何首乌和木立芦荟的结构发育与有效成分积累相关性的研究

摘要

何首乌(PolygonummultiflorumThunb.)隶属于蓼科(Polygonaceae)蓼属(PolygonumL.)，为多年生草质藤本植物。何首乌的主要药用部分是块根，即中药何首乌，以生首乌和制首乌二种形式入药，地上部分的茎叶也可入药，即中药夜交藤。何首乌的主要药效成分是二苯乙烯苷，以及蒽醌类物质。本文运用植物解剖学、组织化学和植物化学等方法，系统研究了何首乌幼苗及成年植株的解剖结构，块根的发生发育规律，蒽醌类物质在何首乌营养器官中的组织化学定位，二苯乙烯苷和蒽醌类物质积累的动态变化规律。 木立芦荟(AloearborescensMill.)隶属于芦荟科(Asphodelaceae)芦荟属(AloeL.)，为多年生肉质草本植物。木立芦荟的主要药用部位是叶，叶内贮藏的芦荟素等蒽醌类物质是其主要药用成分。本文运用石蜡切片、薄切片和超薄切片等植物解剖学方法并结合组织化学、荧光技术和细胞化学等方法，研究木立芦荟叶内蒽醌类物质贮藏部位及贮藏结构的形态本质，并总结出研究蒽醌类物质的细胞化学方法，进而探讨蒽醌类物质的合成场所及运输过程。 通过对何首乌和木立芦荟的结构发育与有效成分积累相关性较为系统的研究，取得了以下主要结果。 何首乌幼苗类型为木兰型。主根四原型，侧根四～六原型，通常无髓部。子叶和初生叶的上表皮无气孔器分布，表皮细胞垂周壁平直；下表皮的表皮细胞垂周壁波浪状，有较多的气孔器，气孔器属无规则型。子叶柄中有3个维管束，初生叶的叶柄中有6个维管束。 何首乌幼苗的过渡区位于下胚轴，根的4个放射维管束，在下胚轴中通过初生韧皮部的拉长、断裂、合拢，形成4个并生维管束，以后相对的2个维管束均一分为二，成为6个维管束。下胚轴在分裂的维管束处裂成两部分，每部分各具3个维管束，与两片子叶的各3个子叶迹相连。根—下胚轴—子叶的维管束成为一个初生维管系统。 何首乌根尖由根冠、分生区、伸长区和成熟区组成，根和茎的初生结构包括表皮、皮层和维管柱三部分。周皮和韧皮薄壁细胞中的一些细胞呈红棕色，含较多蒽醌类物质。叶片主脉中具2个维管束，二者呈上下分布；上面的维管束较大，木质部在下方而韧皮部在上方；下面维管束的木质部在上方，韧皮部在下方。叶柄基本组织中有6个维管束，其中5个小的排成一圈，另一较大的维管束更靠近中央，位于叶柄近腹面的沟槽方向。外轮花被延伸成距，成熟花药具四个花粉囊，花丝具较多乳突，子房1室，含1个直生胚珠，瘦果3棱形，胚乳丰富。 何首乌块根是在正常的次生结构形成后，由韧皮薄壁细胞恢复分裂能力，转变为三生形成层，三生形成层向内分裂产生三生木质部，向外分裂产生三生韧皮部，三生韧皮部、三生形成层和三生木质部共同构成异常维管束，属周韧维管束类型。在先形成的异常维管束之间，一些薄壁细胞仍可恢复分裂能力，产生小的异常维管束。这些异常维管束分裂产生大量的韧皮薄壁细胞，从而使块根不断增粗。由于何首乌块根中最先形成4～8个异常维管束，使块根具有4～8个突出棱脊，在块根横切面上呈现云锦状花纹。 何首乌营养器官的组织化学定位表明，块根中蒽醌类物质的含量明显高于茎、叶。块根的周皮和韧皮部均呈深红色，表明这些部分含较多的蒽醌类物质；木质部不显色，说明木质部不含蒽醌类物质。茎的周皮和初生韧皮部具极浅的红色，表明这三部分含微量的蒽醌类物质，初生木质部、髓部和髓射线不显色。叶的表皮、叶肉及韧皮部具较浅的颜色反应，而木质部不显色。茎和叶的韧皮部显色而木质部不显色，表明蒽醌类物质可能通过韧皮部进行运输。 何首乌各器官中的二苯乙烯苷含量，块根最高，而营养器官的幼嫩部分及生殖器官中含量都很低。随着生长年限的增加，块根和老茎中二苯乙烯苷含量逐渐增加，茎和叶中含量相差不大。块根中二苯乙烯苷的含量自6月至10月逐渐升高，10月份含量达到最高，然后逐渐降低。块根各部位中二苯乙烯苷的含量以周皮最高，韧皮部最低。不同产地生首乌及制首乌中二苯乙烯苷含量差异较大。何首乌各器官中总蒽醌的含量，块根最高，其它部分较低。块根中总蒽醌含量随着生长年限的增加而增加。块根各部位中的总蒽醌，周皮和韧皮部含量高，而木质部低。 木立芦荟叶由表皮、同化薄壁组织、储水组织和维管束构成。维管束位于同化薄壁组织和储水组织之间，排成一轮。每个维管束周围具有一圈鞘细胞，内部有3～7个大型薄壁细胞(即芦荟素细胞)。通过对木立芦荟叶的发育过程进行研究，结果表明，维管束鞘细胞由叶的基本分生组织发育而来，其形态本质为基本组织。而芦荟素细胞是由原生韧皮部外侧所保留的原形成层细胞分裂、增大而来，其形态本质属于特殊的韧皮薄壁细胞。 木立芦荟叶经醋酸铅溶液处理后，芦荟素细胞中具有明显的沉淀物，而其它细胞中均未见该沉淀物。并且，用氢氧化钠溶液处理后，只有芦荟素细胞显现出蒽醌类物质特有的红色。组织化学结果表明，木立芦荟叶中的蒽醌类物质贮藏在芦荟素细胞中。荧光观察结果也表明，芦荟素细胞内显示出蒽醌类物质特殊的黄色荧光，进一步证实了芦荟素细胞是蒽醌类物质的贮藏场所。 摸索出在透射电镜下观察芦荟素的超微细胞化学方法——醋酸铅沉淀法。通过该方法探讨木立芦荟叶内芦荟素的合成部位、转运途径和贮藏场所，结果表明，在木立芦荟叶发育过程中，随着同化薄壁组织细胞的液泡化，其质体片层上开始出现芦荟素颗粒沉淀，以后沉淀数量随同化薄壁组织的发育而不断增加，从而在成熟质体的类囊体上分布有大量黑色的芦荟素沉淀，而细胞的其它部分则无芦荟素沉淀。为此，我们认为同化薄壁组织的质体为芦荟素的合成场所。合成的芦荟素通过质体膜形成的小泡释放到细胞质中，并包被于内质网小泡中，然后与质膜靠近并融合，或含芦荟素的质体小泡直接与质膜发生融合，从而把芦荟素释放到质膜外。芦荟素通过质外体途径运输至维管束鞘细胞，再经过胞间连丝以共质体途径运输到芦荟素细胞，最终贮存在芦荟素细胞的液泡内。

目录

西北大学学位论文知识产权声明书及独创性声明

致谢

摘要

第一章文献综述

第二章研究材料和方法

第三章研究结果

第四章讨论与结论

参考文献

图版说明

Explanation of plates

图 版

附 录：攻读博士学位期间发表的论文、主持和参加的科研课题、参加的学术会议和获奖情况