霍山石斛的研究进展及可持续发展

童晨曦(综述)，齐　蕾(审校)

(皖西学院制药工程专业，安徽 六安 237012)

临床医学

霍山石斛的研究进展及可持续发展

童晨曦(综述)，齐蕾※(审校)

(皖西学院制药工程专业，安徽 六安 237012)

摘要：石斛为我国一种名贵药材，其中霍山石斛的品质上乘。该文对霍山石斛生理生态特性进行了介绍，包括其生长环境和形态特征、光合特性以及生理特性；此外，还分析了霍山石斛的组织培养及人工移栽方法。同时，对霍山石斛中包含的多糖、生物碱、微量元素、氨基酸和其他物质特点及其所具有的药理价值进行综述，并总结目前存在的问题以及未来发展的方向，以期对霍山石斛的可持续利用提供参考价值。

关键词：霍山石斛；生理生态；化学成分；药理作用

石斛是一种来源较多的名贵药材，分析其化学成分发现，不同类型药用石斛含有多类型化学成分，而各种类型化学成分结构亦有不同，因此表现出不同的药理作用，进而对临床疗效产生不同的影响[1]。石斛属中冠有“中华仙草之最”之称的霍山石斛主要产于安徽霍山邻近地区，亦见分布于河南境内，是在历代本草中具有明确记载的药用石斛，且因其品质上乘而作为石斛属中极品备受历代医者推崇。文献报道，霍山石斛具备多种功效，如抗肿瘤、生津益胃、预防白内障等[2]。但鉴于霍山石斛特殊的生长环境，加之人工过度采集导致野生霍山石斛资源已近灭绝，目前已受国家重点保护。现就霍山石斛的化学成分及相应药理作用等方面进行综述。

1生理生态特性

1.1生长环境和形态特征野生的霍山石斛由于特殊的生长环境，分布受限，主要分布在安徽六安大别山区、湖北阴山等，常生长于海拔200～1200 m岩石树干或水旁，最适合于有微风吹拂的东北角或西北向潮湿绝壁或者傍有瀑布飞流的悬崖上。霍山石斛常与石苇、苔藓等附生，经裸露在外须根吸收水分，具有较低的光补偿点、光饱和点，湿度对其光合作用具有较大的影响[3]。霍山石斛是多年生草本植物，颜色为深绿色，植株较为矮小；老茎多为黄绿色，当年生新茎呈现嫩绿色；老茎多无叶，果实为圆锥形。人工模拟其生长环境进行培养时，发现其茎基部存在多条不定根，与苗床接触后会新生丝状物与石头紧密固定；经显微镜可观察到该丝状物是一种真菌菌丝，横切面观察属于内生菌根，初步分离菌根可得不同丝核菌，该种菌根共生在其营养生长过程中是不可或缺的[4]。

1.2光合特性植物光合作用产生的碳水化合物是其生长的基础，因此光合作用较强的植物生长速度较快。霍山石斛是景天酸代谢植物，其光合作用会因环境变化而在光和碳循环途径与景天酸代谢途径间不断变化，更有甚者在几小时之内即能转变光合途径[4]。其光呼吸与暗呼吸各占总光合的一半，远高于一般植物的5%～10%，呼吸会消耗较多的同化物，减少积累量，减缓生长[5]。因此，是否因为其光合作用较为特殊而导致其生长缓慢，仍需进一步探讨研究。另外，对霍山石斛生长具有明显影响的非温度莫属，最适温度一般在20～23 ℃，最适光强一般为2.0×103～2.0×104lx，相对湿度宜为80%[6]。霍山石斛的生长与其相对湿度和光强呈负相关[7]，因此其生长环境需控制好湿度和光强。研究发现，霍山石斛在每年5～7月生长最为迅速，可能是该段时间湿度、温度和光强最适合其生长，人工培育可根据该环境来调整栽培环境，从而延长霍山石斛的生长时间[8]。

1.3生理特性霍山石斛药用部分主要是茎，通过测定并分析茎中关联衰老的生理指标有助于提升产量，同时增加其药用价值。植物衰老进程中常见丙二醛，丙二醛是一种膜脂过氧化的产物，其含量越高说明植物衰老程度越深[9]。另外，过氧化酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶等均有助于清除植物中氧自由基，丙二醛和这三种酶系在3年内逐渐升高，但是三年茎氧自由基的清除能力仍较高[10]。另外，测定茎中可溶性蛋白质发现结果类似，即三年茎含有较高含量的可溶性蛋白质[11]。因此，霍山石斛常在移栽3年后进行采收，将超过4年的老茎剪去，保留少于3年的幼茎[12]。

2组织培养与移栽

2.1组织培养由于霍山石斛的种子不存在胚乳而导致萌发率在自然条件下极低，加之人们在利益驱使下采掘无节制引起的逐渐面临枯竭的野生资源无法满足日益增加的市场需求，因此迫切需要通过人工移栽的方法来增加霍山石斛的产量，从而使其逐渐脱离濒危境地。目前学者已对霍山石斛组织培养的关键环节进行了大量研究。外植体类型在霍山石斛实施快速繁殖过程诱导方面具有较大影响。一般情况下有两种途径可供选择，一种是器官发生型，另一种是原球茎发生型[13]。只要将种子、茎间、假鳞茎段、幼叶尖等经上述两种途径即可获得原球茎、丛生芽或拟原球茎进行快速增殖。霍山石斛的种子在自然条件萌发较难，但种子在无菌培养基中具有较高的萌发率[14]。由于野生霍山石斛种子较为难得，因此会限制其种子来源，对许多学者的研究造成影响，很多研究者将目标转移至霍山石斛的野生苗或者是无菌种子的实生苗的茎尖、茎节和种子的原球茎，将其作为原材料，通过诱导作用再生不定芽，从而大量繁殖试管苗。有文献报道，选择假鳞茎作为外植体时发现假鳞茎的下段具有最高的诱导率，分析可能是石斛的基部分蘖能力较强[15]。另有研究称，将霍山石斛试管苗中带节茎段作为外植体，对其进行诱导获得类原球茎，并对其发育过程进行研究，发现类原球茎最好的外植体是选择种子的原球茎，发育结果表明类原球茎制成人工种约有90%的萌发率，约80%的幼苗存活率[16]，由此可见，类原球茎的分化能力非常强。培养基在霍山石斛增殖与分化过程中占据重要地位，且生长阶段不同，对应培养基的种类、添加激素的含量与种类、有机附加物含量与种类均有所不同。目前人工培养中较为常见的培养基包括KC、MS、N6等[17]。霍山石斛培育过程除受外植体、培养基和添加物等影响外，温度、湿度、光照、pH值等亦对其产生影响。霍山石斛种子培养初期温度需求较高，其中萌发速度较快的适宜温度约25 ℃，但<10 ℃时即使满足营养所需条件也无法萌发[18]。目前研究发现，霍山石斛试管苗生长于继代增殖的最佳pH值为5.4，温度23～27 ℃，光周期8～12 h/d[19]。霍山石斛能否成功快速繁殖还受培养介质与培养条件等较多因素影响，因此需要对其繁殖过程中各种因素进行进一步研究。

2.2人工移栽霍山石斛的野生资源是否能实现人工再生的关键问题是成功将组织快速繁殖得到的试管苗实现大田移栽并成功生长。考虑到快速繁殖得到的试管苗比较弱小，且不具备发达的根系，因而不适合进行田间移栽。虽然早在20世纪50年代末即有人获得霍山石斛经野生转人工栽培的经验，但近50多年来人工栽培进展较为缓慢[20]。自20世纪80年代移栽试管苗成功后至今移栽规模仍较小，目前仍未彻底解决试管苗大田移栽后较低存活率的问题。为了提升试管苗适应能力、提升移栽存活率，需要在移栽前对试管苗进行驯化锻炼。首先将完整试管苗的培育容器在半遮阴自然条件下，逐渐恢复试管苗叶绿体光合作用，同时通过逐渐加入自来水来降低试管苗生长温度，再转移至有菌环境，从而使试管苗生长环境逐步类似于自然生长环境，进而提升试管苗的移栽存活率。试管苗壮苗方法主要是配合使用激素、马铃薯提取物和香蕉等。

3化学成分及药理作用

3.1多糖有专家对不同生长年限霍山石斛的根、茎、叶进行多糖含量的测定，结果显示，叶中含量最高，茎中含量最低，且两年生茎中多糖含量最高，但3年生茎中含量减少[21]。另外，研究发现，多糖主要是非淀粉类中的中性多糖，多数不含有还原糖[4]。当前多糖提取工艺有多种，其中传统水提醇沉法提取石斛多糖具体步骤为：①经石油醚除酯，用80%乙醇将醇溶性糖除去；②热提，提取液浓缩后使用醇沉淀多糖[22]。该法提取所需温度高，时间长，经济效率和提取率均较低。若在提取过程中添加超声波可提升浸提率，但多糖收率未显著提升[23]。近年来出现的酶法提取条件温和，提取效率和收率均提升，且多糖活性获得较大限度保留。霍山石斛中多糖成分呈现较强抗氧化能力，且抗氧化活性随着多糖相对分子质量的不同而显著不同。石斛属药理作用的主要贡献者是石斛多糖，可发挥抗衰老、抗肿瘤、抗辐射等作用[24]。文献报道，体外实验显示石斛多糖可强化脐带血、肿瘤患者外周血中淋巴因子激活的杀伤细胞的杀伤力[25]。研究表明，通过四氧嘧啶或肾上腺素诱发糖尿病的小鼠模型实验发现，石斛多糖可明显减少其血糖水平，同时四氧嘧啶诱发糖尿病的小鼠提升了对葡萄糖的耐受量，但是不影响正常小鼠血糖水平[26]。由此可见，石斛多糖是一类有潜力的降糖成分。研究表明，霍山石斛的多糖成分在白内障的发生与发展中起显著的抑制作用，主要是多糖在一氧化氮合酶的基因表达与谷胱甘肽家族抗氧化活性中分别起到下调和上调的作用，两者产生协同作用，在糖基化的交联变性中体现抑制性，从而对晶状体出现浑浊过程起到抑制作用，进而减慢白内障的发生进程[27]。

3.2生物碱分离霍山石斛最早获取的化学成分是生物碱类。霍山石斛生物碱种类繁多，包括石斛碱、石斛胺、石斛次碱等[28]。对不同生长期霍山石斛的不同部位进行生物碱的测定，结果发现，叶中生物碱含量最高，成熟期茎与根含量相近，且3年生茎中生物碱含量最高，1～3年呈现升高趋势，但4年生茎中含量有所降低[29]。生物碱类具备养胃清热、清音明目、退热、止痛等作用；且能消除巴比妥中毒；能减缓呼吸，降低血压和心率；抗菌并可能发挥抗癌作用[30]。目前多通过提取工艺和定量测定来检测霍山石斛中生物碱含量，但很少有学者研究人工培育过程积累生物碱的条件、合成路径、分离纯化并鉴定及其和生态环境的联系等。

3.3微量元素霍山石斛独特的药用功效是其各种成分共同作用的结果，其中微量元素在其中占据特殊地位。微量元素的种类、含量在根茎叶不同部位存在显著差异，其中茎中含量几乎是最低的。根中铁、铝、钒、锌、镍、磷含量最高，叶中硼、钙、镁、锰、钡含量最高。机体必需元素基本都能在霍山石斛中发现，其中含量较高的是锌、铜、铁、锰和锶[31]，可能与内生菌根的吸收以及伴生环境有关，但仍需进一步探讨与研究。

3.4氨基酸游离的氨基酸在霍山石斛发挥的功效中占有重要地位。研究表明，人体7种必须氨基酸均能在霍山石斛中找到，其中胱氨酸在根中含量最高；精氨酸在3年生的茎中最高，可达2.01 mg/g；游离氨基酸含量与生长期和部位存在一定联系，1年生茎含有最高游离氨基酸量[32]。

3.5其他特殊生态环境造就了霍山石斛，传说其具有医治百病与起死回生特殊功效。近代药理实验发现可能与霍山石斛中种类繁多的化学成分共同作用相关[4]。有学者推测霍山石斛对自由基的清除能力可能与其化学成分中含众多酚羟基有关[33]，但作用机制目前仍不明确，需进一步探讨。

4可持续性发展

随着国内外学者对霍山石斛的深入研究，在组织培养方面得到一定突破。由于霍山石斛特殊的生存环境，在人工培养中仍待解决的棘手问题是如何将试管苗大规模移栽至大棚中[34]。国外较多的是从分子生物学角度对霍山石斛进行研究，且已成功得到转基因的石斛[35]。面对霍山石斛受到严重破坏的野生资源，若想可持续利用石斛资源，今后应重点集中于以下领域：①对选择细胞方法进行改进，开发新培养方法来提升扩大培养规模的经济和研发效益，并对细胞次生物质产生的代谢途径与调节方式进行深入研究以发展其培养方法满足工业化需求；②应重视霍山石斛化学成分的研究，霍山石斛呈现的药理作用主要来源于中国历代本草记载以及临床经验，因此有必要强化对活性成分的检测条件，通过生化技术修饰并改造活性成分具有很大的潜力；③当前虽然在化学成分与药理作用方面有所收获，但仍需进一步系统研究霍山石斛中活性物质的种类、数量、含量、结构与鉴定等问题，关注活性成分及其药理研究，发展新活性成分的开发与新药理作用的研发，探讨活性成分的作用机制等；④国内在转基因工程方面起步较晚，当前亟需解决的问题是合适载体的寻找及有效成分的克隆等。

5小结

尽管霍山石斛药理活性和应用均取得了进展，但其有效活性成分仍没有明确标准。若从石斛药材传统收购的标准来看，其茎粗短、嚼后有浓厚的黏性为品质较好，可能与多糖含量高低有关。霍山石斛生存环境特殊，至今可持续利用问题仍未解决。鉴于此，应着力研究霍山石斛的药理活性、物质基础及可持续利用策略，尤其对其多糖抗白内障活性成分化学结构、作用机制、构效关系等方面应深入研究。

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Research Advances and Sustainability of Dendrobii HuoshanenseTONGChen-xi,QILei.(PharmaceuticalEngineeringSpecialty,WestAnhuiUniversity，Liu′an237012，China)

Abstract:Dendrobii is a rare kind of medicinal herbs in China and the quality of Dendrobii huoshanense is superior.Here introduces the its physiological and ecological characteristics,including growth environment and morphology,photosynthetic characteristics and physiological characteristics;also the methods of tissue culture and artificial transplant of Dendrobii huoshanense are analyzed.Then the characteristics of polysaccharides,alkaloids,trace elements,amino acids and other substances contained in Dendrobii huoshanense are overviewed.At last,the current problems and future direction is summarized for reference for the sustainable use of Dendrobii.

Key words:Dendrobii huoshanense； Physiological ecology； Chemical composition； Pharmacological effects

收稿日期：2015-03-06修回日期：2015-05-16编辑：郑雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.24.033

中图分类号：R285

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)24-4512-03