基于化學(xué)和醫(yī)學(xué)的杜鵑屬植物化學(xué)成分研究進(jìn)展

基于化學(xué)和醫(yī)學(xué)的杜鵑屬植物化學(xué)成分研究進(jìn)展

0國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀杜鵑植物具有很高的欣賞價(jià)值和很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究領(lǐng)域非常廣泛。自清代以來(lái)對(duì)杜鵑花的習(xí)性、栽培、養(yǎng)護(hù)和繁殖等實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作了總結(jié)記載,目前國(guó)內(nèi)研究最多的是杜鵑屬植物的植物化學(xué)研究、孢粉學(xué)、形態(tài)學(xué)分類、生態(tài)與分布和新種與變種的發(fā)現(xiàn)等領(lǐng)域;保護(hù)與栽培、組織培養(yǎng)與分子系統(tǒng)學(xué)研究最少。在國(guó)外,相關(guān)于杜鵑花研究,不管在宏觀領(lǐng)域還是微觀領(lǐng)域(主要是DNA分子水平)都有比較深入的研究。1杜鵑植物宏觀范疇的研究1.1黃玉林的相關(guān)研究杜鵑屬植物化學(xué)主要成分為:土荊芥油素、異土荊芥油素、槲皮素、山奈素、金絲桃甙、紅色素、谷甾醇等。在醫(yī)藥研究領(lǐng)域,JamesA.Klocke等從黃杜鵑提取到的化學(xué)成分,指出可作為心血管藥的治療;Yoshiki等從Rhododendrondauricum中提取出兩種新的色原烷衍生物1和2,另一種化合物色原烯3通過(guò)試驗(yàn)指出具有潛在的抗艾滋病病毒活性;鐘國(guó)華等指出黃杜鵑可作為麻醉劑,治療溫瘧,有顯著的減慢心率和降低血壓作用。在林業(yè)保護(hù)領(lǐng)域,JamesA等認(rèn)為黃杜鵑可以作為植物殺蟲劑。在精油提取領(lǐng)域,許鵬翔等采用GC/MS法對(duì)長(zhǎng)白山野杜鵑花精油化學(xué)成分進(jìn)行了研究,在杜鵑花精油中首次檢出了土荊芥油素和異土荊芥油素;RobertP.Doss等從43種杜鵑花葉當(dāng)中提取到精油,其成分為:丁香烯、葎草烷、桉醇異構(gòu)體、一萜類、α-蒎烯倍半萜烯內(nèi)酯。在食品應(yīng)用方面,阮海星等對(duì)黔西北馬纓杜鵑花的紅色素進(jìn)行了毒性試驗(yàn),結(jié)果表明:急性毒性試驗(yàn)屬實(shí)際無(wú)毒范圍,Ames試驗(yàn)、骨髓細(xì)胞微核試驗(yàn)和精子畸形試驗(yàn)均未顯示誘變作用,紅色素的一、二階段毒性試驗(yàn)表明,具有作為食品添加劑的潛力。在提取分析方法領(lǐng)域,YuhuaCao等對(duì)R.dauricum化學(xué)的組成成分進(jìn)行了調(diào)查,對(duì)氣相層析法、薄層層析法、高壓液相色譜法和毛細(xì)管電泳法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。在化學(xué)成分抗性研究領(lǐng)域,AdamSwiderski等提取的黃酮類化合物,其濃度和抗霜性有關(guān),是抵抗低溫的一種方式,也可用作培育杜鵑的一種標(biāo)準(zhǔn)。由上可知,從20世紀(jì)80年代到2004年,從精油的提取到毒性藥理實(shí)驗(yàn)或從化學(xué)到醫(yī)學(xué),杜鵑屬植物化學(xué)研究文獻(xiàn)是非常多的。1.2有鱗引發(fā)的/亞屬借助光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡,杜鵑屬植物孢粉學(xué)研究得到了很好的發(fā)展。高連明等指出杜鵑屬各亞屬之間在花粉形態(tài)方面具有亞屬間的差異,但是花粉形態(tài)在亞屬間也存在交叉的情況,如羊躑躅亞屬中的R.molleG.Don.與常綠無(wú)鱗杜鵑亞屬中的RhododendronponticumL.,映山紅亞屬中的RhododendronsimsiiPlanch.與有鱗杜鵑亞屬中的R.oreotrephes等,在花粉形態(tài)方面都是比較相似的,不足于區(qū)分亞屬,而在同一亞屬內(nèi),花粉特征對(duì)于分組或分亞組具有重要的分類學(xué)意義,Sleumer將大字杜鵑(R.schlippenbachiiMaxim.)置于映山紅亞屬輪生葉組中,而Judd&Kron因該種不含棉子素(gossyetin),落葉,不被糙伏毛等特征,將大字杜鵑歸并到羊躑躅亞屬傘花杜鵑組(Sciadorhodion),從花粉形態(tài)看,大字杜鵑花粉粒表面紋飾與羊躑躅更為相近,而與輪生葉組中的滿山紅相差較大,不支持將大字杜鵑置于輪生葉組中的觀點(diǎn),是否歸并到羊躑躅亞屬中還需進(jìn)一步的研究。1.3植物種、林分類型和群落杜鵑屬植物生長(zhǎng)在同一產(chǎn)地不同海拔高度的植株形態(tài),包括葉片、花的大小、植株各部所被鱗片都有不同程度的變異。引起各器官大小變化的主要原因與生長(zhǎng)條件有關(guān),即杜鵑屬植物的形態(tài)特征、分布與生境有很大的關(guān)系,因此不斷發(fā)現(xiàn)變種和新種[15,16,17,18,19,20,21]。如陳正仁等描述了貴州杜鵑屬一新種——荔波杜鵑(Rhododendronliboense);何明友等根據(jù)枝葉等外觀形態(tài)發(fā)現(xiàn)了大邑杜鵑(Rhododendrondayiense)和光房銀葉杜鵑(RhododendronargyrophyllumFranch.var.glabriovarium)二新種;高連明等發(fā)現(xiàn)馬銀花屬植物2種為地理分布新記錄和1個(gè)新變種;馮志堅(jiān)等報(bào)道了廣東杜鵑科植物的一新種——大田頂杜鵑(Rhododendrondatiandingense)。王福明等從海拔高度、溫度、降雨量、土壤對(duì)螺髻山杜鵑花的成因進(jìn)行分析,指出了生境因子決定了螺髻山的杜鵑花主要分布在1500m~4000m之間,適合生長(zhǎng)的海拔高度在1600m~3000m之間;胡文光根據(jù)形態(tài)特征,地理分布和種間關(guān)系,將所有的種分為7個(gè)植物群,每群有特征描述,還備有全部中國(guó)種的地理分布及一個(gè)有6個(gè)植物群在四川的分布圖和1個(gè)植物群A到E的演化趨勢(shì)圖,并表明植物群F和G的孤立地位,進(jìn)而說(shuō)明了本亞組杜鵑花的現(xiàn)代分布中心在中國(guó)四川西部地區(qū);1972年R.M.Fuller等對(duì)RhododendronpronticumL.的狀況進(jìn)行了調(diào)查,通過(guò)空中拍攝的照片評(píng)估了最近幾年的分布,并通過(guò)HippophaёrhamnoidesL.侵入進(jìn)行了比較,討論了其生態(tài)學(xué)意義;N.Nadezhdina等采用測(cè)量灌木高度和長(zhǎng)度、枝干的直徑、葉面積、干燥的花芽及葉的質(zhì)量等方法,研究了蘇格蘭稀疏的松樹(shù)林里RhododendronponticumL.冠層結(jié)構(gòu)和生物量;VetaasO.R.比較了4種杜鵑花RhododendronarboreumSm.、R.campanulatumD.Don、R.barbatumWall.和R.wallichiSm.的實(shí)際和潛在的氣候生態(tài)位,指出對(duì)于物種的生存,極端寒冷的氣溫代表著絕對(duì)的分界線,然而溫暖的氣候不是這樣的。因此同種不同生長(zhǎng)地的杜鵑屬植物在形態(tài)上有差異,這導(dǎo)致了新種和變種的不斷發(fā)現(xiàn)。1.4化學(xué)成分標(biāo)記經(jīng)典分類學(xué)方法主要是形態(tài)學(xué)分類。如張長(zhǎng)芹對(duì)杜鵑屬中4個(gè)亞屬104種(包括變種)的子葉形態(tài)進(jìn)行了觀察,發(fā)現(xiàn)對(duì)杜鵑花的子葉形態(tài)分類,不僅可為杜鵑花的系統(tǒng)發(fā)育及杜鵑屬的分類提供佐證而且為杜鵑花的育種提供了一個(gè)早期的鑒定指標(biāo)。杜鵑屬植物中某些化學(xué)成分也可以作分類標(biāo)記。ChadwickM.等對(duì)許多RhododendronsubsectionTaliensiaSleumer標(biāo)本葉的蠟類烴構(gòu)成的分析顯示烷烴分布是一種有用的分類特性,揭示了雜種在C27和C31烷烴類間有一個(gè)明顯的烷烴分布形式,可為自然界中的雜種提供一種很好的辨別方式,幫助闡明相似居群分類問(wèn)題,并指出目前的分類僅僅基于形態(tài)學(xué)不是非常令人滿意的;R.DeLoose從RhododendronsimsiiPlanch樹(shù)皮分離出來(lái)的黃酮類,可作為化學(xué)標(biāo)記,并分為三類。綜上所述,對(duì)杜鵑花宏觀上研究進(jìn)展,主要體現(xiàn)在醫(yī)藥、輕工業(yè)、形態(tài)學(xué)分類、解部學(xué)分類、化學(xué)分類、新種與變種的發(fā)現(xiàn)、杜鵑花分布與生態(tài)研究等方面。2對(duì)杜鵑植物分子水平的研究2.1外群結(jié)構(gòu)分類杜鵑屬植物的系統(tǒng)發(fā)育研究絕大部分是基于rDNAITS序列分析。如S.M.Scheiber以Rhododendronvaseyi和RhododendronsectionRhodora為外類群進(jìn)行研究,16個(gè)分類群rDNAITS序列有688個(gè)堿基,包括38可變位點(diǎn)和8個(gè)信息位點(diǎn),通過(guò)MEGA軟件構(gòu)建分類圖,表明離散值是非常低的,這支持了Pentanthera組經(jīng)典分類。TSAIC.C.等對(duì)臺(tái)灣的20種杜鵑花rDNAITS的PCR產(chǎn)物直接測(cè)序,根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育樹(shù),指出與杜鵑花經(jīng)典分類是一致的結(jié)論。2.2同源連鎖群的遺傳位點(diǎn)和性狀分析用多種分子標(biāo)記可構(gòu)建杜鵑屬植物的遺傳圖譜。F.Dunemann等通過(guò)種間雜交的隔離的居群構(gòu)建了杜鵑花分子連鎖圖。239個(gè)RAPD標(biāo)記和38個(gè)RFLP標(biāo)記和2個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記排列在親本特有的連鎖圖中。父本有182個(gè)分子標(biāo)記定位在13個(gè)連鎖群里,母本有168標(biāo)記定位在18個(gè)聯(lián)鎖群里。推定每個(gè)親本的同源連鎖群可能分配在11個(gè)同源連鎖群,為葉缺綠癥和花色特性,做了數(shù)量性狀遺傳位點(diǎn)分析(基于非參數(shù)的Kruskal-Wallisrank-sum測(cè)試)。在抗葉缺綠癥親本的2個(gè)連鎖群中,識(shí)別了在性狀上有重要效應(yīng)且具有數(shù)量性狀遺傳位點(diǎn)的兩個(gè)基因組區(qū)域。在不同的環(huán)境條件下RAPD標(biāo)記分析檢驗(yàn)了等位基因頻率和葉缺綠癥的表型關(guān)系,在2個(gè)染色體中發(fā)現(xiàn)了花色的重要的數(shù)量性狀位點(diǎn)效應(yīng),這揭示了該主要基因定位在這些基因組區(qū)域中,作者還討論了杜鵑花連鎖圖利用前景。2.3亞居群間的親緣關(guān)系用分子標(biāo)記技術(shù)可對(duì)同種杜鵑屬植物的不同種群及亞群進(jìn)行遺傳關(guān)系分析。Kameyama等在西日本廣島150m×70m嵌塊上分析了RhododendronmetternichiiSieb.etZucc.var.hondoenseNakai親緣關(guān)系,把R.metternichii種群分為3個(gè)亞居群地(A1-A3),基于微衛(wèi)星基因型的兩兩相關(guān)性揭示了亞群間和亞群內(nèi)的親緣關(guān)系的層次構(gòu)造。在10m內(nèi)的個(gè)體,彼此間是親緣關(guān)系近;在相同的亞群的個(gè)體之間親緣關(guān)系近,但是在遠(yuǎn)的亞群個(gè)體之間是親緣關(guān)系遠(yuǎn);在不同的種群但相鄰的個(gè)體之間的親緣關(guān)系卻非常相同,指出在亞居群內(nèi)和亞居群間有不同的親緣關(guān)系也許是由不同程度的基因流(由不同的個(gè)體和居群密度的分布形式影響的)產(chǎn)生的。P.G.Wolf等在較寬的空間范圍用115種AFLP標(biāo)記來(lái)評(píng)估RhododendronferrugineumL.基因結(jié)構(gòu),對(duì)它的遺傳距離和地理距離關(guān)系進(jìn)行了研究。他們選取了17居群,樣品間相距從4km到1000km。在這些空間范圍和17個(gè)居群之間,沒(méi)有在地理距離和遺傳距離之間檢測(cè)到相關(guān)性,這揭示了在這些居群遺傳漂變和基因流不是平衡的。這可能來(lái)由于近代的和后冰河期的建群,或更多的是人類擾亂,或隨機(jī)的頻繁的自然長(zhǎng)距離建群的作用。他們對(duì)其中2個(gè)居群用樣帶(二水平和二垂直考慮了斜度)從10m到5000m來(lái)取樣,在這個(gè)范圍尺度,他們看到了遺傳距離和空間距離的顯性關(guān)系,因此推測(cè),在更小的范圍距離隔離是由于基因流(種子擴(kuò)散引起的)的限制作用。2.4pontica圖譜聚類分析運(yùn)用分子標(biāo)記技術(shù)可分析杜鵑屬植物起源、進(jìn)化及其基因漸滲現(xiàn)象。RichardIanMilne.對(duì)杜鵑屬Hymenanthes亞屬Pontica亞組植物基于cpDNAmatK和trnL-F系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)行了分析,顯示許多的Pontica譜系生長(zhǎng)在歐亞大陸西南部,北美東南部和亞洲東北部,在那些地區(qū)沒(méi)有種的特異性,與其它的第三殘留組相對(duì)照,第四殘留組生長(zhǎng)在歐亞大陸西南部。聚類分析分為兩類,其中一類是全部分布在亞洲東北部,而一類主要來(lái)自于北美東南部和西部,歐亞大陸西南部和亞洲東北部。根據(jù)同義的matK替代數(shù)據(jù),兩類相距600~900萬(wàn)年,然而大多數(shù)相距在300~500萬(wàn)年,系統(tǒng)發(fā)育顯示Pontica跨大西洋移動(dòng),間斷分布于美洲-歐亞的一半地區(qū)。2.5素磷酸轉(zhuǎn)移酶iii基因杜鵑屬植物轉(zhuǎn)基因的研究相對(duì)較少,僅見(jiàn)DanielaPavingerow等把攜帶T-DNA(有g(shù)usA基因和選擇標(biāo)記新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶II基因)根癌土壤桿菌轉(zhuǎn)化到5種杜鵑花栽培種“America”、“Catawbiensegrandiflorumroseum”、“MadameCar-valho”、“Mars”和“NovaZembla”。通過(guò)災(zāi)光染色法,PCR和Southern雜交分析,報(bào)道基因成功地轉(zhuǎn)到5個(gè)栽培種,但在繁殖期間,一些轉(zhuǎn)化體的GUS表達(dá)產(chǎn)物和序列都會(huì)丟失。2.6年齡對(duì)不同種子年齡的產(chǎn)生和生理生化影響在冰凍和脫水條件下,由于脫水蛋白在穩(wěn)定細(xì)胞功能上扮演一種重要角色。C.C.Lim等研究檢測(cè)了常綠杜鵑F2分離子、種、栽培種中葉的脫水蛋白表現(xiàn)是否與耐冰凍變化水平相關(guān)聯(lián);該研究也被引導(dǎo)來(lái)確定生理老化和時(shí)程老化是否會(huì)影響杜鵑花葉組織中的耐冰凍性和脫水蛋白的積累。最后他們得出了25kDa脫水蛋白可作為一種遺傳標(biāo)記,也可區(qū)別超耐寒性和不耐寒性杜鵑花;同樣,這種蛋白的相對(duì)水平能作為耐冰凍狀態(tài)的生理指示器。杜鵑屬(Rhododendron)植物蛋白質(zhì)親緣關(guān)系分析。R.DeLoose.以RhododendronsimsiiPlanch.芽尖提取的酯酶同功酶多態(tài)性好,可分為兩類;高連明等采用水平淀粉凝膠電泳技術(shù),對(duì)9種杜鵑屬植物的遺傳分化進(jìn)行了初步研究。近10年來(lái),杜鵑花屬植物的研究,主要是以DNA分子標(biāo)記應(yīng)用在系統(tǒng)發(fā)