天麻研究進展

王 強,王 濤,徐 德,王志德,黃 娟,李 益, 謝 洲

(四川省達州市農業科學研究院,四川 達州 635000)

天麻為蘭科植物天麻的干燥塊莖,富含氨基酸、微量元素、多糖等生物活性物質,具有增智、延緩衰老、預防和治療中樞神經系統疾病等作用[1-3]。由于生長方式獨特,野生天麻已被列入《國家重點保護野生植物名錄》和《中國珍稀瀕危保護植物名錄》[3]。隨著國內外學者對天麻生物學特性、栽培技術、化學成分、藥理研究等方面的研究和《關于對黨參等9種物質開展按照傳統既是食品又是中藥材的物質管理試點工作的通知》(國衛食品函〔2019〕311號)、《<天麻、鐵皮石斛、靈芝開展按照傳統既是食品又是中藥材的物質管理方案>的通知》(川衛函〔2021〕363號)等文件的印發,推動了天麻科學合理的開發利用,天麻市場前景將更加廣闊。

1 天麻的本草考證

歷代本草記載天麻名稱較多,如赤箭、定風草等,對天麻基源有明確記載,即為蘭科天麻屬植物[4]。秦漢時期,天麻正名為“赤箭”,別名為“離母”等,未提及其原植物[5]。魏、晉、南北朝,《雷公炮炙論》首見“天麻”之名;《吳普本草》以“鬼督郵”為正名,“神草”“閻狗”為別名;《抱樸子》則以“獨搖芝”為正名[6-8]。隋、唐時期,《藥性論》以“赤箭脂”為正名,“定風草”為別名;《新修本草》云:“莖似箭竿,赤色,端有花、葉,遠看如箭有羽……中肉如面”,其描述與現代植物學的描述基本一致[9-10]。宋、元、明、清時期,《本草圖經》將赤箭和天麻分列為兩味藥,而《夢溪筆談》《證類本草》《本草綱目》則明確將赤箭和天麻列為一物,以“天麻”為正名[11-14]。民國時期,以天麻為正名,《中國藥學大辭典》詳細描述了天麻的植物學形態特征和生境特征,明確了天麻拉丁名(Gastrodia.Elata.Bl.),并將天麻地下塊莖稱為根[15]。此外,還根據天麻采收時間,用名分為冬天麻和春天麻。新中國初期,明確了天麻地下部分為塊莖,而對蜜環菌的認識仍不清楚,直到70年代末,天麻的植物學形態才逐步清晰,并以天麻為正名,赤箭為別名,同時收載山土豆等地方名。同時,根據產地不同,又分為川天麻、云天麻、貴天麻等[16]。

2 天麻種類及資源分布

蘭科天麻屬植物全世界有20余種,分布于喜馬拉雅山以南各國、東亞諸國、蘇聯遠東地區、新西蘭等地區,歐洲、美洲未發現該屬植物分布。我國有5個種,即天麻、原天麻、細天麻、南天麻、疣天麻,僅天麻入藥。天麻有5個變型,即紅天麻、烏天麻、綠天麻、黃天麻和松天麻,分布于北方、中原及西南眾地[17]。松天麻因折干率低,未引種栽培,其他4個變型品種及不同變型品種雜交培育的新品種為常用栽培品種。

3 天麻生物學特性

3.1 天麻生活史

天麻生活史指種子萌發開始到下一代種子成熟為止。周鉉對天麻生活史進行了詳細觀察和研究,確定了烏天麻生活史的整個過程,即:種子萌發→原球莖→初生塊莖→次生塊莖階段→開花→種子,歷時36個月[4]。然而,天麻一代生活史時長可能因其變型、環境條件的不同存在差異。張維經等研究表明,紅天麻一代生活史所經歷的時間為24個月[18]。

3.2 種子萌發

天麻種子需要在適當溫度、pH值等條件下萌發,萌發時需萌發菌提供營養。通常種子萌發溫度在20～28℃之間,以25℃為適宜溫度,pH值在4.5～7.0之間,以5.0～5.5最適宜,避光培養。

3.3 原球莖的發育

原球莖由萌發胚直接形成,原球莖營養豐富時,其頂端分生組織直接形成初生球莖體,營養缺乏時,頂端分生組織先形成瘦小的初生球莖足,然后形成初生球莖體。當原球莖接上密環菌,形成的初生球莖粗而短,頂端一節迅速膨大形成米麻,同時長出多個互生側芽,側芽頂端一節又膨大形成米麻,當原球莖未接上密環菌,新形成的初生球莖因營養缺乏而消亡。

3.4 初生球莖的發育

新形成的初生球莖營養由下方的原球莖提供,頂端分生組織長出次生球莖足,然后形成次生球莖體。

3.5 次生球莖的發育

初生球莖和次生球莖足為次生球莖生長提供營養,成熟的次生球莖俗稱箭麻,頂端有形似鸚哥嘴的花芽,越冬后抽薹、開花、結實。

3.6 天麻與“兩菌”的關系

3.6.1 天麻種子與萌發菌的關系 沈棟俠、段金玉等研究表明,天麻種子可在不附加激動素的多種無菌培養基中萌發,驗證了天麻種子萌發無需蜜環菌或其他菌類參與,且不需外源激素幫助。隨著徐錦堂等先后從原球莖中分離得到多種萌發菌,證實了天麻種子的萌發屬共生性萌發,并揭示了萌發菌菌絲自胚柄狀細胞侵入胚內,隨著菌絲生長及原胚的發育,天麻種子胚突破種皮得以萌發,進而形成原球莖[19-23]。

3.6.2 密環菌與天麻的關系 Kusano S首次揭示了天麻與蜜環菌之間為共生關系[24]。隨著研究的深入,科學家發現天麻與蜜環菌之間并非是簡單的共生關系?？茖W研究表明,接菌的營養繁殖莖皮層具有3種感染細胞:通道細胞、寄主細胞和消化細胞,當通道細胞被侵入的蜜環菌破壞時,寄主細胞與蜜環菌保持共生關系,而消化細胞則反過來寄生于侵入的蜜環菌細胞中吸收養分,經長期的自然進化,天麻必須靠消化侵入的蜜環菌才能生存,而蜜環菌則能脫離天麻,依靠消化枯枝落葉生存,因此說天麻與蜜環菌間無共生關系,而是寄生與反寄生關系。

4 天麻栽培技術研究

胡勝傳首次公開發表《四川古藺縣天麻栽培方法》一文,徐錦堂等利用蜜環菌菌材伴栽天麻獲得成功,開創了天麻栽培的新紀元。周鉉等運用“帶菌須根苗床法”突破了天麻有性繁殖技術,同時,各地開展了大量的栽培技術研究,形成了較完善的栽培技術體系,常用方法有活動菌材伴栽法,固定菌床栽培法、菌材夾新材法等[25]。隨著技術體系的不斷完善,天麻栽培的場地、材料、方式等隨之發生變化。大棚栽培擺脫了栽培對場地和土質的限制,擴大了天麻生產范圍,白祖云篩選適宜栽培天麻的樹種,李前衛等開展了天麻袋料栽培新方法研究[26-27]。近年來,隨著國家對林下經濟發展高度重視,天麻仿野生栽培技術逐漸成為研究熱點,徐書博等發現胡桃林下套種天麻可取得較好經濟效益,劉威等研究表明紅天麻仿野生栽培最佳組合為南坡、栽培3層,王忠巧等研究表明林下仿野生栽培是有效途的生態栽培途徑[28-30]。天麻組織培養研究鮮有報道,劉能俊將米麻接種至MS半培養基上,出芽率達5.1%,蔡永萍等將米麻接種到誘導培養基中,米麻誘導形成多個分枝新米麻,將箭麻莖尖接種到誘導培養基中,莖尖誘導形成原球莖并長大開花[31-32]。

5 天麻化學成分

研究顯示,天麻存在酚類、有機酸類、多糖及其他成分。酚類及其苷類主要有香莢蘭醛、天麻素、對-羥基苯甲醇、對-羥芐基甲醚、3,4-二羥基苯甲醛、對乙氧甲基苯酚等,其中天麻素、對羥基苯甲醇為藥典指標性成分,2020版中國藥典(一部)中規定天麻素-對羥基苯甲醇總含量不得少于0.25%,甾醇化合物主要有β-谷甾醇和胡蘿卜甙等,有機酸主要有檸檬酸、檸檬酸單甲酯、檸檬酸雙甲酯、琥珀酸等,多糖包含甘露糖、木糖、阿拉伯糖等。此外,天麻中富含維生素A類物質、腺嘌呤、腺嘌呤核甙、新型生物堿、多種氨基酸、抗真菌蛋白、幾丁質酶、β-1、3葡聚糖酶及Fe、Zn等微量元素。

6 天麻的藥理作用

6.1 保護神經細胞損傷

薛柳華等揭示天麻素對體外培養神經細胞的缺血再灌注引起的細胞損傷有保護作用,Hyeon．Ju Kima等研究顯示,天麻乙醇提取物可減少神經細胞損傷[33-34]。

6.2 抗驚厥、抗癲癇

研究表明,天麻提取物可制止豚鼠實驗性癲癇發作,天麻浸膏對抗戊四氮陣攣性驚厥顯著作用,天麻素及其苷元可以延長戊四氮陣攣性驚厥潛伏期,合成天麻素既能較好的對抗癲癇發作,也能較好預防重型大發作發生。

6.3 鎮靜、鎮痛

研究顯示,野生暴躁的猴子在注射天麻素后表現安定,電擊鼠尾法證明天麻有明顯鎮痛作用,熱板法鎮痛實驗表明天麻制劑能顯著提高小鼠痛閾值。

6.4 抗炎、免疫作用

天麻能抑制小鼠耳部炎癥,且能增強其非特異性免疫,研究還發現天麻注射液有抗巴豆油鼠耳炎癥功效。

6.5 促智、抗衰老

實驗顯示,天麻可通過清除自由基促進抗衰老和智力發育。劉建新等發現天麻能促進大鼠大腦膠質細胞群面積增大、數量增多,為臨床應用天麻治療老年癡呆提供了依據,劉中華等揭示天麻素具有預防和治療老年性癡呆的潛在功效[35-36]。

6.6 毒副作用

毒性實驗顯示,天麻素及苷元對血紅細胞、轉氨酶、膽固醇等無影響,心、肝、脾、肺等切片鏡檢未見細胞變性,表明天麻無毒副作用。

7 天麻的分子生物學及基因工程研究

7.1 抗真菌蛋白

胡忠等率先從天麻塊莖中分離了抗真菌蛋白(GAFP),隨后學者對其定位、體外抗菌活性、遺傳轉化等進行了研究,結果表明,GAFP定位于塊莖的表皮和皮層,相對分子量為14kDa,對玉米小斑病菌、棉花枯萎病菌等有顯著的抑制作用[37,38]。王義琴等將天麻GAFP轉入煙草并獲得陽性植株,抑菌實驗顯示,GAFP轉基因植株對瑞氏木霉具有一定抑菌活性,同時,他們將編碼GAFP的基因導入彩色棉中,大田分析顯示,轉基因植株系的抗枯萎病能力提高[39]。

7.2 基因工程和分子標記的運用

戴均貴等研究表明,對羥基苯甲醇是天麻素水解形成的甙元,Xu等用SSR引物對32個天麻個體進行擴增,16對獲得擴增片段,其中13個有多態性,其余3個為單態位點,陶鈞等用RAPD初步對天麻多態性分析,引物S1擴增的片段適用于天麻遺傳分化研究,引物S12擴增片段適用于天麻真偽鑒別,關萍等篩選出的16對AFLP引物組合大部分均可用于構建不同分布區天麻的分子指紋圖譜和遺傳多樣性分析[40-43]。

8 結論與展望

本綜述總結了天麻的本草考證、種類及資源分布、生物學特性、栽培技術研究、化學成分、藥理作用、分子生物及基因工程研究,分析了最新研究進展和值得探究的方向,并對存在問題及未來研究熱點進行了展望。目前,關于天麻的本草考證、種類及資源分布、生物學特性、栽培技術研究、化學成分、藥理作用、分子生物及基因工程研究等方面的工作已經取得豐碩的成果。近年來,有關天麻遺傳多樣性及化學活性成分報道增多,天麻的遺傳多樣性研究及新的活性成分研究將是未來熱點,有關天麻的遺傳多樣性及新的活性成分發掘仍需進一步探討。如為合理利用和保護天麻種質資源,仍需對天麻的遺傳多樣性進行全面研究;天麻中新的活性成分及藥理作用仍需進一步發掘;天麻的組織培養技術仍需進一步完善;隨著林下經濟的不斷發展,加快天麻仿野生栽培關鍵技術的深入研究對推進天麻林下栽培科學化、產業化、標準化發展和鞏固脫貧攻堅、助推鄉村振興具有重要意義。