红花化学成分及分子育种研究进展

安素妨 许兰杰 杨红旗 余永亮 杨青 谭政委 董薇 鲁丹丹 李磊 梁慧珍

摘要：红花是我国重要的一种药食同源的经济作物，花瓣具有活血通经，散瘀止痛的功效，而红花油更是优质的保健食用油。通过查阅国内外学术界关于红花的研究文献，对红花的研究现状进行综述，并提出了今后的研究方向，以便于对该药材资源进行更好的研究、开发利用。

关键词：红花;化学成分;分子技术;综述

中图分类号：S567.219              文献标志码：A              文章编号：1001-1463（2022）03-0005-08

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2022.03.002

Advances in Chemical Constituents and Molecular Breeding of Carthamus tinctorius L.

AN Sufang， XU Lanjie， YANG Hongqi， YU Yongliang， YANG Qing， TAN Zhengwei， DONG Wei， LU Dandan， LI Lei， LIANG Huizhen

（Henan Sesame Research Center， Henan Academy of Agricultural Sciences， Zhengzhou Henan 450000， China）

Abstract：Carthamus tinctorius L. is an important economic crop with homology of food and medicine in China. Its petals have the functions of promoting blood circulation， clearing blood stasis and relieving pain. And safflower oil is a high-quality health edible oil， which has important research significance. This paper reviewed the research status of Carthamus tinctorius L. by referring to the domestic and foreign academic literature on Carthamus tinctorius L.， and has put forward some questions and suggestions in order to better research， development and utilization of the medicinal material resources.

Key words： Carthamus tinctorius L.;Chemical composition;Molecular techniques;Review

紅花（Carthamus tinctorius L.）为菊科植物，又名红蓝花、草红花、杜红花、刺红花等，一年生草本，花冠橘红色或橘黄色。红花喜温暖、干燥气候，抗寒性强，耐贫瘠。抗旱怕涝，适宜在排水良好、中等肥沃的砂土壤上种植。红花起源于地中海沿岸国家[1 ]，引入我国后在我国大部分地区均有种植，主要在新疆、四川、云南、山东、河南等地。红花是集药用、食用、油料、饲料、染料于一身的经济作物，随着国内外的深入研究及开发利用，其潜在的实用价值和广阔的开发前景也越来越受到人们的重视。

1   主要化学成分及药理作用

1.1   红花主要化学成分

红花中含有很多已知的化学成分，主要有黄酮类、生物碱、醌氏查尔酮类、炔类、亚精胺类成分和一些其他类别的化合物如木脂素、有机酸、多糖等。

早些年国外一些学者从就首次从红花中分离得到红花黄色素A（SYA）、红花黄色素B（SYB）以及SYC、羟基红花黄色素A（hydroxysafflor yellow A，HSYA）、红花红色素（carthamin）、cartormin[2 - 7 ]。姜建双等[8 ]采用各种柱色谱对红花进行分离纯化，分离出了10种化合物，其中化合物7，8- dimethylpyrazino[2，3-g]quinazolin-2，4-（1H，3H）-dione和4'-0-二氢红花菜豆酸-β-D-葡萄糖苷甲酯为首次得到的天然产物，化合物roseoside，4-O-β-D-吡喃葡萄糖氧基苯甲酸和对羟基苯甲酸为首次从红花中分离得到。范莉等[9 ]采用多种色谱方法对红花药材进行分离纯化，从中分离鉴定得到10种黄酮类化合物，其中6-羟基槲皮素- 3，6，7-三氧葡萄糖苷为新发现化合物。李晓锋等[10 ]通过大孔树脂、硅胶、Sephadex LH-20反复柱层析及制备HPLC方法分离纯化，从红花中分离得到12种化合物，其中对羟基苯甲醛、反式- 1-（4'-羟基苯基）-丁-1-烯-3-酮、3-吲哚甲醛、2-乙酰基-5-羟甲基呋喃、（6R，7E，9R）9-hydroxy-4-megastigmandien-3-one、对羟基苯乙酮、豆甾醇-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷为首次从该植物中分离得到。乐世俊等[11 ]采用体外抗氧化活性为导向，筛选红花抗氧化活性部位，从红花活性部位水部位中分离得到6-羟基山柰酚糖苷类及醌式查尔酮碳苷类。Chen等[12 ]以HPLC指纹图谱为导向，应用中压反相硅胶柱色谱以及半制备高压液相色谱两种方法，对红花提取物中主要化合物进行快速分离，共分离得到了9种黄酮醇类，3种查尔酮类物质。瞿城等[13 ]采用硅胶、Sephadex LH-20和pre-HPLC等多种色谱技术进行分离纯化，运用MS、NMR等波谱学方法以及结合文献数据鉴定化合物结构，结果从红花乙醇提取物中分离得到20种化合物，野黄芩素、正二十六烷酸、（2S）-1-O-heptatriacontanoyl glycerol、5，7，4′-三羟基-6-甲氧基黄酮-3-O-β-D-芸香糖苷、香草酸、没食子酸、七叶亭、熊果酸、东莨菪内酯为首次从红花中分离得到。艾尔肯·图尔荪等[14 ]用50%乙醇热回流提取，对大孔树脂30%乙醇-水部位进行ODS、Sephadex LH-20柱层析及制备液相色谱（pHPLC）分离纯化，从红花中分离鉴定了12种化合物， 其中1，2，3，4-四氢-3-羧基-2-卡波林为首次从红花中分离得到。王禹[15 ]采用乙醇超声的方法提取红花，粗提物经柱层析色谱（ODS、Sephadex LH20等）及半制备高效液相色谱进行分离纯化出8种化合物。马家麟等[16 ]采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术对超临界CO2提取的红花成分进行分析， 结果从红花萃取物中鉴定了41种化合物，占总萃取物的52.11%。赫军等[17 ]通过大孔树脂吸附柱色谱、Sephadex LH-20及制备HPLC色谱进行红花化合物的分离，结果分离并鉴定了7种多烯炔类型的化合物，其中5种为新化合物，1种化合物为首次从该属植物中分离得到。谭圳等[18 ]采用固体MS培养基，对红花细胞进行放大培养的化合物的化学成分进行分离纯化，从红花细胞培养物中分离并鉴定了12种甾体和苯丙素类化合物。其中化合物豆甾-5-烯-3β，7β-二醇、豆甾-5-烯-3β，7α-二醇、豆甾-5，22-二烯-3β，7β-二醇、豆甾-5，22-二烯-3β，7α-二醇、丁香酸甲酯、3，5-二甲氧基-对羟基苯甲醛、N-阿魏酸酰-对羟基苯乙胺、芥子酸乙酯均为首次从红花植物中分离得到。红花中的红花多糖基本组成为葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和半乳糖，酚-硫酸法测的总糖含量约为25.4%[19 ]。

1.2   药理作用

红花是我国传统的活血化瘀中药，在临床上被广泛用于治疗脑梗死、冠心病、高血压等疾病，研究发现红花黄色素有抗氧化作用[20 - 21 ]。红花黄素能抑制免疫功能，通过研究红花黄素对自发性高血压大鼠的降压作用及肾素-血管紧张素的关系，可预测红花黄素用于抗高血压的可能性[22 ]。从红花中分离得到的黄酮类成分对体外抗ADP诱导的血小板聚集有不同程度的抑制作用，红花黄酮类化合物的抗凝作用与其结构有一定的关系[23 ]。用Genecards数据库检索糖尿病肾病相关基因发现，红花有效活性成分可能通过参与调控血浆黏稠程度、血清总胆固醇等血液流变学保护肾脏，对肾脏功能有保护功效，可通过调节糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路等信号通路治疗糖尿病肾病等[24 ]。分析红花药材的活血化瘀药理作用，表明红花有抑制血小板聚集，延长外源与内源性凝血系统的作用，且随着剂量的增加药理作用随之增强[25 ]。魏郁晖等[26 ]认为，红花具有降低血压和血脂、抗凝血和抗血栓、抗炎镇痛和镇静、兴奋子宫、耐缺氧、保肝、免疫抑制等作用。通过研究红花黄色素對乳腺癌细胞增殖、凋亡、迁移和侵袭的影响及相关的分子机制发现，红花黄色素能在体外通过激活凋亡通路而促进凋亡，并能通过抑制MMP2来抑制乳腺癌细胞的转移，确定红花黄色素是一种潜在的治疗乳腺癌的药物[27 ]。研究发现，藏红花提取液能改善大鼠松质骨骨小梁显微结构，改善骨代谢，降低骨转换率，对去卵巢大鼠骨质疏松有治疗作用，红花黄色素注射液对急性心肌缺血大鼠有保护作用，其作用可能与其抗氧化、清除氧自由基有相关[28 - 29 ]。为探讨西红花苷是否可以预防早期慢性应激对成年行为的不利影响，以成年雄性受压大鼠为研究对象，受压大鼠表现出焦虑和抑郁行为，采用西红花苷治疗后，早期压力引起的大鼠行为和形态学缺陷减轻，说明西红花苷可以预防早期压力引起的成年行为和形态异常[30 ]。乌吉木等[31 ]利用分子对接技术分析红花成分和靶点的相互作用和网络特征，发现红花多个成分作用于调节胆汁酸和胆红素代谢靶点，并通过抑制胆汁酸生成，促进胆汁酸、胆盐和胆红素排出肝脏的途径治疗胆汁淤积。

最新研究发现，红花中有22种潜在的药效成分，218个化合物靶点，531个心肌缺血相关靶向基因，在对心肌缺血疾病的治疗中起到了作用，并通过“活性成分-作用靶点-相关疾病”网络模型中发现，槲皮素对应的心肌缺血靶点最多，说明红花中槲皮素在治疗心肌缺血方面可能起到了关键作用[32 ]。利用网络药理学技术研究西红花抗抑郁的药效作用机制，通过生物信息学分析，筛选出了西红花抗抑郁作用的5种关键活性成分（槲皮素、西红花酸、山柰酚、藏红花醛、异鼠李素）和21个关键靶点[33 ]。

2   红花的分子技术及分子育种技术

2.1   分子技术

学者用Solexa测序技术对红花种子、叶片和花进行转录组测序及生物信息学分析，获得红花总Unigenes为153 769条，其中种子为69 121条、叶为51 814条、花为100 739条;通过构建cDNA文库，共获得了7.5×106个克隆，应用生物信息学方法从cDNA文库中挑选出了红花油体蛋白基因的全长序列[34 ]。张阵阵等[35 ]以河南无刺大红袍和若羌有刺白两个红花品系为材料，探讨了RAPD和AFLP这两种分子标记技术应用于红花不同品系多态性效率，结果PAPD引物扩增红花基因组多态性选出率为0.20%，AFLP引物扩增红花基因组多态性选出率为0.31%，认为AFLP较RAPD为更有效的分子标记。赵明波等[36 ]研究认为，采用RP-HPIC为法控制药材的指纹图谱、方法重现性好，不同产地红花药材化学组成相似，其相对比例较稳定。董园园[37 ]通过高通量测序方法分析了红花microRNA及转录组的基因表达模式，并进行利用生物信息学方法在红花microRNA基因鉴定、新转录本注释、基因产物、基因功能、表达调控等研究，丰富了红花的分子遗传信息。范莉等[38 ]通过用HPLC方法测定了46批市售红花药材，认为红花药材可通过与标准指纹图谱比较评价质量且较为稳定。胡燕等[39 ]运用Agilent 1100 DAD- HPLC高效液相色谱仪，Kromasil 100-5 C18（4.6 mm×250 mm，5 μm）色谱柱，乙腈-0.1%磷酸梯度洗脱，流速1.0 mL/min，检测波长270 nm，柱温25 ℃，进样量10 μL，对10批红花进行试验，其方法色谱图峰的分离度较好，特征明显，可作为红花药材真伪鉴别标准。向妮艳等[40 ]利用SSR分子标记关联分析技术，分析了27个国家的74份红花种质资源的遗传多样性和群体结构，为高含油量红花辅助育种提供了新的分子标记资源。李志立等[41 ]借助分子对接技术筛选中药活性成分，对红花中抗心肌缺血活性组分进行虚拟筛选，筛选到14个化学成分最具潜在抗心肌缺血活性，且均为黄酮类成分，推测黄酮组分为红花中最具潜在抗心肌缺血活性组分。赖成霞等[42 ]以藏红花悬浮细胞为研究对象，采用同源克隆法和5'RACE （rapid amplification of cDNA ends）技术克隆藏红花酸糖转移酶UGTCs4基因的全长cDNA序列，对基因编码的蛋白结构与功能进行生物信息学分析，并通过半定量RT-PCR方法检测不同诱导物条件下的基因表达情况，发现UGTCs4基因的cDNA全长为1 380 bp，编码459个氨基酸。

2.2   分子育种技术

为了改进植物优异的遗传性状，越来越多的分子技术应用到生物育种之中。利用转录组技术对不同光照强度处理后的红花盛花期基因表达进行测定，分析光照强度对红花类黄酮功能基因表达的影响，结果发现强光会使红花的产量增加，适宜的弱光会促进红花有效成分的积累[43 ]。王娟等[44 ]从菊科植物红花中克隆并获得了1个B类GATA基因（命名为CtGATA21，NCBI登录号：MN399373），其基因全长966 bp，编码321个氨基酸，定位于细胞核中。红花CtGATA21在叶片中表达量最高，在盐、干旱胁迫下其表达量迅速积累，显著上调，表明红花CtGATA21能够正响应盐和干旱胁迫，这为研究植物GATA转录因子的抗逆功能提供了新的数据。通过对前期红花干旱胁迫转录组数据的挖掘，利用RT-PCR方法从红花中首次克隆得到1条全长为 957 bp响应干旱胁迫脱水素基因序列CtDHN1，通过耐逆性分析表明CtDHN1可耐受1.5 mol/L山梨醇和1.3 mol/L 氯化钠的干旱和高盐环境，为红花提高抵抗非生物胁迫提供了理论依据[45 ]。于景盛等[46 ]利用生物信息学和RT-qPCR分析红花热胁迫相关转录因子Unigene的全长序列在红花各组织及不同发育时期的种子中的表达情况，发现1种热激转录因子CtHSFA9荧光定量PCR分析显示其基因在不同组织以及不同发育时期的种子中的表达量不同，初步确定红花CtHSFA9属于HSF热激转录因子家族，这为红花逆境相关转录因子及植物抗逆性状改良提供了研究基础。王丹丹等[47 ]从红花花瓣中克隆得到一种不稳定的碱性亲水蛋白CtMYB-TF1，其基因表达量检测分析发现，红花CtMYB-TF1基因在花期各阶段的相对表达量均高于红花CtANS基因，并且随着花期的延长红花CtMYB-TF1基因和CtANS基因的相对表达量也有增高，其中在花期的第5天红花CtMYB-TF1基因的相对表达量出现峰值，说明CtMYB-TF1基因对CtANS基因具明显的上调作用，这为采用分子生物学及基因工程手段构建高产的红花花青素细胞系提供了实践依据。通过对红花干旱胁迫转录组数据的挖掘，首次从药用植物红花中克隆得到1条全长为888 bp的水通道蛋白基因序列CtAQP1，耐逆性分析表明CtAQP1基因可降低对大肠杆菌对0.8 mol/L山梨醇模拟干旱环境的耐受性，这为研究CtAQP1基因在红花抵抗非生物胁迫中的分子机制提供了理论基础。

3   红花遗传多样性及主要农艺性状

3.1   遗传多样性分析

红花有着丰富的遗传多样性[48 ]。郭美丽等[49 ]利用RAPD技术和统计学方法，对我国9个省份采集的22个红花品种进行遗传多样性分析，通过聚类分析将22个品种聚为7个类型，表明北方地区的品种亲缘关系较近，南方品种间遗传差异性较大，红花种内存在一定的遗传变异。闫诚等[50 ]利用RAPD分子标记技术分析了我国11个省份的20个红花品种间的遗传多样性，采用UPMGA法对Nei，s的一致度进行聚类分析，结果将20个红花品种聚为4个类群，其中10个河南道地红花品种聚为一类，说明红花不同品种间的遗传多样性可能与地理分布存在相关性。Mahasi等[51 ]也分别利用PAPD技术、RAMP分子标记技術对红花进行了遗传多样性研究，发现红花的遗传多样性和地理分布存在一定相关性。官玲亮等[52 ]利用A- PAGE技术对来源于不同国家的79份油用型红花材科醇溶蛋白位点进行检测，结果发现油用型红花醇溶蛋白位点存在丰富变异类型，并通过聚类分析表明红花花醇溶蛋白图谱类型与其地理分布有一定的相关，但不显著。郭丽芬等[53 ]以68个红花种植资源为材料，对19个形态性状进行遗传多样性分析，结果表明国内外不同地理来源红花资源群体间的遗传多样性丰富，数量性状存在较大变异。向妮艳等[40 ]为寻找与红花油脂性状相关联的分子标记，利用已经开发的48对SSR引物系统分析了来自27个国家74份红花种质资源的遗传多样性和群体结构，通过聚类分析74份红花分为3个亚群，各亚群分别包含7、55、12份材料，结果表明，所选74份红花种质资源的群体遗传多样性丰富，结构差异性显著。分别采用扩增片段长度多态性（AFLP）技术[54 ]和用相关序列扩增多态性SRAP技术[55 - 56 ]对来源于中国或国外不同地区的不同红花品种材料亲缘关系进行了分析，都表明红花种内不同品种间存在一定的遗传多样性。胡尊红等[57 ]利用108对AFLP标记引物从DNA水平分析50份云南优异红花种质的遗传多样性，通过UPGMA聚类分析，遗传相似系数0.64～0.66，把50份红花材料分为4个类群，说明云南红花群体具有复杂的遗传分化和丰富的遗传多样性。遗传变异主要在群体间，证明AFLP标记技术能有效地揭示红花种质资源的遗传多样性。贾东海等[58 ]对收集的32 份油药兼用红花种质资源进行遗传多样性、变异和聚类分析，发现油药兼用红花种质资源主要是叶型倒披、籽粒壳性状普通、花球性状圆锥、籽粒性状圆锥为主，新疆油药兼用红花品种品质性状遗传多样性高于产量性状，材料的聚类与其来源无明显的联系，青海、甘肃、河南、山东的材料优先聚在一起，新疆具有丰富的油药兼用红花种质资源，且遗传距离较远。

3.2   主要农艺性状

红花的农艺性状与其产量有着密切的关系。张兆萍等[59 ]通过测定甘肃本地紧凑型、半紧凑型和松散性3中株型红花品种的不同叶位的光合特性和农艺性状，结果发现单株花及籽粒产量均为半紧凑型极显著高于其他两种株型，所以在甘肃的红花生产上，可优先考虑种植半紧凑型品种。李静等[60 ]通过研究不同时期豫红花1号株高、叶数、冠幅、分枝、叶长、叶宽、茎粗、根粗等15个表型农艺性状和植株营养成分的相关性及灰度关联度，发现其花蕾数和顶蕾直径主要与植株株高、冠幅、叶型指数、根粗、叶宽有一定的相关性，植株营养成分与植株农艺性状关系紧密。许兰杰等[61 ]研究发现红花的顶果球着粒数、顶果球质量、顶果球直径、茎粗是影响顶果球籽粒质量的主要性状，在培育籽粒高产红花品种时应着重考虑顶果球质量、顶果球着粒数、顶果球直径等相关性状。周子馨等[62 ]对红花的主要农艺性状进行分析，结果红花主要农艺性状变异系数达5.09%～55.84%，单株果球数对红花产量形成的直接效应最大。Tabrizi等[63 ]和 Arslan等[64 ]的研究表明，单株果球数、顶球直径、株高、分枝高度及其千粒重是提高红花单株产量的重要农艺性状，其通过直接或间接效应影响红花的单株产量。

4   红花加工技术

在红花开花的不同时间采集药材，并进行阴干、晒干、45 ℃、60 ℃烘干，UV，HPLC法测定红花的化学成分含量，结果表明不同采收期对红花化学成分含量影响显著（P < 0.01）， 红花在开花后第3天采收最佳，不同加工方法对红花化学成分含量影响不显著（P > 0.05），阴干、晒干及60 ℃以下烘干均可[65 ]。

有研究比较分析了普通烘箱烘干法、真空烘干法、冷冻烘干和微波烘干法对西红花中主要化学成分含量的影响，发现微波干燥法具有烘干时间短、原料中化学成分高等优势，并且在功率为中火的条件下，微波干燥8 min时西红花中Picrocrocin、trans-4-GG、trans-3-Gg、trans-2-gg和cis-4-GG这5种化合物的含量最高，分别可达到22.46%、23.18%、8.49%、1.82%、1.86%[66 ]。

5   结束语

红花是我国的常用中药材，红花中的黄色素提取工艺及药效作用的研究已经取得了显著的成效，尤其在心血管疾病、神经系统疾病及抗炎等临床上得到了广泛的应用。全球食品行业及中药行业每年都需大量的红花，越来越多的国内外学者对红花化学成分、药用成分、分子育种技术、农艺性状等进行了大量深入的研究，但目前对红花的栽培技术及组织培养技术方面并没有过多深入的研究。例如目前红花的收获大多还是人工采收，不但费事费力，如遇极端天气人力受限于天气不能及时采收或采收较慢，对红花花丝的采收会造成一定的损失，因此应研究红花的机械化收割问题。除此之外，豫红花系列的叶片大多有刺，在花丝采收时被叶片扎伤不可避免，可通过组织培养技术对红花的叶片进行研究改良，培养出无刺或少刺叶片，减少叶刺对人体的伤害。

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收稿日期：2021 - 12 - 15

基金项目：现代农业产业技术体系建设专项资金资助（CARS-21）;河南省农业科学院创新创意项目 （2020CX03、2020CX19）;河南省农业科学院优秀青年基金项目（2020YQ05、2020YQ28）;河南省省属重点科研院所发展专项（2020CY014）;河南省农业科学院自主创新专项基金（2020ZC52、2021ZC72）;河南省农业科学院新兴学科发展专项（2020XK07）。

作者简介：安素妨（1986 — ），女，河南濮阳人，助理研究员，主要从事药用植物育种与栽培研究工作。Email：ansf86@163.com。

通信作者：梁慧珍（1968— ），女，河南永城人，研究员，主要从事花类药材遗传育种与品质改良工作。Email：lhzh66666@163.com。