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中藥化學相關知識(三)——植物分類系統與化學成分的關系

來源:www.tcmgap.com 作者:自動采集 2005-4-8
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摘要: 現代植物分類是按照植物形態的異同、習性的差別以及親緣關系的遠近系統排列的。因此,一般說來,在植物分類系統中位置愈接近的植物,它們的親緣關系就愈接近。植物分類系統與化學成分的關系,實際上是指植物親緣關系與化學成分的關系。 各種植物由于新陳代謝類型的不同,產生了各種不同的化學物質——生物堿類、甙類、萜......


  現代植物分類是按照植物形態的異同、習性的差別以及親緣關系的遠近系統排列的。因此,一般說來,在植物分類系統中位置愈接近的植物,它們的親緣關系就愈接近。植物分類系統與化學成分的關系,實際上是指植物親緣關系與化學成分的關系。
  各種植物由于新陳代謝類型的不同,產生了各種不同的化學物質——生物堿類、甙類、萜類等等。這些化學成分在植物中的遺傳和變異,是與植物系統位置、植物的環境條件(氣候、土壤與生物等)密切有關的。植物分類系統與化學成分的關系可大致歸納為下述幾個方面:
  1.每一種植物在恒定的環境條件下、具有制造一定的化學成分的特性,而這個特性是這種植物的生理生化特征。如顛茄產生莨菪烷衍生物類生物堿,人參產生三萜類皂甙,薄荷產生萜類等等。
  2.親緣關系相近的植物種類由于有相近的遺傳關系,往往具有相似的生理生化特征。親緣關系愈近,共同性愈多;親緣關系愈遠,共同性愈少。如異喹啉類生物堿主要分布于多心皮類及其近緣類植物的一些科中,如木蘭科、睡蓮科、馬兜鈴科、防已科、毛莨科、小檗科、罌栗科、蕓香科等。這些科中的生物堿的化學結構也顯示相互之間有緊密的親緣關系,與產生它們的植物科之間的親緣關系一致。吲哚類生物堿中最大的一族為雞蛋花烴(Plumerane)型吲哚生物堿,這族生物堿僅存在于夾竹桃科中的雞蛋花亞科植物中。同屬植物的親緣關系很相近,因而往往含有近似的化學成分。如小檗屬(Berberis)植物含小檗堿,大黃屬(Rheum)植物含羥基蒽醌衍生物等等。
  3.一般說來與廣泛存在于植物界的代謝產物有更近似化學結構的簡單化學成分(如黃嘌吟與咖啡堿化學結構很近似),在植物界的分布較廣,分布的規律性不明顯。有些化學成分在系統發育過程中,經過一系列的突變,因而結構也較復雜,如馬錢子堿、奎寧等。這類物質的分布往往只限于某一狹小范圍的分類群中。但某些起源古老的成分,雖經一系列突變,結構亦較復雜,但它們在植物界中的分布,還是有一定范圍的,而且這種類型成分與植物親緣之間的聯系表現得更為明顯和突出,例如上述異喹啉類生物堿的分布。
  植物分類系統與化學成分間存在著聯系性這一概念,已廣泛應用于藥用植物的研究、野生資源植物的尋找等方面。如具有降壓與安定作用的蛇根堿(Reserpine)自印度的夾竹桃科蘿芙木屬植物蛇根木Rauvolfia serpenitina  (L.)Benth  ex Kurz中發現后,從該屬的其他約20種植物中亦發現了利血平,并根據植物的親緣關系在蘿芙木屬的兩個近緣屬中找到了同類生物堿。為了發掘具抗菌作用的小檗堿的資源植物,經植物分類學與植物化學綜合研究,發現小檗堿在中國主要分布在5個科(小檗科、防已科、毛莨科、罌粟科、蕓香科)16個屬的多種植物中,而以小檗科小檗屬較理想。又據研究,莨菪烷類生物堿主要集中分布于茄科茄族(So1aneae)中的天仙子亞族(Hyoscyaminae)、茄參亞族(Mandragorinae)及曼陀羅族(Datureae)植物中,并發現了含堿量較高,有生產價值的新原料植物——矮莨菪(Przewalskia shebbearei(C.E.C.Fischer)  Kuang,  ined)及馬尿泡(P.  tangutica Maxim.)。再如生產可的松等激素藥物的原料——甾體皂甙,不僅在薯蕷屬(Dioscorea)的幾十種植物中有發現,而且在親緣關系相近的一些科中也有發現。必須注意的是,植物的系統發育與其所含化學成分的關系是十分復雜的。由于植物界系統發育的歷史很長,發掘出來的古生物學資料不夠齊全,加上多數植物的化學成分尚未明了,有些成分的分布規律還未被揭示及認識,所以,有關植物的系統發育與化學成分的關系的研究尚未成熟,有待于進一步研究。在應用植物分類系統與化學成分間的聯系性時,必須具體問題具體分析。
  近年來,在植物分類學與植物化學這二門學科間出現了一門新的邊緣學科——植物化學分類學(P1ant chemotaxonomy)。它的主要研究任務是:
  (1)探索各級分類群(如科、屬、種等)所含化學成分(包括主要成分、特有成分和次要成分)及其合成途徑。 
  (2)探索各種化學成分在植物系統中的分布規律。
  (3)在以往研究的基礎上,配合傳統分類學及各有關學科,從植物化學成分的角度,共同探索植物的系統發育。
  顯然,這一新興學科在認識植物系統發育方面有重大的理論意義,并可為有目的地開發、利用植物的資源、尋找工業原料等提供理論依據。例如通過對毛莨科與單子葉植物的百合目植物所含生物堿、甾體化臺物、三萜化合物、氰醇甙和脂肪酸等五類化學成分的比較分析,發現二者具有很多類似的化學成分,有的成分甚至僅僅為它們所共有。聯系到百合目與毛莨科的一些原始類群在形態和組織解剖上的某些相似性,從而認為二者有著十分密切的親緣關系,即單子葉植物通過百合目起源于原始的毛莨科植物。這一研究結果在了解客觀存在的植物系統發育的真實情況方面,具有一定的理論意義。
  又如根據國內外在藥用植物研究工作方面的大量實踐、目前從中國藥用植物中大致歸納出一些具重要生物活性的成分(生物堿、黃酮類、萜類、香豆精等)及藥理作用的植物類群。由此可見,植物化學分類學是一門富有活力的新學科,它的研究成果值得藥用植物學與藥用植物化學工作者重視與運用。

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