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與所有物種一樣,麻瘋樹的研究是由兩條繩索牽動的,即自身潛力的開發(fā)與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。 麻瘋樹引起注意是它的種子作為瀉藥可用于口服咀嚼,枝葉濃汁的消炎等醫(yī)療作用,以及干種子可點(diǎn)燃的照明用途(Watt JM et al, 1962)。但大戟科植物多是有毒的,其毒性來源于本身的刺激性油脂和蛋白質(zhì)成分。在沒有分離純化的條件下,人類將麻瘋樹中引起腹瀉等的成分命名為Curcin (Schwarting AE,1963),即“麻瘋樹毒素”。
麻瘋樹的研究從“描述生物學(xué)階段”就開始了。Felke (1913) 在其著作中曾講述了1854年伯明翰30多位兒童緣于麻瘋樹種子的中毒事件。1929年Brown AE and Massey RE 則描述了蘇丹人民將麻瘋樹用作籬笆,稱其為hedge plant 。
切片技術(shù)等興起后,Adam SE et al(1974,1975)發(fā)現(xiàn)含麻瘋樹種子40% 和50% 的飼料會導(dǎo)致喂養(yǎng)的小鼠死亡率很高,喂養(yǎng)0.25-10g/kg/day份量麻瘋樹種子的山羊也會表現(xiàn)毒理性現(xiàn)象。病害表現(xiàn)為鼻腸粘膜的炎癥,小腸肺心的充血及溢血,肝臟和腎脂肪的變化。這些病理現(xiàn)象與蓖麻和巴豆對動物的病害相似,具體是哪些成分引起了這些病理現(xiàn)象?人們開始尋找與蓖麻毒素(Ricin) 和巴豆素(Crotin) 相似的麻瘋樹毒素Curcin。Stirpe T et al (1976) 粗分離了麻瘋樹種子蛋白得到三條蛋白峰,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)總種子和蛋白峰I對小鼠有毒害作用,總蛋白和蛋白峰I II都可以使網(wǎng)狀細(xì)胞溶解而抑制細(xì)胞蛋白的合成,說明了Curcin存在于分離的粗蛋白中。然而curcin蛋白依然沒有得到純化。
受到麻瘋樹汁液消炎療效的啟發(fā),與桐油在腫瘤促發(fā)中功能研究同步,人們開始關(guān)注大戟科的麻瘋樹中二萜化合物(佛波酯及相似物)在腫瘤促發(fā)中的作用。Rojanapo W et al (1987) 發(fā)現(xiàn)麻瘋樹根中提取的五種二帖都不能誘使沙門氏菌TA98 TA100突變。Horiuchi T et al (1987) 使用種子油的粗提物處理小鼠耳朵,在7,12-dimethylbenz[a]anthracene (DMBA) 的誘發(fā)后,粗提物處理組有36% 小鼠耳朵出現(xiàn)了腫瘤,而單獨(dú)使用DMBA和粗提物處理的小鼠組只有7% 和13%出現(xiàn)皮膚腫瘤。Adolf W et al (1984)從四種麻瘋樹中都提取到了佛波酯,Hirota M et al (1988) 從麻瘋樹種子油中純化出了一種新佛波酯化合物(DHPB),經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)它們確實(shí)有腫瘤促發(fā)作用。
這期間也有分析麻瘋樹種子組成成分的報道,如Subramanian SS et al (1971) 報道了麻瘋樹中多種酚類化合物,Amubode FO (1983) 分析了種子蛋白質(zhì)脂類以及多種氨基酸。Banerji R et al (1985) 分析了四種麻瘋樹種子油含量、脂肪酸化學(xué)組成以及它們的能效值,發(fā)現(xiàn)麻瘋樹種子油能效很高(13.647kcal g-1),而且富含油酸和亞油酸 (72-84%),是適合做能源材料的。之后另一種麻瘋樹 (J.nana) 種子也報道適于生物柴油的生產(chǎn)(Banerji R, 1991)。
由于潛在的醫(yī)療與能源價值,90年代后麻瘋樹得到更多的關(guān)注,研究角度也拓寬了。這一時期到兩千年的前幾年(約1900-2009) 是麻瘋樹研究的蓬勃時期,對于遺傳育種,藥理毒性成分分析及利用,能源開發(fā)等各方面做了很多報道。
麻瘋樹中多種毒性或者藥性成分得到分析,以前作為植物整體毒性或用藥的有效分子成分得到了闡述。Van de Berg AJJ (1995)從乳汁中提取了一種環(huán)狀八肽,curcacycline A, 它能抑制人類補(bǔ)體循環(huán)和T-細(xì)胞增殖。Auvin C et al (1998) 分離出環(huán)狀九肽,curcacycline B, 它能夠增強(qiáng)人體親環(huán)蛋白B的螺旋異構(gòu)化。Matsuse IT (1988) 報道麻瘋樹枝葉提取物對HIV誘導(dǎo)的細(xì)胞癌變有強(qiáng)烈抑制作用,而且細(xì)胞毒性很小,并探討了可能的作用機(jī)制。Villegas LF et al (1997) 研究了亞馬遜河叢林和安第斯山脈的多種植物,其中麻瘋樹有很好的促進(jìn)小鼠傷口愈合的作用。一些發(fā)育代謝產(chǎn)物及相關(guān)酶類也得到純化,如β-D-sitosterol、 β-D-glucoside (Chhabra et al, 1990), 脂肪酶 (Lipase)、脂酶(Esterase)(Staubmann R,1999)。
麻瘋樹油的提取多采用水、己烷等處理的傳統(tǒng)方法。Winkler E et al(1997) 用纖維素水解酶等酶類輔助傳統(tǒng)方法,使油脂提取效率大大提高。殘?jiān)s占50%,含有蛋白和多糖類物質(zhì),這些殘?jiān)糜谵r(nóng)田施肥用途外,也可作為動物飼料、發(fā)酵原料等使用。Gandhi VM et al(1994) 細(xì)致分析了麻瘋樹化學(xué)成分(尤佛波酯等)對哺乳動物的毒理現(xiàn)象,認(rèn)為在開發(fā)利用這個物種之前,要考慮去除這些有毒成分和毒害效應(yīng),Aderibgbe AO (1997) 報道了高溫濕度等處理對種子毒害成分的滅活作用,并觀察了處理后的物質(zhì)喂養(yǎng)動物的反應(yīng)。 Staubmann R et al (1997)報道可用于發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。使用無毒麻瘋樹原料是另一條減少動物喂養(yǎng)毒害的途徑,但Makkar HPS et al (1998a) 報道,相對有毒型麻瘋樹,墨西哥型無毒麻瘋樹種子佛波酯含量減少了,卻沒有降低哺乳動物胃蛋白酶和胰蛋白酶等得抑制作用,對動物的毒害并沒有降低,他們還對墨西哥一些地區(qū)食用的麻瘋樹種子烘炒后發(fā)現(xiàn)皂莢、植酸鹽以及佛波酯等一些有害成分并不會減少(Makkar HPS et al, 1998b)。
早在第二次世界大戰(zhàn)及之后的三十年中,非洲一些地區(qū)已經(jīng)開始使用麻瘋樹種子油脂作為柴油燃料,但他們的發(fā)動機(jī)多為特殊式而非標(biāo)準(zhǔn)型式的,這限制了它的推廣。進(jìn)入九十年代,為大規(guī)模開發(fā)生物柴油,麻瘋樹種子油長鏈脂肪酸的脂化處理成為人們關(guān)注的問題,多采用甲醇或乙醇反應(yīng)的方甲醇酯化處理較普遍。這時期,麻瘋樹生物能源開發(fā)的探討較多,有報道總結(jié)以往的麻瘋樹種子油利用經(jīng)驗(yàn),對麻瘋樹的能源開發(fā)潛力比較樂觀 (Gübitz GM et al,1999)。在亞洲國家如馬里、泰國、印度(Henning,1997; Vaitilingom et al,1997),非洲國家如尼加拉瓜、秘魯,麻瘋樹的種植試驗(yàn)及柴油生產(chǎn)試驗(yàn)已經(jīng)在進(jìn)行(Eisa,1997; Foidl et al,1996; Zamora et al,1997)。Openshaw K (2000) 分析了麻瘋樹作為能源材料的種植、生產(chǎn)以及市場等的不完善現(xiàn)狀指出,雖然很有潛力,目前將麻瘋樹作為能源材料開發(fā)的現(xiàn)實(shí)性還不成熟,還有待更多的研究以及市場的運(yùn)作。有意思的是,麻瘋樹在有些地區(qū)作為肥皂生產(chǎn)原料的市場以及運(yùn)營已經(jīng)在操作了。
2000之后的幾年間,麻瘋樹的研究內(nèi)容多重復(fù)上世紀(jì)九十年代而略有所深入。Augustus GDPS et al (2002) 對麻瘋樹油脂中多種成分能量值的分析表明其種子總能量達(dá)4980.3cal/g (20.85 MJ/kg),而且多含油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸,確實(shí)具生物能源開發(fā)的潛力。Azam MM et al (2005) 比較了麻瘋樹與其他能源植物種子/種仁的化學(xué)參數(shù),表明麻瘋樹種子符合美國、德國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)組織標(biāo)定的生物燃料標(biāo)準(zhǔn)。在油脂提取方面,Shah S et al (2005) 采用超聲破碎后,再結(jié)合傳統(tǒng)的水提酶解方式,能獲得更高效率的種子油提取效率。Kumar MS et al (2003) 通過內(nèi)燃機(jī)測試,發(fā)現(xiàn)麻瘋樹油或其與甲醇混合物都能較好滿足內(nèi)燃機(jī)的工作,而甲酯化的麻瘋樹油效果更好,排煙少,NO排放也少。 Akintayo ET (2004) 檢測了尼日利亞麻瘋樹種子內(nèi)油脂、蛋白質(zhì)和其他醇類等物質(zhì)成分,特別指出麻瘋樹的種子油從物理化學(xué)角度可劃為半干燥油類,其成分很適合作為醇酸樹脂和肥皂的制作原料。Haas W and Mittelbach M (2000) 發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)煉油步驟(包括脫膠、脫酸、漂白、除味)只能除去約50% 的佛波酯,這顯然達(dá)不到喂養(yǎng)動物及其他特殊用途的要求。
麻瘋樹毒性研究方面,除佛波酯外, Wei Qin et al (2005) 克隆了Curcin 2基因,并對其表達(dá)模式、功能等做了一些分析。Ritesh G et al (2005) 對麻瘋樹毒性做了很廣泛的評價,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示的毒性成分引起的腹瀉、癌變甚至死亡等病害雖限于小鼠、山羊、兔子等動物,也多有麻瘋樹毒害致死嬰幼兒的報道,指出種植生產(chǎn)等環(huán)節(jié)中操作者提高麻瘋樹原料毒性意識的重要性。
遺傳育種方面, Sujatha M and Prabakaran AJ (2003) 報道了麻瘋樹種內(nèi)雜交得到的雜交麻瘋樹,出現(xiàn)了花色變化等新性狀。人們也開始關(guān)注世界范圍內(nèi)麻瘋樹遺傳多樣性的調(diào)查,如Basha SD and Sujatha M (2007) 使用RAPD 和 ISSR 方法發(fā)現(xiàn)印度境內(nèi)麻瘋樹的遺傳多樣性并不高。這個結(jié)果被多篇報道印證(Yadav HK et al,2001; Sheng et al,2010)。
2005-2007年,全國乃至世界范圍一度興起麻瘋樹種植高潮,麻瘋樹成為人們眼中的生物能源寵兒。中國的海南、貴州、云南等省份,印度,非洲,美洲等很多地區(qū)推廣種植麻瘋樹。2007年10月中國“小桐子產(chǎn)業(yè)發(fā)展(海南)國際研討會”在??谂e行,專家對其發(fā)展前景態(tài)度樂觀。Fairless D(Nature,2007)在Nature雜志上隆重介紹了麻瘋樹種植生產(chǎn)等過程,并介紹了在印度的發(fā)展現(xiàn)狀,認(rèn)為麻瘋樹最為能源材料是可行的。如后來反省的問題,對麻瘋樹的過于期待,使得商業(yè)投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了謹(jǐn)慎的科學(xué)研究步調(diào),現(xiàn)有的麻瘋樹品種果實(shí)產(chǎn)量低,不易收獲等致命缺陷最終使人們的激情冷卻下來。Sanderson K (Nature,2009) 列舉了多個國家和國際科研組織對麻瘋樹項(xiàng)目的暫停,“小桐子已經(jīng)非常安靜地離開了”,最后指出科學(xué)研究的工作必須要做足,麻瘋樹的開發(fā)需從地方市場、從小處做起。
針對麻瘋樹資源開發(fā)利用的瓶頸問題,花性比例是提高產(chǎn)量的重要因素,Luo et al (2007)對麻瘋樹花發(fā)育、花器官等做過描述。2009-2010年,云南西雙版納植物園研究人員采用植物生長調(diào)節(jié)激素誘使麻瘋樹雌花發(fā)育數(shù)量顯著增加,并于2011年11月舉行了“小桐子促花增果技術(shù)推廣會”。
麻瘋樹對環(huán)境的耐受性也是目前的研究熱點(diǎn)之一。多有報道指出麻瘋樹自身代謝及調(diào)控分子助于提高抗逆性,主要在抗寒和抗旱方面,如甜菜堿脫氫酶(BADH)(Zhang et al,2008),轉(zhuǎn)錄因子原件(Tang et al,2011)。
麻瘋樹藥用成分研究、遺傳改良等研究也在進(jìn)行中。發(fā)表的文獻(xiàn)不勝枚舉。 2010年末麻瘋樹基因組部分序列的發(fā)表(Sato S et al, 2011; http://www.kazusa.or.jp/jatropha/; ),可搜索的核苷酸數(shù)達(dá)到2.8億之多,大量的遺傳信息的發(fā)表為麻瘋樹各方面研究提供了基礎(chǔ)平臺,相信會促進(jìn)麻瘋樹研究的更快發(fā)展。
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