天麻及其种质资源研究进展

刘明学 李 梁 牛靖娥,3

（1.西南科技大学生命科学与工程学院，四川 绵阳621010；2.绵阳市中医药研究所，四川 绵阳621000；

3.绵阳高新区生物医药孵化器有限公司，四川 绵阳621000）

0 概述

野生动植物资源是巨大的基因宝库，具有巨大的经济与科研价值。由于对野生资源的过度开发利用，一些野生资源已处于濒危的边缘。因此，如何更好的保护、利用这些野生资源就显得十分紧迫。

Frankel等[1]于1984年提出核心种质(core collection)的概念，其是需保存的种质资源的一个核心子集，以最少数量的遗传资源最大限度地保存整个资源群体的遗传多样性，同时也可代表整个群体的地理分布[1-2]。核心种质资源库的建立对我国传统中医药发展具有积极促进作用。而药用植物核心种质还应体现当前药用植物的主要变异类型、彼此间要有异质性、存在动态交流和调整、包含生产实践所需要的优异农艺性状或基因及临床疗效所需要的有效成分及其调控基因[3]。

天麻(Gastrodia)在兰科中属于树兰亚科（Epiderdyoldeae）天麻族（Gastradieae）天麻亚族（Gastrodinae）多年生异养型草本植物[4]。我国分布的天麻(G.elata Blume)有6个类型:红天麻(G.elata Bl f.elata)、绿天麻(G.elata Bl f.viridis Makino)、乌天麻(G.elata Bl f.glauca S.Chow)、黄天麻(G.elata Bl f.flavida S.Chow)、毛天麻(G.elata Bl f.pilifera Tuyama)、松天麻(G.elata Bl f.alba S.Chow)[4，5]。野生天麻主要产区在四川、云南、陕西、贵州、湖北等地；人工栽培天麻的主要产区分布在陕西、湖北、河南、四川、山东等地；在种内产生了许多变异。天麻作为一种名贵中药材，有着多种生物活性作用[6，7]。

由于现在人工栽培天麻的地域范围越来越广，天麻栽培的生境也有很大的变化，从以前的高海拔、湿冷环境到低海拔、温和环境栽培均可，对野生道地天麻带来巨大的冲击。随着栽培品种的越来越多以及过度采挖，野生品种及产量越来越少，如何保护、利用野生天麻品种资源就成为重要的课题。西藏、四川的平武、甘孜等山区由于特殊的生态环境与自然地理景观，还有野生天麻资源的分布，因此如何保护利用这些宝贵的天麻资源，成为天麻系统研究的关键之一[4,8]。

1 天麻活性成分及生物活性作用

天麻活性成分主要包括酚类化合物及甙类：天麻素（Gastrodin），即对羟基苯甲醇-β-D葡萄吡喃糖甙，甾醇及有机酸类：β-谷甾醇、豆甾醇及柠檬酸、琥珀酸等，其他类如天麻抗真菌蛋白（GAFP）等[9，10]。刘明学等[8]对平武天麻GAP种植示范基地天麻产品的质量状况进行了评价。结果表明天麻素的平均含量分别为：乌天麻0.6%，绿天麻0.57%，红天麻0.45%；水分为11%；SO2未检出，农药残留为痕量；三种天麻变异类型重金属残留均低于国家行业标准的指标。

天麻主要功能是治疗头痛、眩晕、癫痫及心脑血管疾病等[11，12]。Manavalan等利用定量蛋白质组学分析了天麻对脑部的蛋白质代谢的影响，天麻长期治疗在蛋白质组的水平能调节脑蛋白质代谢，如下调神经元的生长锥控制盒突触活动相关的Gnao1和Dctn2蛋白的表达。此外，天麻治疗也诱导上调分子伴侣和错误折叠蛋白反应相关的蛋白Anxa5和其他参与亨廷顿氏病蛋白质（例如Pacsin1和Arf3）。因此天麻可能有助于突触可塑性和神经修复过程相关的活动[13]。Huang等[11]的结果表明天麻的脑保护作用可被A2A-R拮抗剂和蛋白激酶A（PKA）抑制剂阻断，表明天麻的脑保护作用是通过A2A-R信号通路。天麻能通过A2A-R信号途径逆转突变Htt诱导的蛋白聚集和蛋白酶体的失活。Hsieh等[14]研究表明天麻在红藻氨酸诱导的鼠癫痫治疗中可通过JNK信号通路调节与神经元可塑性调节和凋亡相关的转录因子激活蛋白AP-1的表达。此外还有抗炎症、抗血管生成等作用[15]。

而天麻多糖是目前对天麻活性成分研究的另一热点。汪鋆植等的研究表明天麻中天麻多糖的含量高达70%[16]。刘明学等[6]分离的天麻多糖为带1→6键接支链的α-(1→4)-D-葡聚糖，对氧自由基具有一定清除能力。Ming等[17]发现天麻多糖（PGEB-3H）是分子量28.8kDa的葡聚糖，有一个(1→4)-α-D-葡聚糖主链和α-1,6糖苷键支链相连。胡德坤等[18-19]研究发现天麻多糖对小鼠CCl4肝损伤和酒精肝损伤具有显著的保护作用，能够抑制肝脏中上升的MDA水平和提高过低的SOD活性，具有很强的抗脂质过氧化功能，可延缓细胞衰老。天麻多糖可作为抗胰腺癌细胞生长抑制剂[20]。另外天麻多糖对细胞膜的完整性也具有很好的保护作用[21]。不同种类的多糖,其主链糖基组成和糖苷键类型不同，生物学活性存在较大差异，主要源于二者主链糖苷键的类型不同[22,6]。从目前这些研究来看，天麻多糖具有潜在的开发应用价值。

2 天麻种质资源

分子标记是能够用来作为指纹鉴定或区分个体特点的DNA片段，可用于检测个体间存在的自然遗传变异，即遗传序列的多态性。赵永亮[23]对天麻的RAPD初步研究发现四川省内不同产区、野生品种与栽培品种之间有明显的多态性存在，这说明建立川产道地天麻与其他产区天麻以及野生品种与栽培品种的分子生物学特征指纹图谱是完全可行的。

李作洲等[4,24]对湖北天麻不同变异类型进行了分析，认为天麻在物种水平维持着较高遗传多样性,平均多态位点比率P为56.3%,每位点平均等位基因数A为2.1,平均预期杂合度He为0.222。天麻变型间遗传分化系数GST达0.3595,平均基因流Nm仅为0.4450,说明天麻变型间遗传分化较大,缺乏基因交流。聚类分析结果表明,天麻居群以变型为单元优先聚类而非地域优先聚类,认为各天麻变型在遗传上是相对独立的进化显著单元。另简单重复序列SSR对野生和栽培天麻也具有较强的区分能力，野生天麻和栽培天麻分别聚为一类，但是也发现栽培天麻产生部分变异，少数分布于野生天麻的聚类中。而同一变型的不同产地的样品之间的遗传差异可能是由于不同产地的地理环境和栽培方法的差异而引起的[25]。关萍等[26]对全国27份天麻样品进行了遗传多样性进行分析。发现多态性比率PP达78%，说明不同分布区的天麻中存在一定的遗传多样性。遗传差异分析结果表明，27个样品的遗传距离在0.5930-0.0187，说明不同分布区天麻个体间存在一定的遗传差异。而三种变型从分子水平上无明显差异，说明天麻种内的变型仅仅是表型上的变异，尚未在遗传上固定下来[26]。这与李作洲等[4,24]的结果不一致。

从其他人的研究结果来看，全国几大天麻主产区天麻中天麻素的含量有差别，但差别没有显著影响，因此以天麻素作为天麻的遗传分类指标是不可靠的，因此采用的的分子生物学指纹图谱对天麻的分类、鉴别、分子标记、遗传分析等进一步研究有重要的指导意义。

3 展望

综上可以看出，不同类型、不同产地及野生和栽培品种之间存在较大的遗传变异，蕴含巨大的基因信息，为建立天麻的核心种质库提供了有利条件。建立天麻基因资源库具有以下的重要意义：

（1）可以保护濒临灭绝的野生天麻资源和我国现有的天麻栽培品种资源；

（2）可以为基础研究奠定基础；特别是研究天麻与真菌之间的关系，为研究现在农业上的真菌病害找到比较好的生物防止方法。

（3）研究天麻在自然环境下繁衍很少发生种质退化而在人工栽培中几代就会发生退化的机理对研究其他种质基因库的稳定性具有重要意义。

（4）可以为深度开发利用奠定基础。天麻作为药食两用品种，具有广阔的市场前景，建立天麻基因库，可以为药品、食品、保健品等深度开发奠定基础。

（5）为建立药用植物核心基因资源库提供参考方法。

目前天麻方面的研究几乎都是国内的专家，国外很少研究；但随着时间推移，韩国、日本等国研究论文也逐渐增多。加之对天麻野生资源的过度采挖，导致部分野生资源濒临灭绝。所以对天麻核心种质库的研究和建立显得尤为迫切。

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