天山雪蓮資源保護(hù)與利用研究進(jìn)展

摘 要 天山雪蓮為菊科風(fēng)毛菊屬植物，是中國(guó)傳統(tǒng)中藥材，具有活血通經(jīng)、散寒除濕、抗炎痛、抗氧化、抗衰老等作用，極具藥用價(jià)值。通過(guò)對(duì)天山雪蓮種群現(xiàn)狀、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、有效化學(xué)成分及利用的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)了天山雪蓮在資源保護(hù)與利用方面的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞 天山雪蓮；細(xì)胞培養(yǎng)；化學(xué)成分；生物反應(yīng)器

中圖分類號(hào)：R931.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.11.050

天山雪蓮（Saussurea involucrata Kar. et Kir.）為菊科風(fēng)毛菊屬植物，主要分布于中國(guó)高原地區(qū)，如新疆、青藏高原、云貴高原等[1]，是多年生草本植物。天山雪蓮為中國(guó)傳統(tǒng)中藥材，性溫、微苦，具有活血通經(jīng)、散寒除濕、抗炎鎮(zhèn)痛、抗氧化、抗衰老等作用[2]，極具藥用價(jià)值。隨著天山雪蓮的經(jīng)濟(jì)價(jià)值被發(fā)掘，人們對(duì)天山雪蓮野生資源進(jìn)行了過(guò)度的采摘，使該物種瀕臨滅絕，天山雪蓮自然資源亟待保護(hù)。天山雪蓮多生長(zhǎng)于高海拔山坡、山谷及石縫中，且生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，故人工栽培較困難[3]。近年來(lái)，生物技術(shù)的利用為解決珍稀瀕危植物資源的問(wèn)題提供了新的思路，使天山雪蓮資源能夠得到有效的保護(hù)和充分的利用。

1" 天山雪蓮種群現(xiàn)狀

在自然條件下，天山雪蓮野生種依靠種子繁殖，多生長(zhǎng)在含有機(jī)質(zhì)較少的石縫中，生長(zhǎng)環(huán)境惡劣，種子發(fā)芽率及幼苗成活率極低，且自然生長(zhǎng)周期一般為6～8年，故天山雪蓮野生資源非常寶貴。近年來(lái)，因過(guò)度的采摘使其生長(zhǎng)環(huán)境被嚴(yán)重破壞，野生種群急劇減少。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，1960年左右，新疆的天山雪蓮面積大約有3 333 hm2，而現(xiàn)在已不足66.7 hm2，且在海拔3 000 m以下的地區(qū)已經(jīng)沒(méi)有雪蓮的蹤跡了[4-5]。對(duì)此，中國(guó)將天山雪蓮列為國(guó)家二級(jí)保護(hù)植物、國(guó)家三級(jí)瀕危物種，并明令禁止采摘野生雪蓮[6]。

與此同時(shí)，天山雪蓮潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值不容忽視，故解決雪蓮野生資源匱乏與雪蓮市場(chǎng)需求日益增大的矛盾成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。其中生物技術(shù)的利用是天山雪蓮資源保護(hù)與開(kāi)發(fā)的重要途徑，同時(shí)也改變了雪蓮傳統(tǒng)培植技術(shù)，推動(dòng)了雪蓮生產(chǎn)方式的進(jìn)步。

2" 天山雪蓮細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)

植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是將植物脫分化長(zhǎng)出的愈傷組織或其他易分散的組織，以單細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)的形式在離體條件下培養(yǎng)，最終得到大量細(xì)胞群體的一種植物組織培養(yǎng)方式。該技術(shù)不受自然環(huán)境、植物生長(zhǎng)周期等因素的影響，可以在短時(shí)間內(nèi)培養(yǎng)出大量生長(zhǎng)較一致的細(xì)胞群體[7]，如在瀕危植物的保護(hù)與利用中的天山雪蓮，植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是促進(jìn)其資源保護(hù)、開(kāi)發(fā)利用及生態(tài)保護(hù)的重要途徑。

2.1" 愈傷組織培養(yǎng)

愈傷組織是一種薄壁細(xì)胞組織，是指植物體受到創(chuàng)傷刺激后，在傷口表面形成的新生細(xì)胞。在植物組織培養(yǎng)中，愈傷組織指在人工培養(yǎng)基上由外植體長(zhǎng)出來(lái)的恢復(fù)分生狀態(tài)具有潛在細(xì)胞全能性的增殖細(xì)胞團(tuán)。在植物細(xì)胞脫分化過(guò)程中，大多數(shù)情況下會(huì)形成愈傷組織[8]。愈傷組織培養(yǎng)不僅對(duì)植物遺傳育種學(xué)的研究具有獨(dú)特的意義，也在植物細(xì)胞有效成分大規(guī)模工廠化生產(chǎn)中起著重要的作用[9]。

天山雪蓮愈傷組織培養(yǎng)受多種因素影響，如外植體的選擇、培養(yǎng)基成分、激素配比、光照、溫度等，雪蓮的根、莖、葉、子葉、種子等均可誘導(dǎo)產(chǎn)生出愈傷組織。誘導(dǎo)愈傷組織最常用的培養(yǎng)基為MS培養(yǎng)基，常用的激素為NAA和6-BA。研究表明， MS+1.00 mg·L-1 6-BA + 2.00 mg·L-1 NAA對(duì)雪蓮愈傷組織的誘導(dǎo)率可達(dá)100%[10]。此外，2，4-D與NAA的組合對(duì)雪蓮愈傷組織誘導(dǎo)效果也較好[11]。在溫度方面，有研究表明在培養(yǎng)周期15 d 中，相較于正常24 ℃培養(yǎng)，溫度從28℃→26℃→24℃進(jìn)行冷處理時(shí)，天山雪蓮愈傷組織的細(xì)胞生長(zhǎng)更快，且細(xì)胞中的總黃酮的含量更高[12]。不同文獻(xiàn)對(duì)天山雪蓮愈傷組織最佳培養(yǎng)條件的描述有較大的差異，建立穩(wěn)定高效的愈傷組織誘導(dǎo)體系還需要進(jìn)一步研究。

2.2" 細(xì)胞懸浮培養(yǎng)

細(xì)胞懸浮培養(yǎng)是指在液體培養(yǎng)基里不斷攪動(dòng)或搖動(dòng)培養(yǎng)單細(xì)胞及小細(xì)胞團(tuán)的組織培養(yǎng)方式。在愈傷組織培養(yǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行懸浮細(xì)胞培養(yǎng)是實(shí)現(xiàn)細(xì)胞放大化、規(guī)?；囵B(yǎng)的重要步驟。對(duì)于天山雪蓮，反應(yīng)器類型、培養(yǎng)體系及各種環(huán)境因素都會(huì)對(duì)其懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞量及代謝產(chǎn)物產(chǎn)生影響。

生物反應(yīng)器是實(shí)現(xiàn)生物催化反應(yīng)的裝置，其目標(biāo)是使細(xì)胞增殖及高效合成目標(biāo)產(chǎn)物[13]。在植物細(xì)胞培養(yǎng)中，生物反應(yīng)器可以對(duì)植物細(xì)胞進(jìn)行規(guī)模化培養(yǎng)及大量合成有效代謝產(chǎn)物。用于植物細(xì)胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器有許多類型，如一次性生物反應(yīng)器、攪拌式、氣升式、及鼓泡式等[14-15]。

生物反應(yīng)器的應(yīng)用能有效緩解天山雪蓮市場(chǎng)供應(yīng)量不足的問(wèn)題，故在天山雪蓮反應(yīng)器體系上也有大量的研究。有研究表明，相較于固體培養(yǎng)，天山雪蓮經(jīng)懸浮培養(yǎng)產(chǎn)生的生物量與黃酮量都較大，細(xì)胞懸浮培養(yǎng)能獲得更高的細(xì)胞生長(zhǎng)速率。利用間歇浸沒(méi)式小反應(yīng)器培養(yǎng)雪蓮細(xì)胞，在0～6 d時(shí)，細(xì)胞生長(zhǎng)較慢，之后細(xì)胞開(kāi)始快速生長(zhǎng)，在15 d時(shí)，雪蓮細(xì)胞培養(yǎng)物的生物量和黃酮含量都達(dá)到最大值。利用氣升式反應(yīng)器培養(yǎng)雪蓮細(xì)胞，0～3 d細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢，15 d時(shí)達(dá)到最大值[16]。此外，波浪式生物反應(yīng)器也在雪蓮細(xì)胞培養(yǎng)上得到應(yīng)用，波浪式生物反應(yīng)器能夠減小細(xì)胞剪切力的影響[17]，強(qiáng)化氧氣傳質(zhì)，并有利于細(xì)胞在反應(yīng)器內(nèi)均勻分布，可大大提高細(xì)胞培養(yǎng)效率[18]。還有研究表明，在22～25 ℃溫度下，適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基配比與一次性波浪式生物反應(yīng)器的結(jié)合，能夠有效提高天山雪蓮細(xì)胞培養(yǎng)物的產(chǎn)量，降低雪蓮細(xì)胞的培養(yǎng)難度，同時(shí)有效解決細(xì)胞培養(yǎng)中褐化與污染的問(wèn)題，增加雪蓮細(xì)胞規(guī)?；囵B(yǎng)的成功率[19]。

植物細(xì)胞培養(yǎng)不僅是天山雪蓮快繁的手段，同時(shí)也是雪蓮瀕危種質(zhì)資源保存、細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)與有效成分生產(chǎn)的理想途徑。

3" 天山雪蓮化學(xué)成分的鑒定

天山雪蓮次生代謝產(chǎn)物有黃酮、苯丙素類、生物堿、內(nèi)脂、萜類、氨基酸、木質(zhì)素和多糖類等[20-21]，其中黃酮類成分研究較多。黃酮類化合物泛指兩個(gè)具有酚羥基的苯環(huán)通過(guò)中央三碳原子相互連結(jié)而成的一系列化合物，有抗氧化、抗炎、改善血液循環(huán)等作用。已有學(xué)者從苞葉雪蓮、天山雪蓮、水母雪兔子等6種雪蓮品種中分離出了包括蘆丁、異槲皮素、高車前素、金合歡素、木犀草屬、粗毛豚草素、槲皮苷、芹菜素、棕矢車菊素等26種黃酮類化合物[22]。苯丙素類也廣泛存在于天山雪蓮中，包括綠原酸、紫丁香苷、咖啡?？鼘幩犷惖萚23]，該類物質(zhì)也具有豐富的藥理作用。此外，雪蓮中還存在萜類物質(zhì)，且多為倍半萜，其中桉葉烷型和大根香葉烷型倍半萜較常見(jiàn)[24]，萜類物質(zhì)也具有廣泛的抗菌殺蟲(chóng)、抗氧化、抗炎等作用。目前，已從雪蓮中分離鑒定出的萜類成分有雪蓮內(nèi)酯、川木香內(nèi)酯、β-香樹(shù)脂醇、β-蒎烯、β-合金歡烯、3α，8α-二羥基-11αH-11，13-二氫去羥木香內(nèi)酯、葑酮、α-苧烯、石竹烯、3α-羥基-11αH-11，13-二氫去羥木香內(nèi)酯8-O-β-D-葡萄糖苷、葡聚糖內(nèi)酯-β-D-葡萄糖苷、11β，13-去氫木香內(nèi)酯-8-O-β-D-葡萄糖苷等[21-22，25]。

天山雪蓮化學(xué)成分的鑒定對(duì)天山雪蓮資源研究有重要的意義，也為雪蓮資源的利用與工廠化生產(chǎn)提供了理論基礎(chǔ)。

4" 天山雪蓮資源的利用

天山雪蓮的藥用價(jià)值很高，已被證明具有抗炎鎮(zhèn)痛、抗腫瘤、抗缺氧、抗氧化、抗衰老等作用。如天山雪蓮代謝產(chǎn)物中的黃酮類、生物堿及乙醇提取物均對(duì)抗動(dòng)物關(guān)節(jié)炎起作用[24，26]。在抗癌方面，天山雪蓮水提物可顯著抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖及轉(zhuǎn)移[26]；天山雪蓮愈傷組織醇提取物中的矢車菊半乳糖苷及其代謝相關(guān)類黃酮化合物含量的增加，能夠明顯抑制食管癌細(xì)胞CaEs-17的腫瘤活性[27]；在調(diào)節(jié)代謝方面，天山雪蓮可調(diào)控脂肪可塑性，促進(jìn)白色脂肪棕色化及棕色脂肪活化，進(jìn)而改善線粒體功能，從而調(diào)節(jié)老年小鼠氣虛血瘀型脂質(zhì)代謝異常[28]；天山雪蓮細(xì)胞培養(yǎng)物中咖啡?？鼘幩犷愇镔|(zhì)能夠降低脂肪酸合成酶、羥甲基戊二酰輔酶A還原酶的表達(dá)水平，提高過(guò)氧化物增值激活物受體-α（PPARα）水平、激活膽固醇7α-羥化酶（CYP7A1）表達(dá)，從而起到抗肥胖的作用[29]。

在天山雪蓮藥用價(jià)值的基礎(chǔ)上，天山雪蓮現(xiàn)已用于生產(chǎn)多種藥品、化妝品及保健品等。2010年，天山雪蓮細(xì)胞獲衛(wèi)生部批準(zhǔn)為“新資源食品”并迅速實(shí)現(xiàn)商品化，如雪蓮膠囊、雪蓮注射液、雪蓮口服液、雪蓮祛風(fēng)濕膏藥、雪蓮鎮(zhèn)痛靈、雪蓮護(hù)膚霜等產(chǎn)品并已有較大的市場(chǎng)[30]。

5" 展望

從天山雪蓮的經(jīng)濟(jì)價(jià)值被挖掘到自然資源因過(guò)度采摘而瀕危，再到植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的興起，人們對(duì)天山雪蓮資源的保護(hù)與利用研究經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程。天山雪蓮作為中國(guó)傳統(tǒng)的植物，有巨大的潛在價(jià)值。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可解決天山雪蓮野生種質(zhì)資源瀕危的問(wèn)題，同時(shí)也能促進(jìn)天山雪蓮資源再生與開(kāi)發(fā)利用，將天山雪蓮的價(jià)值最大化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉士俠， 嚴(yán)雪峰. 天山雪蓮花 [J]. 植物雜志， 1982（1）： 29.

[2] 國(guó)家藥典委員會(huì). 中華人民共和國(guó)藥典一部： 2020年版 [M]. 北京： 中國(guó)醫(yī)藥科技出版社， 2020.

[3] CHIK W I， ZHU L， FAN L L， et al. Saussurea involucrata： a review of the botany， phytochemistry and ethnopharmacology of a rare traditional herbal medicine[J]. Journal of Ethnopharmacology， 2015， 172： 44-60.

[4] 韋善君， 武運(yùn)芳， 羅云燕， 等. 瀕危藥用植物新疆雪蓮資源的研究進(jìn)展 [J]. 中央民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2014， 23（2）： 10-15.

[5] 郭仲軍，劉麗艷，張煒銀，等. 天山雪蓮資源狀況、經(jīng)營(yíng)利用與保護(hù)對(duì)策的調(diào)查研究[C] //國(guó)際生物多樣性計(jì)劃中國(guó)委員會(huì). 第七屆全國(guó)生物多樣性保護(hù)與持續(xù)利用研討會(huì)論文集.長(zhǎng)春：2006， 106-112.

[6] 國(guó)家林業(yè)和草原局.國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄[EB/OL].（2021-09-08）[2023-10-15].https：//www.forestry.gov.cn/search/272693.

[7]" SMART N J， FOWLER M W. Effect of aeration on large-scale cultures of plant cells[J]." Biotechnology Letters， 1981， 3（4）： 171-176.

[8] IKEUCHI M， SUGIMOTO K， IWASE A. Plant callus： mechanisms of induction and repression[J]. Plant Cell， 2013， 25（9）： 3159-3173.

[9] 劉娜，代學(xué)煥，向鳳寧，等. 植物體細(xì)胞脫分化分子調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 植物生理學(xué)報(bào)， 2020， 56（2）： 127-133.

[10] 楊林， 覃筱燕. 新疆雪蓮的組織培養(yǎng)及植株再生 [J]. 中央民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2006， 15（1）： 26-29.

[11] 江麗麗，趙紅艷，馬淼. 瀕危藥用植物天山雪蓮的根段組織培養(yǎng)與植株再生[J]. 石河子大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2011， 29（3）： 343-346.

[12] 賈景明，吳春福，吳立軍，等. 天山雪蓮愈傷組織培養(yǎng)與次生代謝物形成的研究[J]. 中藥研究與信息， 2005， （7）： 11-15.

[13] 化工名詞審定委員會(huì). 化工名詞[M]. 北京： 科學(xué)出版社， 2021.

[14] 申斕，周愛(ài)東，吳小芹. 植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器的種類特點(diǎn)及展望[J]. 中國(guó)生物工程雜志， 2015， 35（8）：109-115.

[15] 王尚君， 陳鴻飛. 生物反應(yīng)器在生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中的研究進(jìn)展[J]. 生物化工， 2022， 8（2）： 161-163.

[16] 劉永剛. 雪蓮細(xì)胞培養(yǎng)及其次生代謝產(chǎn)物黃酮的代謝調(diào)控 [D]. 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2005.

[17] 劉春朝， 王玉春， 鄭重， 等. 剪切力對(duì)植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)的影響 [J]. 化工冶金， 1998，19（4）： 379-384.

[18] 張衛(wèi)， 顧寶善， 龔衛(wèi)東， 等. 一種用于生物反應(yīng)器的搖動(dòng)平臺(tái)： CN104357324B [P]. 2018-12-07.

[19] 張澤， 李孫華， 劉毅， 等. 一種大規(guī)模繼代培養(yǎng)及規(guī)模放大培養(yǎng)天山雪蓮細(xì)胞的工藝： CN113862212A [P]. 2021-12-31.

[20] 賈景明，吳春福. 天山雪蓮培養(yǎng)物的毒性實(shí)驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)民族醫(yī)藥雜志， 2007， 13（3）： 52-55.

[21] 莊麗， 李衛(wèi)紅， 孟麗紅. 新疆雪蓮資源的利用、研發(fā)與保護(hù) [J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境， 2006， 20（2）： 195-202.

[22] 楊璐銘，陳虎彪，郭喬如，等. 雪蓮的化學(xué)成分及藥理作用研究進(jìn)展[J]. 藥學(xué)學(xué)報(bào)， 2020， 55（7）： 1466-1477.

[23] CHEN Q L， ZHU L， TANG Y N， et al. Comparative evaluation of chemical profiles of three representative ‘Snow Lotus’ herbs by UPLC-DAD-QTOF-MS combined with principal component and hierarchical cluster analyses[J]. Drug Testing and Analysis， 2017， 9（8）： 1105-1115.

[24] 王紅兵， 秦國(guó)偉. 風(fēng)毛菊屬植物的化學(xué)成分和生物活性 [J]. 國(guó)外醫(yī)藥（植物藥分冊(cè)）， 2005， 20（2）： 47-52.

[25] 達(dá)娃卓瑪. 西藏產(chǎn)雪蓮花的化學(xué)和藥理研究進(jìn)展 [J]. 中國(guó)民族民間醫(yī)藥， 2015， 24（12）： 25-31.

[26] 吳琪，馬婧，舒展，等. 天山雪蓮對(duì)乳腺癌的潛在治療作用及基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的機(jī)制探討[J].中國(guó)中藥雜志， 2021， 46（18）： 4824-4832.

[27] 曹志秀. 轉(zhuǎn)基因天山雪蓮類黃酮成分及抗腫瘤活性分析 [D]. 楊凌： 西北農(nóng)林科技大學(xué)， 2018.

[28] 賀潤(rùn)鋮， 黃芷棋， 馮倩倩， 等. 天山雪蓮對(duì)老年脂質(zhì)代謝異常（氣虛血瘀型）小鼠的改善作用及機(jī)制研究 [J]. 中草藥， 2022， 8（17）： 5433-5444.

[29] 王鵬. 雪蓮細(xì)胞培養(yǎng)物中咖啡?？崴犷愇镔|(zhì)抗肥胖作用的研究 [D]. 長(zhǎng)春： 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2019.

[30] 范文霞，楊偉鵬，劉漢石. 天山雪蓮細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、化學(xué)成分和藥理作用研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)中藥雜志， 2021， 46（14）： 3522-3528.

（責(zé)任編輯：易" 婧）