卷柏属植物研究进展及其开发利用前景

2009-06-25郭红娟王任翔

现代农业科技 2009年14期

郭红娟王任翔

摘要卷柏属植物是一类重要的药用植物和园林植物。对近年来卷柏属植物的化学成分、临床药理作用及其在园林中的应用和繁殖策略进行了介绍,并就其发展前景进行了探讨。

关键词卷柏;化学成分;药理作用;园林应用;繁殖情况

中图分类号S757.2文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)14-0198-03

卷柏为蕨类植物门卷柏科卷柏属植物,约有700种,广泛分布于全世界。我国约有50种,产于全国各地[1]。卷柏属植物多为中小型草本,主茎伸长,横走或直立,分枝自基部生出或从横走的主枝生出,节上生不定根。叶通常异型,单叶,细小,无柄,中脉较明显;不育叶2形,2形叶螺旋状互生而呈4行排列,侧面2行为侧叶(背叶),较大且阔,近平展,中间2行为中叶(腹叶),贴生并指向茎或枝的顶端;能育叶1形或2形。排列成穗状,孢子囊穗着生于小枝顶端,通常呈四棱形或扁圆形,或不成明显的囊穗;孢子囊异型,横肾形,单生于叶腋[2]。卷柏类植物富含多种化学成分,在医药和园林上都有很大的利用价值,下面就卷柏的化学成分、综合利用价值和繁殖情况的研究进展进行综述。

1卷柏类植物所含的化学成分

目前,中外植物化学工作者已从卷柏属植物中分离出黄酮、木脂素、醇多糖、生物碱、脂肪酸、氨基酸、无机盐等多种化学成分。

1.1黄酮类

自1971年Okigawa等人从S.tamariscina中分离出穗花杉双黄酮、铁杉双黄酮、扁柏双黄酮、异柳杉双黄酮以及芹菜素等5种黄酮类化合物以来,中外研究者共从卷柏属植物中分离出26个黄酮类化合物[3]。除芹菜素为单黄酮外,其他均为双黄酮类化合物。这些物质除了上面5种外,还有橡胶树双黄酮、罗伯斯特杉双黄酮、柳杉双黄酮、榧双黄酮、罗汉松双黄酮、白果双黄酮、垫状卷柏双黄酮、阿曼托黄素、7,7一二一O一甲基阿曼托黄素、7,4,7“,4”-四一O一甲基阿曼托黄素和三叶胶树黄酮等。从卷柏属植物中分离得到的双黄酮类化合物,主要由2分子芹菜素或其甲醚衍生物聚合而成,也有芹菜素和2,3双氢芹菜素聚合的,结构复杂,连接方式较多,主要有C-C和C-O-C 2种连接方式[3]。黄酮类化合物具有多种生理活性,如抗炎、抗病毒、扩张血管、降血糖、细胞毒活性、抗脂质过氧化和清除自由基、抗舒缓肌肽、保肝等作用,而卷柏属植物中富含的双黄酮类化合物极具药用价值。

1.2生物碱

林瑞超等人在1987～1991年间从sdoederleinii中共分出7个生物碱,分别为harmane,hordenine,hordenine-O-a-Lrhamnopyranoside,N-methyltyramine-O-a-Lrhamnopyra-noside,hordenineO-[(6(trancinnamoy1)-3-O-β-D-gluc-opyranosyl-a-Lrhamnopyranoside],N-methyltyramine-O-[(6-O-trans-einnamoyl)-3-O-β-D-glueopyranosyl-a-Lrhamnopyranoside],hordenine-O-[6"-O-trans-4-hydrox-yeinnamoy1]-3-O-β-D-glueopyranosyl-a-Lrhamnopy-ranoside。

1.3酚类

林瑞超等从深绿卷柏中分离得到5种木脂素:(-)-里立脂素A、(-)-里立脂素B、(+)-荛花醇、(-)-去甲络石苷和(+)-罗汉松脂素;2种苯丙酮:3-羟-1-(3-甲氧-4-羟苯基)-丙酮和3-羟-1-(3,5-二甲氧-4-羟苯基)-丙酮;毕跃峰等从卷柏中分离得到9个苯丙素类化合物:(2R,3S)-二氢-2-(3,5-甲氧基-4,-羟基苯基)-3-羟甲基-7-甲氧基-5-乙酰基苯骈呋喃、卷柏酯A、丁香脂素、1-(4,-羟基-3甲氧基苯基)丙三醇、阿魏酸、咖啡酸、香荚兰酸、丁香酸、7-羟基香豆素。郑晓珂等从卷柏中分离得到(7S,8R)-7,8-二氢-7-(4-羟基-3,5-二甲氧基苯基)-8-羟甲基-[1(7-羟基)乙基-5-甲氧基]苯骈呋喃一4-O-β-D-葡萄糖苷(卷柏苷C)[4]。

1.4有机酸类

巫忠德等1981年就已经从深绿卷柏中分离得到莽草酸;陈德钊等1986年又从江南卷柏中分离得到榈酸、硬脂酸;陈萍等1995年分离得到大叶菜酸和硬脂酸[5]。林氏等从薄叶卷柏中得到3个咖啡喹啉酸类化合物,即3,5-二氧-咖啡喹啉酸、3,4-二氧-咖啡喹啉酸和4,5-二氧-咖啡喹啉酸等。刘海清等从旱生卷柏中分离得到棕桐酸、三十烷醇、三十烷酸[6];郑晓珂从卷柏中得到莽草酸[7]。郑兴等从垫状卷柏乙醇提取物中分离得到对羟基苯甲酸[8]。

1.5 其他

卷柏属药用植物中都含有丰富的微量元素,主要以S、P、Si、Fe、Mg、A1、Ca、K为主,其次为Zn、Mn、Cu、Sr、Na、Ti[9];卷柏中还含有氨基酸以及海藻糖等多糖类成分;从江南卷柏的氯仿提取物中分离得到异茴芹素、B-谷甾醇及少量二萜内酯;深绿卷柏的脂溶性成分中含有十四烷酸乙酯、7,10,14-三甲基十五烷酮-2、十五烷酸乙酯、十六烷酸甲酯、十六烷酸乙酯、十六烷酸异丙酯、9-十八碳烯酸(Z)乙酯、15-甲基-十七烷酸乙酯;并含有p-谷甾醇和异茴芹素[4]。郑晓珂从卷柏属植物中得到酪氨酸、D-甘露醇。郑兴等从垫状卷柏乙醇提取物中分离得到海藻糖及β-谷甾醇。回瑞华等用水蒸气蒸馏-萃取法提取卷柏中挥发性物质,并用GC-MS分离确认卷柏挥发油中23个成分,其中主要成分为雪松醇,占总挥发油的39.5%。

2 卷柏的综合利用价值

卷柏属植物中所含的丰富的化学成分决定了它具有多种药理功能,是临床上一种非常珍贵的药材;它的外形特点和生活习性又决定了它是一种很好的园林植物。

2.1卷柏类植物的临床药理作用

常作为药用的卷柏有6种,卷柏(S.tamariscina(Beauv.)Spring)所含的双黄酮类成分为主要药效成分之一,其中穗花杉双黄酮可直接杀伤癌细胞;卷柏具有抗菌、抗炎、降血糖、镇痛镇静等作用。垫状卷柏(S.pulvinata(Hook.et Grev.)Maxim),具有活血通经之功效,用于经闭痛经、症瘕痞块、跌扑损伤;炒炭后可化瘀止血,用于吐血、崩漏、便血、脱肛。深绿卷柏(S.doederleinii Hieron)具有祛风、散寒、消肿、止咳之功效,用于风湿病、风寒咳嗽。江南卷柏(S.moellendorfii Hieron)别名地柏枝,具有清热解毒、抗癌、止血之功效,用于癌症、肺炎、急性扁桃体炎、眼结膜炎和乳腺炎。中华卷柏(S.sinensis(Desv.)Spring)民间用于急性黄疸型肝炎、胆囊炎、肠炎痢疾、肾炎水肿、尿路感染、肺结核咯血、风湿关节炎等。衮州卷柏(S.iwolvens(Sw)Spring)全草入药,具清热解毒、祛风活络、止血生肌之功效,用于急性黄疽型肝炎、小儿急惊风、指头炎、风湿关节炎、呕血;外用治疗烧烫伤、外伤出血、蛇咬伤、疮毒[3]。现在提取到化学成分的卷柏已不止这几种,卷柏的药理作用概括起来有以下几种。

2.1.1免疫及抗肿瘤作用。江南卷柏有治疗免疫性疾病的药理活性,其粗提物灌胃能显著降低小鼠血清IgG的含量,并能减轻小鼠胸腺重量。它还能显著抑制小鼠特异性CRBC抗体(IgM 与IgG 两型溶血素)的产生,显著提高小鼠血清补体C3的含量,降低循环免疫复合物(CIC)的含量[10]。卷柏为有效抗肿瘤药物之一,对一般化学抗癌剂或放射性治疗敏感的肿瘤均有效,且对体积较小的肿瘤疗效较好。与化学或放射治疗合用能发挥协同作用,缩短疗程,加速肿瘤缩小或消除。其作用机理目前主要体现在以下2个方面:一是其中所含的双黄酮成分(如穗花杉双黄酮等)的细胞毒作用,可以直接杀伤癌细胞,抑制其生长;二是影响抑癌基因P53的表达,使细胞周期停止在G 期,从而达到防癌治癌的目的。垫状卷柏双黄酮和穗花双黄酮均可浓度依赖性清除二苯代苦味肼基自由基(DPPH),能显著抑制溶血性磷脂酰胆碱(LPC)所致内皮细胞LDH 的泄漏,抑制LPC所致细胞活性的降低口。毕跃峰试验结果表明,卷柏水提物及其各个萃取部位对小鼠肉瘤S180、肝癌H22模型2种瘤株均有不同程度的抑制作用[11]。

2.1.2降血糖作用。陶慧然等发现由卷柏、木贼组成的复方镇痛灵注射剂具有降血糖作用,能降低四氧嘧啶引起的大鼠高血糖。李方莲等研究单味卷柏水煎剂对由四氧嘧啶引起的老龄鼠高血糖的药理作用[12],观察到近乎相同的结果,认为卷柏单用也有降血糖的作用。卷柏水煎剂对四氧嘧啶高血糖模型老龄鼠具有显著的降血糖作用,并可较好地恢复其体质,对正常鼠的降血糖作用不明显,小剂量不能对抗外源性葡萄糖引起的血糖升高,大剂量能增加大鼠的葡萄糖耐量能力。卷柏降低四氧嘧啶模型鼠的血糖,可能与影响β细胞功能、保护胰岛β细胞不受破坏、促进胰岛细胞恢复、增加胰岛素的生物合成或增加组织对糖的转化利用有关。于丽萍等对胰岛素抵抗动物模型(IR)-2果糖餐大鼠采用正常血糖高胰岛素钳夹法,表明单剂卷柏对胰岛素抵抗性有明显的改善作用,并发现其对链脲佐菌素(STZ)诱发的糖尿病大鼠具有显著的降血糖、升高胰岛素浓度、降低丙二醛(MDA)含量的作用,而对正常大鼠无明显影响。

2.1.3抗菌、抗病毒作用。卷柏烟熏法对感冒杆菌、奈氏菌有抑制作用,时间越长效果越好,民间用此法预防感冒及流感。陈国佩等用卷柏及其炮制品卷柏炭做抑菌实验,结果表明其仅对绿脓杆菌有抑制作用。张巧玲等对细叶卷柏提取物体外抗柯萨奇病毒B3作用进行了研究,表明细叶卷柏具有直接杀灭病毒和抑制病毒吸附作用。

2.1.4保护肝脏。卷柏可显著降低血清中ALT、AST的含量;增加机体SOD活力,抑制脂质过氧化反应及其产物MDA的产生,增强机体抗氧化能力,加速自由基的清除;抑制NO、PGE2的过量分泌,使血清中异常增高的NO、PGE2含量降低,减轻其介导的炎性反应;从而达到修复肝细胞损伤的作用,从而保护肝脏的结构和功能[16]。

2.1.5止血作用。许多例子都证明卷柏有很好的止血、缩短出血时间的作用。彭智聪、晁志、郑爱光等都做了相关实验。晁志推测,卷柏和垫状卷柏的水溶性碱性成分中,可能含有大麦碱或其类似物,能通过收缩血管缩短出血时间,从而发挥止血的功效[14,15]。

卷柏的药理功能除了以上几点外,还有其他很多功能,陈美琳等报道,卷柏与木贼组方制成的注射剂用小鼠热板法及扭体法测定,有较明显的镇痛作用,而且毒性小,无成瘾性,镇痛作用特点为起效慢,持续时间长。毛金军等报道,卷柏水提取液对正常离体兔肠平滑肌的蠕动及张力有明显抑制作用,对氯化钡和乙酰胆碱增强的肠肌张力也有对抗作用。马峰峻等报道该提取液还对血压有作用。

2.2卷柏属植物在园林中的应用前景

2.2.1在室内庭园中的应用。由于室内庭园的光照强度、空气湿度等均比室外低,所以室内庭园在植物选择上多以阴生植物为主;而卷柏是喜阴植物,形态也比较特别,可以与山石、水体和其他植物一起给庭园或者室内营造出自然和谐的植物景观,随着科技的发展和人们对生活环境质量要求的提高,在一些广场、饭店、展厅等公共建筑内营建室内庭园的情况已越来越多,如果能把卷柏应用到这些场合肯定会有很好的效果。

2.2.2在公园街道中的应用。卷柏属中的部分种类,如伏地卷柏、深绿卷柏等生长于岩石缝隙及山崖边上,有很强的抗旱能力,可与苔藓一起覆盖岩石或者填充岩石缝隙,是公园的石山和街道的假山上优良的植物种类,它们碧绿的叶色、流畅的线条,不仅柔化了岩石生硬的线条,更增加了层次感,带来自然的气息。此外,还可以利用一些卷柏属植物,在干旱和水分充足时表现出的不同形态等新奇有趣的现象,增添景观的别致,如中药中俗称“九死还魂草”的卷柏,在干旱时,枝叶会卷曲变黄,成假死状态,遇水分充足时,则枝叶舒展、转绿,重现生机。卷柏大部分种类生活在潮湿的环境中,在湖畔、溪旁、岩石缝隙及瀑布流水旁配置一些,可以增添野趣和提高公园的景观效果。

3卷柏属植物的繁殖情况

卷柏类要在医药园林中推广应用,前提条件就是种苗供应和繁殖技术环节要有保证。蕨类植物种苗的商品化生产主要采用无性繁殖、孢子繁殖和组织培养等方法。无性繁殖包括分株繁殖、珠芽繁殖、不定芽繁殖和扦插繁殖;孢子繁殖包括孢子萌发、原叶体的生长发育和幼孢子体的形成等;组织培养是观赏蕨繁殖的重要方法,用于组织培养的外植体有孢子、幼叶、茎尖和根状茎;一般采用MS培养基,还可以采用N6、怀特和B5培养基。卷柏类植物人工繁殖现在还没有兴起,园林应用也没有受到重视,临床研究大部分建立在自然资源的基础上。卷柏的自然资源数量必定有限,虽然在我国大部分地区都有分布,但卷柏只宜生活在远离尘嚣、空气清新的大山上,如果周围的自然环境受到工业污染,它就会死亡,所以密度并不大,要想开发利用,就要解决卷柏的繁殖问题。

3.1自然繁殖

卷柏的自然繁殖主要靠孢子繁殖和无性繁殖。卷柏是异型孢子,它的萌发方式也和其他蕨类植物有所不同。卷柏的大孢子在第1年成熟后并不马上萌发,而是经过1个冬天的休眠,和第2年成熟的小孢子一起萌发然后受精[16]。它的大小孢子数量上差别也很大,1个小孢子囊里有无数个小孢子,而1个大孢子囊里只有4个大孢子,加上它萌发历时较长,萌发率明显会降低,因此它的孢子繁殖明显逊于其他蕨类植物。而据笔者观察,相对于孢子繁殖,卷柏的无性繁殖倒很明显。卷柏地下有很多根状茎,春天根状茎上就会长出许多嫩芽,伸出土壤,很快长成1棵植株。这大概也是很多种卷柏成片状分布的原因,卷柏的自我繁殖能力并不是很强,因此环境变化或者遭到破坏,对它的影响也较大。

3.2人工繁殖

卷柏的人工繁殖还不够完善。现在用于园林的卷柏以翠云草为多,翠云草常采用扦插繁殖,一般是在温热条件较好的季节,剪取约10cm的枝条进行扦插。这种繁殖方式要大量繁殖卷柏可行性还是很小,卷柏属植物的成熟孢子较难获得,且在自然状态下的萌发率较低。因此,可以对卷柏属植物的孢子萌发进行立项研究,以提高卷柏属植物的孢子萌发率。

通过组织培养来快速繁殖蕨类植物的报道已经有很多种,但关于卷柏的报道还很少,主要是它的成熟孢子较难获得,给研究带来了很大困难。除了对它的孢子进行研究,还可以用卷柏的嫩枝或根状茎来做实验,通过不同的培养基、激素配比,诱导卷柏产生大量的芽,或者诱导愈伤组织,通过诱导出的愈伤组织再进行繁殖或直接从愈伤组织中提取化学成分,这些都有待于研究者们进行大量的实验。进行卷柏组织培养的培养基可以采用MS培养基,也可以采用N6、怀特和B5培养基,大量元素可以采用1/2、3/4、1/4或者全量元素。微量元素则采用全量或者1/2,生长素采用奈乙酸、吲哚丁酸、2,4-D、细胞分裂素6-BA和KT等,经过大量的实验研究一定能取得成果。

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