黄精属5种药用植物根状茎的结构及其组织化学定位

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[摘要] 目的：研究5种黄精属植物黄精Polygonatum sibiricum、多花黄精P. cytonema、长梗黄精P. filipes、湖北黄精P. zanlanscianense和玉竹P. odoratum的显微结构及组织化学定位。方法：运用荧光显微镜观察维管束的类型，运用扫描电子显微镜观察晶体的形态，运用组织化学开展多糖、皂苷与挥发性成分的定位研究。结果：黄精属植物的维管束结构类型主要有外韧型、不完全周木型和周木型3类，种间导管分子排列疏密有区别。扫描电镜下，黏液细胞内的针晶束形似柱晶束。黄精属植物根状茎中，多糖类物质多分布于黏液细胞中，皂苷类和挥发油类物质多分布在黏液细胞以外的基本组织中。结论：黄精属植物根状茎中维管束类型和导管的排列状态特征可以作为种间鉴别的重要依据；多糖与皂苷类化合物的分布于不同的细胞组织。

[关键词] 黄精属；组织化学定位；维管束；针晶束

我国黄精属Polygonatum共有39种，其中31种有药用记载^[1]，包括黄精和玉竹2味常用中药，具有滋阴润肺，养胃生津等功效。《中国药典》2010年版收载药材黄精来源于植物黄精P. sibiricum Delar. ex Redoute、多花黄精P. cytonema Hua和滇黄精P. kingianum Coll. et Hemsl的根状茎；药材玉竹来源于植物玉竹P. odoratum （Mill.） Druce的根状茎。由于该属药用部位形态特征与显微结构具有相似性，很多类群均在不同地区分别作黄精与玉竹流通。为此一些学者开展了药材性状与显微特征的研究，但结果报导不一致，如施大文报导黄精属植物根状茎中维管束类型有外韧型和周木型^[2]，而林琳认为除报导的2种外还有不完全周木型^[3]；此外，有的学者认为黄精属植物根状茎中黏液细胞内的草酸钙结晶是针晶束，有的学者认为应是柱晶束^[4]。

黄精属药用植物根状茎中主要有多糖、皂苷和少量挥发油等次生代谢产物，其中黄精多糖类化合物具有抗免疫力、增加心肌的活力、降血糖等作用^[5]；黄精皂苷具有调节血糖，抗肿瘤等作用，挥发油具有抑菌、抗肿瘤等作用^[6]。植物的次生代谢产物往往分布于特定的组织中^[7-8]，但关于黄精属植物根状茎中次生代谢产物的分布及与组织结构之间的关系尚未见报导。

为准确鉴定黄精属药材的来源，本文运用显微镜明场、偏光和荧光等不同光路模式对5种黄精属植物根状茎显微切片进行了维管束类型和针晶束形态的观察，在此基础上，运用组织化学对其多糖、皂苷和挥发油等分别进行了定位研究，以为揭示黄精属植物根状茎中次生代谢产物的分布规律，为开展黄精与玉竹类药材的质量评价奠定基础。

1 材料与方法

1.1 样品

安徽省的黄精属种类丰富，其中4种黄精属植物被药典收录，是黄精和玉竹药材的正品来源。此外，长梗黄精P. filipes作为黄精的地方习惯用品也流通进入药材市场；湖北黄精P. zanlanscianense的根状茎粗大，市场上有少量流通，但有文献报道其味苦，建议不宜作黄精使用^[9]。

在黄精与玉竹的药材性状鉴别中，常依据根状茎的形态，划分为圆柱状、连珠状、鸡头状和姜块状4种。从根状茎的形态上难以区分其来源。本实验选择安徽的皖东丘陵、皖西大别山和皖南山区进行不同居群的采样，共收集了5种常见的黄精属药用植物，并移栽至安徽中医药大学药用植物园（表1），所有材料均经安徽中医药大学王德群教授鉴定。每种植物选3～5株成熟个体，取根状茎中前年生的完整年苗为材料。

1.2 解剖学试验

FAA固定液对5种植物的根状茎进行分别固定，经乙醇系列脱水、透蜡、包埋后常规石蜡切片，切片厚度为8～10 μm。番红-固绿染色，中性树胶封片，用Lecia DM6000B显微镜观察其内部结构特征。对黏液细胞进行计数，在显微镜下放大400倍时每一视野下对每个样品测20组，取其平均数。

1.3 维管束类型观察

黄精属植物根状茎维管束中木质部的导管数目不多，常规的番红-固绿染色在显微镜下观察维管束类型不是十分清楚。考虑到导管中次生壁中主要是木质素等成分组成，木质素是一种含有羟基和甲氧基的高分子芳香族化合物，是苯丙烷的衍生物^[10]，通过荧光显微镜观察时能自发荧光，从而清晰显现维管束类型。本实验运用了Lecia DM6000B的荧光模式对维管束的形态进行观察。

1.4 组织化学试验

1.4.1 多糖类化合物的组织化学定位 黄精属植物根状茎的石蜡切片脱蜡后运用高碘酸-希夫反应，树胶封片，Lecia DM6000B显微镜观察并照相。

1.4.2 皂苷类化合物的组织化学定位 取黄精属植物新鲜根状茎进行徒手切片，置5%醋酸铅水浸泡10 min，使组织中的皂苷沉淀，然后滴加等量的5%香草醛-冰醋酸和高氯酸混合试剂显色。阴性对照材料则用70%乙醇配制的FAA固定液浸泡，以除去皂苷，其切片再与上述混合试剂显色，Lecia DM6000B显微镜观察并照相。

1.4.3 挥发油类化合物的组织化学定位 取黄精属植物新鲜根状茎进行徒手切片，置苏丹Ⅲ或苏丹黑B染液中，在56 ℃水浴中染15～30 min。甘油-明胶封片后用Lecia DM6000B显微镜观察并照相。

1.5 针晶观察方法

1.5.1 扫描电镜进行观察 材料经石蜡切片后，选用喷金镀膜的方法，用KYKY3200型扫描电镜，观察针晶的形状特征，测量并照相。

1.5.2 显微镜偏光模式进行观察 在Lecia DM6000B偏光模式下，对已制成好的5种黄精属植物的永久切片进行针晶观察，并进行拍照。

2 结果

黄精属植物根状茎表面黄色或黄棕色，形状有圆柱状、鸡头状、连珠状和姜块状等不同类型；在每年的茎节上有鳞芽留下的环节，在结节处留有圆盘状的茎痕。其横切面的结构特征：最外层为1列表皮细胞，外被角质层，有时形成根被；皮层较窄，内皮层不明显；维管束散列；黏液细胞散生在基本组织中，常含有草酸钙晶体。不同种之间，维管束的类型以及黏液细胞的分布和数量呈现差异。

2.1 维管束类型与黏液细胞的数目

经荧光显微镜显示出黄精属植物的根状茎中维管束类型有外韧型、不完全周木型和周木型3种（图1）。其中玉竹的维管束数量少，且都为外韧型，导管分子排列疏松，每个导管群之间有较明显间隙；长梗黄精的维管束类型多为外韧型和不完全周木型，在单一维管束中，导管排列稀疏，常是3～5个导管分子成群排列；黄精和多花黄精多为不完全周木型，导管分子彼此相连，少有明显间隙。湖北黄精多为周木型和不完全周木型，且导管排列紧密。

黄精属植物根状茎通过永久制片后，观察黏液细胞并计数，发现其数目由多到少分别是玉竹>黄精>多花黄精>长梗黄精>湖北黄精（表2）。

2.2 针晶束的特征

运用Lecia DM6000B显微镜的明场和偏光模式以及扫描电镜对针晶进行观察后发现，5种黄精属植物根状茎内的针晶常成束存在于黏液细胞中，质地较脆，经石蜡切片或药材打成粉末后，容易碎裂，形如棱柱状（图2中A），但完整的晶形状为中间呈方柱状，两端较尖锐（图2中B，C）。

2.3.3 挥发油类 黄精属植物根状茎中的挥发油类化合物能与挥发油显色剂发生反应， 与苏丹Ⅲ呈现出淡黄-橙黄-棕黄的颜色变化；与苏丹黑呈现黑色反应。实验发现除黏液细胞不被染色外，其余细胞皆被染色（图3中E，F）。

3 讨论

3.1 黄精属植物根状茎中维管束的类型特征

单子叶植物根状茎的维管束散在基本组织中，维管束比较小，导管分子个数少，用传统的番红固绿染色不易判断维管束类型。本实验采用荧光显微镜观察，因导管含木质素而自发荧光，使之更加清晰的判断维管束类型。

在5种黄精属植物中，玉竹的根状茎节间最长，呈圆柱状，其内部外韧型维管束数量最多，几乎没有周木型维管束，这与施大文等^[2]的报道相一致；多花黄精和湖北黄精根状茎的节间很短，呈连珠状和姜块状，其内部外韧型维管束少，周木型维管束多，这与林琳等^[3]的报导相一致；长梗黄精和黄精的根状茎节间的长度介于玉竹与多花黄精和湖北黄精之间，其内部有大量不完全周木型维管束分布。黄精属植物根状茎形态与维管束类型是否存在相关性，还有待进一步的探索。

值得注意的是，除了维管束类型外，导管分子之间的疏密也是判别种间的重要依据。其中玉竹的维管束数量少，导管排列的疏松，有较明显的间隙；黄精和多花黄精多为不完全周木型，导管分子少有明显的间隙；湖北黄精多为周木型和不完全周木型，且导管排列紧密；长梗黄精的维管束类型多为外韧型和不完全周木型，常是3～5个导管分子成群排列。维管束类型和导管排列的疏密可以为鉴别黄精属植物根状茎提供了新的依据。

3.2 黄精属植物根状茎中针晶束的形态特征

通常认为柱晶呈长方柱状或类圆柱状，两端截形或平钝^[11]；而针晶的形状为针状或长纺锤状，两端或一端尖锐，说明柱晶和针晶的区别在于晶体中间部分是否有棱。文瑞良等^[4]通过显微镜观察，认为黄精药材中的晶体是柱晶束。根据观察，黄精属植物中的针晶束其晶体中部具有明显的棱，成为柱状，但两端较尖锐，形状介于针晶和柱晶之间，由于它常成束的存在于黏液细胞中，两端较尖，称为针晶束更较合理，可以作为药材鉴别的特征之一。

3.3 黄精属植物根状茎中次生代谢产物的分布

黏液细胞属异细胞，它呈单个分布，有较大的体积和丰富的内含物等特征而有别于周围的细胞，是含有黏多糖、树胶或类似碳水化合物的细胞^[12]。组织化学实验表明，黄精属根状茎中多糖类化合物仅分布于黏液细胞中。而5种黄精属植物的根状茎中的黏液数目不等，玉竹与黄精较多，多花黄精与长梗黄精次之，湖北黄精最少，这与历代本草中记载植物玉竹和植物黄精分别为中药玉竹和黄精的主流品种，而湖北黄精由于味苦不宜入药相一致^[13]。

有学者已经报道太子参^[6]等根及根状茎中皂苷分布于基本组织中。通过组织化学定位，可以看到黄精属植物根状茎中的皂苷也分布在除黏液细胞以外的基本组织中。

挥发油在植物中常分布于油细胞，而黄精属植物根状茎中无油细胞，苏丹Ⅲ和苏丹黑反应均表明其挥发油分布除黏液细胞以外的基本组织中。

黄精属植物根状茎中药用成分的组织化学定位表明，黏液细胞对于药材质量评价具有重要意义。皂苷、挥发油分布于基本组织除黏液细胞以外的薄壁组织中，提示多糖含量较高的类群其皂苷和挥发油不一定较高。因此，合理评价黄精属植物质量，需要进一步多组分的比较研究。

[致谢] 本实验中晶体的扫描电镜观察得到安徽中医药大学张珂老师的帮助。

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Anatomical structure and histochemical localization about rhizomes of five species of Polygonatum

CHENG Ming-en， WANG De-qun*

（Department of Pharmacy， Anhui University of Chinese Medicine and Anhui Key Laboratory of

Modernized Chinese Materia Medica， Hefei 230031， China）

[Abstract] Objective： The microscopic structure and histochemical localization of the Polygonatum sibiricum， P. cytonema，P. filipes，P. zanlanscianense and P. odoratum was studied. Method： Scanning electron microscope （SEM） and digital biological microscope （DBM） were applied in the research. Result： Venation bundle showed in three types included collateral， amphivasal and incomplete amphivasal bundles. Morphological differences of venation bundles could be seen under the fluorescence microscope. Calcium oxalate existed in the mucilage cells looked similar to columnar crystals under SEM. In rhizome of Polygonatum， polysaccharides presented in mucilage cells， saponins and volatile oil were found in ground tissue. Conclusion： Microstructure difference of rhizomes would be used for identification of the Polygonatum plants. Polysaccharides and saponins are distributed in different cells of Polygonatum plants.

[Key words] Polygonatum； histochemical localization； venation bundles； raphides

doi：10.4268/cjcmm20131306

[责任编辑 吕冬梅]