天山雪蓮資源保護與利用研究進展

摘 要 天山雪蓮為菊科風毛菊屬植物，是中國傳統中藥材，具有活血通經、散寒除濕、抗炎痛、抗氧化、抗衰老等作用，極具藥用價值。通過對天山雪蓮種群現狀、細胞培養技術、有效化學成分及利用的研究現狀進行分析，總結了天山雪蓮在資源保護與利用方面的研究進展。

關鍵詞 天山雪蓮；細胞培養；化學成分；生物反應器

中圖分類號：R931.2 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.11.050

天山雪蓮（Saussurea involucrata Kar. et Kir.）為菊科風毛菊屬植物，主要分布于中國高原地區，如新疆、青藏高原、云貴高原等[1]，是多年生草本植物。天山雪蓮為中國傳統中藥材，性溫、微苦，具有活血通經、散寒除濕、抗炎鎮痛、抗氧化、抗衰老等作用[2]，極具藥用價值。隨著天山雪蓮的經濟價值被發掘，人們對天山雪蓮野生資源進行了過度的采摘，使該物種瀕臨滅絕，天山雪蓮自然資源亟待保護。天山雪蓮多生長于高海拔山坡、山谷及石縫中，且生長周期較長，故人工栽培較困難[3]。近年來，生物技術的利用為解決珍稀瀕危植物資源的問題提供了新的思路，使天山雪蓮資源能夠得到有效的保護和充分的利用。

1" 天山雪蓮種群現狀

在自然條件下，天山雪蓮野生種依靠種子繁殖，多生長在含有機質較少的石縫中，生長環境惡劣，種子發芽率及幼苗成活率極低，且自然生長周期一般為6～8年，故天山雪蓮野生資源非常寶貴。近年來，因過度的采摘使其生長環境被嚴重破壞，野生種群急劇減少。調查發現，1960年左右，新疆的天山雪蓮面積大約有3 333 hm2，而現在已不足66.7 hm2，且在海拔3 000 m以下的地區已經沒有雪蓮的蹤跡了[4-5]。對此，中國將天山雪蓮列為國家二級保護植物、國家三級瀕危物種，并明令禁止采摘野生雪蓮[6]。

與此同時，天山雪蓮潛在的經濟價值不容忽視，故解決雪蓮野生資源匱乏與雪蓮市場需求日益增大的矛盾成為了當前的研究熱點。其中生物技術的利用是天山雪蓮資源保護與開發的重要途徑，同時也改變了雪蓮傳統培植技術，推動了雪蓮生產方式的進步。

2" 天山雪蓮細胞培養技術

植物細胞培養技術是將植物脫分化長出的愈傷組織或其他易分散的組織，以單細胞或細胞團的形式在離體條件下培養，最終得到大量細胞群體的一種植物組織培養方式。該技術不受自然環境、植物生長周期等因素的影響，可以在短時間內培養出大量生長較一致的細胞群體[7]，如在瀕危植物的保護與利用中的天山雪蓮，植物細胞培養技術是促進其資源保護、開發利用及生態保護的重要途徑。

2.1" 愈傷組織培養

愈傷組織是一種薄壁細胞組織，是指植物體受到創傷刺激后，在傷口表面形成的新生細胞。在植物組織培養中，愈傷組織指在人工培養基上由外植體長出來的恢復分生狀態具有潛在細胞全能性的增殖細胞團。在植物細胞脫分化過程中，大多數情況下會形成愈傷組織[8]。愈傷組織培養不僅對植物遺傳育種學的研究具有獨特的意義，也在植物細胞有效成分大規模工廠化生產中起著重要的作用[9]。

天山雪蓮愈傷組織培養受多種因素影響，如外植體的選擇、培養基成分、激素配比、光照、溫度等，雪蓮的根、莖、葉、子葉、種子等均可誘導產生出愈傷組織。誘導愈傷組織最常用的培養基為MS培養基，常用的激素為NAA和6-BA。研究表明， MS+1.00 mg·L-1 6-BA + 2.00 mg·L-1 NAA對雪蓮愈傷組織的誘導率可達100%[10]。此外，2，4-D與NAA的組合對雪蓮愈傷組織誘導效果也較好[11]。在溫度方面，有研究表明在培養周期15 d 中，相較于正常24 ℃培養，溫度從28℃→26℃→24℃進行冷處理時，天山雪蓮愈傷組織的細胞生長更快，且細胞中的總黃酮的含量更高[12]。不同文獻對天山雪蓮愈傷組織最佳培養條件的描述有較大的差異，建立穩定高效的愈傷組織誘導體系還需要進一步研究。

2.2" 細胞懸浮培養

細胞懸浮培養是指在液體培養基里不斷攪動或搖動培養單細胞及小細胞團的組織培養方式。在愈傷組織培養基礎上進行懸浮細胞培養是實現細胞放大化、規模化培養的重要步驟。對于天山雪蓮，反應器類型、培養體系及各種環境因素都會對其懸浮培養的細胞量及代謝產物產生影響。

生物反應器是實現生物催化反應的裝置，其目標是使細胞增殖及高效合成目標產物[13]。在植物細胞培養中，生物反應器可以對植物細胞進行規模化培養及大量合成有效代謝產物。用于植物細胞培養的生物反應器有許多類型，如一次性生物反應器、攪拌式、氣升式、及鼓泡式等[14-15]。

生物反應器的應用能有效緩解天山雪蓮市場供應量不足的問題，故在天山雪蓮反應器體系上也有大量的研究。有研究表明，相較于固體培養，天山雪蓮經懸浮培養產生的生物量與黃酮量都較大，細胞懸浮培養能獲得更高的細胞生長速率。利用間歇浸沒式小反應器培養雪蓮細胞，在0～6 d時，細胞生長較慢，之后細胞開始快速生長，在15 d時，雪蓮細胞培養物的生物量和黃酮含量都達到最大值。利用氣升式反應器培養雪蓮細胞，0～3 d細胞生長緩慢，15 d時達到最大值[16]。此外，波浪式生物反應器也在雪蓮細胞培養上得到應用，波浪式生物反應器能夠減小細胞剪切力的影響[17]，強化氧氣傳質，并有利于細胞在反應器內均勻分布，可大大提高細胞培養效率[18]。還有研究表明，在22～25 ℃溫度下，適當的培養基配比與一次性波浪式生物反應器的結合，能夠有效提高天山雪蓮細胞培養物的產量，降低雪蓮細胞的培養難度，同時有效解決細胞培養中褐化與污染的問題，增加雪蓮細胞規模化培養的成功率[19]。

植物細胞培養不僅是天山雪蓮快繁的手段，同時也是雪蓮瀕危種質資源保存、細胞大規模培養與有效成分生產的理想途徑。

3" 天山雪蓮化學成分的鑒定

天山雪蓮次生代謝產物有黃酮、苯丙素類、生物堿、內脂、萜類、氨基酸、木質素和多糖類等[20-21]，其中黃酮類成分研究較多。黃酮類化合物泛指兩個具有酚羥基的苯環通過中央三碳原子相互連結而成的一系列化合物，有抗氧化、抗炎、改善血液循環等作用。已有學者從苞葉雪蓮、天山雪蓮、水母雪兔子等6種雪蓮品種中分離出了包括蘆丁、異槲皮素、高車前素、金合歡素、木犀草屬、粗毛豚草素、槲皮苷、芹菜素、棕矢車菊素等26種黃酮類化合物[22]。苯丙素類也廣泛存在于天山雪蓮中，包括綠原酸、紫丁香苷、咖啡酰奎寧酸類等[23]，該類物質也具有豐富的藥理作用。此外，雪蓮中還存在萜類物質，且多為倍半萜，其中桉葉烷型和大根香葉烷型倍半萜較常見[24]，萜類物質也具有廣泛的抗菌殺蟲、抗氧化、抗炎等作用。目前，已從雪蓮中分離鑒定出的萜類成分有雪蓮內酯、川木香內酯、β-香樹脂醇、β-蒎烯、β-合金歡烯、3α，8α-二羥基-11αH-11，13-二氫去羥木香內酯、葑酮、α-苧烯、石竹烯、3α-羥基-11αH-11，13-二氫去羥木香內酯8-O-β-D-葡萄糖苷、葡聚糖內酯-β-D-葡萄糖苷、11β，13-去氫木香內酯-8-O-β-D-葡萄糖苷等[21-22，25]。

天山雪蓮化學成分的鑒定對天山雪蓮資源研究有重要的意義，也為雪蓮資源的利用與工廠化生產提供了理論基礎。

4" 天山雪蓮資源的利用

天山雪蓮的藥用價值很高，已被證明具有抗炎鎮痛、抗腫瘤、抗缺氧、抗氧化、抗衰老等作用。如天山雪蓮代謝產物中的黃酮類、生物堿及乙醇提取物均對抗動物關節炎起作用[24，26]。在抗癌方面，天山雪蓮水提物可顯著抑制乳腺癌細胞的增殖及轉移[26]；天山雪蓮愈傷組織醇提取物中的矢車菊半乳糖苷及其代謝相關類黃酮化合物含量的增加，能夠明顯抑制食管癌細胞CaEs-17的腫瘤活性[27]；在調節代謝方面，天山雪蓮可調控脂肪可塑性，促進白色脂肪棕色化及棕色脂肪活化，進而改善線粒體功能，從而調節老年小鼠氣虛血瘀型脂質代謝異常[28]；天山雪蓮細胞培養物中咖啡酰奎寧酸類物質能夠降低脂肪酸合成酶、羥甲基戊二酰輔酶A還原酶的表達水平，提高過氧化物增值激活物受體-α（PPARα）水平、激活膽固醇7α-羥化酶（CYP7A1）表達，從而起到抗肥胖的作用[29]。

在天山雪蓮藥用價值的基礎上，天山雪蓮現已用于生產多種藥品、化妝品及保健品等。2010年，天山雪蓮細胞獲衛生部批準為“新資源食品”并迅速實現商品化，如雪蓮膠囊、雪蓮注射液、雪蓮口服液、雪蓮祛風濕膏藥、雪蓮鎮痛靈、雪蓮護膚霜等產品并已有較大的市場[30]。

5" 展望

從天山雪蓮的經濟價值被挖掘到自然資源因過度采摘而瀕危，再到植物細胞培養技術的興起，人們對天山雪蓮資源的保護與利用研究經歷了漫長的過程。天山雪蓮作為中國傳統的植物，有巨大的潛在價值。隨著生物技術的發展，細胞培養技術可解決天山雪蓮野生種質資源瀕危的問題，同時也能促進天山雪蓮資源再生與開發利用，將天山雪蓮的價值最大化。

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（責任編輯：易" 婧）