天麻研究进展

王 强,王 涛,徐 德,王志德,黄 娟,李 益, 谢 洲

(四川省达州市农业科学研究院,四川 达州 635000)

天麻为兰科植物天麻的干燥块茎,富含氨基酸、微量元素、多糖等生物活性物质,具有增智、延缓衰老、预防和治疗中枢神经系统疾病等作用[1-3]。由于生长方式独特,野生天麻已被列入《国家重点保护野生植物名录》和《中国珍稀濒危保护植物名录》[3]。随着国内外学者对天麻生物学特性、栽培技术、化学成分、药理研究等方面的研究和《关于对党参等9种物质开展按照传统既是食品又是中药材的物质管理试点工作的通知》(国卫食品函〔2019〕311号)、《<天麻、铁皮石斛、灵芝开展按照传统既是食品又是中药材的物质管理方案>的通知》(川卫函〔2021〕363号)等文件的印发,推动了天麻科学合理的开发利用,天麻市场前景将更加广阔。

1 天麻的本草考证

历代本草记载天麻名称较多,如赤箭、定风草等,对天麻基源有明确记载,即为兰科天麻属植物[4]。秦汉时期,天麻正名为“赤箭”,别名为“离母”等,未提及其原植物[5]。魏、晋、南北朝,《雷公炮炙论》首见“天麻”之名;《吴普本草》以“鬼督邮”为正名,“神草”“阎狗”为别名;《抱朴子》则以“独摇芝”为正名[6-8]。隋、唐时期,《药性论》以“赤箭脂”为正名,“定风草”为别名;《新修本草》云:“茎似箭竿,赤色,端有花、叶,远看如箭有羽……中肉如面”,其描述与现代植物学的描述基本一致[9-10]。宋、元、明、清时期,《本草图经》将赤箭和天麻分列为两味药,而《梦溪笔谈》《证类本草》《本草纲目》则明确将赤箭和天麻列为一物,以“天麻”为正名[11-14]。民国时期,以天麻为正名,《中国药学大辞典》详细描述了天麻的植物学形态特征和生境特征,明确了天麻拉丁名(Gastrodia.Elata.Bl.),并将天麻地下块茎称为根[15]。此外,还根据天麻采收时间,用名分为冬天麻和春天麻。新中国初期,明确了天麻地下部分为块茎,而对蜜环菌的认识仍不清楚,直到70年代末,天麻的植物学形态才逐步清晰,并以天麻为正名,赤箭为别名,同时收载山土豆等地方名。同时,根据产地不同,又分为川天麻、云天麻、贵天麻等[16]。

2 天麻种类及资源分布

兰科天麻属植物全世界有20余种,分布于喜马拉雅山以南各国、东亚诸国、苏联远东地区、新西兰等地区,欧洲、美洲未发现该属植物分布。我国有5个种,即天麻、原天麻、细天麻、南天麻、疣天麻,仅天麻入药。天麻有5个变型,即红天麻、乌天麻、绿天麻、黄天麻和松天麻,分布于北方、中原及西南众地[17]。松天麻因折干率低,未引种栽培,其他4个变型品种及不同变型品种杂交培育的新品种为常用栽培品种。

3 天麻生物学特性

3.1 天麻生活史

天麻生活史指种子萌发开始到下一代种子成熟为止。周铉对天麻生活史进行了详细观察和研究,确定了乌天麻生活史的整个过程,即:种子萌发→原球茎→初生块茎→次生块茎阶段→开花→种子,历时36个月[4]。然而,天麻一代生活史时长可能因其变型、环境条件的不同存在差异。张维经等研究表明,红天麻一代生活史所经历的时间为24个月[18]。

3.2 种子萌发

天麻种子需要在适当温度、pH值等条件下萌发,萌发时需萌发菌提供营养。通常种子萌发温度在20～28℃之间,以25℃为适宜温度,pH值在4.5～7.0之间,以5.0～5.5最适宜,避光培养。

3.3 原球茎的发育

原球茎由萌发胚直接形成,原球茎营养丰富时,其顶端分生组织直接形成初生球茎体,营养缺乏时,顶端分生组织先形成瘦小的初生球茎足,然后形成初生球茎体。当原球茎接上密环菌,形成的初生球茎粗而短,顶端一节迅速膨大形成米麻,同时长出多个互生侧芽,侧芽顶端一节又膨大形成米麻,当原球茎未接上密环菌,新形成的初生球茎因营养缺乏而消亡。

3.4 初生球茎的发育

新形成的初生球茎营养由下方的原球茎提供,顶端分生组织长出次生球茎足,然后形成次生球茎体。

3.5 次生球茎的发育

初生球茎和次生球茎足为次生球茎生长提供营养,成熟的次生球茎俗称箭麻,顶端有形似鹦哥嘴的花芽,越冬后抽薹、开花、结实。

3.6 天麻与“两菌”的关系

3.6.1 天麻种子与萌发菌的关系 沈栋侠、段金玉等研究表明,天麻种子可在不附加激动素的多种无菌培养基中萌发,验证了天麻种子萌发无需蜜环菌或其他菌类参与,且不需外源激素帮助。随着徐锦堂等先后从原球茎中分离得到多种萌发菌,证实了天麻种子的萌发属共生性萌发,并揭示了萌发菌菌丝自胚柄状细胞侵入胚内,随着菌丝生长及原胚的发育,天麻种子胚突破种皮得以萌发,进而形成原球茎[19-23]。

3.6.2 密环菌与天麻的关系 Kusano S首次揭示了天麻与蜜环菌之间为共生关系[24]。随着研究的深入,科学家发现天麻与蜜环菌之间并非是简单的共生关系。科学研究表明,接菌的营养繁殖茎皮层具有3种感染细胞:通道细胞、寄主细胞和消化细胞,当通道细胞被侵入的蜜环菌破坏时,寄主细胞与蜜环菌保持共生关系,而消化细胞则反过来寄生于侵入的蜜环菌细胞中吸收养分,经长期的自然进化,天麻必须靠消化侵入的蜜环菌才能生存,而蜜环菌则能脱离天麻,依靠消化枯枝落叶生存,因此说天麻与蜜环菌间无共生关系,而是寄生与反寄生关系。

4 天麻栽培技术研究

胡胜传首次公开发表《四川古蔺县天麻栽培方法》一文,徐锦堂等利用蜜环菌菌材伴栽天麻获得成功,开创了天麻栽培的新纪元。周铉等运用“带菌须根苗床法”突破了天麻有性繁殖技术,同时,各地开展了大量的栽培技术研究,形成了较完善的栽培技术体系,常用方法有活动菌材伴栽法,固定菌床栽培法、菌材夹新材法等[25]。随着技术体系的不断完善,天麻栽培的场地、材料、方式等随之发生变化。大棚栽培摆脱了栽培对场地和土质的限制,扩大了天麻生产范围,白祖云筛选适宜栽培天麻的树种,李前卫等开展了天麻袋料栽培新方法研究[26-27]。近年来,随着国家对林下经济发展高度重视,天麻仿野生栽培技术逐渐成为研究热点,徐书博等发现胡桃林下套种天麻可取得较好经济效益,刘威等研究表明红天麻仿野生栽培最佳组合为南坡、栽培3层,王忠巧等研究表明林下仿野生栽培是有效途的生态栽培途径[28-30]。天麻组织培养研究鲜有报道,刘能俊将米麻接种至MS半培养基上,出芽率达5.1%,蔡永萍等将米麻接种到诱导培养基中,米麻诱导形成多个分枝新米麻,将箭麻茎尖接种到诱导培养基中,茎尖诱导形成原球茎并长大开花[31-32]。

5 天麻化学成分

研究显示,天麻存在酚类、有机酸类、多糖及其他成分。酚类及其苷类主要有香荚兰醛、天麻素、对-羟基苯甲醇、对-羟苄基甲醚、3,4-二羟基苯甲醛、对乙氧甲基苯酚等,其中天麻素、对羟基苯甲醇为药典指标性成分,2020版中国药典(一部)中规定天麻素-对羟基苯甲醇总含量不得少于0.25%,甾醇化合物主要有β-谷甾醇和胡萝卜甙等,有机酸主要有柠檬酸、柠檬酸单甲酯、柠檬酸双甲酯、琥珀酸等,多糖包含甘露糖、木糖、阿拉伯糖等。此外,天麻中富含维生素A类物质、腺嘌呤、腺嘌呤核甙、新型生物碱、多种氨基酸、抗真菌蛋白、几丁质酶、β-1、3葡聚糖酶及Fe、Zn等微量元素。

6 天麻的药理作用

6.1 保护神经细胞损伤

薛柳华等揭示天麻素对体外培养神经细胞的缺血再灌注引起的细胞损伤有保护作用,Hyeon．Ju Kima等研究显示,天麻乙醇提取物可减少神经细胞损伤[33-34]。

6.2 抗惊厥、抗癫痫

研究表明,天麻提取物可制止豚鼠实验性癫痫发作,天麻浸膏对抗戊四氮阵挛性惊厥显著作用,天麻素及其苷元可以延长戊四氮阵挛性惊厥潜伏期,合成天麻素既能较好的对抗癫痫发作,也能较好预防重型大发作发生。

6.3 镇静、镇痛

研究显示,野生暴躁的猴子在注射天麻素后表现安定,电击鼠尾法证明天麻有明显镇痛作用,热板法镇痛实验表明天麻制剂能显著提高小鼠痛阈值。

6.4 抗炎、免疫作用

天麻能抑制小鼠耳部炎症,且能增强其非特异性免疫,研究还发现天麻注射液有抗巴豆油鼠耳炎症功效。

6.5 促智、抗衰老

实验显示,天麻可通过清除自由基促进抗衰老和智力发育。刘建新等发现天麻能促进大鼠大脑胶质细胞群面积增大、数量增多,为临床应用天麻治疗老年痴呆提供了依据,刘中华等揭示天麻素具有预防和治疗老年性痴呆的潜在功效[35-36]。

6.6 毒副作用

毒性实验显示,天麻素及苷元对血红细胞、转氨酶、胆固醇等无影响,心、肝、脾、肺等切片镜检未见细胞变性,表明天麻无毒副作用。

7 天麻的分子生物学及基因工程研究

7.1 抗真菌蛋白

胡忠等率先从天麻块茎中分离了抗真菌蛋白(GAFP),随后学者对其定位、体外抗菌活性、遗传转化等进行了研究,结果表明,GAFP定位于块茎的表皮和皮层,相对分子量为14kDa,对玉米小斑病菌、棉花枯萎病菌等有显著的抑制作用[37,38]。王义琴等将天麻GAFP转入烟草并获得阳性植株,抑菌实验显示,GAFP转基因植株对瑞氏木霉具有一定抑菌活性,同时,他们将编码GAFP的基因导入彩色棉中,大田分析显示,转基因植株系的抗枯萎病能力提高[39]。

7.2 基因工程和分子标记的运用

戴均贵等研究表明,对羟基苯甲醇是天麻素水解形成的甙元,Xu等用SSR引物对32个天麻个体进行扩增,16对获得扩增片段,其中13个有多态性,其余3个为单态位点,陶钧等用RAPD初步对天麻多态性分析,引物S1扩增的片段适用于天麻遗传分化研究,引物S12扩增片段适用于天麻真伪鉴别,关萍等筛选出的16对AFLP引物组合大部分均可用于构建不同分布区天麻的分子指纹图谱和遗传多样性分析[40-43]。

8 结论与展望

本综述总结了天麻的本草考证、种类及资源分布、生物学特性、栽培技术研究、化学成分、药理作用、分子生物及基因工程研究,分析了最新研究进展和值得探究的方向,并对存在问题及未来研究热点进行了展望。目前,关于天麻的本草考证、种类及资源分布、生物学特性、栽培技术研究、化学成分、药理作用、分子生物及基因工程研究等方面的工作已经取得丰硕的成果。近年来,有关天麻遗传多样性及化学活性成分报道增多,天麻的遗传多样性研究及新的活性成分研究将是未来热点,有关天麻的遗传多样性及新的活性成分发掘仍需进一步探讨。如为合理利用和保护天麻种质资源,仍需对天麻的遗传多样性进行全面研究;天麻中新的活性成分及药理作用仍需进一步发掘;天麻的组织培养技术仍需进一步完善;随着林下经济的不断发展,加快天麻仿野生栽培关键技术的深入研究对推进天麻林下栽培科学化、产业化、标准化发展和巩固脱贫攻坚、助推乡村振兴具有重要意义。