石斛属植物化学成分研究概况

万正辉，黄金文，吴范宏，黄清俊*

(1.上海应用技术大学 生态技术与工程学院，上海 201418； 2.上海应用技术大学 化学与环境工程学院，上海 201418)

石斛属(Dendrobium)植物为兰科(Orchidaceae)多年生草本植物，通常生长于海拔480至1 700 m的林中树干上或岩石上，该属全球约有1 000种，除个别种外都属附生兰类，我国有76种石斛分布，主要产于秦岭以南诸省，尤其以云南南部为多[1].石斛具有很高的观赏价值，与卡特兰、文心兰、蝴蝶兰并列为四大洋兰.石斛属植物民间很多可入药，2005年版《中国药典》中收录了5种石斛[2], 分别为铁皮石斛(D.officinale)、粉花石斛(D.loddigesii)、金钗石斛(D.nobile)、流苏石斛(D.fimbriatum)、束花石斛(D.chrysanthum).人们对于石斛属植物的研究主要集中在其药理作用、化学成分及快速繁殖三个方面，研究和利用对象主要为药用石斛.石斛化学成分复杂，已确定的化合物类型主要有：糖类、生物碱类、联苄类、菲类、香豆素类、茐酮类、甾体皂苷、署芋皂苷、其他苷类、二萜类等[3].由于石斛生境狭窄，受小环境影响明显，其种子不含胚乳导致种子的生长发育完全依赖于共生菌提供的营养[4]，自然环境下繁殖能力较低，另外由于人类的过度开发等原因，导致野生石斛已经成为濒临灭绝的物种.1998年8月颁布的《中国植物红皮书》将70余种石斛属植物列入保护植物，更受《中华人民共和国野生植物保护条例》保护[5].由于石斛独特的药用价值，市场对于石斛的需求量逐年增加，野生石斛资源在我国的几近枯竭的现状不仅严重制约了大量相关药品的供应，而且对自然生态和生物安全都造成极大的危害[6].本文从目前国内石斛属植物的有效化学成分角度综述其研究进展，为石斛属植物的保护和可持续发展提供阶段性参考依据.

1 我国种质资源现状

《中国植物志》记载我国石斛属植物共有74种2变种.根据外部及内部结构形态特征，我国将石斛分类为12个组，其中石斛组38种，顶叶组6种，黑毛组7种，禾叶组和基肿组各4种，草叶组5种，剑叶组和距囊组各3种，心叶组和叉唇组各1种，瘦轴组和圆柱叶组各2种，所有石斛中目前发现可以药用的约为51种，有三十余种石斛有可食用记录[1,7].我国石斛属植物集中分布于云南、贵州、四川和华南的广东、广西和海南等省区.云南最多，有62种，仅在西双版纳就有43种、1变种[8]，贵州分布28种[9].由于人类的过度开发和自然环境的恶化，且石斛本身对生长环境要求也比较苛刻，野生石斛生长发育缓慢，目前原生的种类及数量在逐渐减少[10].近年来，由于生长环境的改变以及市场需求量的增加，野生石斛数量急剧减少，快速有效地繁殖遗传稳定性高的石斛，是保存现有野生资源、满足人类生活需求的有力保证，体细胞胚胎发生是一种更加快速有效、遗传相对稳定的植物扩繁方法，利用体细胞胚胎发生的方式获得大量类原球茎，对石斛属植物的快速繁殖、种质保存及生物技术育种均具有重要意义[11].

2 主要有效化学成分研究

2.1 石斛多糖

多糖是一种聚合糖高分子碳水化合物，目前已知的天然多糖大约有三百多种，广泛存在于动植物和微生物组织中.现代药理学表明石斛多糖类成分是石斛的一种活性成分，具有免疫增强作用和抗肿瘤作用，并且按照石斛药材传统的质量标准“质重、嚼之粘牙、味甘、无渣者为优”，其多糖含量较高，所以石斛药材质量的好坏常以石斛多糖含量的高低来判断.近年来关于石斛多糖的研究报道较多，其中尤以铁皮石斛(D.candidum)多糖研究最多.石斛多糖的功能主要在于其降血糖、抗氧化衰老、抗肿瘤以及免疫调节作用四个方面.

汤志远等[12]通过四氧嘧啶诱发小鼠糖尿病模型研究铁皮石斛分离多糖对模型小鼠空腹血糖值、血清胰岛素水平及糖化血清蛋白含量的影响，发现铁皮石斛多糖具有显著的降血糖作用.TIAN 等[13]实验证实较低相对分子质量(仅6.70 kDa)的霍山石斛(D.huoshanense)多糖组分DHP1A具有抗氧化活性，而郝杰等[14]研究发现不同相对分子质量的霍山石斛多糖均有抗氧化作用，且霍山石斛多糖的抗氧化能力与其相对分子质量大小有关，相对分子质量小，抗氧化作用强.金乐红等[15]针对石斛水溶性多糖进行研究，结果证实了石斛水溶性多糖抗肿瘤作用明显，其抑瘤机制可能与其促进免疫器官功能和提高抗氧化能力有关.徐海军等[16]观察霍山石斛多糖对小鼠双向免疫调节作用发现霍山石斛多糖具有较好的双向免疫调节作用.李明智等[17]制备了铁皮石斛多糖不同分级组分并对其免疫活性进行研究发现铁皮石斛多糖及其分级组分均有免疫调节活性,且相对分子质量较小的免疫调节活性较强.TAO等[18]从铁皮石斛中分离出两种新的多糖DOPW-1和DOPW-2，发现DOPW-1和DOPW-2的免疫调节活性优于主要的铁皮石斛水溶性多糖组分(DOPW)，认为DOPW-1和DOPW-2不仅可以作为潜在的新型免疫调节剂，而且可以作为研究多糖功效的分子机制的直观工具.

王晓媛等[19]测定了石斛属石斛组中六种石斛多糖含量，发现不同种石斛中茎多糖含量差异明显，6种石斛中多糖质量分数介于6.92%～26.90%.曹雪原等[20]对铁皮石斛各部位多糖含量进行测定发现茎段含量(34.61%)最高，叶(23.51%)次之，花(13.47%)的多糖含量最低.吴蓓丽等[21]研究表明铁皮石斛多糖主要由甘露糖、葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等单糖以不同摩尔比通过特定的结构组成.张又元[22]发现铁皮石斛茎部和叶部两种多糖的单糖组成具有较大差异，茎部多糖主要由甘露糖和葡萄糖组成，叶部多糖主要由甘露糖、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖组成.高云霄等[23]从新鲜的铁皮石斛中分离得到一种均一的铁皮石斛多糖( SDOP)并对其初级结构进行分析，结果表明，SDOP的重均相对分子质量为 1. 66×106，含有甘露糖和葡萄糖(物质的量的比4.9∶1.0).司华阳等[24]对霍山石斛多糖的分离鉴定进行综述，总结了霍山石斛所含有的七种多糖及其具有的药理活性.邹荣灿等[25]总结了国内外目前铁皮石斛多糖的提取方法，主要有微波辅助提取法、超声波辅助提取法、热水浸提法、闪式提取法、超高压萃取法及酶提法.目前对于铁皮石斛多糖含量测定的方法主要有苯酚-硫酸法和蒽酮-硫酸法，其原理是利用强硫酸将多糖水解成单糖，形成糠醛化合物与苯酚或蒽酮形成有色物质，再利用其在可见光区的最大吸收波长作为检测波长进行含量测定.同一种石斛的多糖含量受到多种因素的影响，包括品种[26]、种植年限[27]、产地[28]等都能影响石斛多糖的含量.谭青云等[29]用传统热水提取法、酶法提取、闪式提取法、超声波提取法、冻融提取法5种提取方式在各自最佳参数上提取铁皮石斛粗多糖，结果表明冻融提取法所得铁皮石斛多糖得率和平均相对分子质量最高,多糖得率高达37.1%.马厚雨等[30]研究表明较低的干燥温度有利于铁皮石斛颗粒保持组织结构,减少材料收缩,减轻美拉德反应和焦糖化反应,同时产生一定的内部空隙,从而促进其多糖的溶出.YUAN等[31]研究了外源水杨酸对铁皮石斛多糖含量的影响，表明水杨酸可能是用于增强铁皮石斛活性多糖生产的有效化合物.

石斛多糖一直是国内学者的研究重点，石斛多糖含量受到多方面因素的影响，不同品种、不同产地、不同种植年限甚至不同提取方式对石斛多糖含量或结构具有明显的影响，不同结构的石斛多糖功能活性也具有一定的差异.目前对于石斛多糖的研究主要集中于多糖的提取纯化，药理活性以及其结构的鉴定，且主要的研究对象集中于铁皮石斛、霍山石斛、金钗石斛、球花石斛(D.thyrsiflorum)等少数在市场上获得广泛认同的药用石斛，对于其他众多石斛属植物的研究比较少.另外对于石斛多糖的药理活性，应该进行更多的毒理学实验及临床实验.

2.2 菲类和联苄类

菲类和联苄类也是石斛属植物重要的有效化学成分.其具有抗肿瘤、免疫调节等功效.毛兰素(2-methoxy-5-[2-(3,4,5-trimethoxyphenyl)ethyl]phenol)是一种联苄类的天然产物,为联苄类的衍生物，相对分子质量为318，主要分离来自鼓槌石斛等.毛兰素具有许多与癌症预防和治疗有关的药理活性[32].我国学者马国祥等[33]最早从鼓槌石斛中分离出β-谷甾醇、鼓槌菲、毛兰素、毛兰菲和鼓槌联苄5种化合物，其中毛兰素含量最高为0.251%.崔名扬等[34]研究鼓槌石斛毛兰素对人结肠癌Caco-2细胞增殖的抑制作用及其诱导细胞凋亡的分子机制发现毛兰素对肿瘤细胞的增殖具有一定抑制作用且通过线粒体途径诱导Caco-2细胞凋亡.ZHU等[35]研究表明毛兰素通过JNK信号通路诱导膀胱癌细胞周期G2 / M期并诱导其凋亡，表明毛兰素在治疗膀胱癌方面具有潜在的用途.LI等[36]研究表明毛兰素能抑制宫颈癌细胞增殖并促进凋亡.毛兰素除在鼓槌石斛中含量较高以外，在其他品种的石斛中也有一定含量.罗阳等[37]测定了21种石斛中毛兰素含量，结果表明其中11种石斛含有毛兰素，其中鼓槌石斛中毛兰素含量显著高于其他品种.张聪[38]对产自云南的鼓槌石斛等12种石斛中的毛兰素进行定性和定量检测，结果表明只有流苏石斛、金钗石斛和鼓槌石斛中检测到了毛兰素，含量分别为0.039 2%、0.056 4%、0.159%.龚庆芳等[39]研究了不同光照强度下的鼓槌石斛毛兰素含量差异，结果表明在7月,透光率仅为10%的条件下,鼓槌石斛中毛兰素含量最高，为0.945%.杨虹等[40]对不同采收时期的鼓槌石斛中毛兰素的含量进行测定发现，不同采收时间的毛兰素含量差异明显，其中11月份采收的毛兰素含量最高，说明传统上石斛药材的采收时间定于秋冬季是有依据的.

2.3 生物碱

生物碱是药用石斛重要的生理活性成分，是金钗石斛的特征药效成分[41].生物碱类化合物在石斛属植物中广泛存在，这些生物碱类成分具有抗炎、抗肿瘤、降血糖、调血脂及细胞毒性等生物活性[42].石斛属植物中生物碱含量以金钗石斛为最多，国内对于石斛碱的研究也主要集中于对金钗石斛的研究.生长期[43]、栽培环境[44]、产地[45]等对金钗石斛生物碱含量都有一定的影响.目前已有研究报道的生物碱共有5类, 分别为吲哚里西啶、倍半萜类、苯酞类、咪唑类以及吡咯烷[46].WANG等[47]对金钗石斛茎的提取物中的倍半萜类生物碱进行结构鉴定, 分别鉴定出了9种化合物.目前已经鉴定的金钗石斛生物碱类主要有石斛碱、金石斛碱、石斛副碱、石斛星、石斛酮碱、6-羟基石斛碱、石斛醚碱、石斛次碱、N-甲基石斛季铵碱、N-异戊烯基石斛季铵碱等24种, 其中5种是季铵生物碱，10种是运用催化等方式合成的[48].

2.4 其他有效化学成分

石斛中还包含氨基酸、微量元素、香豆素、黄酮等其他有效化学成分.陈玉芹等[49]测定了22种主要石斛栽培品种的氨基酸组成和含量，结果表明不同品种石斛的氨基酸含量和组成比例存在一定差异,其中10种石斛含有17种氨基酸和7种必需氨基酸,11种石斛未检出蛋氨酸或胱氨酸.蒋雪嫣等[50]测定了三个品种铁皮石斛中矿质元素的含量，结果表明三个铁皮石斛优良品系间矿质元素差异不显著,生长时期对铁皮石斛矿质元素含量存在显著的影响，钙的含量与多糖含量呈极显著负相关,镁、硼、锰的含量与醇溶性浸出物含量呈显著正相关.师亦洁等[51]采用高效液相色谱法测定了八种石斛中香豆素的含量，结果这八种石斛均含有香豆素，其中鼓槌石斛香豆素含量最高，叠鞘石斛含量最低，分别为108.6和5.683 μg/g.孙恒等[52]通过傅立叶变换红外光谱 (FTIR) 结合化学计量学建立了快速预测不同采收期铁皮石斛中总黄酮含量的方法，结果表明铁皮石斛总黄酮含量随时间变化趋势为先升高后降低, 6～8月样品含量较高, 平均含量大于64.10 mg·g-1.

3 栽培方式与有效成分

由于近些年对石斛有较高的市场需求，使得石斛人工种植的产业化程度更加成熟,产业规模不断扩大.石斛的栽培方式因此也有较多的研究报道.但是，栽培方式的不同对于石斛品质的影响非常明显，不同的栽培方式对石斛多糖、生物碱、氨基酸和微量元素均具有一定的影响，找到栽培出最佳品质石斛的栽培方式同样显得至关重要.目前主要的栽培方式为仿生栽培和盆栽，仿生栽培应用较多，从露地石头仿野生、岩壁仿野生、林下仿野生、活树仿野生、死树仿野生，最终到温室大棚仿野生等栽培方式.斯金平等[53]系统阐述了铁皮石斛设施仿生栽培、林下原生态栽培、活树附生原生态栽培、盆栽等系列栽培模式的技术要点和相关注意事项.袁颖丹等[54]以樟树、枫香、杉木、马尾松作为附生树种栽培铁皮石斛，研究表明这四种树均可适合铁皮石斛作为附生树种，其中杉木和枫香上的铁皮石斛长势较好.不同的栽培方式下铁皮石斛的品质有明显差别.肖强等[55]在板栗、杉木、马尾松、五倍子等针阔叶林及林下附有丰富苔藓的石灰岩基质上栽培铁皮石斛，测量多糖含量后结果表明栽培在杉木上的铁皮石斛多糖含量(33%)相比其余树种(约18%)明显要高.徐丽红等[56]对活树仿野生、死树仿野生、大棚仿野生、石头仿野生、岩壁仿野生、林下仿野生、纯野生栽培方式下铁皮石斛的多糖、甘露糖、黄酮等含量进行测定,结果表明多糖和甘露糖含量最高的为石头仿野生和林下仿野生，黄酮含量最高的为纯野生铁皮石斛.斯金平等[57]采用立体栽培方式栽培的铁皮石斛，经测量浸出物含量、多糖与浸出物总量明显高于地栽.胡小京等[58]采用菌渣、松树皮、草炭、木屑、椰糠和水苔为栽培基质研究不同配比的栽培基质对金钗石斛和蜂腰石斛生长和生理的影响，菌渣∶松树皮∶水苔=1∶2∶1的基质配方最有利于金钗石斛幼苗的生长,而草炭∶松树皮∶椰糠=1∶2∶1的基质最有利于蜂腰石斛幼苗的生长.且这两种混合栽培基质能有效增加金钗石斛和蜂腰石斛幼苗的叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白含量.蓝桃菊等[59]从红树植物内生真菌中筛选出了能促进铁皮石斛生长的内生真菌菌株HS40，接种该菌株后的铁皮石斛茎干多糖含量显著提高.

4 总结与展望

石斛作为我国传统的中药材，具有很高的应用前景.我国石斛资源种类大约占全世界石斛种类的8%，具有药用价值的至少有51种，其中国家药典收入5种；石斛植物其有效化学成分的研究热点主要集中在石斛多糖、菲类和联苄类、生物碱等，这些有效成分对人体抗肿瘤、保健等具有重要价值；不同石斛种类及品种，以及不同器官部位，有效成分都存在差异；不同石斛栽培方式影响有效成分的含量.石斛的研究成果极大地促进了石斛产业的发展.

目前由于人为因素致使野生资源稀缺，而市场对于石斛的需求量逐年递增，不同品种及不同栽培方式，导致市场上的石斛品质良莠不齐，石斛制品生产行业受到冲击.在石斛药效成分的作用机理尚需要进一步明确的前提下，盲目的消费石斛产品会导致石斛的药用效果和市场价值受到质疑.

为了满足市场对不同石斛的需求，促进石斛产业的良性发展，在未来应该对石斛活性成分进行更深入的研究，进一步明确石斛的有效成分和作用机理，对石斛的研究不应只局限于部分传统的药用石斛，应对其他更多种类石斛及其品种进行更多方面的研究；在保护野生石斛资源的同时，应加强优良石斛及其品种的选育，加强分子育种方面的研究；对种质资源的开发、利用或者保护，都需要对石斛进行遗传多样性研究与比较，尤其是对濒危的植物资源，采用DNA分子标记等生物技术揭示石斛属植物之间遗传多样性及亲缘关系, 为珍贵资源的开发利用以及合理保护提供理论依据.随着生物技术的飞速发展，未来可以利用新一代的测序技术与生物信息学相结合, 对石斛的功能基因进行更深的研究，从石斛生长、发育以及共生真菌机制的相互作用的分子基础进行发掘，以促进石斛的合理利用和野生资源的保护.