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      麻?瘋?樹?研?究?歷?史

      媒體:網絡  作者:佚名 2014/7/9 23:12:20

          與所有物種一樣,麻瘋樹的研究是由兩條繩索牽動的,即自身潛力的開發與科學技術的進步。 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療作用,以及干種子可點燃的照明用途(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 。
          切片技術等興起后,Adam SE et al(1974,1975)發現含麻瘋樹種子40% 和50% 的飼料會導致喂養的小鼠死亡率很高,喂養0.25-10g/kg/day份量麻瘋樹種子的山羊也會表現毒理性現象。病害表現為鼻腸粘膜的炎癥,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,實驗發現總種子和蛋白峰I對小鼠有毒害作用,總蛋白和蛋白峰I II都可以使網狀細胞溶解而抑制細胞蛋白的合成,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,與桐油在腫瘤促發中功能研究同步,人們開始關注大戟科的麻瘋樹中二萜化合物(佛波酯及相似物)在腫瘤促發中的作用。Rojanapo W et al (1987) 發現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) 的誘發后,粗提物處理組有36% 小鼠耳朵出現了腫瘤,而單獨使用DMBA和粗提物處理的小鼠組只有7% 和13%出現皮膚腫瘤。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),經試驗發現它們確實有腫瘤促發作用。
          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、脂肪酸化學組成以及它們的能效值,發現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(Banerji R, 1991)。
          由于潛在的醫療與能源價值,90年代后麻瘋樹得到更多的關注,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狀八肽,curcacycline A, 它能抑制人類補體循環和T-細胞增殖。Auvin C et al (1998) 分離出環狀九肽,curcacycline B, 它能夠增強人體親環蛋白B的螺旋異構化。Matsuse IT (1988) 報道麻瘋樹枝葉提取物對HIV誘導的細胞癌變有強烈抑制作用,而且細胞毒性很小,并探討了可能的作用機制。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小鼠傷口愈合的作用。一些發育代謝產物及相關酶類也得到純化,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、己烷等處理的傳統方法。Winkler E et al(1997) 用纖維素水解酶等酶類輔助傳統方法,使油脂提取效率大大提高。殘渣約占50%,含有蛋白和多糖類物質,這些殘渣除用于農田施肥用途外,也可作為動物飼料、發酵原料等使用。Gandhi VM et al(1994) 細致分析了麻瘋樹化學成分(尤佛波酯等)對哺乳動物的毒理現象,認為在開發利用這個物種之前,要考慮去除這些有毒成分和毒害效應,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喂養動物的反應。 Staubmann R et al (1997)報道可用于發酵生產沼氣。使用無毒麻瘋樹原料是另一條減少動物喂養毒害的途徑,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食用的麻瘋樹種子烘炒后發現皂莢、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及之后的三十年中,非洲一些地區已經開始使用麻瘋樹種子油脂作為柴油燃料,但他們的發動機多為特殊式而非標準型式的,這限制了它的推廣。進入九十年代,為大規模開發生物柴油,麻瘋樹種子油長鏈脂肪酸的脂化處理成為人們關注的問題,多采用甲醇或乙醇反應的方甲醇酯化處理較普遍。這時期,麻瘋樹生物能源開發的探討較多,有報道總結以往的麻瘋樹種子油利用經驗,對麻瘋樹的能源開發潛力比較樂觀 (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,麻瘋樹的種植試驗及柴油生產試驗已經在進行(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、生產以及市場等的不完善現狀指出,雖然很有潛力,目前將麻瘋樹作為能源材料開發的現實性還不成熟,還有待更多的研究以及市場的運作。有意思的是,麻瘋樹在有些地區作為肥皂生產原料的市場以及運營已經在操作了。
          2000之后的幾年間,麻瘋樹的研究內容多重復上世紀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,確實具生物能源開發的潛力。Azam MM et al (2005) 比較了麻瘋樹與其他能源植物種子/種仁的化學參數,表明麻瘋樹種子符合美國、德國和歐洲標準組織標定的生物燃料標準。在油脂提取方面,Shah S et al (2005) 采用超聲破碎后,再結合傳統的水提酶解方式,能獲得更高效率的種子油提取效率。Kumar MS et al (2003) 通過內燃機測試,發現麻瘋樹油或其與甲醇混合物都能較好滿足內燃機的工作,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油脂、蛋白質和其他醇類等物質成分,特別指出麻瘋樹的種子油從物理化學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) 發現傳統煉油步驟(包括脫膠、脫酸、漂白、除味)只能除去約50% 的佛波酯,這顯然達不到喂養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,實驗結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,指出種植生產等環節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) 報道了麻瘋樹種內雜交得到的雜交麻瘋樹,出現了花色變化等新性狀。人們也開始關注世界范圍內麻瘋樹遺傳多樣性的調查,如Basha SD and Sujatha M (2007) 使用RAPD 和 ISSR 方法發現印度境內麻瘋樹的遺傳多樣性并不高。這個結果被多篇報道印證(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,美洲等很多地區推廣種植麻瘋樹。2007年10月中國“小桐子產業發展(海南)國際研討會”在??谂e行,專家對其發展前景態度樂觀。Fairless D(Nature,2007)在Nature雜志上隆重介紹了麻瘋樹種植生產等過程,并介紹了在印度的發展現狀,認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,使得商業投資遠遠超過了謹慎的科學研究步調,現有的麻瘋樹品種果實產量低,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目的暫停,“小桐子已經非常安靜地離開了”,最后指出科學研究的工作必須要做足,麻瘋樹的開發需從地方市場、從小處做起。
          針對麻瘋樹資源開發利用的瓶頸問題,花性比例是提高產量的重要因素,Luo et al (2007)對麻瘋樹花發育、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節激素誘使麻瘋樹雌花發育數量顯著增加,并于2011年11月舉行了“小桐子促花增果技術推廣會”。
          麻瘋樹對環境的耐受性也是目前的研究熱點之一。多有報道指出麻瘋樹自身代謝及調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行中。發表的文獻不勝枚舉。 2010年末麻瘋樹基因組部分序列的發表(Sato S et al, 2011; http://www.kazusa.or.jp/jatropha/; ),可搜索的核苷酸數達到2.8億之多,大量的遺傳信息的發表為麻瘋樹各方面研究提供了基礎平臺,相信會促進麻瘋樹研究的更快發展。

       

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