【2019年物种日历】9月19日 喜树

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中国的国土幅员辽阔,东西和南北的跨度也都比较大,这就使得植物分布具有经度和纬度的地带性。这种地带性不仅体现在植物的自然分布上,也与城市绿化的植物选择密切相关。

之前出场过的梓树在北方比较常见,因为被种在家门口而与桑树并称桑梓,以代指家乡。有很多南方的小伙伴说他们从未见过梓树。而我们今天要介绍的这种名字自带节日气息的喜树,可能就让很多北方的小伙伴挠头了。


有着大大叶片的喜树。图片:Daderot / wikimedia

喜树不孤独

喜树(Camptotheca acuminata)是蓝果树科喜树属的一员,长期以来都被认为是该属的独苗。不过在1997年,有学者发现了另一种喜树——洛氏喜树(C. lowreyana)。至此,喜树(C. acuminata)终于不再孤独。


图中上方为喜树叶,下方为洛氏喜树的叶子。蓝果树科是一个包含5属30余种的小类群,但分类地位经常发生变动。有的学者将其独立成科,有的将它置于山茱萸科内。即便在分子系统学成果斐然的时代,蓝果树科也有较大的变化,比如APGⅢ系统就将其置于山茱萸科内,而到了APGⅣ系统又把它拎出来,恢复了独立成科的地位。图片:Shiyou Li / Pharmaceutical Crops(2014)

喜树的自然分布仅限于中国长江以南的地区。喜树发现较早,目前已被引种至美国、新西兰等国,而在原产地的很多城市里,喜树因为树干笔直,树冠遮阴效果良好,所以被作为行道树广泛种植。


栽有喜树的小径。图片:Daderot / wikimedia

成年喜树在良好的环境里通常可以长到20米高,互生的单叶最长能有30厘米。喜树的叶和花都很有特点:十余对羽状叶脉在表面凹陷,在叶背则呈现明显的突起;花序是多个头状花序聚集形成的聚伞花序,像一个个毛球,同一个头状花序内的花性别不同,有雄花和两性花之分,这植物学上被称为雄全同株。


喜树的花序和叶。图片:naturalmedicinefacts.info

花分“两性”,有什么用?

喜树花这种性状和性别上的差异引起了研究人员的关注,它常常被用于研究花序内花的性状表达(比如花序直径、是否结果等)和性别分配

通常情况下,喜树聚伞花序最顶端的那个头状花序,含有的都是两性花,其雌、雄功能正常;在侧枝上生长的头状花序也几乎都为两性花,但花序整体较小,偶尔有雌蕊不发育的小花,结实率较低;再次一级的头状花序由雌蕊未发育或败育的功能性雄花组成,这一级花序仅有雄性功能,几乎不结果实。


头状花序特写。图片:Hammett Keith

研究人员通过去除聚伞花序中不同位置的头状花序,来观测其余花序内花的各项性状指标,并与未处理的对照组进行比较,进而研究资源分配(也就是植株把营养运送到哪里)对花序内花发育的影响。

结果表明,花序直径、花直径、单花花粉粒和雄蕊长度这些性状受到了资源分配的影响,而座果率(结果数占开花数的百分比)和果序重量等则受在花序中的位置限制,与资源分配没有明显关系。


由一个头状花序发育而来的果序。图片:Syrio / wikimedia

抗癌传奇

喜树的英文名通常叫做 happy tree,是对中文名非常直接的翻译。有时喜树也被称作 cancer tree,这是因为人们从喜树提取分离了喜树碱等物质,而这些物质经过临床试验,展现出了较好的癌症治疗效果。

1966年,美国的沃尔(M. E. Wall)等人首次从喜树中分离了喜树碱(Camptothecin,CPT)。在体外试验中,喜树碱对多种肿瘤细胞都表现出了活性。但与此同时,喜树碱用于癌症治疗时又有强烈的副作用,并且本身难溶于水,而其可溶于水的钠盐的抗肿瘤活性又大大降低,因此很长一段时间里,各项研究没有什么进展。


喜树碱能由喜树的树皮提取得到。图片:Geographer / wikimedia

直到1985年,人们发现喜树碱的抗癌活性来自对拓扑异构酶Ⅰ* 的抑制,对喜树碱抗癌应用的研究才重新开始。此后,大量喜树碱的衍生物被人工合成出来,抗癌活性提高的同时,副作用也得到减弱。截至目前,美国、日本和法国等国家的研究者已经合成了数百种喜树碱的衍生物,用于进一步的筛选应用。

*注:拓扑异构酶共有三型,都与DNA行使正常功能有关。而喜树碱能与拓扑异构酶、DNA结合成三者的复合物,从而阻止DNA的复制、转录等程序,促使癌细胞死亡。

图片:Vtvu / wikimedia;汉化:物种日历

中国关于喜树碱的研究起步较早,20世纪60年代末已经对喜树的活性成分有了较为全面的了解,并发现10-羟基喜树碱具有更好的活性和更低的副作用;70年代开始,10-羟基喜树碱被投入到成品药的生产,用于治疗癌症。

不过,中国在喜树碱人工合成衍生物方面的研究比较落后,国际上主要的人工衍生物,如伊立替康、拓扑替康等均为国外研究成果,国内仅有仿制药生产。因此,开发新的高效低毒的喜树碱衍生物就成了中国药学工作者的研究热点之一,这不仅能在重大疾病治疗上有所建树,也能够推动中国天然资源的合理开发利用。


黄灿灿的喜树果序。图片:tipdisease

喜树在中国并不是历史悠久的传统药材,最早的药用记载见于20世纪60、70年代的《浙江民间常用草药》,其药用内容是以传统医学的体例编写的。当时的编写者可能不会想到,经过现代科学研究之后的喜树不仅仅是一种普通的未经验证的民间草药,而是一个真正意义上能够帮助人们战胜病魔的重要角色。

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