨著植物激素的生理功能與作用機制研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)植物激素與次生代謝物質(zhì)存在不同層次的相互作用，并共同調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育、對逆境的適應(yīng)以及植物的防衛(wèi)反應(yīng)等。植物次生代謝產(chǎn)物可根據(jù)其生物合成的前體分為三大類：(1)生物堿類，吲哚丙酸(IPA)、吲哚丁酸(IBA)及茉莉酮酸等植物激素或作為生物堿合成的主要前體物質(zhì)和中間代謝物質(zhì)，可能參與生物堿的合成，對植物的有效成分積累有直接或相關(guān)的作用。(2)萜類，在植物五大激素中，脫落酸(ABA)、赤霉素(GA)和細(xì)胞分裂素(CTK)的生物合成的前體物質(zhì)均包括異戊烯基蕉磷酸(IPP)，因此這3種激素與萜類化合物具有直接或間接的相關(guān)性。(3)酚類，生長素(IAA)和脫落酸(ABA)等植物激素與這些途徑的中間代謝物質(zhì)都有聯(lián)系，也能通過調(diào)控酶的活性間接地對酚酸類化合物的合成產(chǎn)生影響[3]。

植物次生代謝物質(zhì)一般是中藥材的主要藥理活性成分，通過調(diào)控植物自身內(nèi)源激素和有目的性的施加植物生長調(diào)節(jié)劑改變中藥材的質(zhì)量已成為現(xiàn)今研究的重點，并在實踐中取得了很大的成效。Rijhwani等[4]用果膠酶、甲殼質(zhì)、茉莉酮酸3種誘導(dǎo)子分別添加到長春花毛狀根培養(yǎng)的后期指數(shù)期，結(jié)果發(fā)現(xiàn)茉莉酮酸對生物堿積累的影響較明顯，增加了阿瑪堿、蛇根堿、洛克新堿的含量。于樹宏等[5]研究表明茉莉酸甲酯(MJ)可提高野葛毛狀根中葛根素、大豆苷元、總異黃酮的水平，ABA對總異黃酮的合成與分泌等也有顯著的促進(jìn)作用。已有足夠的證據(jù)表明，茉莉酸類物質(zhì)主要是通過誘導(dǎo)細(xì)胞色素P450酶的活性的提高來促進(jìn)植物次生代謝物質(zhì)的生物合成。王學(xué)勇等[6]通過實驗首次證明了茉莉酸甲酯能有效提高丹參酮類成分在丹參毛狀根中的積累并刺激其向培養(yǎng)基中釋放。

3 植物生長調(diào)節(jié)劑在中藥材生產(chǎn)上的應(yīng)用

植物生長調(diào)節(jié)劑的種類很多，但根據(jù)其來源、作用方式、應(yīng)用效果等大體分為以下幾類。

3.1 生長素類

生長素類是農(nóng)業(yè)上應(yīng)用最早的生長調(diào)節(jié)劑。最早應(yīng)用的是IPA和IBA，目前生產(chǎn)上應(yīng)用最多的是IBA、萘乙酸(NAA)、3-吲哚丁酸(2，4-D)。生長素類的主要生理作用為促進(jìn)植物器官生長、防止器官脫落、促進(jìn)坐果、誘導(dǎo)花芽分化。馬文景等[7]發(fā)現(xiàn)在亞硫酸鉍瓊脂(BS)培養(yǎng)基上，對不同濃度的NAA可以顯著提高桅子生根的數(shù)量。

3.2 赤霉素類

赤霉素種類很多，已發(fā)現(xiàn)有121種，都是以赤霉烷(gibberellane)為骨架的衍生物，目前市場供應(yīng)的多為赤霉素3(GA3)。赤霉素類主要的生理作用是促進(jìn)細(xì)胞伸長、防止離層形成、解除休眠、打破塊莖和鱗莖等器官的休眠，也可以誘導(dǎo)開花、增加某些植物坐果和單性結(jié)實、增加雄花分化比例等。例如在金銀花現(xiàn)蕾初期噴施GA3和油菜素內(nèi)酯(BR)對金銀花的盛花期幾乎沒有影響，但對始花期分別有提前、延遲的作用，且可以提高綠原酸的含量[8]。赤霉素浸種還有利于提高黨參種子發(fā)芽率[9]。

3.3 細(xì)胞分裂素類

細(xì)胞分裂素類是以促進(jìn)細(xì)胞分裂為主的一類植物生長調(diào)節(jié)劑，都為腺嘌呤的衍生物。常見的人工合成的細(xì)胞分裂素有：激動素(KT)、6-芐基腺嘌呤(6-BA)和四氫吡喃芐基腺嘌呤(PBA)等。細(xì)胞分裂素類主要的生理作用是促進(jìn)細(xì)胞分裂、誘導(dǎo)芽分化、促進(jìn)側(cè)芽發(fā)育、消除頂端優(yōu)勢、抑制器官衰老、增加坐果和改善果實品質(zhì)等。不同濃度的激動素(KT)對菊花綠蕾期葉片生理生化及花期有推遲或延長影響[10]。

3.4 乙烯類

乙烯因在常溫下呈氣態(tài)而不便使用，常用的為各種乙烯發(fā)生劑，它們被植物吸收后，能在植物體內(nèi)釋放出乙烯。乙烯發(fā)生劑有乙烯利(CEPA)、橄欖離層劑(Alsol)、二氯-雙(酚甲氧基)-硅烷(CGA-15281)、1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(ACC)、環(huán)己亞胺等，生產(chǎn)上應(yīng)用最多的是乙烯利。乙烯利在生產(chǎn)上的主要作用是催熟果實、促進(jìn)開花和雌花分化、促進(jìn)脫落、促進(jìn)次生物質(zhì)分泌等。黃鳳蘭等[11]研究通過基因工程手段將乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和生物合成途徑的相關(guān)基因轉(zhuǎn)化到植物體內(nèi)，從而延長花期的應(yīng)用，將生物技術(shù)與化學(xué)調(diào)控技術(shù)有機結(jié)合起來，具有很好的應(yīng)用前景。

3.5 生長抑制劑和生長延緩劑

生長抑制劑是抑制植物頂端分生組織生長的生長調(diào)節(jié)劑，可使細(xì)胞的分裂減慢，伸長和分化受到抑制。但能促進(jìn)側(cè)枝的分化和生長，破壞頂端優(yōu)勢，增加側(cè)枝數(shù)目，使植株形態(tài)發(fā)生很大變化。常見的生長抑制劑有三碘苯甲酸(TIBA)、整形素、青鮮素(MH)等。生長延緩劑是抑制植物亞頂端分生組織生長的生長調(diào)節(jié)劑，使植物的節(jié)間縮短，株形緊湊，植株矮小，但不影響頂端分生組織的生長、葉片的發(fā)育和數(shù)目、花的發(fā)育。常見的生長延緩劑有矮壯素(CCC)、助壯素(Pix)、多效唑(PP333)、烯效唑(S-3307)、比久(B9)等。隨著B9濃度的增高，菊花株高呈逐漸降低趨勢；B9和CCC都可延遲菊花的開花期，顯著增加菊花葉片中的葉綠素含量[12]。在增葉期用PP333，B9、MH單獨或混合物噴施，可有效控制當(dāng)歸早期抽苔，提高根重和根冠比，縮短第1莖節(jié)長度，增加基節(jié)粗度，促進(jìn)葉片光合作用，使根頭體積增大，提高優(yōu)等當(dāng)歸出成率[13]。

3.6 其他類生長調(diào)節(jié)劑

有一些新發(fā)現(xiàn)和新合成的植物生長調(diào)節(jié)劑具有與上述調(diào)節(jié)劑不同的作用方式或機理，由于對其性質(zhì)尚未完全弄清，暫歸為一類。如玉米赤霉烯酮、寡糖素、三十烷醇等。

4 中藥材生產(chǎn)化學(xué)調(diào)控的應(yīng)用前景

植物生長調(diào)節(jié)劑對藥用植物生長發(fā)育、有效成分含量的影響，說明化學(xué)調(diào)控在調(diào)控藥材生產(chǎn)方面發(fā)揮重要的作用。利用植物化學(xué)控制技術(shù)可以在中藥材生產(chǎn)方面有效地減少人力物力的消耗以及自然環(huán)境的限制，簡便且更有利于產(chǎn)業(yè)規(guī)模化，為中藥走向國際化提供一個優(yōu)勢的平臺。目前，中藥材生產(chǎn)的化學(xué)調(diào)控研究尚處于起步階段，相關(guān)研究報道甚少。

由于不同藥材的生長發(fā)育特征、采收規(guī)律、對水肥的要求不同，對不同的植物生長物質(zhì)也有著不同的反應(yīng)，因此如何根據(jù)這些特點采用相應(yīng)的試劑進(jìn)行處理，實現(xiàn)“定向調(diào)控”，以獲得預(yù)期的化學(xué)調(diào)控效果，如開發(fā)人工種植新技術(shù)、縮短藥材生長年限、控制藥材有效成分的積累，使得不同產(chǎn)地生產(chǎn)的中藥材質(zhì)量保持穩(wěn)定等是中藥材生產(chǎn)化學(xué)調(diào)控在應(yīng)用方面的主要研究方向。而進(jìn)一步闡明中藥材化學(xué)調(diào)控的生理機制，可為應(yīng)用于生產(chǎn)實踐打下基礎(chǔ)。尋求如何突破植物生長調(diào)節(jié)劑新品種開發(fā)的“瓶頸”，保障為植物化學(xué)控制技術(shù)提供新的物化載體，也是當(dāng)前研究的重要課題。隨著細(xì)胞水平、分子水平、基因水平的研究技術(shù)日益完善，生物學(xué)科與化學(xué)學(xué)科的交叉應(yīng)用也如火如荼地進(jìn)行著，并且也取得了可喜的成效，植物激素工程作為其中重要的一個方向也越來越得到廣泛的重視。

[1] 田曉莉，李召虎，段留生，等.作物化學(xué)控制的研究進(jìn)展及前景[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2004，5(3)：11-15.

[2] Dixon R A , Strack D. Phytochemistry meets genome analysis and beyond [J].Phytochemistry, 2003, 62: 815-816.

[3] Buchanan B, Gruissem W, Jones R. Biochemistry & Molecular Biology of Plants [M]. Rockville: American Society of Plant Physiologists, 2000.

[4] Rijhwani Sushilk, Jacqueline V Shanks. Effect of elicitor dosage and exposure time on biosynthesis of indole alkaloids by Catharanthus roseus hairy root cultures[J]. Biotechnology Progress, 1998,14(3): 442.

[5] 于樹宏，李玲，潘瑞熾，等.茉莉酸甲酯和ABA對野葛毛狀根中異黃酮含量的影響[J].植物生理學(xué)通訊，2002，38(4)：344-345.

[6] 王學(xué)勇，崔光紅，黃璐琦，等.茉莉酸甲酯對丹參毛狀根中丹參酮類成分積累和釋放的影響[J].中國中藥雜志，2007，32(4)：300-302.

[7] 馬文景，米受恩.梔子組織培養(yǎng)適宜培養(yǎng)基的研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1993，28(1)：77-81.

[8] 萬雪芹，葉燕萍，梅利民，等.GA3和BR對金銀花花期及綠原酸含量的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2009，11(1)：156-157.

[9] 張延紅，何春雨，林麗，等.赤霉素對甘肅道地黨參種子萌發(fā)的影響[J].甘肅中醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2008，25(6)：10-11.

[10] 丁義峰，劉萍，常云霞，等.激動素對菊花蕾期生理及花期調(diào)控的初步研究[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，(1)：80-83.

[11] 黃鳳蘭，解立波，李國瑞，等.乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與合成基因在延長花期中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，24(2)：176-179.

[12] 周志凱，任旭琴.B9和CCC對菊花生長、開花及生理特性的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(27)：11648-11649.

[13] 張恩和.生長抑制劑對當(dāng)歸早期抽苔阻抑效應(yīng)研究[J]. 中國中藥雜志，1999，24(1)：18-20.

中國博士后科學(xué)基金(2009450559)

*袁媛，E-mail:yyuan0732@gmail.com

2010-02-04)