【doc】西洋参根的形态发育与主要药用成分积累的关系

【doc】西洋参根的形态发育与主要药用成分积累的关系 西洋参根的形态发育与主要药用成分积累 的关系 ? 药材? f;z,i6西洋参根的形态发育与主要药用成分积累的关系? 』f,I?,尺7弓j 西北大学植物研究所(西安710069)!兰兰!!兰堡'l 摘要西洋参主根的结构及其生长发育类似多年生草率双f叶植物肉质根不同年生西洋参主根随着参龄 增加,周皮,次生韧部和术质部面积均呈增长.但韧皮部与术质部面积的比自5:1下降至1;1韧皮部的次生 分珏道每年增加一轮,至每4年开始趋缓组织化学实验明根的薄壁组织细胞中贮藏丰富的淀粉粒和人参皂 甙,其中人参皂甙在丹泌道和靠近维管形成层的维管射线中古量最高随着参龄增加,淀粉的含量降低,耐人参 皂甙的含量则逐步上升,两者之间有明显的清长关系 关薯饲西洋参根解剖结构人参皂甙组织化学焉…',1q 西洋参Panaxq~inqu~yoliumL.为五加科人参 属的多年生草本植物药用根,性寒,味甘,徽苦具 滋补强壮补肺降火和养胃生津等功效 西洋参原产北美洲,70年代来,先后在我国 北京,辽宁,吉林,陕西,山东等省,市弓f种成功.目 前,有关西洋参的栽培,生理,植物化学和药理等方 面,国内外已有许多研究的报道,.但关于西洋参 的形态结构发育研究报道甚少….西洋参含有多种 生理活性物质,其中人参皂甙为其主要药用成分鳓. 因此,人参皂甙含量的高低,是评价西洋参内在质量 的重要指标.关于人参皂甙的分离,鉴定等方面已有 大量报道m,但对人参皂甙在其根中的分布部位和 积累动态仅见零星报道?.为此.我们应用植物解剖 学方法研究西洋参主根形态结构的发育过程的同 时,应用组织化学方法对人参皂甙在根的各类组织 中的分布和积累动态进行了研究,探讨两者在根的 生长发育过程中的相互关系,为选择西洋参的最佳 采收期,为提高西洋参药材质量提供科学依据. 1材料与方法 研究材料分别于1993年5月和9月下旬采自 陕西省宁强县滴水铺和留坝县庙台子地区不同年生 的栽培西洋参主根组织学研究的材料FAA和纳 瓦兴固定液固定,石蜡切片法制片,切片厚度8, 10"m.铁矾苏木精染色,并以番红固绿双重染色对 照,部分切片还进行PAS反应显示组织中淀粉粒的 动态变化.以上切片用中性讨胶封片,日本产Olym pus显微镜观察并照相.用于人参皂甙组织化学观 察的根先贮于湿润疏松的砂土中.实验前切取各年 国家自然科学基金资助项日 现在工作地址:新疆石河于农学院生物科学系 ? 162- 生主根1,2cm的根段投入醋酸铅的饱和水溶液 中,置60"C温箱中热处理24~48h,沉淀皂甙然后 将根段进行徒手切片,并19~20ym厚冰冻切片 对照,上述切片都用等量的5香草醛一冰醋酸溶液 和浓硫酸混舍试剂显色.对照材料用7O酒精配制 的FAA溶液浸泡一个月以除去皂甙,再用上述试剂 显色上述切片都制成临时封片,立即进行显微照相 记录观察结果. 2西洋参成长根的形态结构 21外部形态:根茎(习称芦头)较短.呈弯曲状,表 面淡黄棕色,具4个近圆形或半圆形芦碗.顶端的芦 碗被多层膜质鳞片包被根茎下的主根呈纺锤形或 圆锥形.表面淡黄白色.皮细.上部有细密横环纹.下 部环纹少或无环纹,少分枝.主根的中,下部生有众 多细根 2.2内部结构:由周皮和次生维管组织构成.周皮 包括木栓层,木桂形成层和栓内层.次生维管组织包 括次生韧皮部,维管形成层和次生木质部.次生韧皮 部由大量韧皮薄壁组织细胞和间插在其中的少量筛 管,伴胞组成,分泌遭在韧皮部中呈同心环状有规律 排列形成层区呈一个明显的连续环层次生木质部 由大量木薄组织细胞和分散在其中的少量导管组 成.根中央无髓部. 23不同年生西洋参主根的结构变化:西洋参主根 生长点的原分生组织分为3层,即外面为表皮原和 根冠原的原始细胞群,中间为皮层原原始细胞群,最 内为中柱原原始细胞群由它们向外向内分化为根 冠原,表皮原,皮层原和中柱原,进而分化为根冠,表 皮,皮层和中柱,其初生结构类似一般草本双子叶植 物根,初生木质部为三原型.西洋参的主根在第一年 即产生次生结构当初生结构中后生木质部导管将 分化成熟时,三原型初生木质部的凹陷部分的维管 形成层已开始活动.以后分裂活动向两侧扩展,从而 形成一个近三角形的维管形成层环它们向内产生 次生木质部,向外产生次生韧皮部.以后,由内皮层 外方的l,3层薄壁细胞恢复分裂能力成为木栓形 成层.它向外产生木栓层,向内产生栓内屡,共同构 成周皮.在不同年生的西洋参主根中,各粪组织的结 构和比例发生一定的变化现分述于下: 1年生主根柱由表皮,皮层和中柱组成.表皮为 一 层细胞,皮层由5,6层薄壁组织细胞组成.中柱 包括中柱鞘,初生韧皮部,次生韧皮部,维管形成层, 次生木质部和初生木质部.韧皮部与木质部的比例 约为5:l其中,初生韧皮部仅留残迹,次生韧皮部 由大量韧皮薄壁组织细胞和分散在其中的5,7个 成群的筛管,伴胞组成.分泌道两轮t外轮为中柱鞘 起源的初生分泌道,内轮为当年维管形成层活动产 生的次生分泌道共7,s个,其直径为20--45/~m.维 管形成层环近似三角形,由3,5层细胞组成.擞生 木质部由大量木薄壁组织细胞和散布在其中的单个 或5,i0个成群的导管组成.初生木质部仅剩后生 木质部导管散布在薄壁组织中.维管射线单列. 2年生主根:由周皮和次生维管组织组成.周皮 的木栓层细胞3,5层,木栓形成层为I,2层细胞t 栓内层细胞1,2层,后者呈长圆形,略大于木栓层 细胞.次生维管组织增加,其韧皮部与木质部的比例 变为3:l.其中,初生韧皮部已破毁,次生韧皮部外 围的韧皮薄壁组织细胞由于挤压变形,细胞间出现 小裂缝,筛管和伴胞被挤毁,而近维管形成层部分, 细胞整齐完整,筛管和伴胞明显.分泌道3轮,其最 内一轮为维管形成层当年产生,分泌道数量为, 21个,直径为35~48gm.维管形成层区已从三角形 变为圆环形.次生木质部在近维管形成层处的木薄 壁组织细胞排列整齐,步量导管分散其中,而近中兜 处由于一些木薄壁组织细胞被挤毁,导管破裂,出现 裂隙.维管射线单或二列,在韧皮部外方发生弯曲. 3年生主根:由周皮和次生维管组织组成主根 的各娄组织的细胞数量均增加周皮的木栓层增至 4,6层细胞,次生维管组织中韧皮部与木质部的面 积比近2:1.其中,次生韧皮部外围的裂缝增大,分 泌道4轮,当年产生的一轮其分泌道数为48,50 个,直径为45,6In,而紧邻栓内层的初生分泌道 由于受挤压而破毁,维管射线数量增加. 4年生主根:其结构与3年生相似,但各部分细 胞数量进一步增加,但次生维管组织中韧皮部与木 《中草药}l996l耳第z7 质部的面积比已近l:1.次生韧皮部外围的韧皮薄 壁组织细胞间的裂缝更扩大,由于当年维管形成层 仅产生3,5个分泌道,直径为35,5In,或不再产 生新的分泌道,固此,根内分泌道呈3或4轮 2.4?不同年生西洋参主根中人参皂甙和淀粉粒的 分布和积累动态西洋参根内的人参皂甙与皂甙显 色剂发生由淡红到紫红的颜色反应实验结果表明, 在不同年生主根中,人参皂甙的分布和积累的情况 不同,呈现出如下规律性变化: 1年生主根中,人参皂甙主要分布于接近维管 形成层的韧皮射线细胞中,栓由层和分泌道呈弱的 显色反应,木质部细胞近不显色 2年生主根中,韧皮射线,栓内层和分泌道发生 较强的显色反应,近维管形成层的木射线也开始显 色. 3年生主根中,人参皂甙的分布部位更为广泛. 睬拴内层,分泌道及其周围细胞,接近维管形成层的 韧皮射线和木射线细胞外,韧皮薄壁组织和木薄壁 组织细胞,邻近周皮的韧皮射线及近根中央的木射 线细胞中也积累人参皂甙,且各部分的显色反应均 较2年生强. 4年生主根中,人参皂甙的分布部位与3年生 根相似,但其显色强度有所增加,其中分泌道及其周 围细胞,接近维管形成层的韧皮射线和木射线细胞 中显色反应最强. 经7O酒精配制的FAA溶渡授泡处理后的各 年生西洋参根对照材料,均不能与皂甙显色剂发生 显色反应. 西洋参主根中富含淀粉粒,经PAS反应实验结 果,在不同年生西洋参主根中,其薄壁组织内淀粉粒 的梢长也呈有规律变化: 1年生主根中,淀粉粒分布于次生韧皮部和木 质部所有的薄壁组织细胞中,含量十分丰富,呈强的 PAS反应结果 2年生主根中,淀粉粒主要分布于靠近维管形 成层的次生韧皮部和木质部的薄壁组织细胞中,含 量下降,PAS反应较一年生弱. 3年生主根中,淀粉粒的分布与2年生根相似, 但其含量进一步下降,PAS反应减弱. 4年生主根中,淀粉的含量更低,PAS反应呈徽 弱的正反应 3讨论 研究结果表明,西洋参根的结构及其发育粪似 一 般多年生草本双子叶植物的肉质根,与人参相 ?163? 似.B~coqsaa(1974)曾报道,人参属一些种的所有 器官中,薄壁组织均保持很大比重.在西洋参主根 的初生结构中,皮层薄壁组织占主导地位,而次生维 管组织中t也薄壁组织细胞为主,维管分子步量. 这与Bc.M对人参属植物的研究报道一致.Met— caffe和Chalk(1950)指出.五加科植物中分泌道普 遍存在t但在不同属的植物中,分泌道分布的部位有 所不同.如Scheffiera属植物大多数种的髓中都具 有分泌道,而Dizygotheca属植物的分泌道则存在皮 层和中柱鞘中0西洋参根中分泌道存在于中柱鞘 和次生韧皮部中. 通过不同年生西洋参根的比较解剖研究表明, 随着参龄增加,主根不断加粗,4年生主根的直径为 一 年生的5,6倍.在根的生长发育过程中,内部结 构的变化主要为:1年生主根具表皮,皮层.而2年 生主根产生周皮,表皮和皮层脱落il年生主根中维 管形成层环呈近三角形,2年生主根呈圆形;从1年 生到4年生的笈育过程中t次生维管组织数量增加, 其中,次生木质部增长快,韧皮部和术质部的比由5 1逐步变为1:1}扶生韧皮部中分泌道通常每年 增加1轮,每轮的分泌道的数量和直径也相应增加, 但第1年趋缓或不再增加.这些特点与人参根的结 构变化规律相似 关于人参皂甙在根内的分布部位和积累动态的 组织化学研究,李向高等(1980)曾对干燥西洋参粉 末中人参皂甙的提取液进行李伯曼反应等3种化学 实验,证明人参皂甙与这些试剂可呈红色反应m; Buco~等(1974)和Kubo(1980)分别用三氯化锑 的氯仿溶蔽和硅钨酸的乙醇溶蔽对人参和竹节参的 徒手切片进行显色反应,可使其组织中的人参皂甙 也呈现由红至紫色的变化".我们通过反复试验. 发现5的香草醛一冰醋酸溶液和浓硫酸的等量混合 液与西洋参根中人参皂甙反应最灵敏,专一性强.反 应后生成由淡红一红一紫红色的复合物.其色度耀浅 与皂甙含量成正比.当对照材料溶去组织中皂甙后, 即不再显色.故我们以此作为西洋参根组织化学研 究的皂甙反应试剂. 关于西洋参根中人参皂甙的分布部位和积累动 态.郑友兰等(1986)在人参与西洋参组织化学比较 研究中认为,人参皂甙主要分布于周皮和韧皮部中, 其中以分泌道内最多?.Kubo(1980)和溪忠人 (1982)对人参的组织化学研究也有类似的结 论?Bn等0974)在人参与竹节参的组织 化学研究中指出,人参皂甙不仅存在于韧皮部中.还 ? 164? 存在于术质部导管附近的薄壁组织细胞和术射线细 胞中m我们对西洋参根的组织化学研究表明,人参 皂甙主要存在于分泌道及其周围细晦和靠近维管形 成层的维管射线中,此外,周皮的栓内层,韧皮薄壁 组织和术薄壁组织细胞中也含有人参皂甙.刘铁城 等(1987)曾对不同年生西洋参粉末提取液进行薄层 扫描和薄层层析法测定,表明人参皂甙的含量与参 龄成正比.日本学者难波恒雄(1974)测定白参的 结果,以年生的皂甙含量最高,4年以上反而有所 下降.我们用组织化学方法研究1,4年生西洋参 根中人参皂甙积累动态表明:1年生根呈姨红色反 应.色泽最浅;2年生色泽较深.呈红色;3,4年生均 呈紫红色反应.研究结果与上述报道相似.与根的结 构笈育也一致. 从淀粉粒的消长变化和人参皂甙的积累动态的 关系分析.随着参龄增加,淀粉含量逐年下降,而人 参皂甙的含量却逐年增加我们推测淀粉作为西洋 参根中的贮藏和能源物质,在人参皂甙的形成和积 累中,它一方面提供能源,同时转化成人参皂甙糖配 基的一部分.因此,两者之间存在着此消擅长的关 系.我们的研究还发理,西洋参根生长至4年时,人 参皂甙含量的增加已趋于凝慢,淀粉含量巳很低,新 分泌道的产生也逐渐停止.根据上述不同年生西洋 参根的结构变化规律及人参皂甙,淀粉粒的动态变 化分析.我们认为西洋参的栽培年限不宜过长,第4 年应为其最佳采挖期 ?考文献 郑友兰,等.中国药学杂志.1989.24(9);524 刘铁艟.中药材.I990,13(3,:48 杉原德行,等.KeojMed.1931,1(I)703 BA.PaeTu~pnucp~ypeu,1974,1:53 李向高.等.人参科研论文集.长春:吉林农业大学出版 社,1988.259 章观德药学,1980.15(6):375 吕永俊,等.沈阳药学院.1985,2(1)63 郑友兰,等.吉林农业大学.1986,8(4):30 刘玫,等.中国中药杂吝,1990,15(1)16 MetealfeC.R.andChalkIAnatomy0ftheDieotyle— dons.Vo1.IOxrd,C1arettdonPress.1950.729 事向高,等.特产科学实验(西洋参专辑).1980(4):Z9 Kub..Jou~alofNaturalProducts(I[oydia),1980,43 (2)?277 溪忠人.国外特种经济动植物.1982(1):34 刘铁域,等中药通报,1987.12(5):】B 23456789 伸儿地"H