天麻研究進(jìn)展

王 強(qiáng),王 濤,徐 德,王志德,黃 娟,李 益, 謝 洲

(四川省達(dá)州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,四川 達(dá)州 635000)

天麻為蘭科植物天麻的干燥塊莖,富含氨基酸、微量元素、多糖等生物活性物質(zhì),具有增智、延緩衰老、預(yù)防和治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病等作用[1-3]。由于生長方式獨(dú)特,野生天麻已被列入《國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄》和《中國珍稀瀕危保護(hù)植物名錄》[3]。隨著國內(nèi)外學(xué)者對天麻生物學(xué)特性、栽培技術(shù)、化學(xué)成分、藥理研究等方面的研究和《關(guān)于對黨參等9種物質(zhì)開展按照傳統(tǒng)既是食品又是中藥材的物質(zhì)管理試點(diǎn)工作的通知》(國衛(wèi)食品函〔2019〕311號)、《<天麻、鐵皮石斛、靈芝開展按照傳統(tǒng)既是食品又是中藥材的物質(zhì)管理方案>的通知》(川衛(wèi)函〔2021〕363號)等文件的印發(fā),推動了天麻科學(xué)合理的開發(fā)利用,天麻市場前景將更加廣闊。

1 天麻的本草考證

歷代本草記載天麻名稱較多,如赤箭、定風(fēng)草等,對天麻基源有明確記載,即為蘭科天麻屬植物[4]。秦漢時(shí)期,天麻正名為“赤箭”,別名為“離母”等,未提及其原植物[5]。魏、晉、南北朝,《雷公炮炙論》首見“天麻”之名;《吳普本草》以“鬼督郵”為正名,“神草”“閻狗”為別名;《抱樸子》則以“獨(dú)搖芝”為正名[6-8]。隋、唐時(shí)期,《藥性論》以“赤箭脂”為正名,“定風(fēng)草”為別名;《新修本草》云:“莖似箭竿,赤色,端有花、葉,遠(yuǎn)看如箭有羽……中肉如面”,其描述與現(xiàn)代植物學(xué)的描述基本一致[9-10]。宋、元、明、清時(shí)期,《本草圖經(jīng)》將赤箭和天麻分列為兩味藥,而《夢溪筆談》《證類本草》《本草綱目》則明確將赤箭和天麻列為一物,以“天麻”為正名[11-14]。民國時(shí)期,以天麻為正名,《中國藥學(xué)大辭典》詳細(xì)描述了天麻的植物學(xué)形態(tài)特征和生境特征,明確了天麻拉丁名(Gastrodia.Elata.Bl.),并將天麻地下塊莖稱為根[15]。此外,還根據(jù)天麻采收時(shí)間,用名分為冬天麻和春天麻。新中國初期,明確了天麻地下部分為塊莖,而對蜜環(huán)菌的認(rèn)識仍不清楚,直到70年代末,天麻的植物學(xué)形態(tài)才逐步清晰,并以天麻為正名,赤箭為別名,同時(shí)收載山土豆等地方名。同時(shí),根據(jù)產(chǎn)地不同,又分為川天麻、云天麻、貴天麻等[16]。

2 天麻種類及資源分布

蘭科天麻屬植物全世界有20余種,分布于喜馬拉雅山以南各國、東亞諸國、蘇聯(lián)遠(yuǎn)東地區(qū)、新西蘭等地區(qū),歐洲、美洲未發(fā)現(xiàn)該屬植物分布。我國有5個(gè)種,即天麻、原天麻、細(xì)天麻、南天麻、疣天麻,僅天麻入藥。天麻有5個(gè)變型,即紅天麻、烏天麻、綠天麻、黃天麻和松天麻,分布于北方、中原及西南眾地[17]。松天麻因折干率低,未引種栽培,其他4個(gè)變型品種及不同變型品種雜交培育的新品種為常用栽培品種。

3 天麻生物學(xué)特性

3.1 天麻生活史

天麻生活史指種子萌發(fā)開始到下一代種子成熟為止。周鉉對天麻生活史進(jìn)行了詳細(xì)觀察和研究,確定了烏天麻生活史的整個(gè)過程,即:種子萌發(fā)→原球莖→初生塊莖→次生塊莖階段→開花→種子,歷時(shí)36個(gè)月[4]。然而,天麻一代生活史時(shí)長可能因其變型、環(huán)境條件的不同存在差異。張維經(jīng)等研究表明,紅天麻一代生活史所經(jīng)歷的時(shí)間為24個(gè)月[18]。

3.2 種子萌發(fā)

天麻種子需要在適當(dāng)溫度、pH值等條件下萌發(fā),萌發(fā)時(shí)需萌發(fā)菌提供營養(yǎng)。通常種子萌發(fā)溫度在20～28℃之間,以25℃為適宜溫度,pH值在4.5～7.0之間,以5.0～5.5最適宜,避光培養(yǎng)。

3.3 原球莖的發(fā)育

原球莖由萌發(fā)胚直接形成,原球莖營養(yǎng)豐富時(shí),其頂端分生組織直接形成初生球莖體,營養(yǎng)缺乏時(shí),頂端分生組織先形成瘦小的初生球莖足,然后形成初生球莖體。當(dāng)原球莖接上密環(huán)菌,形成的初生球莖粗而短,頂端一節(jié)迅速膨大形成米麻,同時(shí)長出多個(gè)互生側(cè)芽,側(cè)芽頂端一節(jié)又膨大形成米麻,當(dāng)原球莖未接上密環(huán)菌,新形成的初生球莖因營養(yǎng)缺乏而消亡。

3.4 初生球莖的發(fā)育

新形成的初生球莖營養(yǎng)由下方的原球莖提供,頂端分生組織長出次生球莖足,然后形成次生球莖體。

3.5 次生球莖的發(fā)育

初生球莖和次生球莖足為次生球莖生長提供營養(yǎng),成熟的次生球莖俗稱箭麻,頂端有形似鸚哥嘴的花芽,越冬后抽薹、開花、結(jié)實(shí)。

3.6 天麻與“兩菌”的關(guān)系

3.6.1 天麻種子與萌發(fā)菌的關(guān)系 沈棟俠、段金玉等研究表明,天麻種子可在不附加激動素的多種無菌培養(yǎng)基中萌發(fā),驗(yàn)證了天麻種子萌發(fā)無需蜜環(huán)菌或其他菌類參與,且不需外源激素幫助。隨著徐錦堂等先后從原球莖中分離得到多種萌發(fā)菌,證實(shí)了天麻種子的萌發(fā)屬共生性萌發(fā),并揭示了萌發(fā)菌菌絲自胚柄狀細(xì)胞侵入胚內(nèi),隨著菌絲生長及原胚的發(fā)育,天麻種子胚突破種皮得以萌發(fā),進(jìn)而形成原球莖[19-23]。

3.6.2 密環(huán)菌與天麻的關(guān)系 Kusano S首次揭示了天麻與蜜環(huán)菌之間為共生關(guān)系[24]。隨著研究的深入,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)天麻與蜜環(huán)菌之間并非是簡單的共生關(guān)系?？茖W(xué)研究表明,接菌的營養(yǎng)繁殖莖皮層具有3種感染細(xì)胞:通道細(xì)胞、寄主細(xì)胞和消化細(xì)胞,當(dāng)通道細(xì)胞被侵入的蜜環(huán)菌破壞時(shí),寄主細(xì)胞與蜜環(huán)菌保持共生關(guān)系,而消化細(xì)胞則反過來寄生于侵入的蜜環(huán)菌細(xì)胞中吸收養(yǎng)分,經(jīng)長期的自然進(jìn)化,天麻必須靠消化侵入的蜜環(huán)菌才能生存,而蜜環(huán)菌則能脫離天麻,依靠消化枯枝落葉生存,因此說天麻與蜜環(huán)菌間無共生關(guān)系,而是寄生與反寄生關(guān)系。

4 天麻栽培技術(shù)研究

胡勝傳首次公開發(fā)表《四川古藺縣天麻栽培方法》一文,徐錦堂等利用蜜環(huán)菌菌材伴栽天麻獲得成功,開創(chuàng)了天麻栽培的新紀(jì)元。周鉉等運(yùn)用“帶菌須根苗床法”突破了天麻有性繁殖技術(shù),同時(shí),各地開展了大量的栽培技術(shù)研究,形成了較完善的栽培技術(shù)體系,常用方法有活動菌材伴栽法,固定菌床栽培法、菌材夾新材法等[25]。隨著技術(shù)體系的不斷完善,天麻栽培的場地、材料、方式等隨之發(fā)生變化。大棚栽培擺脫了栽培對場地和土質(zhì)的限制,擴(kuò)大了天麻生產(chǎn)范圍,白祖云篩選適宜栽培天麻的樹種,李前衛(wèi)等開展了天麻袋料栽培新方法研究[26-27]。近年來,隨著國家對林下經(jīng)濟(jì)發(fā)展高度重視,天麻仿野生栽培技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn),徐書博等發(fā)現(xiàn)胡桃林下套種天麻可取得較好經(jīng)濟(jì)效益,劉威等研究表明紅天麻仿野生栽培最佳組合為南坡、栽培3層,王忠巧等研究表明林下仿野生栽培是有效途的生態(tài)栽培途徑[28-30]。天麻組織培養(yǎng)研究鮮有報(bào)道,劉能俊將米麻接種至MS半培養(yǎng)基上,出芽率達(dá)5.1%,蔡永萍等將米麻接種到誘導(dǎo)培養(yǎng)基中,米麻誘導(dǎo)形成多個(gè)分枝新米麻,將箭麻莖尖接種到誘導(dǎo)培養(yǎng)基中,莖尖誘導(dǎo)形成原球莖并長大開花[31-32]。

5 天麻化學(xué)成分

研究顯示,天麻存在酚類、有機(jī)酸類、多糖及其他成分。酚類及其苷類主要有香莢蘭醛、天麻素、對-羥基苯甲醇、對-羥芐基甲醚、3,4-二羥基苯甲醛、對乙氧甲基苯酚等,其中天麻素、對羥基苯甲醇為藥典指標(biāo)性成分,2020版中國藥典(一部)中規(guī)定天麻素-對羥基苯甲醇總含量不得少于0.25%,甾醇化合物主要有β-谷甾醇和胡蘿卜甙等,有機(jī)酸主要有檸檬酸、檸檬酸單甲酯、檸檬酸雙甲酯、琥珀酸等,多糖包含甘露糖、木糖、阿拉伯糖等。此外,天麻中富含維生素A類物質(zhì)、腺嘌呤、腺嘌呤核甙、新型生物堿、多種氨基酸、抗真菌蛋白、幾丁質(zhì)酶、β-1、3葡聚糖酶及Fe、Zn等微量元素。

6 天麻的藥理作用

6.1 保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞損傷

薛柳華等揭示天麻素對體外培養(yǎng)神經(jīng)細(xì)胞的缺血再灌注引起的細(xì)胞損傷有保護(hù)作用,Hyeon．Ju Kima等研究顯示,天麻乙醇提取物可減少神經(jīng)細(xì)胞損傷[33-34]。

6.2 抗驚厥、抗癲癇

研究表明,天麻提取物可制止豚鼠實(shí)驗(yàn)性癲癇發(fā)作,天麻浸膏對抗戊四氮陣攣性驚厥顯著作用,天麻素及其苷元可以延長戊四氮陣攣性驚厥潛伏期,合成天麻素既能較好的對抗癲癇發(fā)作,也能較好預(yù)防重型大發(fā)作發(fā)生。

6.3 鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛

研究顯示,野生暴躁的猴子在注射天麻素后表現(xiàn)安定,電擊鼠尾法證明天麻有明顯鎮(zhèn)痛作用,熱板法鎮(zhèn)痛實(shí)驗(yàn)表明天麻制劑能顯著提高小鼠痛閾值。

6.4 抗炎、免疫作用

天麻能抑制小鼠耳部炎癥,且能增強(qiáng)其非特異性免疫,研究還發(fā)現(xiàn)天麻注射液有抗巴豆油鼠耳炎癥功效。

6.5 促智、抗衰老

實(shí)驗(yàn)顯示,天麻可通過清除自由基促進(jìn)抗衰老和智力發(fā)育。劉建新等發(fā)現(xiàn)天麻能促進(jìn)大鼠大腦膠質(zhì)細(xì)胞群面積增大、數(shù)量增多,為臨床應(yīng)用天麻治療老年癡呆提供了依據(jù),劉中華等揭示天麻素具有預(yù)防和治療老年性癡呆的潛在功效[35-36]。

6.6 毒副作用

毒性實(shí)驗(yàn)顯示,天麻素及苷元對血紅細(xì)胞、轉(zhuǎn)氨酶、膽固醇等無影響,心、肝、脾、肺等切片鏡檢未見細(xì)胞變性,表明天麻無毒副作用。

7 天麻的分子生物學(xué)及基因工程研究

7.1 抗真菌蛋白

胡忠等率先從天麻塊莖中分離了抗真菌蛋白(GAFP),隨后學(xué)者對其定位、體外抗菌活性、遺傳轉(zhuǎn)化等進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,GAFP定位于塊莖的表皮和皮層,相對分子量為14kDa,對玉米小斑病菌、棉花枯萎病菌等有顯著的抑制作用[37,38]。王義琴等將天麻GAFP轉(zhuǎn)入煙草并獲得陽性植株,抑菌實(shí)驗(yàn)顯示,GAFP轉(zhuǎn)基因植株對瑞氏木霉具有一定抑菌活性,同時(shí),他們將編碼GAFP的基因?qū)氩噬拗?大田分析顯示,轉(zhuǎn)基因植株系的抗枯萎病能力提高[39]。

7.2 基因工程和分子標(biāo)記的運(yùn)用

戴均貴等研究表明,對羥基苯甲醇是天麻素水解形成的甙元,Xu等用SSR引物對32個(gè)天麻個(gè)體進(jìn)行擴(kuò)增,16對獲得擴(kuò)增片段,其中13個(gè)有多態(tài)性,其余3個(gè)為單態(tài)位點(diǎn),陶鈞等用RAPD初步對天麻多態(tài)性分析,引物S1擴(kuò)增的片段適用于天麻遺傳分化研究,引物S12擴(kuò)增片段適用于天麻真?zhèn)舞b別,關(guān)萍等篩選出的16對AFLP引物組合大部分均可用于構(gòu)建不同分布區(qū)天麻的分子指紋圖譜和遺傳多樣性分析[40-43]。

8 結(jié)論與展望

本綜述總結(jié)了天麻的本草考證、種類及資源分布、生物學(xué)特性、栽培技術(shù)研究、化學(xué)成分、藥理作用、分子生物及基因工程研究,分析了最新研究進(jìn)展和值得探究的方向,并對存在問題及未來研究熱點(diǎn)進(jìn)行了展望。目前,關(guān)于天麻的本草考證、種類及資源分布、生物學(xué)特性、栽培技術(shù)研究、化學(xué)成分、藥理作用、分子生物及基因工程研究等方面的工作已經(jīng)取得豐碩的成果。近年來,有關(guān)天麻遺傳多樣性及化學(xué)活性成分報(bào)道增多,天麻的遺傳多樣性研究及新的活性成分研究將是未來熱點(diǎn),有關(guān)天麻的遺傳多樣性及新的活性成分發(fā)掘仍需進(jìn)一步探討。如為合理利用和保護(hù)天麻種質(zhì)資源,仍需對天麻的遺傳多樣性進(jìn)行全面研究;天麻中新的活性成分及藥理作用仍需進(jìn)一步發(fā)掘;天麻的組織培養(yǎng)技術(shù)仍需進(jìn)一步完善;隨著林下經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,加快天麻仿野生栽培關(guān)鍵技術(shù)的深入研究對推進(jìn)天麻林下栽培科學(xué)化、產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展和鞏固脫貧攻堅(jiān)、助推鄉(xiāng)村振興具有重要意義。