石杉科植物应用研究进展

杨维平，吴瑞云

(1.湖北恩施职业技术学院，湖北恩施445000;2.中南民族大学生命科学学院，湖北武汉430074)

石杉科(Huperziaceae)植物是地球上现存的最为古老的维管植物类群，土生、附生或生苔藓层中，直立或下垂。根着生主茎基部，常丛生于有机质丰富的松土或苔藓层中，其不定根和真菌共生，菌丝代替根毛吸收营养、水分和矿物质。主茎短，具星芒状中柱。枝有规律地等位二岐分叉等长分枝。叶螺旋状排列，小型，无叶舌，无侧脉，仅有一条中肋。孢子囊有小柄，扁肾形，定缝开裂，着生于茎、枝的叶腋，或仅聚生枝顶部叶腋，有时呈很长的、多回二叉分枝的下垂的线形孢子叶穗。孢子叶与营养叶同形或多少异形，并含叶绿体，较少地呈现高度的形态差异，质厚，呈龙骨状。孢子具孔穴状的纹饰。原叶体地下生，圆柱状长圆形或线形，长达几厘米，单一或分枝，有菌根，借助与真菌共生，能活数年不死，菌丝生于原叶体的外部细胞层内，也有生于腐殖土中，属于全腐寄生。精子器和颈卵器生于原叶体背面，并有节状隔毛混生。石杉科植物可以通过孢子生殖外，还可以通过芽孢生殖(春季枝顶端生有芽孢，落地即成新苗)和分株繁殖［1］。

石杉科2属约150种，广布于全世界，尤以热带中南美洲为最多，我国有2属近50种，广布全国［2，3］。

石杉科植物药用最早见于《植物名实图考》，全草可入药，用于治疗跌打损伤、肌肉痉挛、瘀血肿痛、坐骨神经痛、神经性头痛、胆结石引起的剧痛。外用治疗痈疽、疥疮、烫火伤等。1972年中国科学院上海药物研究所首次报道该科植物中的生物碱石杉碱甲(Huperzine A，HupA)，在动物实验上有松弛横纹肌的作用之后，又证明HupA是具有低毒、高效、可逆和高选择性等优点的乙酰胆碱酯酶抑制剂，对于治疗重症肌无力、中老年痴呆及提高记忆力具有良好的疗效［4］。并对抑制有机磷酸中毒有一定的作用［5］。

虽然石杉科植物在我国各地均有分布，但该科植物植株生长极为缓慢，配子体和孢子体阶段均需要与土壤中的特定真菌共生，形成菌根才能生长［6］。为了保护稀缺中药资源，促进中药资源的可持续利用，对其野生资源的保护和人工栽培的研究已成为迫在眉睫的任务，因此，广泛开展石杉科植物资源的合理开发和应用研究，对提高我国植物资源的利用率有积极的意义。

1 药物应用研究

1.1 石杉碱甲(HupA)

1.1.1 石杉科植物HupA含量研究

石杉科植物所含的最重要药用物质是HupA。研究表明，石杉科植物中蛇足石杉、皱边石杉、四川石杉、峨眉石杉、中华石杉和湖北石杉都含有HupA。但含量差异很大，以蛇足石杉含量最高，皱边石杉次之［7，8］。

研究表明，不同地区的蛇足石杉所含HupA的量有一定差异，环境条件对蛇足石杉中HupA含量有较大的影响［9］。裴刚等的研究表明皱边石杉中HupA含量与年平均温度呈负相关，与土壤中速效K的含量呈正相关，皱边石杉中HupA的含量随着外界环境的改变而改变［10］。

研究表明，蛇足石杉不同器官所含HupA的量有一定差异;HupA在根、茎、叶中的含量以茎最多，其次为叶，根含量最少［4］。

1.1.2 药理学研究

HupA为高效、高选择性、可逆性的乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制剂［11，12］。HupA在治疗阿尔茨海默病方面的显著疗效［12］。近年研究还证明:HupA有神经保护和预防化学武器的潜力，引起各国药学和军事科学工作者广泛关注和研究。它有明显促进学习、记忆过程或明显改善记忆障碍的作用，且选择性分布在皮质海马等与学习、记忆有关的脑区。HupA用于治疗良性衰老性遗忘症(Benign Senescent Forgetfulness，BSF)和阿尔采末病(Alzheimers Disease，AD)有良好疗效［13］。

Ashani，Y.等从热力学稳定性方面报道了HupA抑制 AChE 的机制［14，15］。研究表明，HupA 作为AChE的抑制剂，具有良好渗透到中枢神经系统的功能和一个显著的体内半衰期。临床试验结果表明，HupA可以安全和有效的长期治疗阿尔茨海默氏症的痴呆症［16］。除了它的活动作为AChE抑制剂，最近的研究结果还显示HupA拥有其他神经功能:1)抑制谷氨酸诱导产生有细胞毒副作用物质影响新生大鼠海马和小脑神经元;2)其体内代谢中间产物，促进神经元树突的成长［17，20］。由于有双重药理作用，Hupa提供了一个独特和重要的活动，用于治疗老年痴呆和记忆障碍［21，22］。

临床研究证实:石杉碱甲制剂能有效改善中老年记忆功能减退，提高和恢复早老性痴呆患者的记忆、定向、判断、语言表达等认知能力和生活自理能力;对由于精神分裂症等精神疾病引起的记忆功能减退，如思维联想障碍、感情障碍、幻觉和感知障碍具有良好的改善作用;也可用于治疗和改善脑血管障碍引起的认知，记忆功能障碍及血管性痴呆;用于改善其他各种原因如:正常人用脑过度，精神紧张及神经衰退造成的记忆功能减退，酗酒，吸烟，药物，重金属等造成大脑认知，记忆功能减退［21－24］。

毒理学研究表明石杉碱甲是无毒的，没有显著的副作用［25］。

1.2 杜鹃素

皱边石杉含有杜鹃素，药理实验表明:杜鹃素对改善呼吸系统的作用明显，具有祛痰、镇咳、平喘的功效［26］。皱边石杉的杜鹃素一般4月份含量最高，其次是7月份，最低为11月份［27］。

1.3 黄酮类化合物

蛇足石杉的另外一种重要的药用成分黄酮类化合物，具有抗肿瘤、抗心脑血管疾病、抗病毒、抗衰老以及抗辐射等作用［28］，从而显得格外引人瞩目。

2 人工繁殖研究

2.1 茎尖组织培养

石杉科植物茎尖组织培养成功的关键是灭菌，对蛇足石杉茎尖组织培养灭菌方法的研究中，沈晓霞等经过多种灭菌方法比较，发现蛇足石杉茎尖外植体的灭菌十分困难。第1次灭菌后，能在14～15天内不污染的灭菌方法最有效。说明表面灭菌已完全，分析后得出一个新推断，蛇足石杉组织内部含内源真菌，经过2周培养后逐渐出现污染，将2周后出现污染的外植体同样方法再次灭菌后培养，一般蛇足石杉的茎尖需经过3～4次灭菌后才能完全除去真菌，灭菌成功率相对较高，可达42%。多次灭菌一般采用20%的次氯酸钠溶液灭菌15 min或0.1%的升汞溶液灭菌3 min的效果最好，其余方法，因为过程复杂，成功率反而降低［29］。

2.2 扦插繁殖

盛束军等通过扦插试验，采用不同浓度水平的吲哚丁酸，萘乙酸，生根粉和吲哚丁酸+萘乙酸等药剂处理千层塔插条，结果显示萘乙酸处理，促进发根的效果很差，认为萘乙酸可能具有抑制千层塔扦插生根的作用或浓度太过。高浓度的吲哚丁酸可提早发根的时间和发根率，促进根的发育，增加根的分叉率，从而有利于千层塔插条的生长发育。吲哚丁酸促进生根可能是由于经处理后插条的呼吸率上升，使基部的氨基酸提高，并且在基部积累含氮物质，调动上部物质运输下来，从而形成愈伤组织，进一步促进根的发育［30－32］。

2.3 孢子繁殖

王小理等研究了芽孢在石杉科植物无性繁殖中的作用。结果表明，芽孢体由芽孢和芽托部组成，前者是6个小叶围住的小芽，后者为具有6个鳞状叶的柄状体;芽孢脱落后1周开始萌发并进一步发育为芽孢植株;芽孢体发生枝条平均有5个芽孢发生。根据王小理等对芽孢体残基初步调查结果，自然条件下，南川石杉芽孢的发生数量大约在3～5个。南川石杉年纵向生长量在1.5～2.5cm之间;以这个数值测算，从芽孢萌发到成长为一株可产生芽孢或者孢子的成熟孢子体，大约需要4～6年［33］。

石杉属植物主要有两种方式繁殖，孢子繁殖和芽孢繁殖。孢子繁殖从孢子萌发到配子体成熟周期较长，需要2～5年，配子体个体较小，培养困难;芽孢个体较大，形态特殊，是无性繁殖研究良好的材料。开展石杉属植物芽孢培养工作，将为本属植物的繁殖提供新的思路，有助于资源的保护和可持续利用［6］。

3 其他方面应用研究

从蛇足石杉中分离到了近200株内生细菌、150株内生真菌。经形态及生理生化特征分析以及分子鉴定，对其培养条件进行了初步优化，为进一步研究和将其应用于生物防治提供依据［34］。龚玉霞等采用内生菌常规分离法对健康的蛇足石杉植株体内的内生真菌进行了分离和筛选，结果表明:部分菌株对病原菌有不同程度的抑制作用，其中对油菜菌核病菌抑制率达100%的有37株，对苹果炭疽病菌抑制率达100%的有27株［35］。

范铁芳等从皱边石杉中分离纯化内生菌J060918，以马铃薯液体培养基发酵培养，得到发酵产物四草酸钾，通过优化试验，可实现四草酸钾的相对最优化积累［36］。

4 结语

目前，在我国近50种石杉科植物中，已被开发利用的只限于蛇足石杉等极少数种属。自然状态下蛇足石杉植株生长缓慢，植株矮小，对环境要求苛刻，环境的变化与森林面积的持续缩减已对其生存构成了严重威胁，资源再生相当困难。且都以采集天然居群为手段，缺乏人工繁殖技术，难以规模化生产，再加上石杉碱甲在植物体内的含量甚微，因此石杉碱甲制剂价格极其昂贵。蛇足石杉这类较低等且伴有内源真菌的蕨类植物离体培养也十分困难［50］。为了满足社会的需求，应加大对石杉科植物的生长习性和生物学特性方面的研究，为人工大量栽培提供技术指导，以减缓野外掠夺性采集造成的生态破坏和物种灭绝趋势。加大对石杉碱甲类似物的合成和开发力度，寻找具有同等药效的化合物，为人类健康和社会发展做出更大贡献。

另外，我国的野生石杉科植物资源丰富，有些种类植物姿态优美，体型小巧，颇具观赏性，是优良的垂直绿化材料、盆景材料和点缀材料。石杉科植物有很高的园艺应用潜力。既具观赏性又有药用价值，必将成为未来花园和药园的重要植物材料。

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