山豆根主要活性成分含量及影响因素研究进展

袁丛军，令狐克念，王浩东，3，汪莎，戴晓勇，丁访军*，吴华丽

（1.贵州省林业科学研究院，贵州 贵阳 550005；2.贵州荔波喀斯特森林生态系统国家定位观测研究站，贵州 荔波558400；3.贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025；4.贵州省林业信息宣传中心，贵州 贵阳 550001）

山豆根（Sophorae Tonkinensis Radix et Rhizoma）是豆科（Fabaceae）槐属（SophoraL.）植物越南槐（Sophora tonkinensisGapnep.）的干燥根和根状茎，别名广豆根或苦豆根。其根、茎和全株均可入药，是一种药用价值较高的中药材，被《中国药典》收载，具清热解毒、止痛等功效，是生产治疗咽喉疾病中成药的主要原料之一［1］。因根部含有多种生物碱（苦参碱、氧化苦参碱等）具有抗癌和抗霉菌作用，常用于民间治疗家禽口蹄疫病，与中药黄连（Coptis chinensisFranch.）享有“苦口良药”之称［2］。由于过度开发和栖息地退化，近年来山豆根的野生资源迅速减少，甚至在许多分布区濒临灭绝［3］。然而关于山豆根的研究和综述大多集中在药理性质和化学成分，缺乏光温水等环境因子及人为栽培管理对主要活性成分影响的研究报道，未形成山豆根高效培育的配套关键技术支撑产业发展。本文系统梳理近年来有关山豆根植物根、茎和叶的主要活性成分、含量特征，以及影响主要活性成分含量的影响因子，揭示支撑山豆根人工种植高质量产品的关键技术，以期为山豆根的优质丰产人工培育提供理论依据。

1 山豆根主要活性成分

1.1 生物碱

山豆根含生物碱共20多种，包括大量苦参碱（Matrine）、氧化苦参碱（Oxm atrine）和少量金雀花碱、臭豆碱、槐醇和槐果碱等，其中苦参碱和氧化苦参碱是主要药用活性成分［4］，具有抗癌、消炎和抗菌等功效［5-7］。山豆根生物碱的含量受提取工艺和生长环境因子的影响［8-11］。研究发现除山豆根的地下根和根茎外，地上茎和叶也能提炼出一定含量的苦参碱和氧化苦参碱，但山豆根地上器官生物碱含量的研究还存在争议［12-13］，有关山豆根各器官及不同种植年限等生物碱含量研究有待加强。

1.2 黄酮类

山豆根富含黄酮、二氢黄酮、异黄酮等化合物，发现的已有108种［1，14］，其中以二氢黄酮类化合物为主［15］，黄酮类化合物在山豆根各个器官中存在差异分布，含量为根（1.10%） ＞ 叶（0.43%） ＞ 茎（0.36%）［13］，根是提取黄酮类活性成分优先部位。山豆根黄酮类对自由基具有良好的清除作用，对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）也有明显抑制作用，采用优选的超声-微波协同提取工艺得到其黄酮提取率达10.380 mg/g［16］。

1.3 多糖类

山豆根的根、茎和枝富含多糖类物质并具良好的抗氧化活性［17］、清除亚硝酸盐和活性氧自由基功能［18］，对增强免疫力、促进抗体生成有显著作用［19］。水煎煮提取法是获取总多糖较高效的方法之一，依次采用水提法、碱提法提取分离出8种多糖组分［20-21］。采用响应面法优化山豆根多糖提取工艺，多糖得率为3.98% ± 0.15%［22］。山豆根地上部分茎枝多糖提取技术优化与工艺熟化，为其资源高值化利用提供重要途径。此外，山豆根多糖能够提高罗非鱼的免疫力，降低死亡率，该研究为山豆根多糖资源功能性饲料开发利用提供新途径［23］。

2 山豆根生物学特性与生境特征

山豆根是我国典型的多年生木本药用植物，常见于喀斯特山地，主要分布在中国南部和越南北部的喀斯特地区。我国主要分布于广西、贵州和云南等地，生境主要为具有岩石或石灰石基质的喀斯特环境［24］。喀斯特山地具有土层浅薄、岩石裸露、阳光曝晒、缺磷少氮等特点［25-26］，土壤养分、水分缺乏、高温等环境因子均可能制约山豆根健康生长。

3 非生物因素

3.1 水分条件

近几十年来，中国南方岩溶地区经历了水文干旱的极端多变气候条件［27］。植物对干旱的适应是非常复杂的生理生态问题，干旱胁迫会破坏植物体内自由基生产和消除的平衡性。山豆根相对耐受干旱胁迫，轻度干旱胁迫促进苦参碱和氧化苦参碱在山豆根中的积累，轻度干旱胁迫能显著增加山豆根的生物量，重度干旱胁迫下叶片则表现为严重萎蔫，严重的干旱胁迫可能导致叶绿体中产生过多的超氧化物，阻碍了山豆根正常的光合作用并抑制植物生长［28］。研究发现严重干旱胁迫会激活山豆根叶片内的超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶水平，加强了清除自由基的能力，降低活性氧的浓度，让山豆根维持生长，但干旱胁迫依旧对山豆根造成伤害［29］。生长在石灰岩地区阳光充足的山顶或山坡灌丛石缝中的山豆根，间歇性的水分亏缺使药材产量与质量受到影响［30］。有关水分对山豆根黄酮、多糖等活性物质影响报道较少，未来相关研究需要加强。

3.2 养分特征

营养物质作为植物生命活动必不可少的物质条件，常以各种有机和无机形式存在于土壤中，主要包括N、P、K、Ca等元素。N、P、K 3种营养元素对山豆根的生长影响效应不同，其中N、P对山豆根茎粗有显著影响，2者含量与茎粗成正比；K是山豆根叶片增长量的主要影响因素，N、P能明显促进氧化苦参碱含量的合成，3种元素不影响山豆根苦参碱的合成，可能存在其他诱导苦参碱合成的影响因素。研究显示采用N ∶ P ∶ K = 3 ∶ 1 ∶ 1.5时，对促进山豆根生长和提高有效成分含量有积极的促进作用［31］。适量的施肥水平有利于活性成分苦参碱和氧化苦参碱的积累［32］。土壤富钙而偏碱性是喀斯特的典型环境特征，钙元素参与调节植物的生长和发育，增加植物对非生物压力源的耐受性［33］。随着Ca2+浓度的增加，山豆根的根和茎叶中苦参碱和氧化苦参碱的含量均呈逐渐升高的趋势［34］，关于外源钙对山豆根主要活性物质的影响研究有待加强，尤其是结合喀斯特高钙的石质生境。

3.3 温度条件

山豆根生长于中国南方石灰岩地区，年平均气温18～22℃，属于适宜山豆根生长及有效成分积累的有效温区，在这个区域内，适当增加温度能促进山豆根生物碱的有效积累，并且山豆根生物碱与年平均气温之间呈显著正相关。然而山豆根生物碱在6月、7月、8月高温月份下生物碱均低于其他月份，说明高温是山豆根生长和有效成分积累的主要限制因素［30］。不同的温度对植物生物碱的合成有调控作用，相关研究也证明，低温或高温条件下，植物生物碱浓度均较低，生物碱的合成有适合温区［35］。温度变化对山豆根的发芽率、发芽势和发芽时间都有显著影响，最佳发芽温度集中在25℃，山豆根发芽率和发芽势高，发芽时间最长，35℃以上种子发芽率显著下降［36］。山豆根种子的活力随贮藏时间增长而降低，且研究发现山豆根种子不存在休眠期，因此山豆根更适合随采随播，4℃下贮藏3个月是最佳贮藏方法［37］。

3.4 光照条件

山豆根生长在光照充足的裂缝或山顶，不同的光照强度对它的净光合作用和光能利用率有显著影响。一天中，山豆根的净光合速率和光能利用率在光照最强烈的时间段（12 ∶ 00 ～ 14 ∶ 00）呈下降趋势，表明强光对山豆根光合作用有明显的抑制作用，不利于山豆根光合作用［38］。光是植物生命活动中重要的环境因子之一，对植物次生代谢产物的合成和积累产生重要的影响［39］。相较于自然光，红光、蓝光和白光光源单独处理会降低山豆根全株和各个构件部分的生物量积累，其中只有蓝光有利于幼苗苦参碱和氧化苦参碱总量的提高，且随着处理时间的延长，苦参碱和氧化苦参碱总量越高，蓝光能促进山豆根活性成分的积累，并有可能缩短山豆根药材采收的年限［40］。

4 生物因素

4.1 种植密度

密度是自然界普遍存在的特征，是自然界中重要的选择压力之一。适当的种群密度对植物生长起到促进作用，过高的种群密度会加剧植物对环境资源的竞争［41］。山豆根的生长和有效活性成分积累受不同种植密度显著影响。研究发现山豆根中黄酮、苦参碱和氧化苦参碱含量均随密度升高而增加，当密度到达5.25 株/m2时，3者含量均达到最高。其中黄酮、苦参碱和氧化苦参碱在不同构件中的含量大小依次为：根 ＞ 茎 ＞ 叶，为培育最佳生长质量和最高产量，最适宜种植密度为4.50 ～5.25 株/m2［13］。

4.2 微生物

根瘤菌是与豆科植物结瘤的共生固氮细菌的总称［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，形成共生体系，有部分根瘤菌生活在豆科植物的根系内部组织、或附着在根系表皮细胞等，和豆科植物结合形式多样，但不会对宿主产生感染的细菌或真菌，并能提高植物对逆境的适应性。山豆根接种根瘤菌不仅利于根瘤的形成，还能通过根瘤的生物固氮来积累氮素，促进山豆根生长和有效成分如苦参碱和氧化苦参碱的积累，可应用于提高山豆根产量和品质的农业生产中［43］。内生真菌是附着于山豆根根系内部的部分根瘤菌，同样对山豆根的生长有促进作用。如唐玉娟［44］对野生山豆根中提取的多种内生真菌中均有产生吲哚乙酸、溶磷能力、产铁载体能力，对山豆根苗具有明显的促生根作用，包括促进植株高度、茎干增粗、地下生物量和地上生物量等生长，这与上述根瘤菌对豆科植物积极作用一致。

5 人工栽培技术

5.1 优质种质选育

山豆根品质的影响因素取决于生态因素和遗传特征，生长环境造成山豆根质量高低差异，植物对当下环境的一系列生理和形态的响应离不开其生活史早期或者亲本的环境事件经历的影响，相似的研究如驯化、胁迫记忆和跨世代可塑性等。中医界普遍认为，相较于其他地区山豆根，广西山豆根疗效最佳，表明广西山豆根有效成分含量高。姚绍嫦等［30］比较分析广西7个不同地区山豆根生物碱含量，各地区间山豆根生物碱含量呈极显著差异，7个地区生物碱含量高低分别是：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%），且对山豆根生物碱含量受生态因子（气温和降水）显著影响，且共同决定了生物碱含量变化的95.24%。

组织培养技术成为人工栽培山豆根种苗的重要手段，组织培养是一个不断淘汰的过程［45］。研究发现山豆根种子繁殖的组培苗在4代以内，茎段繁殖代数需控制在6代以内，山豆根品质最好［46］。家种山豆根与野生山豆根相比，有效成分含量存在一定差异。用薄层层析法对组培苗植株与野生引种植株的化学成分进行对比分析，野生山豆根根和茎苦参碱含量分别为2.42%和1.70%、氧化苦参碱含量分别为2.36%和1.69%，家种山豆根根茎苦参碱含量为1.78%和1.28%、氧化苦参碱含量为1.73%和1.23%，表明家种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 修剪调控技术

人工栽植培育山豆根是促进该药用资源可持续利用的有效途径。中药栽培生产实践中，摘除花蕾可以节约药用植物生殖活动所消耗的能量及物质使其更多地被用于营养生长，从而提高药用植物的总生物量［48］。研究表明适度割秧有利于获取优质高产的黄芩（Scutellaria baicalensisGeorgi）原料，进而提高药用植物资源和土地的利用率和经济效益；摘除花蕾有效提高林下参（Panax ginsengC. A.Meyer）根部人参皂苷含量、药材整体质量和综合经济价值［49］；重度修剪树冠会抑制根的生长，这个现象会持续到植株长出新芽为止，与重度修剪相比，最小树冠修剪下的根系产量会更高。山豆根药用成分主要存于根系，其有效成分如生物碱、黄酮等在根系含量远高于地上部分含量［13］。目前国内外关于修剪技术对山豆根生长和有效成分影响的研究尚处于空白，深入挖掘山豆根对生物因素的响应机制，是提高山豆根品质的一个新途径。

6 问题与展望

山豆根具有较高的药用和经济价值，其主要药用活性成分具有抗癌、消炎和抗菌等功效，在抗肿瘤、生产治疗咽喉疾病中成药和功能性饲料等方面具有广阔市场前景，值得深入研究与开发。目前，相关研究主要集中在药理和化学成分方面，亟需开展关于如何提高山豆根产量和有效成分积累方面的深入研究：

（1）山豆根的药用部位为其根和根茎，其地上部分被作为非药用部位丢弃，造成了资源的浪费［50］。其生长周期较长，人工种植一般需要3 ～ 4年方能采收，地上部分作为山豆根植株不可或缺的重要器官，对其次生代谢产物的产生、运输和储存具有重要意义。研究报道山豆根地上部分（枝、叶等非药用部位）含有一定量的药用活性成分［50-52］，而有关茎叶药用活性成分含量的研究缺乏统一认识。目前人工种植山豆根逐渐成为市场货源的主要来源，人工栽培技术作为调控目标器官生长的重要手段，如何提高其优质丰产逐渐成为研究重点。研究显示山豆根有效成分含量随生长年限变化，生长3年的山豆根生物碱含量才会明显上升，3 ～ 6年其含量没有明显变化［53］，关于种植年限如何影响山豆根地上和地下有效成分含量及其变化特征的研究有待深入。

（2）山豆根这种对光照的特殊需求有利于林下套种来提高土地高效利用和植物生长，例如山豆根套种百香果，利用百香果需要搭架栽培才能生长和结果特征，有利于山豆根对光的要求，实现资源共享、取长补短、增加单位土地面积收益［54］。种间相互作用会改变局部生境，林下套种山豆根（山豆根套种百香果）模式下，种间相互作用对小气候、土壤养分和微生物的改变如何影响植物生长的研究有待深入。

（3）协同进化是由于生物与环境之间存在作用与反作用造成生物与环境相互适应和补偿［55］。植物生长总受多种生物与非生物环境因素交互作用的影响，研究植物在不同环境水平下生长的功能性状成为探索植物适应环境变化的主要途径。山豆根为喀斯特适生植物，生境多为石灰岩，具有光照强烈、高温和水分不足等特点［30］，植物只有努力去适应环境后才能得以生长和繁衍。其适应这些极端环境时进化较厚的根部木栓层、发达的茎部表皮、厚角和维管组织、叶部具有发达的角质膜和丰富的表皮毛、发达的栅栏组织和叶脉，这些生理生态性状是其适应生长困难岩溶生境的重要基础［55］。而多种非生物和生物因素交互作用对山豆根有效成分影响的研究目前处于空白，更缺少山豆根生物量分配、构件性状这种交互作用的响应。有关非生物因子对山豆根影响的报道集中在光照、水分和养分等方面，缺乏探索喀斯特微地形或小生境（石槽、石沟、石面）类型对山豆根生长的有效成分积累影响，深入揭示生境与植物互作机制，对开展石漠化山区药用经济型植物恢复意义重大。