中药材生产的化学调控探讨△

胡国强，袁媛，秦双双，杨兆春

(中国中医科学院中药研究所，北京 100700)

中药资源

中药材生产的化学调控探讨△

胡国强，袁媛*，秦双双，杨兆春

(中国中医科学院中药研究所，北京 100700)

综述了中药材生产化学调控的意义、方法、原理和应用，植物化学控制技术可以定向调控中药材的生长发育和有效成分的积累，以使药材的质量得到改善，在中药材标准化栽培领域将发挥重要的作用。

药材栽培；化学控制；定向调控

随着对中药材需求的急剧增加，野生中药资源，尤其是道地药材资源受到严重破坏，严重制约了我国中医药的可持续发展。药材的人工驯化和规范化种植已成为解决目前药材紧缺的重要手段之一，但栽培药材的质量存在着参差不齐的状况，这与药材种植地的气候特征、栽培措施、采收时期等均有着密切的关系。如何寻找一种高效的方法使之能够改善植物的生长周期、物质含量、化学成分及实用效价等已成为今后药用植物栽培管理的主要研究方向和目标。

外界因素对药材的生长及有效成分积累的影响都离不开植物激素信号的调控。通过施用植物生长调节剂可以控制植物体内激素的动态平衡，从而影响植物的生长发育，已得到研究者的广泛共识。随着科技的发展和日趋成熟，通过特定技术手段人为地使事物的发展朝着有利于人们生产和生活的方向已成为可能，以植物生长调节剂为基础的质量化学控制方法作为一种新兴的科学技术，正逐步成为控制药用植物生长和药材生产的重要内容。

本文介绍了中药材生产化学调控的研究内容和方法，通过分析近年来在相关领域研究的进展情况，说明了化学控制技术在中药材质量和产量上的重要作用，及在药用植物栽培上的便捷应用和突出成效，以期对今后开展药用植物化学调控研究及中药材标准化栽培具有重要的参考价值。

1 中药材生产化学调控的意义和优越性

植物生产化学控制是指用植物生长调节剂来有目的地调控植物的生长，是增加农产品产量、改进质量和便利采收的技术，非常经济有效[1]。植物的种子萌发、分化、生长、开花、结实、成熟、脱落、休眠等过程，无一不受植物激素的控制。植物激素在植物生长发育方面起着关键的调控作用，而植物化学控制是通过应用植物生长调节剂，通过影响植物内源激素系统而调节植物的生长发育过程，使其朝着人们预期的方向和程度发生变化的技术手段。所以植物的化学控制在植物的生长发育方面有其优越的先决条件。植物生长调节剂之所以能改变植物的生长发育过程，主要在于它们可以影响植物内源激素的合成、运输、代谢、与受体的结合以及此后的信号转导过程[2]。水肥运筹、株行配置等传统栽培措施重在改善水分、养分、光照等环境因素，为植物生产潜力的发挥创造条件；而植物的化学控制则在于主动调节植物自身的发育过程，不仅使其能及时适应环境条件的变化，充分利用自然资源，而且在个体与群体、营养生长与生殖生长的协调方面更为有效。

在中药材生产上，植物化学控制作为一门新的学科在研究植物生长物质对药材生长、发育、贮藏等过程的影响也发挥着重要的作用。它不仅为现代化中药生产提供了一种新的技术方法，而且以植物生长物质作用于药用植物的生理研究为基础，对其生长、发育过程予以调控，可以促进药用植物的扦插快繁殖、矮化植株、协调营养物质分配、打破种子休眠、促进萌发、调节营养生长和生殖生长、延长生育期、提高产量，从而获得能够满足人们要求的中药材产品。

2 植物激素与中药材有效成分的相互作用

目前激素与次生代谢物间的相互作用研究是生命科学领域的热点，随着植物激素的生理功能与作用机制研究的不断深入，人们发现植物激素与次生代谢物质存在不同层次的相互作用，并共同调节植物的生长发育、对逆境的适应以及植物的防卫反应等。植物次生代谢产物可根据其生物合成的前体分为三大类：(1)生物碱类，吲哚丙酸(IPA)、吲哚丁酸(IBA)及茉莉酮酸等植物激素或作为生物碱合成的主要前体物质和中间代谢物质，可能参与生物碱的合成，对植物的有效成分积累有直接或相关的作用。(2)萜类，在植物五大激素中，脱落酸(ABA)、赤霉素(GA)和细胞分裂素(CTK)的生物合成的前体物质均包括异戊烯基蕉磷酸(IPP)，因此这3种激素与萜类化合物具有直接或间接的相关性。(3)酚类，生长素(IAA)和脱落酸(ABA)等植物激素与这些途径的中间代谢物质都有联系，也能通过调控酶的活性间接地对酚酸类化合物的合成产生影响[3]。

植物次生代谢物质一般是中药材的主要药理活性成分，通过调控植物自身内源激素和有目的性的施加植物生长调节剂改变中药材的质量已成为现今研究的重点，并在实践中取得了很大的成效。Rijhwani等[4]用果胶酶、甲壳质、茉莉酮酸3种诱导子分别添加到长春花毛状根培养的后期指数期，结果发现茉莉酮酸对生物碱积累的影响较明显，增加了阿玛碱、蛇根碱、洛克新碱的含量。于树宏等[5]研究表明茉莉酸甲酯(MJ)可提高野葛毛状根中葛根素、大豆苷元、总异黄酮的水平，ABA对总异黄酮的合成与分泌等也有显著的促进作用。已有足够的证据表明，茉莉酸类物质主要是通过诱导细胞色素P450酶的活性的提高来促进植物次生代谢物质的生物合成。王学勇等[6]通过实验首次证明了茉莉酸甲酯能有效提高丹参酮类成分在丹参毛状根中的积累并刺激其向培养基中释放。

3 植物生长调节剂在中药材生产上的应用

植物生长调节剂的种类很多，但根据其来源、作用方式、应用效果等大体分为以下几类。

3.1 生长素类

生长素类是农业上应用最早的生长调节剂。最早应用的是IPA和IBA，目前生产上应用最多的是IBA、萘乙酸(NAA)、3-吲哚丁酸(2，4-D)。生长素类的主要生理作用为促进植物器官生长、防止器官脱落、促进坐果、诱导花芽分化。马文景等[7]发现在亚硫酸铋琼脂(BS)培养基上，对不同浓度的NAA可以显著提高桅子生根的数量。

3.2 赤霉素类

赤霉素种类很多，已发现有121种，都是以赤霉烷(gibberellane)为骨架的衍生物，目前市场供应的多为赤霉素3(GA3)。赤霉素类主要的生理作用是促进细胞伸长、防止离层形成、解除休眠、打破块茎和鳞茎等器官的休眠，也可以诱导开花、增加某些植物坐果和单性结实、增加雄花分化比例等。例如在金银花现蕾初期喷施GA3和油菜素内酯(BR)对金银花的盛花期几乎没有影响，但对始花期分别有提前、延迟的作用，且可以提高绿原酸的含量[8]。赤霉素浸种还有利于提高党参种子发芽率[9]。

3.3 细胞分裂素类

细胞分裂素类是以促进细胞分裂为主的一类植物生长调节剂，都为腺嘌呤的衍生物。常见的人工合成的细胞分裂素有：激动素(KT)、6-苄基腺嘌呤(6-BA)和四氢吡喃苄基腺嘌呤(PBA)等。细胞分裂素类主要的生理作用是促进细胞分裂、诱导芽分化、促进侧芽发育、消除顶端优势、抑制器官衰老、增加坐果和改善果实品质等。不同浓度的激动素(KT)对菊花绿蕾期叶片生理生化及花期有推迟或延长影响[10]。

3.4 乙烯类

乙烯因在常温下呈气态而不便使用，常用的为各种乙烯发生剂，它们被植物吸收后，能在植物体内释放出乙烯。乙烯发生剂有乙烯利(CEPA)、橄榄离层剂(Alsol)、二氯-双(酚甲氧基)-硅烷(CGA-15281)、1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)、环己亚胺等，生产上应用最多的是乙烯利。乙烯利在生产上的主要作用是催熟果实、促进开花和雌花分化、促进脱落、促进次生物质分泌等。黄凤兰等[11]研究通过基因工程手段将乙烯信号转导途径和生物合成途径的相关基因转化到植物体内，从而延长花期的应用，将生物技术与化学调控技术有机结合起来，具有很好的应用前景。

3.5 生长抑制剂和生长延缓剂

生长抑制剂是抑制植物顶端分生组织生长的生长调节剂，可使细胞的分裂减慢，伸长和分化受到抑制。但能促进侧枝的分化和生长，破坏顶端优势，增加侧枝数目，使植株形态发生很大变化。常见的生长抑制剂有三碘苯甲酸(TIBA)、整形素、青鲜素(MH)等。生长延缓剂是抑制植物亚顶端分生组织生长的生长调节剂，使植物的节间缩短，株形紧凑，植株矮小，但不影响顶端分生组织的生长、叶片的发育和数目、花的发育。常见的生长延缓剂有矮壮素(CCC)、助壮素(Pix)、多效唑(PP333)、烯效唑(S-3307)、比久(B9)等。随着B9浓度的增高，菊花株高呈逐渐降低趋势；B9和CCC都可延迟菊花的开花期，显著增加菊花叶片中的叶绿素含量[12]。在增叶期用PP333，B9、MH单独或混合物喷施，可有效控制当归早期抽苔，提高根重和根冠比，缩短第1茎节长度，增加基节粗度，促进叶片光合作用，使根头体积增大，提高优等当归出成率[13]。

3.6 其他类生长调节剂

有一些新发现和新合成的植物生长调节剂具有与上述调节剂不同的作用方式或机理，由于对其性质尚未完全弄清，暂归为一类。如玉米赤霉烯酮、寡糖素、三十烷醇等。

4 中药材生产化学调控的应用前景

植物生长调节剂对药用植物生长发育、有效成分含量的影响，说明化学调控在调控药材生产方面发挥重要的作用。利用植物化学控制技术可以在中药材生产方面有效地减少人力物力的消耗以及自然环境的限制，简便且更有利于产业规模化，为中药走向国际化提供一个优势的平台。目前，中药材生产的化学调控研究尚处于起步阶段，相关研究报道甚少。

由于不同药材的生长发育特征、采收规律、对水肥的要求不同，对不同的植物生长物质也有着不同的反应，因此如何根据这些特点采用相应的试剂进行处理，实现“定向调控”，以获得预期的化学调控效果，如开发人工种植新技术、缩短药材生长年限、控制药材有效成分的积累，使得不同产地生产的中药材质量保持稳定等是中药材生产化学调控在应用方面的主要研究方向。而进一步阐明中药材化学调控的生理机制，可为应用于生产实践打下基础。寻求如何突破植物生长调节剂新品种开发的“瓶颈”，保障为植物化学控制技术提供新的物化载体，也是当前研究的重要课题。随着细胞水平、分子水平、基因水平的研究技术日益完善，生物学科与化学学科的交叉应用也如火如荼地进行着，并且也取得了可喜的成效，植物激素工程作为其中重要的一个方向也越来越得到广泛的重视。

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中国博士后科学基金(2009450559)

*袁媛，E-mail:yyuan0732@gmail.com

2010-02-04)