山豆根主要活性成分含量及影響因素研究進展

袁叢軍，令狐克念，王浩東，3，汪莎，戴曉勇，丁訪軍*，吳華麗

（1.貴州省林業(yè)科學研究院，貴州 貴陽 550005；2.貴州荔波喀斯特森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，貴州 荔波558400；3.貴州大學 林學院，貴州 貴陽 550025；4.貴州省林業(yè)信息宣傳中心，貴州 貴陽 550001）

山豆根（Sophorae Tonkinensis Radix et Rhizoma）是豆科（Fabaceae）槐屬（SophoraL.）植物越南槐（Sophora tonkinensisGapnep.）的干燥根和根狀莖，別名廣豆根或苦豆根。其根、莖和全株均可入藥，是一種藥用價值較高的中藥材，被《中國藥典》收載，具清熱解毒、止痛等功效，是生產治療咽喉疾病中成藥的主要原料之一［1］。因根部含有多種生物堿（苦參堿、氧化苦參堿等）具有抗癌和抗霉菌作用，常用于民間治療家禽口蹄疫病，與中藥黃連（Coptis chinensisFranch.）享有“苦口良藥”之稱［2］。由于過度開發(fā)和棲息地退化，近年來山豆根的野生資源迅速減少，甚至在許多分布區(qū)瀕臨滅絕［3］。然而關于山豆根的研究和綜述大多集中在藥理性質和化學成分，缺乏光溫水等環(huán)境因子及人為栽培管理對主要活性成分影響的研究報道，未形成山豆根高效培育的配套關鍵技術支撐產業(yè)發(fā)展。本文系統(tǒng)梳理近年來有關山豆根植物根、莖和葉的主要活性成分、含量特征，以及影響主要活性成分含量的影響因子，揭示支撐山豆根人工種植高質量產品的關鍵技術，以期為山豆根的優(yōu)質豐產人工培育提供理論依據(jù)。

1 山豆根主要活性成分

1.1 生物堿

山豆根含生物堿共20多種，包括大量苦參堿（Matrine）、氧化苦參堿（Oxm atrine）和少量金雀花堿、臭豆堿、槐醇和槐果堿等，其中苦參堿和氧化苦參堿是主要藥用活性成分［4］，具有抗癌、消炎和抗菌等功效［5-7］。山豆根生物堿的含量受提取工藝和生長環(huán)境因子的影響［8-11］。研究發(fā)現(xiàn)除山豆根的地下根和根莖外，地上莖和葉也能提煉出一定含量的苦參堿和氧化苦參堿，但山豆根地上器官生物堿含量的研究還存在爭議［12-13］，有關山豆根各器官及不同種植年限等生物堿含量研究有待加強。

1.2 黃酮類

山豆根富含黃酮、二氫黃酮、異黃酮等化合物，發(fā)現(xiàn)的已有108種［1，14］，其中以二氫黃酮類化合物為主［15］，黃酮類化合物在山豆根各個器官中存在差異分布，含量為根（1.10%） ＞ 葉（0.43%） ＞ 莖（0.36%）［13］，根是提取黃酮類活性成分優(yōu)先部位。山豆根黃酮類對自由基具有良好的清除作用，對金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）也有明顯抑制作用，采用優(yōu)選的超聲-微波協(xié)同提取工藝得到其黃酮提取率達10.380 mg/g［16］。

1.3 多糖類

山豆根的根、莖和枝富含多糖類物質并具良好的抗氧化活性［17］、清除亞硝酸鹽和活性氧自由基功能［18］，對增強免疫力、促進抗體生成有顯著作用［19］。水煎煮提取法是獲取總多糖較高效的方法之一，依次采用水提法、堿提法提取分離出8種多糖組分［20-21］。采用響應面法優(yōu)化山豆根多糖提取工藝，多糖得率為3.98% ± 0.15%［22］。山豆根地上部分莖枝多糖提取技術優(yōu)化與工藝熟化，為其資源高值化利用提供重要途徑。此外，山豆根多糖能夠提高羅非魚的免疫力，降低死亡率，該研究為山豆根多糖資源功能性飼料開發(fā)利用提供新途徑［23］。

2 山豆根生物學特性與生境特征

山豆根是我國典型的多年生木本藥用植物，常見于喀斯特山地，主要分布在中國南部和越南北部的喀斯特地區(qū)。我國主要分布于廣西、貴州和云南等地，生境主要為具有巖石或石灰石基質的喀斯特環(huán)境［24］?？λ固厣降鼐哂型翆訙\薄、巖石裸露、陽光曝曬、缺磷少氮等特點［25-26］，土壤養(yǎng)分、水分缺乏、高溫等環(huán)境因子均可能制約山豆根健康生長。

3 非生物因素

3.1 水分條件

近幾十年來，中國南方巖溶地區(qū)經(jīng)歷了水文干旱的極端多變氣候條件［27］。植物對干旱的適應是非常復雜的生理生態(tài)問題，干旱脅迫會破壞植物體內自由基生產和消除的平衡性。山豆根相對耐受干旱脅迫，輕度干旱脅迫促進苦參堿和氧化苦參堿在山豆根中的積累，輕度干旱脅迫能顯著增加山豆根的生物量，重度干旱脅迫下葉片則表現(xiàn)為嚴重萎蔫，嚴重的干旱脅迫可能導致葉綠體中產生過多的超氧化物，阻礙了山豆根正常的光合作用并抑制植物生長［28］。研究發(fā)現(xiàn)嚴重干旱脅迫會激活山豆根葉片內的超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶水平，加強了清除自由基的能力，降低活性氧的濃度，讓山豆根維持生長，但干旱脅迫依舊對山豆根造成傷害［29］。生長在石灰?guī)r地區(qū)陽光充足的山頂或山坡灌叢石縫中的山豆根，間歇性的水分虧缺使藥材產量與質量受到影響［30］。有關水分對山豆根黃酮、多糖等活性物質影響報道較少，未來相關研究需要加強。

3.2 養(yǎng)分特征

營養(yǎng)物質作為植物生命活動必不可少的物質條件，常以各種有機和無機形式存在于土壤中，主要包括N、P、K、Ca等元素。N、P、K 3種營養(yǎng)元素對山豆根的生長影響效應不同，其中N、P對山豆根莖粗有顯著影響，2者含量與莖粗成正比；K是山豆根葉片增長量的主要影響因素，N、P能明顯促進氧化苦參堿含量的合成，3種元素不影響山豆根苦參堿的合成，可能存在其他誘導苦參堿合成的影響因素。研究顯示采用N ∶ P ∶ K = 3 ∶ 1 ∶ 1.5時，對促進山豆根生長和提高有效成分含量有積極的促進作用［31］。適量的施肥水平有利于活性成分苦參堿和氧化苦參堿的積累［32］。土壤富鈣而偏堿性是喀斯特的典型環(huán)境特征，鈣元素參與調節(jié)植物的生長和發(fā)育，增加植物對非生物壓力源的耐受性［33］。隨著Ca2+濃度的增加，山豆根的根和莖葉中苦參堿和氧化苦參堿的含量均呈逐漸升高的趨勢［34］，關于外源鈣對山豆根主要活性物質的影響研究有待加強，尤其是結合喀斯特高鈣的石質生境。

3.3 溫度條件

山豆根生長于中國南方石灰?guī)r地區(qū)，年平均氣溫18～22℃，屬于適宜山豆根生長及有效成分積累的有效溫區(qū)，在這個區(qū)域內，適當增加溫度能促進山豆根生物堿的有效積累，并且山豆根生物堿與年平均氣溫之間呈顯著正相關。然而山豆根生物堿在6月、7月、8月高溫月份下生物堿均低于其他月份，說明高溫是山豆根生長和有效成分積累的主要限制因素［30］。不同的溫度對植物生物堿的合成有調控作用，相關研究也證明，低溫或高溫條件下，植物生物堿濃度均較低，生物堿的合成有適合溫區(qū)［35］。溫度變化對山豆根的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽時間都有顯著影響，最佳發(fā)芽溫度集中在25℃，山豆根發(fā)芽率和發(fā)芽勢高，發(fā)芽時間最長，35℃以上種子發(fā)芽率顯著下降［36］。山豆根種子的活力隨貯藏時間增長而降低，且研究發(fā)現(xiàn)山豆根種子不存在休眠期，因此山豆根更適合隨采隨播，4℃下貯藏3個月是最佳貯藏方法［37］。

3.4 光照條件

山豆根生長在光照充足的裂縫或山頂，不同的光照強度對它的凈光合作用和光能利用率有顯著影響。一天中，山豆根的凈光合速率和光能利用率在光照最強烈的時間段（12 ∶ 00 ～ 14 ∶ 00）呈下降趨勢，表明強光對山豆根光合作用有明顯的抑制作用，不利于山豆根光合作用［38］。光是植物生命活動中重要的環(huán)境因子之一，對植物次生代謝產物的合成和積累產生重要的影響［39］。相較于自然光，紅光、藍光和白光光源單獨處理會降低山豆根全株和各個構件部分的生物量積累，其中只有藍光有利于幼苗苦參堿和氧化苦參堿總量的提高，且隨著處理時間的延長，苦參堿和氧化苦參堿總量越高，藍光能促進山豆根活性成分的積累，并有可能縮短山豆根藥材采收的年限［40］。

4 生物因素

4.1 種植密度

密度是自然界普遍存在的特征，是自然界中重要的選擇壓力之一。適當?shù)姆N群密度對植物生長起到促進作用，過高的種群密度會加劇植物對環(huán)境資源的競爭［41］。山豆根的生長和有效活性成分積累受不同種植密度顯著影響。研究發(fā)現(xiàn)山豆根中黃酮、苦參堿和氧化苦參堿含量均隨密度升高而增加，當密度到達5.25 株/m2時，3者含量均達到最高。其中黃酮、苦參堿和氧化苦參堿在不同構件中的含量大小依次為：根 ＞ 莖 ＞ 葉，為培育最佳生長質量和最高產量，最適宜種植密度為4.50 ～5.25 株/m2［13］。

4.2 微生物

根瘤菌是與豆科植物結瘤的共生固氮細菌的總稱［42］。根瘤菌在土壤中遇到宿主豆科植物并在根部接瘤和固氮，形成共生體系，有部分根瘤菌生活在豆科植物的根系內部組織、或附著在根系表皮細胞等，和豆科植物結合形式多樣，但不會對宿主產生感染的細菌或真菌，并能提高植物對逆境的適應性。山豆根接種根瘤菌不僅利于根瘤的形成，還能通過根瘤的生物固氮來積累氮素，促進山豆根生長和有效成分如苦參堿和氧化苦參堿的積累，可應用于提高山豆根產量和品質的農業(yè)生產中［43］。內生真菌是附著于山豆根根系內部的部分根瘤菌，同樣對山豆根的生長有促進作用。如唐玉娟［44］對野生山豆根中提取的多種內生真菌中均有產生吲哚乙酸、溶磷能力、產鐵載體能力，對山豆根苗具有明顯的促生根作用，包括促進植株高度、莖干增粗、地下生物量和地上生物量等生長，這與上述根瘤菌對豆科植物積極作用一致。

5 人工栽培技術

5.1 優(yōu)質種質選育

山豆根品質的影響因素取決于生態(tài)因素和遺傳特征，生長環(huán)境造成山豆根質量高低差異，植物對當下環(huán)境的一系列生理和形態(tài)的響應離不開其生活史早期或者親本的環(huán)境事件經(jīng)歷的影響，相似的研究如馴化、脅迫記憶和跨世代可塑性等。中醫(yī)界普遍認為，相較于其他地區(qū)山豆根，廣西山豆根療效最佳，表明廣西山豆根有效成分含量高。姚紹嫦等［30］比較分析廣西7個不同地區(qū)山豆根生物堿含量，各地區(qū)間山豆根生物堿含量呈極顯著差異，7個地區(qū)生物堿含量高低分別是：那坡（5.23%） ＞ 靖西（4.79%） ＞ 天等（4.43%） ＞ 德保（3.50%） ＞ 忻城（3.30%） ＞ 大新（3.09%） ＞ 都安（2.24%），且對山豆根生物堿含量受生態(tài)因子（氣溫和降水）顯著影響，且共同決定了生物堿含量變化的95.24%。

組織培養(yǎng)技術成為人工栽培山豆根種苗的重要手段，組織培養(yǎng)是一個不斷淘汰的過程［45］。研究發(fā)現(xiàn)山豆根種子繁殖的組培苗在4代以內，莖段繁殖代數(shù)需控制在6代以內，山豆根品質最好［46］。家種山豆根與野生山豆根相比，有效成分含量存在一定差異。用薄層層析法對組培苗植株與野生引種植株的化學成分進行對比分析，野生山豆根根和莖苦參堿含量分別為2.42%和1.70%、氧化苦參堿含量分別為2.36%和1.69%，家種山豆根根莖苦參堿含量為1.78%和1.28%、氧化苦參堿含量為1.73%和1.23%，表明家種山豆根有效成分含量小于野生山豆根有效成分含量［47］。

5.2 修剪調控技術

人工栽植培育山豆根是促進該藥用資源可持續(xù)利用的有效途徑。中藥栽培生產實踐中，摘除花蕾可以節(jié)約藥用植物生殖活動所消耗的能量及物質使其更多地被用于營養(yǎng)生長，從而提高藥用植物的總生物量［48］。研究表明適度割秧有利于獲取優(yōu)質高產的黃芩（Scutellaria baicalensisGeorgi）原料，進而提高藥用植物資源和土地的利用率和經(jīng)濟效益；摘除花蕾有效提高林下參（Panax ginsengC. A.Meyer）根部人參皂苷含量、藥材整體質量和綜合經(jīng)濟價值［49］；重度修剪樹冠會抑制根的生長，這個現(xiàn)象會持續(xù)到植株長出新芽為止，與重度修剪相比，最小樹冠修剪下的根系產量會更高。山豆根藥用成分主要存于根系，其有效成分如生物堿、黃酮等在根系含量遠高于地上部分含量［13］。目前國內外關于修剪技術對山豆根生長和有效成分影響的研究尚處于空白，深入挖掘山豆根對生物因素的響應機制，是提高山豆根品質的一個新途徑。

6 問題與展望

山豆根具有較高的藥用和經(jīng)濟價值，其主要藥用活性成分具有抗癌、消炎和抗菌等功效，在抗腫瘤、生產治療咽喉疾病中成藥和功能性飼料等方面具有廣闊市場前景，值得深入研究與開發(fā)。目前，相關研究主要集中在藥理和化學成分方面，亟需開展關于如何提高山豆根產量和有效成分積累方面的深入研究：

（1）山豆根的藥用部位為其根和根莖，其地上部分被作為非藥用部位丟棄，造成了資源的浪費［50］。其生長周期較長，人工種植一般需要3 ～ 4年方能采收，地上部分作為山豆根植株不可或缺的重要器官，對其次生代謝產物的產生、運輸和儲存具有重要意義。研究報道山豆根地上部分（枝、葉等非藥用部位）含有一定量的藥用活性成分［50-52］，而有關莖葉藥用活性成分含量的研究缺乏統(tǒng)一認識。目前人工種植山豆根逐漸成為市場貨源的主要來源，人工栽培技術作為調控目標器官生長的重要手段，如何提高其優(yōu)質豐產逐漸成為研究重點。研究顯示山豆根有效成分含量隨生長年限變化，生長3年的山豆根生物堿含量才會明顯上升，3 ～ 6年其含量沒有明顯變化［53］，關于種植年限如何影響山豆根地上和地下有效成分含量及其變化特征的研究有待深入。

（2）山豆根這種對光照的特殊需求有利于林下套種來提高土地高效利用和植物生長，例如山豆根套種百香果，利用百香果需要搭架栽培才能生長和結果特征，有利于山豆根對光的要求，實現(xiàn)資源共享、取長補短、增加單位土地面積收益［54］。種間相互作用會改變局部生境，林下套種山豆根（山豆根套種百香果）模式下，種間相互作用對小氣候、土壤養(yǎng)分和微生物的改變如何影響植物生長的研究有待深入。

（3）協(xié)同進化是由于生物與環(huán)境之間存在作用與反作用造成生物與環(huán)境相互適應和補償［55］。植物生長總受多種生物與非生物環(huán)境因素交互作用的影響，研究植物在不同環(huán)境水平下生長的功能性狀成為探索植物適應環(huán)境變化的主要途徑。山豆根為喀斯特適生植物，生境多為石灰?guī)r，具有光照強烈、高溫和水分不足等特點［30］，植物只有努力去適應環(huán)境后才能得以生長和繁衍。其適應這些極端環(huán)境時進化較厚的根部木栓層、發(fā)達的莖部表皮、厚角和維管組織、葉部具有發(fā)達的角質膜和豐富的表皮毛、發(fā)達的柵欄組織和葉脈，這些生理生態(tài)性狀是其適應生長困難巖溶生境的重要基礎［55］。而多種非生物和生物因素交互作用對山豆根有效成分影響的研究目前處于空白，更缺少山豆根生物量分配、構件性狀這種交互作用的響應。有關非生物因子對山豆根影響的報道集中在光照、水分和養(yǎng)分等方面，缺乏探索喀斯特微地形或小生境（石槽、石溝、石面）類型對山豆根生長的有效成分積累影響，深入揭示生境與植物互作機制，對開展石漠化山區(qū)藥用經(jīng)濟型植物恢復意義重大。