宁夏枸杞的生物学和化学成分的研究进展

・796・中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第39卷第5期2008年5月宁夏枸杞的生物学和化学成分的研究进展郑国琦1,2,胡正海1摘要:宁夏枸杞是我国传统的名贵中药材和重要经济作物。近年来国内外对宁夏枸杞开展了多方面的深入研究。现就其原植物、营养器官和生殖器官的形态解剖、核型分析、组织培养、抗性生理、分子生物学等生物学特性及其主要药用成分枸杞多糖、甜菜碱、类胡萝卜素、黄酮、维生素等的研究进行综述,以期为今后的研究提供参考。关键词:宁夏枸杞;生物学;药用成分和宁夏枸杞。但是,长期以来,对这两种枸杞的记述十分混始见于《神农本草经》列为上品,被历版《中国药典》收载。其版的《中国药典》将两种枸杞均予以收载,而1977年版以后味甘、性平,归肝、肾经,有补肝、益肾、明目的功能,用于虚劳只收载了宁夏枸杞。精亏、腰膝酸痛、眩晕耳鸣、内热消渴、血虚萎黄、目眩不明等宁夏枸杞又名甘枸杞,主要分布在我国川北、华北北部、病症。现代医学研究证实,枸杞具有补肾养肝、润肺明目、增内蒙古、陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆。从植被角度分析,其强免疫力、防衰老、抗肿瘤、抗氧化,抗疲劳及协同防癌等多是草原荒漠区分布种。由于在我国有悠久的栽培史,该种在方面的药理作用。枸杞还是营养增补剂(功能食品)、食品的1740—1743年被引入法国、欧洲及地中海沿岸国家栽培并重要原料,受到中外医家与食疗家的高度重视。随着近现代变为野生。该种的变种黄果枸杞只在宁夏银川地区见到,多医学对枸杞子药理成分的深入研究以及人们对健康的新认长在田边和宅旁。目前,宁夏枸杞的主要产区集中在宁夏、新识,其消费量迅速增加,宁夏枸杞栽培面积和范围也逐步扩疆、内蒙古和河北。大,促进了枸杞产业的迅猛发展。因此,如何保证和提高宁夏枸杞的质量是当前的重要问题。为了探索宁夏枸杞果实结构发育与其主要有效成分的合成和积累机制,充分利用这一重生植物和盐生植物叶的共同特征。冯显逵等[3]研究发现,其要药用资源,应科学合理地指导宁夏枸杞的规范化种植。本叶肉质化,叶表有发达的角质膜,叶内栅栏组织发达,维管束文对近30年来有关宁夏枸杞生物学特性及主要活性成分的及维管束鞘十分发达,而且叶细胞中有大量草酸钙砂晶,反研究进展进行综述。映其体内细胞汁液浓度高,胞内有较低的渗透势,从形态上1宁夏枸杞的生物学特性看,具有抗旱耐盐的形态结构。生长于盐生环境的宁夏枸杞A叶内叶绿体变化较多,富含淀粉粒,而中生环境生长的,叶绿杞隶属于茄科(Solanaceae)茄亚科(Solanoideae)枸杞族枸杞体内外膜和类囊体正常,数量丰富,淀粉粒很少,细胞内细胞器丰富。通过对其叶进行的差异显著性检验结果表明,盐生五省区、河南、河北和天津地区的枸杞属植物进行了深入调环境生长的宁夏枸杞叶片显著增厚,上下角质层显著地变查,确定了中国枸杞属种质资源7种和3个变种,即宁夏枸薄,上表皮细胞和栅栏细胞变化不显著,但栅栏组织层显著加厚,海绵组织层变化不显著,且盐地生长的叶绿体中含有较多的淀粉粒。淀粉是细胞的重要能源之一,生长在盐生环境中的植物,由于受到了盐分的影响,各细胞器可能难以充分发挥各自的功能,会使植物生长受阻,光合产物以淀粉形式累积下来,提供能量,保证植物很好生长,这可能是植物的一种抗盐形式[4]。重要依据之一。宁夏枸杞3个品种大麻叶,宁杞1号、2号的种。在这些种类中,我国传统医药广泛利用的有两种,即枸杞花粉在形态、大小、纹饰、沟孔等方面十分相似,为不同程度作者简介:郑国琦(1977—),男,宁夏银川人,讲师,在读博士生,主要从事植物学及植物生理学教研工作。Ξ(11西北大学生命科学学院,陕西西安710069;21宁夏大学生命科学学院,宁夏银川750021)中图分类号:茄282枸文献标识码:夏文章编号:0253-2670(2008)05-0796-05barbarumL1的干燥果实,是常用滋补类中药材,药用记载乱。考证我国古书112形态解剖学特征11211叶的解剖结构:宁夏枸杞叶的结构表现出明显的旱111植物资源分布:根据D’rcy的茄科植物系统,宁夏枸属(LycieaeL1)[1]。20世纪70年代,路安民[2]等对我国西北杞、枸杞L1chinenseMill1、黑果枸杞L1ruthenicumMurr1、新疆枸杞L1dasystemumPojark1、截萼枸杞L1truncatumY1C1Wang、柱筒枸杞L1cylindricumKuangetA1M1Lu、云南枸杞L1yunnanensKuangetA1M1Lu7个种和黄果枸杞(L1barbarumL1var1auranticarpumK1F1Ching宁夏枸杞变种)、北方枸杞(L1chinenseMill1var1potaniniiPoPorkrk1vaA11rubricau枸杞变种)、红枝枸杞新疆枸杞变种)stem个变Ξ收稿日期:国家自然科学基金资助项目,Tel:[phone]mail:sina.com3通讯作者胡正海Email:Ezhenghaihu@[e-mail]11213胚胎学:宁夏枸杞以果实为主要药用部位,因此,与明,在造孢细胞时期,药隔薄壁细胞,表皮和药室内壁细胞11214果实发育过程及果实解剖结构:果实是枸杞的主要变期:果实继续发育,果色变化为绿2黄绿2红黄2黄红色,果中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第39卷第5期2008年5月・附1・的椭圆形,三孔沟,沟窄长,内孔分布整个花粉表面,显著,以宁杞1号花粉粒表面孔数最多;多数花粉的沟间距为2个相等,1个不等,成为二侧对称型。而宁夏枸杞的变种黄果枸杞的花粉近似圆球形,内孔分布于整个花粉粒表面,三孔沟,沟窄长,沟间距相等,为典型的3合体花粉,在大小、外壁纹饰细微结构等方面与3个品种存在着显著差异,这反映了其与3个品种宁夏枸杞亲缘关系较远[5]。从而反映枸杞的花粉形态特征在划分品种与品种之间的关系方面,具有十分广泛的参考意义。果实发育密切相关的胚胎学相关研究引起了国内的相关学者的重视。田惠桥[6]对宁夏枸杞的大、小孢子发生及雌雄配子体的发育做过光学显微镜的观察:在幼小花药横切面上,每个角隅处可见一层拱形孢原细胞,以后经过平周分裂形成初生造孢细胞、次生造孢细胞,发育为小孢子母细胞。减数分裂过程中胞质分裂为同时型。四分体为四面体型。成熟花粉粒含二细胞,具三孔沟型萌发孔。花药绒毡层由2部分组成:药壁区的绒毡层由初生壁细胞所产生,药隔区的由药隔细胞直接转化成,为双重起源,呈二型性,属分泌型。雌蕊由2个心皮构成二室子房,中轴胎座。倒生胚珠具单珠被、薄珠心,珠被绒毡层。胚囊发育为蓼型。在胚囊细胞分化后,组成胚囊的4种细胞继续发育,表现出各自的形态学变化。对宁夏枸杞胚胎学研究发现,其胚胎发生属茄型,由合子第一次横分裂形成的顶细胞发育成胚体,基细胞仅分裂3次,形成6细胞胚柄。胚乳发育绝大部分属细胞型,仅少数部分属核型胚乳。从比较胚胎学的角度看,核型胚乳是一个比较原始的性状,而细胞型胚乳则为进化特征之一[7]。因此,在宁夏枸杞中,少数核型胚乳的出现很可能是一种返祖现象。除宁夏枸杞外,枸杞属其他枸杞品种的胚胎学研究目前尚未见到相关的研究报道,因此,对枸杞属各种的胚胎学还有待进一步研究。徐青[8]运用透射电子显微镜和组织化学技术,对宁夏枸杞花药的发育过程做了详细的观察。发现其花粉发育过程中在花粉母细胞细线和偶线期,核糖体数量减少,线粒体结构简化;之后核糖体数量逐渐回升,后期线粒体结构恢复正常。小孢子液泡化过程中核糖体再次减少,同时线粒体和质体结构简化;在早期二胞花粉中,核糖体数量增加、线粒体和质体结构再度分化。花粉母细胞和小孢子发育过程中都存在“细胞质改组”现象,且这两次“细胞质改组”与细胞功能的转变密切相关。在次生造孢细胞、花粉母细胞和小孢子后期都有液泡数量明显增加或体积增大的过程。前两次液泡的增加可能参与了其胼胝质壁的构建;而小孢子晚期中的大液泡则创造了一种极性为其不等分裂做好了生理和结构上的准备。对枸杞花药发育过程中营养物质代谢的变化特征的研究表[9]中开始积累淀粉粒,而造孢细胞、绒毡层细胞和中层细胞中则没有淀粉粒。在四分体时期,绒毡层细胞开始积累脂滴并且数量逐渐增加。到小孢子晚期,绒毡层细胞降解,内含脂滴流入药室中。在小孢子发育过程中既没有淀粉粒也没有脂滴积累,直到二胞花粉的大液泡消失后花粉粒中才开始积累脂滴,然后又开始出现淀粉粒。故成熟花粉中的营养储存物是脂滴和淀粉粒。杨淑娟等[10]研究了宁夏枸杞花药发育过程中钙的分布特征:在孢原细胞时期的花药中钙颗粒很少;在造孢细胞到小孢子母细胞时期,花药中钙颗粒增加;当花粉母细胞进行减数分裂时,花药中的钙颗粒进一步增加,尤其是在小孢子母细胞的胼胝质壁中;在小孢子发育早期,花药药隔部位的绒毡层细胞质中钙颗粒也明显增加并特异性地分布在其内切向壁上;当小孢子被释放出后,钙颗粒开始特异性积累在正在形成的花粉外壁中,尤其在萌发孔的部位聚集了大量的钙颗粒;当小孢子形成大液泡时,其细胞质中的钙颗粒明显减少;在小孢子分裂形成二胞花粉后,二胞花粉的大液泡中又特异性地出现许多细小钙颗粒。随着二胞花粉的大液泡完全消失,其细胞质中又出现了许多钙颗粒。接近开花时的成熟花粉粒细胞质中,细小的钙颗粒主要分布在营养细胞和生殖细胞中。枸杞花药发育过程中钙的分布特征反映了其参与调控花粉发育过程。这些研究一方面丰富了花药的基础研究内容,另一方面进一步揭示了枸杞雄性生殖规律,为探索宁夏枸杞有性生殖机制,提供了理论依据。药用器官,它的形态发育过程和结构特征对枸杞产量的形态和枸杞有效成分的积累有直接影响,因此,成为解剖结构研究的主要对象。枸杞果实的发育过程从开花到成熟约35d。根据花、子房、果实颜色的变化情况初步划分为4个时期,即果实形成期:自开花到花冠谢落,即开花,传粉,受精,坐果,约5d;此时花柱干枯,柱头黑色,子房绿白色明显膨大;果实青果期:子房由绿白色变为果粒露出花萼,继续伸长、肥大,至果粒出现色变止,历时17～20d,此时果肉致密,种子与果肉紧贴不易剥离,种子白色,种皮不致密,胚乳充实;果实色肉致密,内含物增多,叶绿体转化为有色体,种皮硬化,胚乳饱满,子叶幼胚形成,子叶微弯曲,稍不等长,历时10～12d;果实成熟期:果实一面肥大,一面成熟,成熟最显著的标志是果粒鲜红和明亮,当果色由黄红色变为鲜红色时,果粒横径迅速肥大,果面由不发亮变至发亮,果蒂疏松,果粒软化,甜度适宜时即为完熟[11]。宁夏枸杞果实为肉质浆果,是由上位子房两心皮发育形成的真果,胚珠着生在中轴胎座上。食用部分主要是果皮,胎座组织仅占小部分。果皮是由子房壁发育而来,分为外果皮、中果皮、内果皮。外果皮有一层紧密排列的长方形细胞构成,由心皮外侧的表皮发育而来,相当于果实外侧的果皮部分,外表具表皮毛。中果皮主要由多层薄壁细胞组成,细胞呈不规则型,细胞间隙大,当果实成熟时发育成多汁的果肉,是主要的营养物质贮存场所;另外,在中果皮的薄壁组织中,散生着多束双韧维管束。内果皮由一层长方形的细胞紧密排列而成。胚珠着生在肉质胎座上,枸杞果实为中轴胎座,两心皮构・附2・中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第39卷第5期2008年5月成两室子房,胚珠生于中央轴上。胎座主要由薄壁细胞组成,内部也有维管束,成对出现,一般有2～3对。术之一。我国枸杞属植物目前仅对宁夏枸杞和枸杞的染色体核型进行了研究。不同研究者对宁夏枸杞染色体数目研究结果都相同,即其染色体数目为2n=24,偶见2n=20、22等情况,未见B染色体及多倍体现象。所不同的是由于染色体类型、染色体的分布,造成宁夏枸杞核型公式方面存在差异,其原因可能与观察时期不同造成的误差有关,也可能是不同材[12]布于不同地区的宁夏枸杞一起进行平行实验,可能会全面了解该物种的核型组成的多态性。品种的培育。宁夏枸杞组织培养中,再生植株的形态发生主要有器官发生和胚状体发生两条途径。国内科技工作者在枸杞组织培养器官再生方