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药用植物麻黄的研究进展

来源:中华现代中西医杂志 作者:陈佳丽,赵 昕,任 杰,张 蕾,殷 红△ 2011-6-29

摘要: 【摘要】 本文介绍了药用植物麻黄的生物学特征、化学成分及内生菌的研究概况,并对麻黄的多元价值及资源现状进行了综述。 【关键词】 麻黄。资源 麻黄为常用中药,源于麻黄科植物草麻黄(Ephedra sinica Stapf)、木贼麻黄(E。 equisitina Bunge)、中麻黄(E。...


【摘要】  本文介绍了药用植物麻黄的生物学特征、化学成分及内生菌的研究概况,并对麻黄的多元价值及资源现状进行了综述。

【关键词】  麻黄;生物学特征;化学成分;内生菌;资源

  麻黄为常用中药,源于麻黄科植物草麻黄(Ephedra sinica Stapf)、木贼麻黄(E. equisitina Bunge)、中麻黄(E. intermedia Schrenk ex Mey)的干燥草质茎。始载于汉代《神农本草经》,列为中品,历代本草均有记载。其性味辛、微苦、温,归肺、膀胱经。具有发汗解表,宣肺平喘,利水消肿等功效。主治风寒感冒、发热无汗、咳嗽气喘、骨节疼痛、风水浮肿、小便不利、风邪顽痹、风疹瘙痒等症[1]。现代医学和中医学研究发现其具有平喘、抗病毒作和免疫调节作用。麻黄主要分布于我国北方干旱、半干旱地区,具有重要的药用、生态和经济价值。

  1 麻黄资源状况

  1.1 生物学特点 麻黄呈灌木、半灌木、亚灌木或草本状,茎直立或匍匐,分枝多,一般是雌雄异株,少有同株。雄花单生或数个丛生,具膜质假花被;雌花具4对苞片,种子1~3 粒,胚乳丰富,肉质或粉质,子叶两枚,发芽时出土[2,3]。

  1.2 生长习性 麻黄属旱生植物,适宜于温凉、干燥的气候环境,耐旱性强,较耐贫瘠,多分布于海拔800~1500m的开敞、干燥、多石的山坡和山前地带及丘陵坡地、平川、沙地, 在沙地上常有聚生的小片群落。对土壤要求为微碱性, 特别是富含有机质的沙质土壤。在年均气温9℃~15℃,年降雨量300~500mm的地区最为适宜[4]。

  1.3 地理分布 麻黄属现存约67种,中国有15种及2变种1变型[5],约占全世界麻黄属植物总数的50%[6],主要分布在我国北方地区的北纬35°~49°范围内, 其地理分布主要受降水的制约, 多集中分布于降水量350mm以下、年湿润度0.38以下的干旱、半干旱地区[7]。草麻黄主要分布于新疆吐鲁番、甘肃河西地区、内蒙古;木贼麻黄主要分布于河北、山西、内蒙古、陕西西部、甘肃、青海、新疆;中麻黄主要分布于内蒙古、辽宁、吉林、河北、山东、山西、陕西、甘肃、青海、新疆等地[7,8]。

  2 麻黄的化学成分

  麻黄具有多种类型的化学成分,包括生物碱类、黄酮类、挥发油类、糖类、鞣质及有机酸类、氨基酸及矿质元素类等。

  2.1 生物碱类 麻黄类生物碱中麻黄碱的含量较高,为苯丙胺类生物碱,该类成分一直以来被认为是麻黄的有效成分,至今已分离出10多种麻黄碱,但在不同种麻黄中其含量从1%~3%不等[9]。草麻黄中以麻黄碱为主,伪麻黄碱含量较少,总碱含量为0.481%~1.382%;木贼麻黄中总碱含量为2.093%~2.436%;中麻黄总碱含量为1.059%~1.564%[10]。

  2.2 挥发油类 麻黄所含挥发油类成分复杂,主要有效成分有2,3,5,6-四甲基吡嗪(2, 3-tetram-ethylpyrazine)和1-α-萜品烯醇(1-α-terpineol),但含量很低。草麻黄含油量0.25% ,木贼麻黄0.124%;草麻黄挥发油中有效成分四甲基吡嗪和萜品烯醇的含量分别为2.26%和1.92%,而木贼麻黄挥发油中仅含四甲基吡嗪1.34%[9,10]。

  2.3 黄酮类 黄酮是麻黄属中的一类重要成分,李姿娇等研究发现麻黄的总黄酮含量约为0.29%[11]。麻黄黄酮类主要有: 芹菜素(Apigenin)、山柰酚(Kaempferol)、槲皮素(Quercetin)、无色矢车菊素(Leuoc-ycmidin)、小麦黄素(Tricin)、草棉黄素(Herbacetin)、芹菜素-5-鼠李糖苷(Apigenin-5-rhamno-side)、3-甲氨基棉黄素(3-Methoxyherbacetin)、山柰酚鼠李糖苷(Kaempferolrhsmnoside)、无色飞燕草素(Leu-codelphinidin)、芦丁(Rudin)、白天竺秦苷(Leu-copelargonin)、白花色甙(Leucoanthpcyanin)、4,5,7-三羟基-8-甲氧基黄酮醇-3-O-β-D-葡萄糖苷(4,5,7-Trihy-Droxy-8-methoxy-flaronol-flaronol-3-O-β-D-glucopyraniside)。

  2.4 多糖类 多糖在不同的麻黄中各有不同,目前国内主要对麻黄果多糖进行了研究。麻黄草质茎及其果实中多糖的含量分别为1.05%和7.21%,水溶性糖含量分别为1.93%和1.158%,果实中还原性糖及水溶性糖的含量均比草质茎中的高。据报道从双穗麻黄中分离出具有降血糖功能的麻黄多糖A、B、C、D、E[9]。采用热水提取法,从麻黄中提取到水溶性多糖,其收率为2.8%左右。经SephadexG-100柱层析得到较纯的麻黄多糖样品,实验证明,该样品具有清除氧自由基的作用[12]。

  2.5 鞣质及有机酸 鞣质也是麻黄属植物中的一类重要化学成分,一般认为其主要是以缩合型鞣质形式存在[9,13]。现已分出儿茶酚鞣质等26种缩合鞣质,最近又报道分出可水解型鞣质nilocitin,麻黄鞣质A 和B(ephedratannin A、B)[10]。对于麻黄中的有机酸成分研究较少,现已发现的有机酸有苯甲酸、香草酸、肉桂酸、香豆酸、草酸、柠檬酸、苹果酸和原儿茶酸等。

  2.6 氨基酸及矿质元素 麻黄果有一定的营养及食用价值,研究结果显示麻黄果富含18种氨基酸及较高的半必需氨基酸和非必需氨基酸[9]。

  3 麻黄资源的多元价值

  3.1 药用价值 麻黄是驰名中外的一种传统药材,也是提取麻黄素的主要原料,其主要成分为麻黄碱和伪麻黄碱,二者作为拟肾上腺素药物被广泛应用于多种制剂中。《中国药典》2010年版收载作为药用的麻黄植物主要有木贼麻黄、草麻黄和中麻黄。麻黄味辛、微苦,性温、归肺、膀胱经,具有发汗散寒,宣肺平喘,利水消肿功能。用于风寒感冒,胸闷喘咳,风水浮肿,支气管哮喘。在畜牧上麻黄可提高牲畜的抗病能力[7]。以麻黄碱为主的制剂在国外还有营养补充剂、减肥剂等[14,15]。

  3.2 生态价值 麻黄是重要的荒漠旱生植物,具有耐寒、耐旱、耐贫瘠、耐沙埋等特性。麻黄草根系发达、分蘖能力强、根幅宽, 地上部分可以增加地表覆盖度,多生长在沙丘黄土丘陵,对防止水土流失、保护草场、改善沙地生态环境等发挥着巨大作用[16]。有研究表明有麻黄分布的沙丘地段, 植被总覆盖度可提高32%; 同时, 麻黄也是珍贵的水土保持植物, 在28°的坡地上, 麻黄群落比禾草群落生长的地段径流量减少47%,冲刷量减少60%。

  3.3 饲用价值 麻黄具有一定的饲用价值, 其所含粗脂肪和粗蛋白属于中等牧草类型。经测定,未提取麻黄素的麻黄营养成分中粗蛋白和粗脂肪含量分别为8.34%和3.2%;提取麻黄素后的麻黄草渣成分中粗蛋白和粗脂肪含量分别为1.98%和3.58%。麻黄植物的上芽及枝条冬天呈绿色, 植物体保持良好状态, 可成为牲畜冬季采食的主要牧草。由于麻黄生长在荒漠、半荒漠草场上, 常与蒿子、假木贼、琵琶柴、裸果木、木旋花、红柳等植物构成春秋草场, 是春、秋季节牲畜转场的主要放牧草场。另外,工厂中提取过麻黄素碱的草渣,在冬、春季节牧草青黄不接时, 也可以和其他饲料混用, 增加饲料来源。4 麻黄内生菌的研究概况

  内生菌是指一类在其部分或全部生活史中存活于健康植物组织内部, 如根、茎、叶、花、果实和种子,而不使寄主植物表现出明显感染症状(至少暂时没有感染症状)的微生物,主要有细菌、真菌和放线菌[17]。部分植物内生菌能够产生与寄主植物相同或相似的生物活性物质。近年来,随着对药用植物内生菌的研究不断深入,麻黄内生菌的研究也有一定进展。古力山·买买提等为筛选具有拮抗活性的植物内生菌,以新疆有毒植物蓝麻黄(E.glauca)为材料,采用研磨法和琼脂扩散法从中分离并筛选出一株对多种植物致病菌具有较强抗性的内生细菌XJEG-GB-13。根据该菌形态特征、生理生化特性和系统发育分析结果,菌株XJEG-GB-13应属于枯草芽孢杆菌属。拮抗作用测定结果表明,内生细菌XJEG-GB-13发酵液对8种植物病原菌具有较强的抑制作用[18]。古力山·买买提等又从蓝麻黄中分离得到7株内生放线菌,而其中的XJEG-GA-6对7种植物病原菌具有较好的拮抗作用,尤其是对玉米大斑病菌的拮抗作用显著抑菌圈大于20mm,并且在该菌株的代谢产物中检测出生物碱成分[19]。黄丹虹等[20]以内蒙古赤峰等地产的麻黄为材料,进行植物内生真菌的分离、纯化,得到141株内生真菌,体外抗氧化、抗肿瘤等活性测定表明,有11株内生真菌对H2O2具有较好的清除活性,占菌株总数的7.8%;有27株内生真菌对Raji和Hep G22具有肿瘤细胞毒活性,占菌株总数的19.15%,其中以抑制悬浮Raji细胞为主。此外,在141株菌中,有74株对一种或二种以上的指示菌显示出抑菌活性,占菌株总数的52.48%。该实验结果表明,麻黄中含有丰富的内生真菌,是抗氧化/抗菌及抗肿瘤等活性物质的重要来源,为进一步从中草药植物中分离筛选新药先导化合物提供了科学依据。彭辉等采用常规的分离纯化方法从麻黄草质茎中分离出5种内生真菌,经初步筛选得到可能产生生物碱的菌株Mh3和Mh5。进一步研究表明,Mh5为能产生麻黄生物碱类物质的内生真菌[21],这些对进一步了解植物-内生真菌的相互关系、开发我国植物内生真菌的药用资源以及濒危药用植物的生态保护等均具有重要的理论意义和潜在的应用价值。

  我国是全球天然麻黄的最大产地,也是世界上主要生产麻黄素的国家。随着制药业的发展,国内外对麻黄资源的需求不断增加[22]。目前,每吨麻黄碱的生产需要消耗200~300吨的麻黄草,每公顷麻黄产量为15吨左右,一个50吨麻黄碱的生产厂家,每年约需1000公顷的麻黄。长期以来,麻黄的加工原料主要依赖采收野生资源,导致植被破坏严重,产量和品质逐年下降。2000年起,我国开始禁止滥挖发菜、甘草、麻黄草等固沙植物,在19个省、市、自治区全面启动天然林保护工程[7]。为了保护现有的天然资源,在采收麻黄草时要求留有母株,禁止连根采挖。现在人们正利用各种不同的方法如组织培养[22,23]、化学合成[24]、生物转化法[25]、转基因微生物发酵等[25]方法开发麻黄资源。利用细胞悬浮培养提取次级代谢产物的优点是不受环境生态和气候条件的限制,增殖速度比整个植物体栽培快,且有用物质的含量一般较高,但在生产工艺、细胞株遗传稳定性和成本等方面仍存在问题。生物转化法具有反应条件温和、反应速度快、转化率高、得到的产品纯度高等优点,但是麻黄碱的生产最终依赖苛刻的化学条件来实现,造成生产成本较高,是制约生物转化法生产麻黄碱的主要原因。转基因微生物发酵法是通过对生物转化法中关键酶的研究,利用转基因微生物或通过纯化得到大量酶来生产麻黄碱的一种方法,也是基因工程技术发展的必然结果。显然,利用生物技术开发麻黄资源将是未来的发展方向。

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