石杉科植物應(yīng)用研究進(jìn)展

楊維平，吳瑞云

(1.湖北恩施職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北恩施445000;2.中南民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430074)

石杉科(Huperziaceae)植物是地球上現(xiàn)存的最為古老的維管植物類群，土生、附生或生苔蘚層中，直立或下垂。根著生主莖基部，常叢生于有機(jī)質(zhì)豐富的松土或苔蘚層中，其不定根和真菌共生，菌絲代替根毛吸收營(yíng)養(yǎng)、水分和礦物質(zhì)。主莖短，具星芒狀中柱。枝有規(guī)律地等位二岐分叉等長(zhǎng)分枝。葉螺旋狀排列，小型，無葉舌，無側(cè)脈，僅有一條中肋。孢子囊有小柄，扁腎形，定縫開裂，著生于莖、枝的葉腋，或僅聚生枝頂部葉腋，有時(shí)呈很長(zhǎng)的、多回二叉分枝的下垂的線形孢子葉穗。孢子葉與營(yíng)養(yǎng)葉同形或多少異形，并含葉綠體，較少地呈現(xiàn)高度的形態(tài)差異，質(zhì)厚，呈龍骨狀。孢子具孔穴狀的紋飾。原葉體地下生，圓柱狀長(zhǎng)圓形或線形，長(zhǎng)達(dá)幾厘米，單一或分枝，有菌根，借助與真菌共生，能活數(shù)年不死，菌絲生于原葉體的外部細(xì)胞層內(nèi)，也有生于腐殖土中，屬于全腐寄生。精子器和頸卵器生于原葉體背面，并有節(jié)狀隔毛混生。石杉科植物可以通過孢子生殖外，還可以通過芽孢生殖(春季枝頂端生有芽孢，落地即成新苗)和分株繁殖［1］。

石杉科2屬約150種，廣布于全世界，尤以熱帶中南美洲為最多，我國(guó)有2屬近50種，廣布全國(guó)［2，3］。

石杉科植物藥用最早見于《植物名實(shí)圖考》，全草可入藥，用于治療跌打損傷、肌肉痙攣、瘀血腫痛、坐骨神經(jīng)痛、神經(jīng)性頭痛、膽結(jié)石引起的劇痛。外用治療癰疽、疥瘡、燙火傷等。1972年中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所首次報(bào)道該科植物中的生物堿石杉?jí)A甲(Huperzine A，HupA)，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)上有松弛橫紋肌的作用之后，又證明HupA是具有低毒、高效、可逆和高選擇性等優(yōu)點(diǎn)的乙酰膽堿酯酶抑制劑，對(duì)于治療重癥肌無力、中老年癡呆及提高記憶力具有良好的療效［4］。并對(duì)抑制有機(jī)磷酸中毒有一定的作用［5］。

雖然石杉科植物在我國(guó)各地均有分布，但該科植物植株生長(zhǎng)極為緩慢，配子體和孢子體階段均需要與土壤中的特定真菌共生，形成菌根才能生長(zhǎng)［6］。為了保護(hù)稀缺中藥資源，促進(jìn)中藥資源的可持續(xù)利用，對(duì)其野生資源的保護(hù)和人工栽培的研究已成為迫在眉睫的任務(wù)，因此，廣泛開展石杉科植物資源的合理開發(fā)和應(yīng)用研究，對(duì)提高我國(guó)植物資源的利用率有積極的意義。

1 藥物應(yīng)用研究

1.1 石杉?jí)A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藥用物質(zhì)是HupA。研究表明，石杉科植物中蛇足石杉、皺邊石杉、四川石杉、峨眉石杉、中華石杉和湖北石杉都含有HupA。但含量差異很大，以蛇足石杉含量最高，皺邊石杉次之［7，8］。

研究表明，不同地區(qū)的蛇足石杉所含HupA的量有一定差異，環(huán)境條件對(duì)蛇足石杉中HupA含量有較大的影響［9］。裴剛等的研究表明皺邊石杉中HupA含量與年平均溫度呈負(fù)相關(guān)，與土壤中速效K的含量呈正相關(guān)，皺邊石杉中HupA的含量隨著外界環(huán)境的改變而改變［10］。

研究表明，蛇足石杉不同器官所含HupA的量有一定差異;HupA在根、莖、葉中的含量以莖最多，其次為葉，根含量最少［4］。

1.1.2 藥理學(xué)研究

HupA為高效、高選擇性、可逆性的乙酰膽堿酯酶(AChE)抑制劑［11，12］。HupA在治療阿爾茨海默病方面的顯著療效［12］。近年研究還證明:HupA有神經(jīng)保護(hù)和預(yù)防化學(xué)武器的潛力，引起各國(guó)藥學(xué)和軍事科學(xué)工作者廣泛關(guān)注和研究。它有明顯促進(jìn)學(xué)習(xí)、記憶過程或明顯改善記憶障礙的作用，且選擇性分布在皮質(zhì)海馬等與學(xué)習(xí)、記憶有關(guān)的腦區(qū)。HupA用于治療良性衰老性遺忘癥(Benign Senescent Forgetfulness，BSF)和阿爾采末病(Alzheimers Disease，AD)有良好療效［13］。

Ashani，Y.等從熱力學(xué)穩(wěn)定性方面報(bào)道了HupA抑制 AChE 的機(jī)制［14，15］。研究表明，HupA 作為AChE的抑制劑，具有良好滲透到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能和一個(gè)顯著的體內(nèi)半衰期。臨床試驗(yàn)結(jié)果表明，HupA可以安全和有效的長(zhǎng)期治療阿爾茨海默氏癥的癡呆癥［16］。除了它的活動(dòng)作為AChE抑制劑，最近的研究結(jié)果還顯示HupA擁有其他神經(jīng)功能:1)抑制谷氨酸誘導(dǎo)產(chǎn)生有細(xì)胞毒副作用物質(zhì)影響新生大鼠海馬和小腦神經(jīng)元;2)其體內(nèi)代謝中間產(chǎn)物，促進(jìn)神經(jīng)元樹突的成長(zhǎng)［17，20］。由于有雙重藥理作用，Hupa提供了一個(gè)獨(dú)特和重要的活動(dòng)，用于治療老年癡呆和記憶障礙［21，22］。

臨床研究證實(shí):石杉?jí)A甲制劑能有效改善中老年記憶功能減退，提高和恢復(fù)早老性癡呆患者的記憶、定向、判斷、語言表達(dá)等認(rèn)知能力和生活自理能力;對(duì)由于精神分裂癥等精神疾病引起的記憶功能減退，如思維聯(lián)想障礙、感情障礙、幻覺和感知障礙具有良好的改善作用;也可用于治療和改善腦血管障礙引起的認(rèn)知，記憶功能障礙及血管性癡呆;用于改善其他各種原因如:正常人用腦過度，精神緊張及神經(jīng)衰退造成的記憶功能減退，酗酒，吸煙，藥物，重金屬等造成大腦認(rèn)知，記憶功能減退［21－24］。

毒理學(xué)研究表明石杉?jí)A甲是無毒的，沒有顯著的副作用［25］。

1.2 杜鵑素

皺邊石杉含有杜鵑素，藥理實(shí)驗(yàn)表明:杜鵑素對(duì)改善呼吸系統(tǒng)的作用明顯，具有祛痰、鎮(zhèn)咳、平喘的功效［26］。皺邊石杉的杜鵑素一般4月份含量最高，其次是7月份，最低為11月份［27］。

1.3 黃酮類化合物

蛇足石杉的另外一種重要的藥用成分黃酮類化合物，具有抗腫瘤、抗心腦血管疾病、抗病毒、抗衰老以及抗輻射等作用［28］，從而顯得格外引人矚目。

2 人工繁殖研究

2.1 莖尖組織培養(yǎng)

石杉科植物莖尖組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵是滅菌，對(duì)蛇足石杉莖尖組織培養(yǎng)滅菌方法的研究中，沈曉霞等經(jīng)過多種滅菌方法比較，發(fā)現(xiàn)蛇足石杉莖尖外植體的滅菌十分困難。第1次滅菌后，能在14～15天內(nèi)不污染的滅菌方法最有效。說明表面滅菌已完全，分析后得出一個(gè)新推斷，蛇足石杉組織內(nèi)部含內(nèi)源真菌，經(jīng)過2周培養(yǎng)后逐漸出現(xiàn)污染，將2周后出現(xiàn)污染的外植體同樣方法再次滅菌后培養(yǎng)，一般蛇足石杉的莖尖需經(jīng)過3～4次滅菌后才能完全除去真菌，滅菌成功率相對(duì)較高，可達(dá)42%。多次滅菌一般采用20%的次氯酸鈉溶液滅菌15 min或0.1%的升汞溶液滅菌3 min的效果最好，其余方法，因?yàn)檫^程復(fù)雜，成功率反而降低［29］。

2.2 扦插繁殖

盛束軍等通過扦插試驗(yàn)，采用不同濃度水平的吲哚丁酸，萘乙酸，生根粉和吲哚丁酸+萘乙酸等藥劑處理千層塔插條，結(jié)果顯示萘乙酸處理，促進(jìn)發(fā)根的效果很差，認(rèn)為萘乙酸可能具有抑制千層塔扦插生根的作用或濃度太過。高濃度的吲哚丁酸可提早發(fā)根的時(shí)間和發(fā)根率，促進(jìn)根的發(fā)育，增加根的分叉率，從而有利于千層塔插條的生長(zhǎng)發(fā)育。吲哚丁酸促進(jìn)生根可能是由于經(jīng)處理后插條的呼吸率上升，使基部的氨基酸提高，并且在基部積累含氮物質(zhì)，調(diào)動(dòng)上部物質(zhì)運(yùn)輸下來，從而形成愈傷組織，進(jìn)一步促進(jìn)根的發(fā)育［30－32］。

2.3 孢子繁殖

王小理等研究了芽孢在石杉科植物無性繁殖中的作用。結(jié)果表明，芽孢體由芽孢和芽托部組成，前者是6個(gè)小葉圍住的小芽，后者為具有6個(gè)鱗狀葉的柄狀體;芽孢脫落后1周開始萌發(fā)并進(jìn)一步發(fā)育為芽孢植株;芽孢體發(fā)生枝條平均有5個(gè)芽孢發(fā)生。根據(jù)王小理等對(duì)芽孢體殘基初步調(diào)查結(jié)果，自然條件下，南川石杉芽孢的發(fā)生數(shù)量大約在3～5個(gè)。南川石杉年縱向生長(zhǎng)量在1.5～2.5cm之間;以這個(gè)數(shù)值測(cè)算，從芽孢萌發(fā)到成長(zhǎng)為一株可產(chǎn)生芽孢或者孢子的成熟孢子體，大約需要4～6年［33］。

石杉屬植物主要有兩種方式繁殖，孢子繁殖和芽孢繁殖。孢子繁殖從孢子萌發(fā)到配子體成熟周期較長(zhǎng)，需要2～5年，配子體個(gè)體較小，培養(yǎng)困難;芽孢個(gè)體較大，形態(tài)特殊，是無性繁殖研究良好的材料。開展石杉屬植物芽孢培養(yǎng)工作，將為本屬植物的繁殖提供新的思路，有助于資源的保護(hù)和可持續(xù)利用［6］。

3 其他方面應(yīng)用研究

從蛇足石杉中分離到了近200株內(nèi)生細(xì)菌、150株內(nèi)生真菌。經(jīng)形態(tài)及生理生化特征分析以及分子鑒定，對(duì)其培養(yǎng)條件進(jìn)行了初步優(yōu)化，為進(jìn)一步研究和將其應(yīng)用于生物防治提供依據(jù)［34］。龔玉霞等采用內(nèi)生菌常規(guī)分離法對(duì)健康的蛇足石杉植株體內(nèi)的內(nèi)生真菌進(jìn)行了分離和篩選，結(jié)果表明:部分菌株對(duì)病原菌有不同程度的抑制作用，其中對(duì)油菜菌核病菌抑制率達(dá)100%的有37株，對(duì)蘋果炭疽病菌抑制率達(dá)100%的有27株［35］。

范鐵芳等從皺邊石杉中分離純化內(nèi)生菌J060918，以馬鈴薯液體培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)，得到發(fā)酵產(chǎn)物四草酸鉀，通過優(yōu)化試驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)四草酸鉀的相對(duì)最優(yōu)化積累［36］。

4 結(jié)語

目前，在我國(guó)近50種石杉科植物中，已被開發(fā)利用的只限于蛇足石杉等極少數(shù)種屬。自然狀態(tài)下蛇足石杉植株生長(zhǎng)緩慢，植株矮小，對(duì)環(huán)境要求苛刻，環(huán)境的變化與森林面積的持續(xù)縮減已對(duì)其生存構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，資源再生相當(dāng)困難。且都以采集天然居群為手段，缺乏人工繁殖技術(shù)，難以規(guī)?；a(chǎn)，再加上石杉?jí)A甲在植物體內(nèi)的含量甚微，因此石杉?jí)A甲制劑價(jià)格極其昂貴。蛇足石杉這類較低等且伴有內(nèi)源真菌的蕨類植物離體培養(yǎng)也十分困難［50］。為了滿足社會(huì)的需求，應(yīng)加大對(duì)石杉科植物的生長(zhǎng)習(xí)性和生物學(xué)特性方面的研究，為人工大量栽培提供技術(shù)指導(dǎo)，以減緩野外掠奪性采集造成的生態(tài)破壞和物種滅絕趨勢(shì)。加大對(duì)石杉?jí)A甲類似物的合成和開發(fā)力度，尋找具有同等藥效的化合物，為人類健康和社會(huì)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

另外，我國(guó)的野生石杉科植物資源豐富，有些種類植物姿態(tài)優(yōu)美，體型小巧，頗具觀賞性，是優(yōu)良的垂直綠化材料、盆景材料和點(diǎn)綴材料。石杉科植物有很高的園藝應(yīng)用潛力。既具觀賞性又有藥用價(jià)值，必將成為未來花園和藥園的重要植物材料。

［1］李沛玲，郭水良.石杉科植物研究綜述［J］.安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，11(1):57 －58.

［2］浙江植物志編輯委員會(huì).浙江植物志:第1卷［M］.杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社，1993(3):34－35.

［3］廖朝林，由金文.湖北恩施藥用植物栽培技術(shù)［M］.武漢:湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

［4］余紅英，孫遠(yuǎn)明，楊躍進(jìn).中草藥蛇足石杉的研究進(jìn)展［J］.中草藥，2001，32(3):279.

［5］張君誠(chéng)，邢建宏，宋育.藥用植物蛇足石杉研究新進(jìn)展［J］.中國(guó)野生植物資源，2008(2):36－38.

［6］魯潤(rùn)龍，周忠澤，鮑時(shí)來，等.藥用植物蛇足石杉的生物學(xué)特性［J］.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，29(1):118.

［7］郭水良，李沛玲，李似姣，等.石杉?jí)A甲的含量測(cè)定方法及在蛇足石杉不同產(chǎn)地居群中的含量比較［J］.浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，29(2):177.

［8］周漢華，賈憲生，高言明，等.薄層掃描法測(cè)定皺邊石杉中石杉?jí)A甲的含量［J］.中藥材，2008(2):73 －74.

［9］李沛林，黃朝表，郭水良等.浙江及鄰近地區(qū)蛇足石杉依存環(huán)境的初步研究［J］.熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào).2005，13(3):211－216.

［10］裴剛，蔣麗娟，蔣道松，等.皺邊石杉中石杉?jí)A甲與產(chǎn)地生態(tài)環(huán)境關(guān)系初步研究［J］.中國(guó)現(xiàn)代藥學(xué)應(yīng)用，2008(5):41－42.

［11］嚴(yán)偉民，沈慷，嬈篤卿.石杉?jí)A甲的藥理作用及臨床應(yīng)用［J］.中國(guó)臨床藥學(xué)雜志，1996(3):68－69.

［12］Cheng D H.，Ren H，Tang X C.Huperine A，a novel promising acetylcholinesterase inhibitor［J］.Neuroreport，1996，8:97 －101.

［13］張磊，萬謙宏，高文遠(yuǎn).石杉?jí)A甲的研究進(jìn)展［J］.中草藥，2005，36(9):1422.

［14］Ashani Y，Grunwald J，Kronman C，et al Roles of tyrosine 337 in the binding of Huperzine A to the active site of human acetylcholinesterase［J］.Mol Pharmacol，45:555 － 560.

［15］Ashani Y，Peggins J O，Doctor B P.Mechanism of inhibition of cholinesterase by Huperzine A［J］.Biochem Biophys Res Commun，1994，184:719 －726.

［16］Geib S J，Tuckmantel W，Kozikowski A P.Huperzine A－a po-tent acetylcholinesterase inhibitor of use in the treatment of Alzheimer’s disease［J］.Acta Crystalogr，1991，47:824 － 827.

［17］Laganiere S，Corey J，Tang X C，et al Acute and chronic studies with the anticholinesterase Huperzine A:effect on central nervous system cholinergic parameters［J］.Neuropharmacology，1991，30:763－768.

［18］McKinney M，Miller J H，Yamada F，et al.Potencies and stereoselectivities of enantiomers of Huperzine A for inhibtion of rat cortical acetylcholinesterase［J］.Eur J Pharmacol，1991，203:303－305.

［19］Grunwald J，Raveh L，Doctor B P，et al Huperzine A as a pretreatment candidate drug against nerve agent toxicity［J］.Life Sci，1994，54:991 －997.

［20］Guan L C，Chen S S，Lu W H，et al.Effects of Huperzine A on eletroencephalography power spectrum in rabbits［J］.Chung Kuo Yao Li Hsueh Pao，1989，10:496 －500.

［21］Zhang C L.Therapeutic effects of huperzine A on the aged with memory impairment［J］.New Drugs Clinical Remedies，1986，5(5):260－262.

［22］唐希燦.石杉?jí)A甲(雙益平)一種有望治療早老性癡呆癥的藥物［J］.中國(guó)藥理學(xué)報(bào)，1996，179(6):481 －484.

［23］王麗娟，季夕祥，翁啟聲，等.石杉?jí)A甲治療老年性癡呆36例療效觀察［J］，南通醫(yī)學(xué)學(xué)報(bào)，1998，18(4):486 －488.

［24］Ye Jiawei，Cai Jingxia，Wang Liming，et al.Improving Effects of Huperzine A on Spatial Working Memory in Aged Monkeys and Young Adult Monkeys with Experimental Cognitive Impairment［J］.The Journal of Pharmacology and Expermental Therapeutics，1999，288(2):814 －819.

［25］張守圭.治療重癥肌無力新藥——石杉?jí)A甲通過鑒定［J］.新藥與臨床，1986，4:235.

［26］黃齊林，高小茵，曹秋娥，等.高效液相色譜法快速測(cè)定滿山紅中槲皮素和杜鵑素的研究［J］.分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2006(4):161－163

［27］裴剛，何桂霞，杜方麓，等.皺邊石杉中杜鵑素含量測(cè)定［J］.中藥材，2007(4):83－84.

［28］周宇，何笑聰，楊郭.蛇足石杉中黃酮類化合物的提取工藝研究［J］.化工時(shí)刊，2008(12):36－38.

［29］沈曉霞，俞旭平，盛束軍.千層塔莖尖組織培養(yǎng)滅菌方法的研究［J］.中國(guó)中藥雜志，2002，27(6):459.

［30］曾漢元，張伍佰.藥用植物蛇足石杉的營(yíng)養(yǎng)繁殖［J］.懷化學(xué)院學(xué)報(bào)，2008(3):40－41.

［31］盛束軍，徐建中，王志安，等.千層塔扦插繁殖研究［J］.資源開發(fā)與市場(chǎng)，2000，16(5):15 －17.

［32］曾漢元，張伍佰.藥用植物蛇足石杉的營(yíng)養(yǎng)繁殖［J］.懷化學(xué)院學(xué)報(bào)，2008(3):40－41.

［33］王小理，黎萬奎，周吉燕，等.長(zhǎng)柄石杉芽孢及芽孢植株形態(tài)研究［J］.云南植物研究，2007，29(5):521 －526.

［34］曾慶桂，朱篤，顏日明，等.一株拮抗真菌的蛇足石杉內(nèi)生細(xì)菌分離鑒定及培養(yǎng)條件優(yōu)化［J］.微生物學(xué)通報(bào)，2008，35(4):512－518.

［35］龔玉霞，蔣繼宏，陳鳳美，等.蛇足石杉內(nèi)生真菌的分離和抗植物病原真菌活性［J］.安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2007(6):61－62.

［36］范鐵芳，史云峰，楊培迪，等.皺邊石杉內(nèi)生菌J060918產(chǎn)四草酸鉀的發(fā)酵條件［J］.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，34(4):409－412.