基于化學和醫學的杜鵑屬植物化學成分研究進展

0國內研究現狀杜鵑植物具有很高的欣賞價值和很高的經濟價值。對國內外的研究領域非常廣泛。自清代以來對杜鵑花的習性、栽培、養護和繁殖等實踐經驗作了總結記載,目前國內研究最多的是杜鵑屬植物的植物化學研究、孢粉學、形態學分類、生態與分布和新種與變種的發現等領域;保護與栽培、組織培養與分子系統學研究最少。在國外,相關于杜鵑花研究,不管在宏觀領域還是微觀領域(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黃玉林的相關研究杜鵑屬植物化學主要成分為: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。在醫藥研究領域,JamesA.Klocke等從黃杜鵑提取到的化學成分,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通過試驗指出具有潛在的抗艾滋病病毒活性;鐘國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。在林業保護領域,JamesA等認為黃杜鵑可以作為植物殺蟲劑。在精油提取領域,許鵬翔等采用GC/MS法對長白山野杜鵑花精油化學成分進行了研究,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種杜鵑花葉當中提取到精油,其成分為:丁香烯、葎草烷、桉醇異構體、一萜類、α-蒎烯倍半萜烯內酯。在食品應用方面,阮海星等對黔西北馬纓杜鵑花的紅色素進行了毒性試驗,結果表明:急性毒性試驗屬實際無毒范圍,Ames試驗、骨髓細胞微核試驗和精子畸形試驗均未顯示誘變作用,紅色素的一、二階段毒性試驗表明,具有作為食品添加劑的潛力。在提取分析方法領域,YuhuaCao等對R.dauricum化學的組成成分進行了調查,對氣相層析法、薄層層析法、高壓液相色譜法和毛細管電泳法的優缺點進行了總結。在化學成分抗性研究領域,AdamSwiderski等提取的黃酮類化合物,其濃度和抗霜性有關,是抵抗低溫的一種方式,也可用作培育杜鵑的一種標準。由上可知,從20世紀80年代到2004年,從精油的提取到毒性藥理實驗或從化學到醫學,杜鵑屬植物化學研究文獻是非常多的。1.2有鱗引發的/亞屬借助光學顯微鏡和電子顯微鏡,杜鵑屬植物孢粉學研究得到了很好的發展。高連明等指出杜鵑屬各亞屬之間在花粉形態方面具有亞屬間的差異,但是花粉形態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,在花粉形態方面都是比較相似的,不足于區分亞屬,而在同一亞屬內,花粉特征對于分組或分亞組具有重要的分類學意義,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,是否歸并到羊躑躅亞屬中還需進一步的研究。1.3植物種、林分類型和群落杜鵑屬植物生長在同一產地不同海拔高度的植株形態,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條件有關,即杜鵑屬植物的形態特征、分布與生境有很大的關系,因此不斷發現變種和新種[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);何明友等根據枝葉等外觀形態發現了大邑杜鵑(Rhododendrondayiense)和光房銀葉杜鵑(RhododendronargyrophyllumFranch.var.glabriovarium)二新種;高連明等發現馬銀花屬植物2種為地理分布新記錄和1個新變種;馮志堅等報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、土壤對螺髻山杜鵑花的成因進行分析,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,適合生長的海拔高度在1600m~3000m之間;胡文光根據形態特征,地理分布和種間關系,將所有的種分為7個植物群,每群有特征描述,還備有全部中國種的地理分布及一個有6個植物群在四川的分布圖和1個植物群A到E的演化趨勢圖,并表明植物群F和G的孤立地位,進而說明了本亞組杜鵑花的現代分布中心在中國四川西部地區;1972年R.M.Fuller等對RhododendronpronticumL.的狀況進行了調查,通過空中拍攝的照片評估了最近幾年的分布,并通過HippophaёrhamnoidesL.侵入進行了比較,討論了其生態學意義;N.Nadezhdina等采用測量灌木高度和長度、枝干的直徑、葉面積、干燥的花芽及葉的質量等方法,研究了蘇格蘭稀疏的松樹林里RhododendronponticumL.冠層結構和生物量;VetaasO.R.比較了4種杜鵑花RhododendronarboreumSm.、R.campanulatumD.Don、R.barbatumWall.和R.wallichiSm.的實際和潛在的氣候生態位,指出對于物種的生存,極端寒冷的氣溫代表著絕對的分界線,然而溫暖的氣候不是這樣的。因此同種不同生長地的杜鵑屬植物在形態上有差異,這導致了新種和變種的不斷發現。1.4化學成分標記經典分類學方法主要是形態學分類。如張長芹對杜鵑屬中4個亞屬104種(包括變種)的子葉形態進行了觀察,發現對杜鵑花的子葉形態分類,不僅可為杜鵑花的系統發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早期的鑒定指標。杜鵑屬植物中某些化學成分也可以作分類標記。ChadwickM.等對許多RhododendronsubsectionTaliensiaSleumer標本葉的蠟類烴構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題,并指出目前的分類僅僅基于形態學不是非常令人滿意的;R.DeLoose從RhododendronsimsiiPlanch樹皮分離出來的黃酮類,可作為化學標記,并分為三類。綜上所述,對杜鵑花宏觀上研究進展,主要體現在醫藥、輕工業、形態學分類、解部學分類、化學分類、新種與變種的發現、杜鵑花分布與生態研究等方面。2對杜鵑植物分子水平的研究2.1外群結構分類杜鵑屬植物的系統發育研究絕大部分是基于rDNAITS序列分析。如S.M.Scheiber以Rhododendronvaseyi和RhododendronsectionRhodora為外類群進行研究,16個分類群rDNAITS序列有688個堿基,包括38可變位點和8個信息位點,通過MEGA軟件構建分類圖,表明離散值是非常低的,這支持了Pentanthera組經典分類。TSAIC.C.等對臺灣的20種杜鵑花rDNAITS的PCR產物直接測序,根據系統發育樹,指出與杜鵑花經典分類是一致的結論。2.2同源連鎖群的遺傳位點和性狀分析用多種分子標記可構建杜鵑屬植物的遺傳圖譜。F.Dunemann等通過種間雜交的隔離的居群構建了杜鵑花分子連鎖圖。239個RAPD標記和38個RFLP標記和2個微衛星標記排列在親本特有的連鎖圖中。父本有182個分子標記定位在13個連鎖群里,母本有168標記定位在18個聯鎖群里。推定每個親本的同源連鎖群可能分配在11個同源連鎖群,為葉缺綠癥和花色特性,做了數量性狀遺傳位點分析(基于非參數的Kruskal-Wallisrank-sum測試)。在抗葉缺綠癥親本的2個連鎖群中,識別了在性狀上有重要效應且具有數量性狀遺傳位點的兩個基因組區域。在不同的環境條件下RAPD標記分析檢驗了等位基因頻率和葉缺綠癥的表型關系,在2個染色體中發現了花色的重要的數量性狀位點效應,這揭示了該主要基因定位在這些基因組區域中,作者還討論了杜鵑花連鎖圖利用前景。2.3亞居群間的親緣關系用分子標記技術可對同種杜鵑屬植物的不同種群及亞群進行遺傳關系分析。Kameyama等在西日本廣島150m×70m嵌塊上分析了RhododendronmetternichiiSieb.etZucc.var.hondoenseNakai親緣關系,把R.metternichii種群分為3個亞居群地(A1-A3),基于微衛星基因型的兩兩相關性揭示了亞群間和亞群內的親緣關系的層次構造。在10m內的個體,彼此間是親緣關系近;在相同的亞群的個體之間親緣關系近,但是在遠的亞群個體之間是親緣關系遠;在不同的種群但相鄰的個體之間的親緣關系卻非常相同,指出在亞居群內和亞居群間有不同的親緣關系也許是由不同程度的基因流(由不同的個體和居群密度的分布形式影響的)產生的。P.G.Wolf等在較寬的空間范圍用115種AFLP標記來評估RhododendronferrugineumL.基因結構,對它的遺傳距離和地理距離關系進行了研究。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個居群之間,沒有在地理距離和遺傳距離之間檢測到相關性,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,或隨機的頻繁的自然長距離建群的作用。他們對其中2個居群用樣帶(二水平和二垂直考慮了斜度)從10m到5000m來取樣,在這個范圍尺度,他們看到了遺傳距離和空間距離的顯性關系,因此推測,在更小的范圍距離隔離是由于基因流(種子擴散引起的)的限制作用。2.4pontica圖譜聚類分析運用分子標記技術可分析杜鵑屬植物起源、進化及其基因漸滲現象。RichardIanMilne.對杜鵑屬Hymenanthes亞屬Pontica亞組植物基于cpDNAmatK和trnL-F系統發育進行了分析,顯示許多的Pontica譜系生長在歐亞大陸西南部,北美東南部和亞洲東北部,在那些地區沒有種的特異性,與其它的第三殘留組相對照,第四殘留組生長在歐亞大陸西南部。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。根據同義的matK替代數據,兩類相距600~900萬年,然而大多數相距在300~500萬年,系統發育顯示Pontica跨大西洋移動,間斷分布于美洲-歐亞的一半地區。2.5素磷酸轉移酶iii基因杜鵑屬植物轉基因的研究相對較少,僅見DanielaPavingerow等把攜帶T-DNA(有gusA基因和選擇標記新霉素磷酸轉移酶II基因)根癌土壤桿菌轉化到5種杜鵑花栽培種“America”、“Catawbiensegrandiflorumroseum”、“MadameCar-valho”、“Mars”和“NovaZembla”。通過災光染色法,PCR和Southern雜交分析,報道基因成功地轉到5個栽培種,但在繁殖期間,一些轉化體的GUS表達產物和序列都會丟失。2.6年齡對不同種子年齡的產生和生理生化影響在冰凍和脫水條件下,由于脫水蛋白在穩定細胞功能上扮演一種重要角色。C.C.Lim等研究檢測了常綠杜鵑F2分離子、種、栽培種中葉的脫水蛋白表現是否與耐冰凍變化水平相關聯;該研究也被引導來確定生理老化和時程老化是否會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記,也可區別超耐寒性和不耐寒性杜鵑花;同樣,這種蛋白的相對水平能作為耐冰凍狀態的生理指示器。杜鵑屬(Rhododendron)植物蛋白質親緣關系分析。R.DeLoose.以RhododendronsimsiiPlanch.芽尖提取的酯酶同功酶多態性好,可分為兩類;高連明等采用水平淀粉凝膠電泳技術,對9種杜鵑屬植物的遺傳分化進行了初步研究。近10年來,杜鵑花屬植物的研究,主要是以DNA分子標記應用在系統發