基于化学和医学的杜鹃属植物化学成分研究进展

基于化学和医学的杜鹃属植物化学成分研究进展

0国内研究现状杜鹃植物具有很高的欣赏价值和很高的经济价值。对国内外的研究领域非常广泛。自清代以来对杜鹃花的习性、栽培、养护和繁殖等实践经验作了总结记载,目前国内研究最多的是杜鹃属植物的植物化学研究、孢粉学、形态学分类、生态与分布和新种与变种的发现等领域;保护与栽培、组织培养与分子系统学研究最少。在国外,相关于杜鹃花研究,不管在宏观领域还是微观领域(主要是DNA分子水平)都有比较深入的研究。1杜鹃植物宏观范畴的研究1.1黄玉林的相关研究杜鹃属植物化学主要成分为:土荆芥油素、异土荆芥油素、槲皮素、山奈素、金丝桃甙、红色素、谷甾醇等。在医药研究领域,JamesA.Klocke等从黄杜鹃提取到的化学成分,指出可作为心血管药的治疗;Yoshiki等从Rhododendrondauricum中提取出两种新的色原烷衍生物1和2,另一种化合物色原烯3通过试验指出具有潜在的抗艾滋病病毒活性;钟国华等指出黄杜鹃可作为麻醉剂,治疗温疟,有显著的减慢心率和降低血压作用。在林业保护领域,JamesA等认为黄杜鹃可以作为植物杀虫剂。在精油提取领域,许鹏翔等采用GC/MS法对长白山野杜鹃花精油化学成分进行了研究,在杜鹃花精油中首次检出了土荆芥油素和异土荆芥油素;RobertP.Doss等从43种杜鹃花叶当中提取到精油,其成分为:丁香烯、葎草烷、桉醇异构体、一萜类、α-蒎烯倍半萜烯内酯。在食品应用方面,阮海星等对黔西北马缨杜鹃花的红色素进行了毒性试验,结果表明:急性毒性试验属实际无毒范围,Ames试验、骨髓细胞微核试验和精子畸形试验均未显示诱变作用,红色素的一、二阶段毒性试验表明,具有作为食品添加剂的潜力。在提取分析方法领域,YuhuaCao等对R.dauricum化学的组成成分进行了调查,对气相层析法、薄层层析法、高压液相色谱法和毛细管电泳法的优缺点进行了总结。在化学成分抗性研究领域,AdamSwiderski等提取的黄酮类化合物,其浓度和抗霜性有关,是抵抗低温的一种方式,也可用作培育杜鹃的一种标准。由上可知,从20世纪80年代到2004年,从精油的提取到毒性药理实验或从化学到医学,杜鹃属植物化学研究文献是非常多的。1.2有鳞引发的/亚属借助光学显微镜和电子显微镜,杜鹃属植物孢粉学研究得到了很好的发展。高连明等指出杜鹃属各亚属之间在花粉形态方面具有亚属间的差异,但是花粉形态在亚属间也存在交叉的情况,如羊踯躅亚属中的R.molleG.Don.与常绿无鳞杜鹃亚属中的RhododendronponticumL.,映山红亚属中的RhododendronsimsiiPlanch.与有鳞杜鹃亚属中的R.oreotrephes等,在花粉形态方面都是比较相似的,不足于区分亚属,而在同一亚属内,花粉特征对于分组或分亚组具有重要的分类学意义,Sleumer将大字杜鹃(R.schlippenbachiiMaxim.)置于映山红亚属轮生叶组中,而Judd&Kron因该种不含棉子素(gossyetin),落叶,不被糙伏毛等特征,将大字杜鹃归并到羊踯躅亚属伞花杜鹃组(Sciadorhodion),从花粉形态看,大字杜鹃花粉粒表面纹饰与羊踯躅更为相近,而与轮生叶组中的满山红相差较大,不支持将大字杜鹃置于轮生叶组中的观点,是否归并到羊踯躅亚属中还需进一步的研究。1.3植物种、林分类型和群落杜鹃属植物生长在同一产地不同海拔高度的植株形态,包括叶片、花的大小、植株各部所被鳞片都有不同程度的变异。引起各器官大小变化的主要原因与生长条件有关,即杜鹃属植物的形态特征、分布与生境有很大的关系,因此不断发现变种和新种[15,16,17,18,19,20,21]。如陈正仁等描述了贵州杜鹃属一新种——荔波杜鹃(Rhododendronliboense);何明友等根据枝叶等外观形态发现了大邑杜鹃(Rhododendrondayiense)和光房银叶杜鹃(RhododendronargyrophyllumFranch.var.glabriovarium)二新种;高连明等发现马银花属植物2种为地理分布新记录和1个新变种;冯志坚等报道了广东杜鹃科植物的一新种——大田顶杜鹃(Rhododendrondatiandingense)。王福明等从海拔高度、温度、降雨量、土壤对螺髻山杜鹃花的成因进行分析,指出了生境因子决定了螺髻山的杜鹃花主要分布在1500m~4000m之间,适合生长的海拔高度在1600m~3000m之间;胡文光根据形态特征,地理分布和种间关系,将所有的种分为7个植物群,每群有特征描述,还备有全部中国种的地理分布及一个有6个植物群在四川的分布图和1个植物群A到E的演化趋势图,并表明植物群F和G的孤立地位,进而说明了本亚组杜鹃花的现代分布中心在中国四川西部地区;1972年R.M.Fuller等对RhododendronpronticumL.的状况进行了调查,通过空中拍摄的照片评估了最近几年的分布,并通过HippophaёrhamnoidesL.侵入进行了比较,讨论了其生态学意义;N.Nadezhdina等采用测量灌木高度和长度、枝干的直径、叶面积、干燥的花芽及叶的质量等方法,研究了苏格兰稀疏的松树林里RhododendronponticumL.冠层结构和生物量;VetaasO.R.比较了4种杜鹃花RhododendronarboreumSm.、R.campanulatumD.Don、R.barbatumWall.和R.wallichiSm.的实际和潜在的气候生态位,指出对于物种的生存,极端寒冷的气温代表着绝对的分界线,然而温暖的气候不是这样的。因此同种不同生长地的杜鹃属植物在形态上有差异,这导致了新种和变种的不断发现。1.4化学成分标记经典分类学方法主要是形态学分类。如张长芹对杜鹃属中4个亚属104种(包括变种)的子叶形态进行了观察,发现对杜鹃花的子叶形态分类,不仅可为杜鹃花的系统发育及杜鹃属的分类提供佐证而且为杜鹃花的育种提供了一个早期的鉴定指标。杜鹃属植物中某些化学成分也可以作分类标记。ChadwickM.等对许多RhododendronsubsectionTaliensiaSleumer标本叶的蜡类烃构成的分析显示烷烃分布是一种有用的分类特性,揭示了杂种在C27和C31烷烃类间有一个明显的烷烃分布形式,可为自然界中的杂种提供一种很好的辨别方式,帮助阐明相似居群分类问题,并指出目前的分类仅仅基于形态学不是非常令人满意的;R.DeLoose从RhododendronsimsiiPlanch树皮分离出来的黄酮类,可作为化学标记,并分为三类。综上所述,对杜鹃花宏观上研究进展,主要体现在医药、轻工业、形态学分类、解部学分类、化学分类、新种与变种的发现、杜鹃花分布与生态研究等方面。2对杜鹃植物分子水平的研究2.1外群结构分类杜鹃属植物的系统发育研究绝大部分是基于rDNAITS序列分析。如S.M.Scheiber以Rhododendronvaseyi和RhododendronsectionRhodora为外类群进行研究,16个分类群rDNAITS序列有688个碱基,包括38可变位点和8个信息位点,通过MEGA软件构建分类图,表明离散值是非常低的,这支持了Pentanthera组经典分类。TSAIC.C.等对台湾的20种杜鹃花rDNAITS的PCR产物直接测序,根据系统发育树,指出与杜鹃花经典分类是一致的结论。2.2同源连锁群的遗传位点和性状分析用多种分子标记可构建杜鹃属植物的遗传图谱。F.Dunemann等通过种间杂交的隔离的居群构建了杜鹃花分子连锁图。239个RAPD标记和38个RFLP标记和2个微卫星标记排列在亲本特有的连锁图中。父本有182个分子标记定位在13个连锁群里,母本有168标记定位在18个联锁群里。推定每个亲本的同源连锁群可能分配在11个同源连锁群,为叶缺绿症和花色特性,做了数量性状遗传位点分析(基于非参数的Kruskal-Wallisrank-sum测试)。在抗叶缺绿症亲本的2个连锁群中,识别了在性状上有重要效应且具有数量性状遗传位点的两个基因组区域。在不同的环境条件下RAPD标记分析检验了等位基因频率和叶缺绿症的表型关系,在2个染色体中发现了花色的重要的数量性状位点效应,这揭示了该主要基因定位在这些基因组区域中,作者还讨论了杜鹃花连锁图利用前景。2.3亚居群间的亲缘关系用分子标记技术可对同种杜鹃属植物的不同种群及亚群进行遗传关系分析。Kameyama等在西日本广岛150m×70m嵌块上分析了RhododendronmetternichiiSieb.etZucc.var.hondoenseNakai亲缘关系,把R.metternichii种群分为3个亚居群地(A1-A3),基于微卫星基因型的两两相关性揭示了亚群间和亚群内的亲缘关系的层次构造。在10m内的个体,彼此间是亲缘关系近;在相同的亚群的个体之间亲缘关系近,但是在远的亚群个体之间是亲缘关系远;在不同的种群但相邻的个体之间的亲缘关系却非常相同,指出在亚居群内和亚居群间有不同的亲缘关系也许是由不同程度的基因流(由不同的个体和居群密度的分布形式影响的)产生的。P.G.Wolf等在较宽的空间范围用115种AFLP标记来评估RhododendronferrugineumL.基因结构,对它的遗传距离和地理距离关系进行了研究。他们选取了17居群,样品间相距从4km到1000km。在这些空间范围和17个居群之间,没有在地理距离和遗传距离之间检测到相关性,这揭示了在这些居群遗传漂变和基因流不是平衡的。这可能来由于近代的和后冰河期的建群,或更多的是人类扰乱,或随机的频繁的自然长距离建群的作用。他们对其中2个居群用样带(二水平和二垂直考虑了斜度)从10m到5000m来取样,在这个范围尺度,他们看到了遗传距离和空间距离的显性关系,因此推测,在更小的范围距离隔离是由于基因流(种子扩散引起的)的限制作用。2.4pontica图谱聚类分析运用分子标记技术可分析杜鹃属植物起源、进化及其基因渐渗现象。RichardIanMilne.对杜鹃属Hymenanthes亚属Pontica亚组植物基于cpDNAmatK和trnL-F系统发育进行了分析,显示许多的Pontica谱系生长在欧亚大陆西南部,北美东南部和亚洲东北部,在那些地区没有种的特异性,与其它的第三残留组相对照,第四残留组生长在欧亚大陆西南部。聚类分析分为两类,其中一类是全部分布在亚洲东北部,而一类主要来自于北美东南部和西部,欧亚大陆西南部和亚洲东北部。根据同义的matK替代数据,两类相距600~900万年,然而大多数相距在300~500万年,系统发育显示Pontica跨大西洋移动,间断分布于美洲-欧亚的一半地区。2.5素磷酸转移酶iii基因杜鹃属植物转基因的研究相对较少,仅见DanielaPavingerow等把携带T-DNA(有gusA基因和选择标记新霉素磷酸转移酶II基因)根癌土壤杆菌转化到5种杜鹃花栽培种“America”、“Catawbiensegrandiflorumroseum”、“MadameCar-valho”、“Mars”和“NovaZembla”。通过灾光染色法,PCR和Southern杂交分析,报道基因成功地转到5个栽培种,但在繁殖期间,一些转化体的GUS表达产物和序列都会丢失。2.6年龄对不同种子年龄的产生和生理生化影响在冰冻和脱水条件下,由于脱水蛋白在稳定细胞功能上扮演一种重要角色。C.C.Lim等研究检测了常绿杜鹃F2分离子、种、栽培种中叶的脱水蛋白表现是否与耐冰冻变化水平相关联;该研究也被引导来确定生理老化和时程老化是否会影响杜鹃花叶组织中的耐冰冻性和脱水蛋白的积累。最后他们得出了25kDa脱水蛋白可作为一种遗传标记,也可区别超耐寒性和不耐寒性杜鹃花;同样,这种蛋白的相对水平能作为耐冰冻状态的生理指示器。杜鹃属(Rhododendron)植物蛋白质亲缘关系分析。R.DeLoose.以RhododendronsimsiiPlanch.芽尖提取的酯酶同功酶多态性好,可分为两类;高连明等采用水平淀粉凝胶电泳技术,对9种杜鹃属植物的遗传分化进行了初步研究。近10年来,杜鹃花属植物的研究,主要是以DNA分子标记应用在系统发