花椒種質(zhì)資源及其功能成分和生物學(xué)效應(yīng)研究進(jìn)展

摘 要：花椒是重要的藥用植物、調(diào)味品和香料作物，以其良好的抗菌、殺蟲、消炎等活性受到人們的廣泛關(guān)注和研究。介紹了花椒種質(zhì)資源的分布、分類及分子生物學(xué)研究等基本情況，總結(jié)了其主要功能成分的鑒別方法及提取工藝，闡述了花椒提取物的毒性、鎮(zhèn)痛消炎止癢功效、抑菌殺蟲活性以及在心血管疾病防治中的應(yīng)用前景等生物學(xué)效應(yīng)，旨在為花椒遺傳育種、化學(xué)成分的高效分離提取及相關(guān)抑菌殺蟲和治療心血管疾病的產(chǎn)品開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：花椒；種質(zhì)資源；功能成分；生物學(xué)效應(yīng)；綜述

中圖分類號(hào)：S324 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2014）17-0023-04

Research Progress in Zanthoxylum Germplasm Resources and Chemical Composition and Biological Effects

SONG Rong，CAO Liang，ZHOU Jia-min，DENG Kai，ZHU Xiao-qi

（Institute of Agricultural Bio-Resources， Hunan Academy of Agricultural Sciences， Changsha 410125， PRC）

Abstract：Zanthoxylum is an important medicinal plant or crop as condiments，spices and so on，with good antimicrobial，insecticidal，anti-inflammatory activity so as to attract widespread attention and research. This paper deals with Zanthoxylum， its germplasm resources， distribution， species and molecular biology study； Zanthoxylum essential oils，alkaloids and other components by identification， separation and extraction process； and Zanthoxylum biological effects such as toxicity， medicinal， antimicrobial insecticidal activity and cardiovascular disease control. And it provides a reference for genetic breeding， efficient separation and extraction and related comprehensive product development in Zanthoxylum .

Key words：Zanthoxylum； germplasm resource； functional component； biological effect； review

收稿日期：2014-07-21

基金項(xiàng)目：湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2014YB28）；長(zhǎng)沙藥用植物特色產(chǎn)業(yè)科技示范基地建設(shè)項(xiàng)目（K1303011-21）

作者簡(jiǎn)介：宋 榮（1985-），男，湖南桃江縣人，助理研究員，主要從事天然藥物資源及中草藥栽培研究。

通訊作者：朱校奇

花椒為蕓香科植物青椒Zanthoxylum schinifolium Sieb. Et Zucc.或花椒Zanthoxylum bungeanum Maxim.的干燥成熟果皮[1]，是重要的中藥材和調(diào)味品及香料植物。據(jù)記載，作為中藥材，花椒辛，溫；歸脾、胃、腎經(jīng)；具溫中止痛，殺蟲止癢的功效；主治脘腹冷痛、嘔吐泄瀉、蟲積腹痛、蛔蟲癥等；還可外治濕疹瘙癢；其種子稱“椒目”，具平喘利水之功效。作為調(diào)味品，具除腥、促進(jìn)唾液分泌、增加食欲等功能，是重要的風(fēng)味調(diào)料，深受人們喜愛。作為香料，在中國(guó)的使用歷史悠久，例如馬王堆漢墓出土的香料中就有花椒；更早可見于各文學(xué)作品，如《詩·陳風(fēng)·東門之枌》“視爾如荍，貽我握椒”。另外，花椒的適應(yīng)能力強(qiáng)，資源分布廣泛，是退耕還林、荒地造林的首選樹種，對(duì)于生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要意義。

由于花椒豐富的特性和廣闊的用途，引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱潮，特別在現(xiàn)代藥用成分利用、抗菌殺蟲農(nóng)藥開發(fā)等方面的研究較多。筆者綜述了近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)花椒種質(zhì)資源、揮發(fā)油等成分分析、生物活性探索等方面的研究進(jìn)展，為花椒資源的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1 花椒種質(zhì)資源的基本情況

1.1 分 布

據(jù)《中國(guó)植物志》記載，我國(guó)的花椒屬植物資源約有50個(gè)種或變種，常見藥用品種有花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim var. bungeanum）、青花椒（Zanthoxylum schinifolium Sieb. et Zucc.）、竹葉花椒（Zanthoxylum armatum DC. Var. Prodr.）和兩面針（Zanthoxylum nitidum（Roxb.）DC. Var. nitidum）等。另外，各地栽培品種和人工馴化的優(yōu)良種質(zhì)也很多，主要分布在四川、重慶、貴州、河北、陜西、甘肅、湖北、湖南等地。何順志等[2]報(bào)道稱，貴州省花椒屬藥用植物資源有21種，其中花椒、竹葉花椒、花椒筋分布最廣，其次為毛竹葉花椒、蜆殼花椒等。據(jù)趙運(yùn)林等[3]編寫的《湖南藥用植物資源》記載，湖南省花椒屬藥用植物資源有17種，其中青花椒和竹葉花椒在全省范圍內(nèi)均有分布。

目前，花椒栽培品種種質(zhì)資源的研究較多。例如：尚賢毅等[4]對(duì)甘肅隴南地區(qū)的花椒種質(zhì)資源進(jìn)行了調(diào)查，查清了隴南地區(qū)分布的8個(gè)花椒栽培品種或類型（如梅花椒、秦安1號(hào)等）和8個(gè)野生花椒種生態(tài)生活特性，為隴南花椒生產(chǎn)提供理論依據(jù)；畢君等[5]對(duì)北方花椒主產(chǎn)區(qū)河北、陜西和甘肅省的主要栽培品種進(jìn)行了調(diào)查研究，介紹了大紅袍花椒等7個(gè)主要栽培品種；王春榮等[6]調(diào)查了河北涉縣“大紅袍”、“白沙椒”、“二紅袍”等花椒栽培品種的分布特點(diǎn)、生物學(xué)特性與栽培現(xiàn)狀。

花椒來源品種多，供栽培使用的優(yōu)良種質(zhì)資源也較豐富，人工選育的新品種、新資源不斷增多，這有利于研發(fā)各種不同功用的花椒產(chǎn)品，但由于品種之間依靠形態(tài)學(xué)鑒定較難實(shí)現(xiàn)，因此花椒品種極易混雜，給花椒的引種栽培和花椒藥材生產(chǎn)使用帶來不便。

1.2 分 類

對(duì)于花椒資源的分類研究也有報(bào)道，何順志等[2]通過資源調(diào)查和文獻(xiàn)資料考證系統(tǒng)分析了貴州省花椒屬植物的特征及分類差異，編制了貴州花椒分種檢索表。張華等[7]對(duì)青花椒的分類地位進(jìn)行了研究，認(rèn)為目前在市場(chǎng)上作為調(diào)味料使用的、果實(shí)為綠色的商品“青花椒”主要為竹葉花椒，而《中國(guó)植物志》記載的青花椒為崖椒亞屬植物，與花椒屬的花椒亞屬植物花椒、竹葉花椒存在較大差異。

1.3 分子生物學(xué)研究

以分子技術(shù)手段，分析花椒種質(zhì)資源特征，有利于對(duì)花椒種質(zhì)資源遺傳多樣性的了解，有利于品種鑒別保存，并能推動(dòng)新品種的選育工作。目前已有少量對(duì)花椒種質(zhì)資源進(jìn)行分子生物學(xué)研究的相關(guān)文獻(xiàn)。如沈潔等[8-9]分析了花椒的ITS序列信息，發(fā)現(xiàn)花椒ITS區(qū)序列總長(zhǎng)度為619～620 bp，并找到了部分變異位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)依據(jù)花椒ITS區(qū)的序列特征可以準(zhǔn)確鑒別各居群的花椒及其混淆品；而對(duì)花椒trnL-F區(qū)序列的研究發(fā)現(xiàn)花椒cpDNA trnL-F間隔區(qū)序列為370 bp，該序列在屬以下的分類階元中同源性極高，但能有效地鑒別花椒屬以上分類階元的偽品。鄭海星等[10]利用RAPD技術(shù)探討了韓城紅葡萄椒、韓城大紅袍花椒等21份野生和家種資源品種的遺傳多樣性，對(duì)各品種進(jìn)行了聚類分析，為花椒品種的鑒定與分類研究提供了依據(jù)。Kamiya等[11]研究了椿葉花椒的遺傳特性，該品種種群間基因變異系數(shù)大于種群內(nèi)變異系數(shù)，種群分化系數(shù)較高。

采用分子手段，通過穩(wěn)定的遺傳學(xué)特征對(duì)中藥材進(jìn)行鑒別是切實(shí)可行的，為了準(zhǔn)確地鑒定花椒屬藥用植物資源的種類和藥材真?zhèn)危瑥姆肿铀缴涎芯炕ń贩N質(zhì)資源特征、依靠分子技術(shù)等新手段選育新品種是將來發(fā)展新方向。但是，目前花椒種質(zhì)資源的分子生物學(xué)研究還在起步階段，缺乏對(duì)花椒的遺傳多樣性的系統(tǒng)分析，以及穩(wěn)定簡(jiǎn)易的分子鑒別和分類手段。

2 花椒的主要功能成分

2.1 揮發(fā)性成分

蕓香科植物以具有特殊氣味的揮發(fā)性成分著稱，如吳茱萸、枳殼、花椒等，花椒揮發(fā)油既是花椒的芳香性成分來源，也是主要藥效物質(zhì)，成分復(fù)雜，研究報(bào)道較多。楊瀟等[12]以川渝地區(qū)9種不同產(chǎn)地和等級(jí)的紅花椒和青花椒為研究對(duì)象，對(duì)其主要的香味物質(zhì)和麻味物質(zhì)進(jìn)行分析檢測(cè)，共鑒定出66種化合物，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地和等級(jí)的花椒，其揮發(fā)性成分含量差異顯著：青花椒中哩哪醇（linalool）、α-松油醇（α-terpineol）、月桂烯等主要呈香味物質(zhì)的含量大大高于紅花椒；紅花椒中產(chǎn)生麻味的多烯酰胺類物質(zhì)的含量高于青花椒。Iseli等[13]研究了紅花椒和青花椒的揮發(fā)性成分，發(fā)現(xiàn)烷基酰胺類物質(zhì)羥基-α-新棒狀花椒酰胺（hydroxy-alpha-sanshool）或羥基-β-新棒狀花椒酰胺（hydroxy-beta-sanshool）是兩種花椒的主要精油成分；揮發(fā)油則以苧烯（limonene）為主，含量在21%左右，其次為α-松油醇等。Yang等[14]的研究顯示紅花椒和青花椒中各有120多種芳香成分，而精油成分中，紅椒以乙酸里哪（醇）酯（linalyl acetate 15%）、里哪醇（13%）、苧烯（14%）為主；花椒以里哪醇 （29%），苧烯 （14%），香檜烯（sabinene 13%）為主；在兩種花椒中都有里哪醇等6種最主要芳香成分，花椒的麻味主要由羥基-α-新棒狀花椒酰胺產(chǎn)生，麻味物在水解條件和紫外線條件下容易被分解。閻紅等[15]利用氣味指紋分析技術(shù)（電子鼻）對(duì)四川漢源地區(qū)所產(chǎn)的青花椒和紅花椒揮發(fā)性成分進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)二者之間的氣味存在明顯差異，與感官分析得出的結(jié)論一致。

花椒揮發(fā)性成分具有主要的生物活性，是花椒香、麻等味覺的物質(zhì)基礎(chǔ)，是研究熱點(diǎn)和核心。

2.2 生物堿

花椒生物堿也是花椒藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)，從花椒中已分離的、結(jié)構(gòu)確定的生物堿主要有青花椒堿（C17H23NO）、茵芋堿（C14H13NO4 ）等。關(guān)榮琴等[16]研究了大孔樹脂純化花椒總生物堿的條件，利用NKA-9大孔樹脂吸附純化花椒生物堿，并通過薄層色譜法和紫外分光光度法鑒定生物堿，結(jié)果表明70%乙醇和90%乙醇洗脫部分為生物堿。汪燦等[17]建立了高效液相色譜法測(cè)定刺殼花椒中木蘭花堿含量的方法，并對(duì)l0批刺殼花椒藥材中木蘭花堿的含量進(jìn)行了測(cè)定，為刺殼花椒藥材的質(zhì)量控制提供了依據(jù)。王文澤等[18]從花椒提取物中分離并鑒定了6個(gè)化合物，其中鈍葉扁柏氨基甲酸酯A（obtucarbamate A，I）、異歐前胡素（Ⅱ）為首次從花椒屬植物中獲得，其他化合物為首次從椒目中分離得到。

2.3 黃 酮

吳亮亮等[19-20]對(duì)花椒總黃酮提取方法進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)花椒中黃酮苷元主要有槲皮素、異鼠李素和山柰酚等。由于這3種苷元也是銀杏黃酮提取物中的主要苷元，因此推測(cè)花椒黃酮具有與銀杏黃酮相近的生物活性。

2.4 其他營(yíng)養(yǎng)成分

2.4.1 脂肪酸 花椒除了藥效價(jià)值，還有特殊的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，含有較多脂肪酸、膳食纖維、氨基酸、微量元素等成分。曹蕊等[21]研究了花椒脂肪酸提取方法，發(fā)現(xiàn)以氫氧化鉀-甲醇法進(jìn)行甲酯化后，從紅花椒油可分析得到11種脂肪酸；采用相同的提取方法，從青花椒油中獲取了13種脂肪酸；這些脂肪酸主要為9-十六碳烯酸、十六酸、9，12-十八碳二烯酸、9-十八碳烯酸、十八酸。王婭婭等[22]研究了花椒籽中脂肪酸成分，發(fā)現(xiàn)花椒籽仁油中不飽和脂肪酸的成分占80%以上，主要是常見油酸、亞油酸和亞麻酸，且亞油酸和亞麻酸含量達(dá)60%。

2.4.2 礦質(zhì)元素和氨基酸 李倩等[23]以四川漢源等五個(gè)產(chǎn)地的青花椒為原料，測(cè)定其礦質(zhì)元素及氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分含量，檢出10種必需礦質(zhì)元素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)青花椒中氨基酸種類齊全，含量較高的有天門冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸等；并且不同產(chǎn)地的青花椒其營(yíng)養(yǎng)成分含量存在一定差異。宋燕等[24]研究了花椒籽不可溶性膳食纖維的提取條件，結(jié)果表明：3.17%的堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，0.4%的胰蛋白酶用量，堿浸溫度49.93℃，堿浸時(shí)間40.86 min為最適提取條件，在次條件下，不可溶性膳食纖維得率為80.58%。

3 花椒生物學(xué)效應(yīng)

3.1 毒 性

宋麗等[25]研究了花椒與青椒的急性毒性以及口服給藥后在小鼠體內(nèi)的藥動(dòng)學(xué)差異，發(fā)現(xiàn)花椒的半數(shù)致死量（LD50）=51.14±4.47 g/kg、青椒的LD50=78.02±6.86 g/kg，花椒的毒性明顯大于青椒；花椒、青椒口服給藥后體存量的表觀藥動(dòng)學(xué)過程均符合一室開放模型，且兩者之間存在顯著性差異。Min等[26]從青花椒樹葉發(fā)現(xiàn)一種新的香豆素類化合物—7-[（E）-3'，7'-dimethyl-6'-oxo-2'，7'-octadienyl]oxy coumarin，該化合物有較強(qiáng)的細(xì)胞毒性，對(duì)Jurkat T懸浮細(xì)胞的半抑制濃度IC（50）為8.10 μM，比葡萄內(nèi)酯（auraptene，又名橙皮油素）的半抑制濃度IC（50）=55.36 μM低[27]，可見其細(xì)胞毒性較大。

3.2 鎮(zhèn)痛消炎止癢功效

宋麗等[28]采用熱板法，比較花椒與青椒的鎮(zhèn)痛效應(yīng)，并以鎮(zhèn)痛效應(yīng)為指標(biāo)測(cè)定花椒與青椒的表觀藥動(dòng)學(xué)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)花椒與青椒的鎮(zhèn)痛效應(yīng)與體內(nèi)藥動(dòng)學(xué)過程均存在顯著性差異，青椒的鎮(zhèn)痛效應(yīng)與持續(xù)時(shí)間均大于花椒。石雪萍等[29]研究了花椒總生物堿鎮(zhèn)痛、消炎、止癢的作用，發(fā)現(xiàn)中、高濃度的花椒生物堿對(duì)小鼠熱刺激引起的疼痛具有較強(qiáng)的鎮(zhèn)痛作用；高濃度的花椒生物堿能較強(qiáng)抑制二甲苯所致的小鼠耳腫脹，并能緩解分子右旋糖酐-40誘發(fā)的小鼠皮膚瘙癢，具有較強(qiáng)的消炎、止癢作用。Cao等[30]通過青椒乙醇提取物對(duì)臍帶內(nèi)皮細(xì)胞粘性分子表達(dá)的抑制作用來研究青椒的消炎作用，發(fā)現(xiàn)青椒提取物對(duì)腫瘤因子-α（TNF-α）所誘導(dǎo)的血管細(xì)胞粘性分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）等的表達(dá)水平有抑制作用，還能抑制TNF-α誘導(dǎo)的線粒體反應(yīng)氧體系（reactive oxygen species，ROS）所產(chǎn)生的一系列活性，這些結(jié)果揭示了花椒提取物阻抑血管炎癥的過程。Zanthalene [R] 是一種有良好抗癢作用的親脂性花椒提取物，由于Zanthalene [R]中含有麻痹性成分，可阻止染色體接合。因此，Artaria等[31]對(duì)Zanthalene [R]的抗皺活性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)該提取物具有緩解皮下肌肉、清除皺紋的功效，與對(duì)照物相比有更好的即時(shí)松弛效果，且重復(fù)使用時(shí)脫敏性低、藥物耐受性好，且有良好的長(zhǎng)期抗皺效果。

3.3 抑菌殺蟲活性

馬英姿等[32]研究了花椒揮發(fā)油對(duì)大腸桿菌等細(xì)菌的抑菌效果；施瑤等[33]研究了花椒揮發(fā)油對(duì)口腔致病菌的抗菌活性；祝瑞雪等[34]分析了漢源花椒精油的抑菌作用，評(píng)價(jià)了其對(duì)常見食品腐敗菌的抑制作用，發(fā)現(xiàn)花椒精油對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制作用最強(qiáng)，對(duì)大腸桿菌的抑制作用最弱。干信等[35]發(fā)現(xiàn)花椒揮發(fā)油對(duì)青霉和黑曲霉的抑菌效果好，可作為天然抑菌劑，用于醫(yī)藥等領(lǐng)域。付婷婷等[36]進(jìn)行了中藥組方治療陰道炎的研究，選擇苦參、蛇床子、川椒和黃柏的提取物為組方成分，發(fā)現(xiàn)1 mL藥液中含100 μL蛇床子-川椒（2‥1）共提揮發(fā)油，以及苦參和黃柏醇提物各50 μL時(shí)，組方的抑菌效果最好，有望成為治療陰道炎的有效藥物。

花椒提取物對(duì)蚊蟲和農(nóng)業(yè)害蟲的毒殺作用是近來研究的熱點(diǎn)。彭映輝等[37]研究了花椒揮發(fā)油對(duì)蚊蟲的毒殺作用。Wang等[38]研究了青花椒果實(shí)和葉精油成分對(duì)玉米象甲蟲的毒殺作用，提取并比較了青椒果實(shí)和葉片的精油成分和毒性差異，發(fā)現(xiàn)果實(shí)精油是葉片精油毒力的兩倍，且具有良好的熏蒸毒性，草蒿腦（Estragole）、里哪醇和香檜烯（sabinene）的接觸毒性和熏蒸毒性都很強(qiáng)。Liu等[39]發(fā)現(xiàn)青椒甲醇提取物兩個(gè)阻食因子青花椒堿（schinifoline）和茵芋堿（skimmianine）對(duì)赤擬谷盜和玉米象甲蟲都有良好的阻食效果。還有研究表明，花椒可做為一種抑菌劑防止食品等的腐敗，并能對(duì)一些人體病菌起到良好的殺菌作用，花椒也可作糧食儲(chǔ)藏的綠色驅(qū)蟲劑，同時(shí)也是良好的蚊蟲驅(qū)殺劑，對(duì)于保護(hù)環(huán)境、維護(hù)公共健康有積極意義。

3.4 在心血管疾病防治中的應(yīng)用前景

Lee等[40]研究了青花椒醇提取物對(duì)血管平滑肌增殖的抑制作用，青椒乙醇提取物對(duì)人體大動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞TNF-α因子誘導(dǎo)的增殖和遷移有抑制效果，表明青椒提取物可能是治療或抑制動(dòng)脈粥樣硬化的途徑。Cui等[41]研究青椒莖葉水提物對(duì)正性肌力作用和心鈉素（atrial natriuretic peptide，ANP）分泌的影響，發(fā)現(xiàn)青椒水提物通過β（1）-腎上腺素受體- cAMP- Ca（2+）的傳導(dǎo)能夠起到正性肌力作用，并能降低心鈉素的分泌。上述均研究表明，花椒提取物可能是潛在的心血管硬化等病癥的有效治療藥物或前體物質(zhì)。

4 展 望

花椒作為傳統(tǒng)中藥材、調(diào)味品和香料，歷來為人們所使用，其藥效活性受到人們的肯定和接受。隨著抗生素、化學(xué)藥品等在使用過程中毒副作用的日益突出，全世界藥學(xué)工作者把找尋新型藥物的目光投入到傳統(tǒng)中國(guó)中醫(yī)藥上來，花椒以其良好的抗菌、殺蟲、消炎等活性受到人們的廣泛關(guān)注和研究，并已開發(fā)部分藥效突出的花椒提取物和藥物。隨著研究的深入開展，對(duì)花椒資源的調(diào)查了解，對(duì)花椒化學(xué)物質(zhì)成分的闡明，對(duì)花椒的生物活性探索和發(fā)掘，將迅速推動(dòng)花椒的創(chuàng)新利用。針對(duì)此種情況，湖南省農(nóng)業(yè)生物資源所從陜西、河北、山東、四川以及湖南本省引種了數(shù)十份花椒資源保存于湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高橋藥用植物資源圃，并對(duì)收集到的資源開展了分子鑒別技術(shù)和農(nóng)藝性狀的比較試驗(yàn)，希望能為湖南省乃至全國(guó)花椒資源的鑒別和種質(zhì)資源的開發(fā)利用提供參考。

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（責(zé)任編輯：成 平）