旱生植物苦豆子研究综述

张 雨，苏丹丹，王亚男，郑长远，苏 旭，3，刘玉萍*

（1. 青海师范大学生命科学学院，青海西宁，810008；2. 青海师范大学青海省青藏高原药用动植物资源重点实验室，青海西宁，810008；3. 青海师范大学高原科学与可持续发展研究院，青海西宁，810008）

苦豆子（Sophora alopecuroides）又名草本槐或苦豆根，是豆科（Fabaceae）、槐属（Sophora）的一种多年生草本植物，主要分布于中国内蒙古、河北、山西、河南、陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆、西藏等地，俄罗斯、阿富汗、伊朗、士耳其、巴基斯坦和印度北部也有少量分布［1］。苦豆子通常生长于海拔500 ～ 1 600 m 的干旱沙漠和草原边缘地带［2］，具有较强的抗寒、抗旱、抗盐碱、抗风沙等特殊性质，是一种重要的防风固沙植物［3］。苦豆子的根、茎、种子乃至全草皆可以入药［4］，具抗炎、抗过敏、抗病毒、抗肿瘤等功效，有重要的药用价值和经济价值［5］；苦豆渣是一种优质蛋白质，是干旱荒漠地区草食家畜越冬度春的重要补充饲料，开发前景广阔［6］。通过系统总结苦豆子的研究现状，然后对苦豆子的自然地理分布范围进行了调查并对种质资源作了收集，最后对其种质资源收集的重要性进行了探讨，旨在为今后苦豆子种质资源的系统研究与合理开发利用提供科学依据。

1 研究现状

迄今为止，关于豆科植物种质资源收集方面的研究较多［10-13］。譬如，龙珏臣等［11］历时2 年从重庆地区收集到49份绿豆种质资源，并对绿豆种质资源的枯萎病抗性种质进行筛选，发现9 份中抗材料、3份抗病材料和1 份高抗材料，为后续优良种质开发利用和抗绿豆枯萎病基因发掘提供了理论依据；阳小虎［12］根据本省收集到的135份花生种源为试验材料，对不同类型花生品种的主要性状进行调查，得出不同类型花生性状差异较大，同一性状在不同类型间的变异系数也有一定差异，且变异范围越大利用价值越高的结论。已有部分学者［1，7-9］对苦豆子的外部形态特征、化学成分、抗逆生理特征、药理学和毒理学活性等方面进行了大量研究，取得了一定的成效。但关于苦豆子种质资源收集及相关研究较少［14-15］，仅见阳翠等［14-15］对收集的苦豆子种质资源遗传多样性和种子生物学特性进行了研究，认为苦豆子居群间具有丰富的遗传多样性，不同居群的生物学性状间差异显著。

1.1 外部形态特征

苦豆子是一种多年生草本或亚灌木，株高约1 m，枝条被覆白色或淡灰白色长柔毛或贴伏柔毛；羽状复叶，基部宽楔形或圆形；花冠为白色或淡黄色，雄蕊10 枚；荚果念珠状，伸直，具多数种子；种子呈卵球形，稍扁，颜色一般为褐色或黄褐色；花期5 ～ 7月；果期8 ～ 10 月。不同时期的植物志对苦豆子外部形态特征记载略有不同。譬如，1994 年中国植物志编辑委员会编写的《中国植物志》将苦豆子划分为原变种和变种，变种别名毛苦豆子，枝和叶密被绒毛，明显区别于原变种，认为原变种小叶7 ～ 13对，旗瓣形态多变，翼瓣常单侧生，稀近双侧生，龙骨瓣与翼瓣外形相近，长约为瓣片的1/2［1］；青海植物志编辑委员会主编的《青海植物志》则认为此植物奇数羽状复叶互生，具小叶15 ～ 25 对，旗瓣呈倒卵型，花冠为乳黄色或鲜黄色［16］；《中国高等植物彩色图鉴》编委会编写的《中国高等植物彩色图鉴》中则记载为苦豆子小叶11 ～ 27 对，花冠白色或奶白色，同时对其生境和地理分布也做了详细描述［17］。

1.2 化学成分

研究表明，苦豆子主要化学成分是生物碱和黄酮，另有其它成分如挥发油、有机酸、多糖、香豆素、无机元素、脂肪酸等［18］，其中生物碱含量最大［19］。例如，万传星等［20］使用732 强酸性阳离子交换树脂法、固相萃取法、有机溶剂液液萃取法等制备了苦豆子总碱，发现三种措施制备的苦豆子生物碱单体组分类型一致，同时运用气相色谱-质谱联用技术鉴定出13 种生物碱，主要有槐定碱、槐果碱、苦参碱、异槐果碱、野啶碱、Lamprolobine 和槐胺碱，按其结构可将其分为四种类型：苦参碱-四环型、鹰爪豆碱-四环型、金雀花碱-三环型、羽扇豆碱-二环型；肖东等［21］研究认为黄酮是另一大类生物碱成分，如卞海涛等［22］选用硅胶、Sephadex LH-20 等色谱方法从苦豆子中分离鉴定出5 种黄酮类化合物，分别是苦豆双黄酮苷、5，6-二羟基3，7，35，4 -四甲氧基黄酮、紫铆查耳酮、β-胡萝卜苷和3-甲氧基木犀草素。

1.3 逆境生理特征

苦豆子生长于荒漠、半荒漠、草原边际较湿润的区域，如半固定沙丘和固定沙丘的低湿处、湖盆沙地绿洲边缘及农区的沟旁和田地边缘［23］。王彦琴等［3］使用NaCl溶液和PEG-6 000模拟盐胁迫与干旱胁迫，设置不同的浓度梯度，分别对苦豆子种子和幼苗实施盐胁迫与干旱胁迫处理，认为苦豆子为一种极强耐盐和耐旱植物，为荒漠区生态防护林选材提供了依据，也为耐盐、耐旱功能基因的发掘提供了实验材料。

1.4 药理学与毒理学活性

苦豆子性寒、味苦、有毒，具备清热解毒、消炎止痢、止痛、祛风、杀虫等效用。最新研究表明，苦豆子具有抗炎、抗心律失常、抗癌、镇痛等多种药理作用［12，24-26］。譬如，杨树鑫［27］等通过研究苦豆子生物碱的抗肿瘤机制，发现苦豆子生物碱以细胞凋亡过程中重要的调控分子或路径如细胞抗调亡因子Bcl-2、半胱氨酸蛋白酶Caspase 蛋白家族等为靶点发挥抑癌作用；刘学楠等［28］通过不同方法制备苦豆子提取物，建立HPLC 化学指纹图谱，对苦豆子提取物进行毒性评估，为分析其毒性作用机制奠定了基础；李生虎等［29］以小鼠为试验动物，探讨了苦豆子生物碱氯仿、正丁醇萃取组分的毒性，发现苦豆子生物碱对小鼠半数致死量是衡量药物急性毒性大小与效应力强弱的重要指标，为苦豆子生物碱的临床用药提供了理论依据。

2 种质资源收集

2.1 种质资源收集方法与结果

因种质资源表现形态与材料类型分类不同，其收集数量、时间及要求也各不相同。譬如，植物种子的收集通常在种子成熟后按千粒质量大小确定收集数量；珍稀名贵植物种子的收集应根据实际情况确定收集量；离体植物材料的收集往往选择遗传稳定性强、再生能力强、成活率高的少量组织，一般以含有顶端分生组织的器官培养物或胚性培养物为首选；植物标本的收集应在花、果跨度期，保证植物各部位完整，采集量根据实际情况确定［30］。

通过查阅大量文献资料及现存放于中国科学院植物研究所标本馆、西北农林科技大学生命科学学院植物标本馆、中国科学院西北高原生物研究所青藏高原生物标本馆、中国科学院沈阳应用生态研究所东北生物标本馆、中国科学院新疆生态与地理研究所标本馆中馆藏的苦豆子腊叶标本，并对该物种的生境、经纬度、海拔等信息详细记录；同时，查阅中国数字植物标本馆的苦豆子电子标本信息作为补充，确定苦豆子在相关采集地的生境条件、分布范围和特点，按照群体遗传学采样方法对苦豆子进行野外调查和采样，即居群之间直线距离至少20 km，每个居群随机采集3 ～ 13 个个体，个体之间间隔20 m 以上，野外采集生长良好且健康的苦豆子新鲜嫩叶、种子及完整个体，适宜条件保存好带回实验室，并记录各居群的经纬度、海拔高度、生境、伴生种等信息。2019 ～ 2020 年，项目组对苦豆子的野外自然地理分布区进行了较为全面的野外调查和群体遗传学采样，结果共采集到苦豆子种质资源18个自然居群、86个个体的DNA分子材料和成熟种子（表1）。凭证标本存放于中国科学院西北高原生物研究所青藏高原生物标本馆（HNWP）。

表1 苦豆子野外采样信息Table 1 Field sampling information of Sophora alopecuroides

2.2 种质资源收集意义

植物种质资源收集可以进一步保存，挖掘和改良植物的优良遗传基因，为后期选育提供信息和材料支持，也可为群体遗传结构、遗传多样性、群体历史动态等研究提供良好的条件［31］。通过对苦豆子主要自然地理分布区种质资源的全面野外考察，并在群体水平上收集了苦豆子的植物标本、DNA 分子材料和成熟种子，本次种质资源材料的收集对今后系统探讨苦豆子的表型多样性、遗传多样性、群体遗传结构、染色体倍性、物种起源与适应性进化、物种形成机制以及抗逆生理机制等均具有重要意义。同时，苦豆子作为药用植物，其种质资源遗传多样性的研究对于分析药用植物亲缘关系、寻找可替代的中药材物种等提供重要的种质材料。

3 结语

苦豆子具有重要的药用价值和生态价值，分布区域较广，种质资源极为丰富。目前，有关苦豆子的研究主要在生物学特性、生理特性、化学成分、药用价值、饲料加工和其他资源化利用途径等方面，但对其种质资源的研究甚少。植物种质资源作为植物遗传基因的载体，是生物多样性极其重要的构成因素，是植物进化及培育适应不同环境与用途植物新品种的重要物质基础。在此次苦豆子种质资源收集的基础上，我们将来可开展的研究工作主要包括：一、通过群体水平上外部形态性状特征的统计及其与生态因子的相关分析，阐明引起该物种形态变异的主要表型性状和生态因子类型；二、基于cpDNA 和nrITS 序列的群体遗传学数据，探讨苦豆子的群体遗传结构、遗传多样性、遗传变异地理分布式样及群体历史动态，解析该物种响应第四纪气候历史变迁机制；三、利用分子标记、低拷贝核基因、转录组、简化基因组乃至全基因组数据探讨苦豆子的适应性进化和物种形成机制，明晰该物种形成的主要驱动力及物种形成模式，同时筛选耐逆适应关键功能基因，并对关键功能基因进行功能验证。