紫花苜蓿研究进展

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　　摘要：紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是一种世界范围种植的高蛋白质、适应性强、多用途多年生优质豆科饲草，可作为畜禽的优质饲料。该文从化学成分、生物活性以及在畜禽养殖应用方面对紫花苜蓿进行综述。紫花苜蓿的茎、叶、根和种子含有多种化学成分，主要包括皂苷类、黄酮类、香豆素和生物碱等多种化学物质，且具有多种生物活性。紫花苜蓿可以作为青贮饲料和干草饲料饲养畜禽，能提高畜禽的生产、屠宰、繁殖等性能，提高肉品质和机体免疫力。
　　关键词：紫花苜蓿;化学成分;生物活性;应用
　　Abstract：Medicago sativa L. is a kind of high-quality perennial legume forage widely planted in the world with high protein content，strong adaptability and multiple uses，which is cultivated worldwide and can be used as high-quality forage for livestock and poultry.This paper reviewed the progress of alfalfa in the aspects of chemical composition，biological activity and animal husbandry. The stems，leaves，roots and seeds of alfalfa are rich in various chemical components，including saponins，flavonoids，coumarins and alkaloids，and have many biological activities，such as antibacterial，insecticidal，antioxidant，lipid-lowering，anti atherosclerosis，enhance immunity function，antitumor effect.It can be used as silage and hay feed for raising livestock and poultry，and can improve meat quality and milk quality of livestock and poultry.
　　Key words：Medicago sativa L;Chemical constituents;Biological activity;Application
　　紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是一種世界范围种植的高蛋白质、适应性强、用途广的多年生优质豆科饲草，可作为畜禽的优质饲料，被誉为“牧草之王”。从2000年开始，我国在水土流失严重的水蚀区和风蚀区实施退耕还林还草工程，种植了苜蓿，但是利用率相对较低。近年来，由于国家出台了一系列相应扶持政策，紫花苜蓿种植面积逐年扩大，并向规模化、专业化、现代化的方向发展，此举既是区域生态环境建设的重要内容，也是农业结构转型的现实需求。紫花苜蓿将成为畜牧业发展中的一大支柱产业，是增加农民收入和推动社会经济发展的新增长点。本文从化学成分、生物活性以及在畜禽养殖应用方面对紫花苜蓿进行综述。
　　1 化学成分
　　紫花苜蓿的茎、叶、根和种子等部位富含多种化学成分，主要包括皂苷类、黄酮类、香豆素和生物碱等化学物质[1]。
　　1.1 皂苷类 皂苷是一种结构多样的两亲性糖苷类化合物，具有亲脂性甾体、甾体生物碱或三萜苷配基骨架（也称为皂苷元），通过糖苷键与1个或多个亲水糖链共价连接[2]。紫花苜蓿皂苷是1类5环三萜皂苷，多为白色无定型粉末，易溶于有机溶剂，溶于水后能产生肥皂样泡沫，“皂苷”就源于此。植物化学研究发现，紫花苜蓿中含有较高的皂苷成分，其皂苷元主要有苜蓿酸、常春藤皂苷元、贝萼皂苷元和大豆皂苷元[3-6]，同时也含有大量其他类型的皂苷。不同品种和部位至少含有40种皂苷[7]。
　　1.2 黄酮类 黄酮类化合物泛指2个苯环通过中央3碳链连结而成的一系列化合物。黄酮类化合物在植物中的分布范围广，种类和数目众多。目前，从紫花苜蓿中分离得到的黄酮类化学成分将近50种。紫花苜蓿黄酮以其母核的不同可分为：黄酮及其苷类、异黄酮类、异黄烷及其苷类、查耳酮类、二氢黄酮类等[8]。
　　1.3 香豆素类 香豆素即苯并-α-吡喃酮，或1，2-苯并α-吡喃酮。香豆素可看作是邻羟基肉桂酸的内酯，具芳香气味。广泛分布于芸香科和伞形科等植物中。紫花苜蓿香豆素母核上取代基及其位置的不同，将香豆素分为简单香豆素、呋喃香豆素、吡喃香豆素等[9]。
　　1.4 生物碱类 生物碱是一类含氮的碱性有机化合物，其来源于氨基酸。生物碱多数结构复杂，有含氮杂环，只有少数生物碱为结构简单的胺类化合物。大部分生物碱能与有机酸结合以盐的形式存在，但极少数生物碱则以酰胺和糖苷以及有机酸酯的形式存在[10]。紫花苜蓿中的生物碱大多数为氨基酸类衍生物，具有吲哚环、吡啶环和吡咯环的结构[11]。
　　1.5 其他 苜蓿中还存在着大量的其他营养成分如苜蓿多糖。另外，苜蓿叶中蛋白成分丰富，包含多种人类必须氨基酸[12]。除此之外，苜蓿中含有多种天然色素，包括叶绿素、叶黄素、胡萝卜素和类胡萝卜素等[13]。
　　2 生物活性研究进展
　　2.1 抗菌作用 紫花苜蓿中皂苷类成分不仅对细菌具有抗菌活性，也具有抗真菌和杀真菌活性。Butkute[14]和Chen[15]等对紫花苜蓿提取物进行抗菌活性测试，结果表明其提取物对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有明显的生长抑制效果，尤其是苜蓿地上部分甲醇提取物表现出较强的抗菌活性[16]。而其提取物中抗菌活性成分主要为皂苷。早期研究发现苜蓿皂苷对多种细菌，如致瘤农杆菌、枯草杆菌、棒杆菌、粪肠球菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌等具有抗菌活性[17-19]。紫花苜蓿皂苷同时也具有杀真菌活性，多项研究发现其皂苷对黑曲霉、白色念珠菌、新型隐球菌、瓜果腐霉和木霉等多种真菌具有抗真菌及杀真菌活性[18，20-21]。2014年Abbruscato等[22]通过活体及离体实验表明紫花苜蓿中三萜皂苷具有抗稻瘟病菌的效果，苜蓿皂苷及其衍生物抗稻瘟病的作用明显，其中3-O-β-D-Glc苜蓿酸有很强的抑菌作用。因此，紫花苜蓿中一些成分，如皂苷类可进一步研究与开发，或可成为新型杀细菌、真菌药物。 　　2.2 杀虫作用 紫花苜蓿皂苷因其理化特性具有广泛的生物活性，除具有抑菌活性外，紫花苜蓿皂苷同时也具有杀虫活性，包括危害农作物的线虫以及害虫。南方根结线虫、剑线虫和马铃薯金线虫是较为危害农作物并导致减产的常见线虫。D’Addabbo等[23-24]和Argentieri等[25]研究发现紫花苜蓿皂苷对这些线虫具有一定的灭杀作用。紫花苜蓿皂苷也对多种农业害虫，如马铃薯小绿叶蝉、豌豆蚜、马铃薯甲虫、玉米螟、灰翅夜蛾、黄粉虫、葡萄花翅小卷蛾、卷叶蛾、赤拟谷盗、弯背花金龟等具有触杀及胃毒作用[26-29]。
　　2.3 抗氧化作用 抗氧化作用主要是苜蓿黄酮和苜蓿多糖的作用[30-31]。黄酮类化合物是一类天然的自由基清除剂，具有良好的抗氧化活性。苜蓿多糖对体内多余自由基离子的清除，具备抗氧化酶活性[32]。郭金耀等[33]将苜蓿属野生紫花苜蓿的不同部位（成熟种子、未成熟种子、花序、叶片和幼茎）干燥粉碎，分别用水提取，采用铁氰化钾还原测定提取液还原力，结果表明，苜蓿不同部位提取液还原能力有明显差异。在一定浓度下，紫花苜蓿成熟种子的还原能力和清除OH和氧自由基的能力最高。刘香萍[34]等对紫花苜蓿叶总黄酮抗氧化活性进行评价，实验结果显示总黄酮自由基清除率在一定浓度范围内，随紫花苜蓿叶中总黄酮含量的增高而增加;苏效双等[35]通过苜蓿黄酮对体外奶牛乳腺上皮细胞增殖与抗氧化影响的实验，研究发现给药组细胞数量能明显提高，细胞凋亡减少，说明苜蓿黄酮可以提高细胞的抗氧化能力。王国庆[36]等对紫花苜蓿中槲皮素、木犀草素、染料木素、芒柄花黄素等黄酮类成分的抗氧化能力进行综合评价，进行还原能力、DPPH和FRAP比较，结果表明紫花苜蓿中的槲皮素和木犀草素抗氧化能力最强。紫花苜蓿抗氧化能力的研究可为天然抗氧化剂筛选提供科学依据。
　　2.4 降脂、抗动脉粥样硬化的作用 脂质代谢是动物机体重要活动之一，脂质代谢的紊乱可引起高血脂继而引发心脑血管等疾病。动物实验表明，动物饲粮中添加苜蓿草粉能调控机体的脂质代谢，而其发挥主要作用成分为苜蓿皂苷。紫花苜蓿总皂苷能显著降低小鼠血清TCH、TG、LDL-C含量，增高HDL-C含量[37]。而其中HDL-C的主要功能是转运磷脂和胆固醇，有助于预防动脉粥样硬化，是冠心病的保护因子。Pietrzak等[38]研究也发现苜蓿提取物能显著改善血脂参数，使TCH水平和LDL-C降低。王先科等[39]研究发现降低机体内胆固醇含量的原因可能与下调肝脏ACAT-2表达，降低体内对外源胆固醇的吸收有关。袁德地等[40]通过动物实验初步探究了皂苷对大鼠胆固醇代谢的作用机制，试验结果表明苜蓿皂苷能显著降低高血脂大鼠体重、肝脏系数，可以降低血清中总胆固醇含量;其降低胆固醇效应可能与增加CYP7a1和ABCG5/ABCG8 mRNA表达量，加速体内胆固醇、胆汁酸排泄有关。
　　2.5 增强免疫力作用 紫花苜蓿中存在多种能调节免疫能力的成分，如苜蓿多糖、黄酮和皂苷类成分对动物免疫具有一定的调节能力。苜蓿多糖免疫调控机制，主要与TLR4膜受体有关，苜蓿多糖与TLR4结合后激活了MAPKs与NF-κB通路[41]。激活后的MAPKs主要以p38通路在核内作用于相应的转录因子后调节IL-1和COX-2等多种炎性因子的表达和释放[42]。NF-κB激活后诱导细胞因子的表达，介导炎性介质的释放[43];细胞因子和炎性因子的表达和释放，促进了免疫细胞如T细胞、B细胞和NK细胞的增值，提高了免疫力。辛小青通过饲粮中添加苜蓿粗多糖对蛋鸡免疫指标的研究中发现，苜蓿多糖主要通过调节血清IL-10和NO分泌及i Nos活性来发挥免疫作用[44]。张月等[45]通过苜蓿多糖对新城疫弱毒苗免疫调节试验，表明合适剂量苜蓿多糖对新城疫弱毒苗的免疫效果有明显的增强作用。赵坤等[46]通过苜蓿多糖对增强猪瘟兔化弱毒疫苗的免疫试验，发现苜蓿多糖可以作为一种免疫增强剂，对猪瘟兔化弱毒疫苗起到强化作用，从而增加仔猪血液中的B淋巴细胞数，提高仔猪的血清抗体水平。由此可见苜蓿多糖的免疫调节能力可能是多途径，整合多通路的调节作用。苜蓿黄酮对非特异性免疫和特异性免疫都具有一定的调节作用。朱宇旌[47]通过苜蓿异黄酮提取物对小鼠生长和免疫功能的影响研究表明，苜蓿异黄酮对小鼠的特异性和非特异性免疫功能都有一定的提高和改善。苜蓿黄酮可能调节机体对蛋白质的吸收和代谢，提高机体的抗氧化能力，抑制淋巴细胞的凋亡以及调节血液中的中性粒细胞、淋巴细胞数量来改善奶牛的非特异性免疫[48]，也可以通过影响血液中CD4+和CD8+ T淋巴细胞比例以及细胞因子基因的表达来调节机体的免疫性能[49]和在脂多糖的处理下，通过抑制TLR2/MyD88信号通路来降低细胞炎症因子的表达，从而保护细胞免受炎性损伤[50]。除了多糖和黄酮外，苜蓿皂苷也能影响动物的免疫功能。在日粮中添加苜蓿皂苷能够提高小尾寒羊血清中部分免疫因子的水平，增加小尾寒羊的主要免疫器官脾脏的指数，且10g/kg及20g/kg添加浓度效果较明显[51]。
　　2.6 抗肿瘤作用 目前，癌症和肿瘤的高发，使人们生活质量显著下降，严重地威胁到了人类的健康。紫花苜蓿可以提高机体的免疫调节、诱导肿瘤细胞凋亡，其中起到主要作用的成分为黄酮类、多糖和三萜皂苷类化合物。左晓昕[52]等在对紫花苜蓿黄酮化合物抗肿瘤活性研究中发现，苜蓿黄酮可以使人胃癌细胞MGC-803凋亡，抑制细胞增殖，并且存在剂量效应。张羽男等[53]研究也发现紫花苜蓿总黄酮对人肝癌细胞SMMC7721有抑制作用，并诱导癌细胞凋亡，表现出良好的抗肿瘤活性。张东杰等[54]对紫花苜蓿多糖抗肿瘤活性研究中发现，紫花苜蓿多糖能明显抑制S-180和H-22腹水瘤小鼠体重的增加，延长了其生存率，对肿瘤的治疗有帮助。刘立新等[55]通过紫花苜蓿多糖体外抗肿瘤活性的研究，发现紫花苜蓿多糖能够抑制人乳腺癌细胞的活性并呈现出剂量效应关系，同时促进乳腺癌细胞的凋亡，表现出良好的抗肿瘤活性。此外对紫花苜蓿皂苷的抗肿瘤试验中也发现了抗肿瘤活性成分。Tava等[56]利用紫花苜蓿皂苷提取物对MCF-7（順铂耐药）人乳腺癌细胞和HeLa人宫颈癌细胞活性进行了体外的初步研究，结果表明，只有根皂苷和种子皂苷具有明显的细胞毒性，能增强顺铂作用。根据Paparella等[57]的进一步研究也发现紫花苜蓿根皂苷的细胞毒作用比叶皂苷要高。从紫花苜蓿常春藤皂苷中提取分离的皂苷成分在体外具有很高的细胞毒性，在体内具有良好的抗肿瘤活性，并能诱导KB癌细胞凋亡[58-60]。总之，紫花苜蓿皂苷存在特定类型的较好的抗肿瘤活性，具有潜在的抗癌活性，或可开发为新型的抗癌药物，值得进一步深入地研究。 　　2.7 神经保护作用 Liu等[61]对从紫花苜蓿中分离得到药用6种未知皂苷和5种已知皂苷对SH-SY5Y细胞H2O2诱导的损伤进行试验，结果发现所有分离到的皂苷对SH-SY5Y细胞H2O2诱导的损伤，均表现出神经保护作用。
　　3 在畜禽养殖业中的应用
　　3.1 作为畜禽饲料 紫花苜蓿作为畜禽饲料主要有两种方式，青饲利用和制备干草。紫花苜蓿青饲是饲喂畜禽最为普通和普遍的方法，但因为不同刈割时期营养成分不同，故应注意苜蓿的最佳收割时间。紫花苜蓿在营养生长阶段含水量较高，随着向繁殖生长的推进，干物质含量逐渐增加，蛋白质含量逐渐减少，粗纤维则明显增多。由于新鲜紫花苜蓿含水量大，猪和禽类青饲时应注意补充能量和蛋白质饲料。反刍家畜如牛等要注意喂食量，尽可能避免产生膨胀病，可与禾木科牧草搭配使用，减少膨胀病的发生[62]。王坤龙等[63]研究发现紫花苜蓿作为青贮饲料，贮存条件影响着饲用品质，研究发现苜蓿切段长度3～4cm、含水量60%～70%和密度550～600kg/m3时，饲用品质最佳。但也有学者[64]认为切段1～3cm为最佳，同时建议青贮饲料具有弱酸性，不能单独投喂，要搭配其他饲草料，饲喂量也要逐步增加。一般来说，青贮日喂量不要超过家畜日粮的30%。如果开发混合饲料，研究发现晾晒4h、8h后青贮的紫花苜蓿青贮饲料，再添加玉米粉和豆粕调制混合发酵饲料是可行的，其中以晾晒4h后青贮的紫花苜蓿青贮饲料为原料效果最佳[65]。制备干草苜蓿，草质优良，为各种畜禽所喜食，苜蓿干草喂畜禽可以替代部分粮食。据报道，按能量计算其替代率为1.6∶1，即1.6kg苜蓿干草相当于1kg粮食的能量。苜蓿富含蛋白质，如按能量和蛋白质综合效能，苜蓿的代粮率可达1.2∶1[66]。
　　3.2 在畜禽养殖中应用
　　3.2.1 养鸡 由于苜蓿草粉中含有较高的叶黄素，因而使鸡蛋的蛋黄颜色较深，很受养殖户和消费者欢迎。据黄玉德[67]报道，在蛋鸡日粮中添加5%的苜蓿草粉，蛋黄颜色指数可达9.7，比未添加组高3.4，增色效果明显。而在肉鸡日粮中添加苜蓿草粉可显著地改善肉鸡的喙、爪及皮肤的颜色呈鲜黄色，并且肉质鲜美，提高了商用价值。另外由于苜蓿草粉中含有较多的维生素，特别是核黄素，因而添加在蛋鸡日粮中还可增加鸡蛋中的维生素含量。
　　3.2.2 养猪 紫花苜蓿草粉含有较高的粗蛋白质，以5%～15%的比例添加到生长肥育猪的日粮中，能增加胴体瘦肉率而对其生长无影响。据Stahly等[68]报道，在生长肥育猪日粮中添加10%脱水苜蓿草粉，在10℃环境下饲养，猪背膘厚度减少3%。尹尚芬等[69]研究发现，育肥猪日粮中添加紫花苜蓿量以每天2kg/h为宜。
　　3.2.3 奶牛养殖 紫花苜蓿是奶牛非常好的优质牧草，不但能增加牛奶中的维生素含量，还能提高牛奶的乳脂率及产奶量。姜之杰等[70]用苜蓿干草和半干青贮料饲喂奶牛，产奶量明显提高，乳脂率也从3.43%提高到3.52%。Kirkpatrich等（1984）證明，苜蓿可替代奶牛的部分精料，不影响产奶量，并提高了乳脂率。
　　4 小结
　　紫花苜蓿的茎、叶、根和种子含有多种化学成分，主要包括皂苷类、黄酮类、香豆素和生物碱等多种化学物质，且具有多种生物活性，如抗菌、杀虫、抗氧化、降脂、抗动脉粥样硬化、增强免疫力作用、抗肿瘤作用。紫花苜蓿作为青贮饲料和干草饲料饲养畜禽，能提高畜禽的生产、屠宰、繁殖、提高肉品质和机体免疫力。
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　　（责编：杨 林）
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