【2019年物種日歷】9月19日 喜樹

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中國的國土幅員遼闊,東西和南北的跨度也都比較大,這就使得植物分布具有經度和緯度的地帶性。這種地帶性不僅體現在植物的自然分布上,也與城市綠化的植物選擇密切相關。

之前出場過的梓樹在北方比較常見,因為被種在家門口而與桑樹并稱桑梓,以代指家鄉。有很多南方的小伙伴說他們從未見過梓樹。而我們今天要介紹的這種名字自帶節日氣息的喜樹,可能就讓很多北方的小伙伴撓頭了。


有著大大葉片的喜樹。圖片:Daderot / wikimedia

喜樹不孤獨

喜樹(Camptotheca acuminata)是藍果樹科喜樹屬的一員,長期以來都被認為是該屬的獨苗。不過在1997年,有學者發現了另一種喜樹——洛氏喜樹(C. lowreyana)。至此,喜樹(C. acuminata)終于不再孤獨。


圖中上方為喜樹葉,下方為洛氏喜樹的葉子。藍果樹科是一個包含5屬30余種的小類群,但分類地位經常發生變動。有的學者將其獨立成科,有的將它置于山茱萸科內。即便在分子系統學成果斐然的時代,藍果樹科也有較大的變化,比如APGⅢ系統就將其置于山茱萸科內,而到了APGⅣ系統又把它拎出來,恢復了獨立成科的地位。圖片:Shiyou Li / Pharmaceutical Crops(2014)

喜樹的自然分布僅限于中國長江以南的地區。喜樹發現較早,目前已被引種至美國、新西蘭等國,而在原產地的很多城市里,喜樹因為樹干筆直,樹冠遮陰效果良好,所以被作為行道樹廣泛種植。


栽有喜樹的小徑。圖片:Daderot / wikimedia

成年喜樹在良好的環境里通常可以長到20米高,互生的單葉最長能有30厘米。喜樹的葉和花都很有特點:十余對羽狀葉脈在表面凹陷,在葉背則呈現明顯的突起;花序是多個頭狀花序聚集形成的聚傘花序,像一個個毛球,同一個頭狀花序內的花性別不同,有雄花和兩性花之分,這植物學上被稱為雄全同株。


喜樹的花序和葉。圖片:naturalmedicinefacts.info

花分“兩性”,有什么用?

喜樹花這種性狀和性別上的差異引起了研究人員的關注,它常常被用于研究花序內花的性狀表達(比如花序直徑、是否結果等)和性別分配

通常情況下,喜樹聚傘花序最頂端的那個頭狀花序,含有的都是兩性花,其雌、雄功能正常;在側枝上生長的頭狀花序也幾乎都為兩性花,但花序整體較小,偶爾有雌蕊不發育的小花,結實率較低;再次一級的頭狀花序由雌蕊未發育或敗育的功能性雄花組成,這一級花序僅有雄性功能,幾乎不結果實。


頭狀花序特寫。圖片:Hammett Keith

研究人員通過去除聚傘花序中不同位置的頭狀花序,來觀測其余花序內花的各項性狀指標,并與未處理的對照組進行比較,進而研究資源分配(也就是植株把營養運送到哪里)對花序內花發育的影響。

結果表明,花序直徑、花直徑、單花花粉粒和雄蕊長度這些性狀受到了資源分配的影響,而座果率(結果數占開花數的百分比)和果序重量等則受在花序中的位置限制,與資源分配沒有明顯關系。


由一個頭狀花序發育而來的果序。圖片:Syrio / wikimedia

抗癌傳奇

喜樹的英文名通常叫做 happy tree,是對中文名非常直接的翻譯。有時喜樹也被稱作 cancer tree,這是因為人們從喜樹提取分離了喜樹堿等物質,而這些物質經過臨床試驗,展現出了較好的癌癥治療效果。

1966年,美國的沃爾(M. E. Wall)等人首次從喜樹中分離了喜樹堿(Camptothecin,CPT)。在體外試驗中,喜樹堿對多種腫瘤細胞都表現出了活性。但與此同時,喜樹堿用于癌癥治療時又有強烈的副作用,并且本身難溶于水,而其可溶于水的鈉鹽的抗腫瘤活性又大大降低,因此很長一段時間里,各項研究沒有什么進展。


喜樹堿能由喜樹的樹皮提取得到。圖片:Geographer / wikimedia

直到1985年,人們發現喜樹堿的抗癌活性來自對拓撲異構酶Ⅰ* 的抑制,對喜樹堿抗癌應用的研究才重新開始。此后,大量喜樹堿的衍生物被人工合成出來,抗癌活性提高的同時,副作用也得到減弱。截至目前,美國、日本和法國等國家的研究者已經合成了數百種喜樹堿的衍生物,用于進一步的篩選應用。

*注:拓撲異構酶共有三型,都與DNA行使正常功能有關。而喜樹堿能與拓撲異構酶、DNA結合成三者的復合物,從而阻止DNA的復制、轉錄等程序,促使癌細胞死亡。

圖片:Vtvu / wikimedia;漢化:物種日歷

中國關于喜樹堿的研究起步較早,20世紀60年代末已經對喜樹的活性成分有了較為全面的了解,并發現10-羥基喜樹堿具有更好的活性和更低的副作用;70年代開始,10-羥基喜樹堿被投入到成品藥的生產,用于治療癌癥。

不過,中國在喜樹堿人工合成衍生物方面的研究比較落后,國際上主要的人工衍生物,如伊立替康、拓撲替康等均為國外研究成果,國內僅有仿制藥生產。因此,開發新的高效低毒的喜樹堿衍生物就成了中國藥學工作者的研究熱點之一,這不僅能在重大疾病治療上有所建樹,也能夠推動中國天然資源的合理開發利用。


黃燦燦的喜樹果序。圖片:tipdisease

喜樹在中國并不是歷史悠久的傳統藥材,最早的藥用記載見于20世紀60、70年代的《浙江民間常用草藥》,其藥用內容是以傳統醫學的體例編寫的。當時的編寫者可能不會想到,經過現代科學研究之后的喜樹不僅僅是一種普通的未經驗證的民間草藥,而是一個真正意義上能夠幫助人們戰勝病魔的重要角色。

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