盾叶薯蓣是薯蓣科薯蓣属(Dioscrea.L)多年生草本植物，是世界上薯蓣皂苷元含量最高的种。被《中华人民共和国药典》(2000版)收载，其根茎中薯蓣皂苷元(俗称皂素)的含量为1.1﹪~16.15﹪，是合成甾体激素类药物和甾体避孕药的重要医药化工原料。

形态特征

草质藤本。根茎横生。茎纤细，无毛，有纵皱纹或浅槽，有时在分枝或叶柄的基部两侧微凸出，或具短刺。叶互生，盾形；叶片三角状卵形或长卵形，长5～11厘米，宽4～9厘米，边缘浅波状，基部心形或近于截形，通常3裂，中央裂片先端渐尖，两侧裂片圆耳状；叶柄短于叶片。

花单性，雌雄异株；雄花序穗状，腋生，有时分枝；花无柄，常2～3朵簇生，仅1～2朵完全发育；苞片膜质，卵形或三角状卵形；花被片6，卵形，紫红色，雄蕊6；雌花序有花6～8朵，花有短柄，花被6裂，雄蕊退化；子房长圆柱形。蒴果干燥后蓝黑色，表面附有白色粉状物，翅近半月形，长约2.5厘米，宽约1.5厘米，顶端微凹，或近于截形，基部狭圆形、种子扁卵圆形，周围呈薄膜状的翅。花期5～8月。果期9～10月。

生长环境

不同的气候、海拔及地形条件下，盾叶薯蓣分布差异明显。一般低山河谷具有显着的冬暖特点，是其主要分布地带；而在l500m以上的寒冷高山则很少有分布。

朱延钧等将盾叶薯蓣的垂直分布区分为3个段研究，发现在海拔450m以上区域薯蓣皂苷元含量最高。李朝阳等研究认为，盾叶薯蓣皂苷元含量与居群环境条件存在一定的相关性，其中最主要的可能是海拔高度，且位于500～700m海拔范围居群的皂苷元含量相对较高，而高于或低于该海拔范围的居群皂苷元含量都不高。与徐成基分析的结果——皂苷元含量高的样品都在海拔400～700m之间基本相同。

盾叶薯蓣对土壤要求不严，在各种类型土壤中均能生长，但主要生长在山地棕壤和山地黄壤等腐殖质深厚的土壤中。盾叶薯蓣喜温暖环境，不耐严寒。最适宜生长气温为20℃～25℃。

水分状况对盾叶薯蓣的分布和生长发育有重要影响,其分布区全年降水量在750～l500mm之间，在湿润土壤环境中生长旺盛，分布较多，盾叶薯蓣皂素合成与积累的最适宜水分条件为年降水量800～900mm,以850mm为最佳。盾叶薯蓣为喜光植物，主要分布在光照充足的向阳坡面，而在阴坡或光照条件差的地方，分布较少，要求年日照时数为1750～2000h。

由于盾叶薯蓣分布范围较广，不同地区、居群的植株形态性状发生了变异，植物体内的皂素含量亦随环境条件的变化而高低各异。生态环境对盾叶薯蓣种内基因型变异影响较大，且在形态性状与活性成分积累等方面影响显着。因此，为了提高盾叶薯蓣开发效益，需进一步研究生态环境对皂素形成影响的机理。

分布情况

根据中国薯蓣植物资源调查资料，盾叶薯蓣的自然分布区为北亚热带及中亚热带地区，即98°53～121°50E，23°42～32°10N范围内。生长在河谷及低﹑中山丘陵的落叶阔叶与常绿阔叶混交林或稀疏的常绿林的灌木林内。要求气温高﹑光照强。根据袁晓颖等对野生盾叶薯蓣资源调查，将其划分为两个区：

Ⅰ秦巴－武当区，其范围约在105°～121.50°，北纬30°～32.10°，此处植被是中国亚热带常绿林－落叶阔叶混交林地带，陕西湖北河南三省交界地带（伏牛山脉区）产出量较大。

Ⅱ西南～中南区，从云南西北部的国界限向东延伸至湖南部分地区，范围约在东经98.50°～105°，北纬23.42°～30°，该范围植被类型多为亚热带山地酸性黄壤常绿阔叶树-落叶阔叶树混交林及亚热带常绿阔叶林。盾叶薯蓣垂直分布在海拔100～1500米的河谷﹑山地﹑落叶阔叶混交林的边缘或稀疏的常绿灌木林内。

大量研究表明，野生状态下的盾叶薯蓣皂苷元含量与主要环境因素的关系密切，盾叶薯蓣的皂苷元含量以陕西东南部产区和湖北西北部的武当山区为中心，分别向四川盆地等成片状和星散状辐射，有从高到低的倾向。

栽培技术

常规培养

盾叶薯蓣叶盾叶薯蓣采用种子繁殖和根茎繁殖，即有性繁殖和无性繁殖。

黄春洪等通过对盾叶薯蓣主要居群种质分析的研究发现，在评价一份种质是否适合用作栽培种时，薯蓣皂苷元含量高低不应该作为首要指标，种质的含量是否能够稳定遗传才是最重要的指标。种子繁殖以5～7月份播种最佳，成长期较长，4年后才能供工业用，种子繁殖可选育有效成分含量高、产量高、抗性强的优良单株留种，以提高盾叶薯蓣质量。根茎繁殖，秋栽最佳，选择生活力强，无病虫害的根茎为种根茎，生长2～3年收获，操作简单，植株生畅快，成苗率高。

组织培养

组织培养技术是进行种苗生产、品种培育的有效途径，也是工业化皂苷生产的有效途径；薯蓣皂苷主要分布于根状茎中，根状茎主要由周皮、基本组织和散生在基本组织中的维管束三部分组成，周皮细胞的分裂和体积增大使根状茎迅速生长，薯蓣皂苷主要分布于基本组织薄壁细胞中，利用植物组织培养技术繁殖薯蓣植物，既可保存种质资源，又能快速繁殖优良品种，不但可解决种源问题，而且能有效防止种质退化。

中国从20世纪70年代中期开始利用组织培养技术进行盾叶薯蓣的快速繁殖和品种改良。四川生物研究所一室体细胞研究组对盾叶薯蓣不同部位的愈伤组织诱导频率进行了研究，结果表明，若以幼茎、幼叶为材料，其诱导频率一般都比较高，分别为57.97﹪、83.14﹪；以块(根)茎为材料则诱导频率较低，只有1.78﹪。徐向丽对薯蓣属植物组织培养研究进行总结认为，能否诱导出愈伤组织与培养基的选择和激素配比密切相关，常用的培养基是MS或改良MS、Nitsch、B、White等培养基；另外，pH值、温度、光照等因素也影响愈伤组织的形成。

细胞培养

人们在利用细胞培养技术生产天然产物领域的研究十分活跃，并越来越受到人们关注。通过改变培养基和培养条件，选择高产细胞株，添加前体以及调节合成途径等方法，极大地提高了植物细胞培养中次生代谢物的含量。中国已开展了选用盾叶薯蓣高皂素含量植株，进行细胞连续培养方面的研究。

任建伟等采用盾叶薯蓣脱分化愈伤组织进行固体培养和细胞悬浮培养研究，发现细胞培养在7～21d之间细胞的生物量增长最快，培养物中物质累积也最快，其皂素含量随细胞的增长而增高，但达峰时间迟于细胞生长达峰时间，在30～35d细胞皂素含量及每升培养基可得皂素含量均较高，即有用物产量与细胞生长的关系属延迟型；并选择出了适宜的愈伤组织生长和皂素生产培养基。

另外他们还进行了细胞固定化培养研究，结果表明，游离的盾叶薯蓣细胞不分泌皂素到培养液中；而经固定化培养较长时间后，有分泌但不能持续。用海藻酸钠固定盾叶薯蓣细胞，方法简便，形成的胶珠均匀，稳定时间长，也可多次重复使用。

药用价值

中医

【性味归经】甘、苦、平。民间反映根茎有滋补作用，但食用过量能引起头昏、眼花等症状。

【功能主治】解毒消肿。用于痈疖早期未破溃，皮肤急性化脓性感染，软组织损伤，蜂螫虫咬。

【用法用量】外用适量，捣烂敷患处。

【摘录】《全国中草药汇编》。

【宜忌】《全展选编·外科》："皮肤已破烂及脓已形成者忌用。"

【选方】治各种皮肤急性化脓性感染、软组织损伤，蜂螫，阑尾炎：鲜盾叶薯蓣根茎二至三两，研末与凡士林适量混合调匀，每日一次外敷患处；亦可与菊叶、次黄连或苦参适量，共捣外敷。(《全展选编·外科》)（DioscoreaZingiberensisC.H.Wright）又名黄姜，火头根。中国是盾叶薯蓣的原产地，两千多年前的《山海经》中就有“景山、北望少泽，其草多薯蓣”的记载。盾叶薯蓣是薯蓣科薯蓣属（Dioscrea.L）多年生草本植物，是世界上薯蓣皂苷元含量最高的种。

被《中华人民共和国药典》(2000版)收载，其根茎中薯蓣皂苷元（disogenin）(俗称皂素)的含量为1.1﹪～16.15﹪，是合成甾体激素类（steroidhormone）药物和甾体避孕药（steroidprophylactic）的重要医药化工原料。

以根状茎入药，中医学认为其性味甘﹑苦﹑凉，具有清肺止咳，利湿通淋，通络止痛，解毒消肿的功能，可治肺热咳嗽，湿热淋痛，风湿腰痛，痈肿恶疮，跌打扭伤，蜂蜇虫咬，同时具有治疗皮肤急性化脓性感染、软组织损伤、降血脂等功效，也有降低胆固醇、抗炎、抗肿瘤等药理作用。

西医

盾叶薯蓣中化学成分很多，薯蓣皂苷在薯蓣科植物中含量丰富，它有祛痰、脱敏、抗炎、降脂、抗肿瘤等作用。薯蓣皂苷口服后经肠道菌群代谢产生的薯蓣皂苷元是发挥作用的真正有效成分,而且它还是合成甾体激素类药物的重要原料，因此含此类成分生药的应用前景十分广阔。药理作用综述如下：

溶血作用：薯蓣皂苷属于甾体皂苷，甾体皂苷水溶液与血液接触后会不同程度的破坏红细胞，产生溶血现象，因此皂苷及含有皂苷的生药不能用于静脉注射。甾体皂苷的溶血作用较弱，薯蓣皂苷的溶血指数为1：400000。但F环开裂的皂苷往往不具溶血作用，而且表面活性降低。

抗衰老作用：林刚等比较了山药和盾叶薯蓣对家蚕寿命及小鼠LPO、LF的影响，研究证明适当剂量的山药稀醇提取物和盾叶薯蓣皂苷可明显降低老龄小鼠血浆LPO和肝脏LF的含量。因为现对自由基与衰老之间的关系研究常以机体老化代谢产物—血浆LPO和组织LF的含量作为衰老的指标，试验结果表明山药及盾叶薯蓣具有一定的抗衰老作用。

抗肿瘤作用：HuKe等报道薯蓣皂苷的前皂苷配基A、薯蓣皂苷和纤细皂苷在体外对肿瘤细胞系K562具有细胞毒作用。蔡晶等通过对体外培养的人宫颈癌细胞应用薯蓣皂苷，发现它能显着抑制Hela细胞的生长，而且将Hela细胞的生长抑制在S期，参与了细胞的周期调控。

王丽娟等研究证明薯蓣皂苷元在200，100，50mg·kg-1ig或100，50，25mg·kg-1ig对三种小鼠移植肿瘤肉瘤-180（S-180），肝癌腹水型（HepA），小鼠宫癌-14（U14)均有明显的抑制作用，其抑瘤率约在30﹪-50﹪。而在离体条件下，薯蓣皂苷元浓度在0.1-100μg·ml-1时，对小鼠肺上皮癌细胞（L129），人宫颈癌细胞（Hela）人乳腺癌细胞（MCF)3种肿瘤细胞具有明显的抑制作用，在浓度为100μg·ml-1时，肿瘤生长抑制率分别达到85.4%、98.7%和83.2%。

霍锐等通过实验发现在离体条件下薯蓣皂苷元诱导人黑素瘤细胞A375-S2凋亡和周期阻滞在G0/G1期，并且p38MAPK抑制剂SB203580可部分抑制细胞凋亡，抑制作用在5μmol·L-1最强，当浓度升高时，抑制作用降低甚至消失。Moalic等研究了薯蓣皂苷元能抑制人骨肉瘤1547细胞系的生长，使细胞分裂周期停止在G1期，诱导细胞凋亡。

杀灭钉螺的作用：刘汉成等进行盾叶薯蓣杀湖北钉螺卵的实验研究，采用药液浸泡法对不同发育阶段的螺卵细胞进行孵化阻滞实验。结果表明，10mg/L药液浸泡48h对1d和5d卵龄螺卵具有良好的杀灭作用，杀灭1d卵龄螺卵的有效率可达80%，其LD50为10.28mg/L（斜率b=1.9767）。杀灭20d卵龄螺卵的有效率﹤5﹪；测定的生物效应与螺卵的卵龄呈负相关。

糜留西等应用盾叶薯蓣植物根粉进行小规模的现场灭螺试验，结果表明：浸杀和喷洒分别应用100g/m3和50g/m3的药浓量，施药后7d活螺平均密度下降率均在90%以上，且有效的抑制钉螺上爬。崔天义等发现盾叶薯蓣根茎具有显着的灭螺活性，而且该植物根茎正丁醇提取物在浓度为30mg/L时，浸泡钉螺48h，100%死亡，且被浸泡钉螺不伸厣，不上爬。

现代研究

盾叶薯蓣的根状茎含1.1﹪～16.15﹪的薯蓣皂苷元、45﹪左右的淀粉、40﹪的纤维素以及一些水溶性苷类、生物碱类、黄酮苷类、强心苷类、生物碱、单宁、色素等化学成分。刘建本等进行了盾叶薯蓣根茎中色素的提取和性质研究，结果表明薯蓣色素具有对紫外线有较强的吸收作用，耐热、耐光性能良好，Fe、Cu、Hg3种金属离子对色素均具有一定的增色作用，酸碱对色素的影响较大等性质，为综合利用提供了一条新途径。

薯蓣皂苷包括糖和苷元两部分。为了对皂苷进行定位，郭永兵等将盾叶薯蓣根茎分为5个区段，对其薯蓣皂苷元的分布进行研究发现，嫩茎顶端的薯蓣皂苷元含量最高，抽茎区段次之，接着是嫩茎区段，其后为老茎区段和底层区段，须根及地上茎基部段的含量很低。薯蓣皂苷元（diosgenin）又名皂素。它是世界上合成300多种甾体激素和避孕药的原料。

刘承来，陈延庸等用薄层层析法(不同展开剂)、纸层析法对盾叶薯蓣进行了分离提取，结果在根状茎中分离出两种水不溶性三糖皂苷和两种水溶性四糖皂苷，用乙酰化、酸水解、酶解、克分子旋光差计算以及红外光谱、质谱、氢谱、碳谱等方法进行分析鉴定。

皂素含量

影响盾叶薯蓣皂苷含量的因素较多，盾叶薯蓣除前面讨论的环境因素外，还有些其它因子。蒋朝晖等对盾叶薯蓣生育期皂苷元含量变化规律研究认为，皂苷在根茎中积累高峰期是现蕾及盛花期，结实期后明显下降；在根茎生长明显的8～9月，含量有一定提高，至枯萎期的10月和11月时含量又出现下降；2年生皂苷元含量明显高于1年生；适宜的采收期应为第2年的枯萎期或第3年的现蕾开花期。

丁志遵等研究认为，盾叶薯蓣一般在萌芽期至开花盛期皂苷含量较高，从结实期至始萎期，皂苷含量则逐渐下降；老根茎皂苷含量高于新根茎；水分含量高的根茎皂苷含量亦高。李朝阳等研究认为，盾叶薯蓣的皂苷元含量与叶片宽窄程度之间也存在一定的相关性，宽叶型的平均皂苷元含量都较高，而长叶型的皂苷元含量都不高；皂苷元含量与其开花时间早晚也似乎表现出一定的相

关性，在6～7月间开花的居群其平均皂苷元含量都较高，而早于6月或当年不开花的居群的平均皂苷元含量则较低。潭远友等研究发现，盾叶薯蓣雄株中皂苷元含量高于雌株，种植时期越长，皂苷元含量越高，10月份采收的样品含量最高。这些研究为盾叶薯蓣的合理开发利用奠定了理论基础，总的来讲，影响盾叶薯蓣皂苷含量的因素主要有分布区、海拔、土壤、水分、温度、光照等环境因子，也有株间差异、生长时间、生育期、开花时间、根状茎水分含量及形态等自身因子。

皂苷提取

薯蓣皂苷元是薯蓣属植物中薯蓣皂苷的配基，主要以薯蓣皂苷的形式与纤维素结合存在于细胞壁中。薯蓣皂苷元是异螺旋甾烷的衍生物，在植物体内是以薯蓣皂苷配基形式存在的，即在C3位通过皂苷键与糖链相连进而与植物细胞壁紧密连接。由于盾叶薯蓣皂苷元的结构特征和它在植物体内的存在形式，决定了提取它的步骤：首先必须使薯蓣皂苷元与植物细胞壁分开，再断开薯蓣皂苷元与糖连接的苷键，使薯蓣皂苷元游离出来，利用它的亲脂性，用丙酮或石油醚把它提取出来，盾叶薯蓣叶工业上用高标号的汽油来提取。

直接酸水解法

酸水解是使苷键断裂生成苷元和糖。传统的提取薯蓣皂苷元的方法是采用Rothrock法，即直接将盾叶薯蓣根茎用硫酸水解成苷元，然后用有机溶剂提取薯蓣皂苷元。郭文松等报道，用盐酸作为水解酸比硫酸好，工艺简单，效果差异不大，同时以盐酸为水解液时，加压法比常压法水解苷元收率高，缺点是盐酸对不锈钢设备有严重腐蚀。

薯蓣皂苷元在植物体内存在形式的复杂性，使直接酸水解法仅能提取1/4的皂苷元，且此法费时很多，薯蓣皂素收率较低，由于使用溶剂汽油，易发生危险；另外，盾叶薯蓣中的淀粉和纤维素等其它成分也在酸水解过程中被破坏而不能利用，因此该工艺不够理想。

预发酵法

一般认为预发酵法可提高薯蓣皂苷元的收率。预发酵法有自然发酵法、酶解法、微生物发酵法。王元兰报道用蒸馏水浸泡药材干粉，置于39℃的恒温箱中发酵。并筛选出提取条件，即：发酵48h，水解4h，抽提物pH=7，回流速度25min/次，皂苷元的提取率达到最佳值为3.358%。

另有报道，在发酵过程中加入果胶酶、苦杏仁酶和植物生长激素2，4，5-三氯苯氧乙酸、吲哚-3-乙酸，均可提高产率。还有用黑曲霉菌株对盾叶薯蓣发酵也可提高产率。这样的工艺既提高了皂苷收率，反应条件也比较温和，保持了有效成分的本来理化性质。但自然发酵法影响因素较多，产品质量不稳定。

分离法加工薯蓣植物

从盾叶薯蓣中首先分离出植物纤维和淀粉，剩余部分再经自然发酵提取薯蓣皂苷元。该法比不分离出植物纤维和淀粉而直接进行自然发酵的常规方法能将薯蓣皂苷元的收率提高5%。

4CO超临界萃取薯蓣皂苷元的工艺研究

葛发欢等报道用CO超临界萃取法从盾叶薯蓣中提取薯蓣皂苷元的研究，其萃取薯蓣皂苷元的条件为：萃取压力29MPa，温度55℃；分离方法一为压力10MPa，温度60℃；分离方法二为压力5.6MPa，温度45℃；分离柱压力18MPa，温度为7O℃，CO2流量为每千克原料每小时12kg；萃取时间3h；夹带剂为药用酒精。和传统的汽油法比较，收率提高了1.5倍，生产周期大大缩短，避免了使用汽油引起易燃易爆的危险，且成本相差不大。

但存在设备一次投资过大的缺点。此外，利用超声波破碎细胞壁也可提高薯蓣皂苷元的收率。用盐酸—丙酮/乙醇混合液直接加热提取薯蓣皂苷元的工艺虽可节约物料，缩短工艺过程，但对资源的综合利用不足，在实际生产中应用该工艺的还未见报道。

分离技术

甾体皂苷由于连有糖残基，是一类极性较强的大分子化合物，易溶于水、甲醇、乙醇等极性溶剂，不易溶于氯仿、乙醚等非极性溶剂。甾体皂苷不易形成结晶，而且在同一植物中往往有很多结构相近的皂苷共存，给提取分离带来一定的困难，甾体皂苷的结构比较复杂，但苷元母核基本为螺甾烷型Ⅰ或呋甾烷型Ⅱ。

甾体皂苷提取分离的基本步骤为粗提、除杂、分离。实验室和工业生产中多采用溶剂法提取甾体皂苷，主要是用甲醇或稀乙醇作溶剂，提取液回收溶剂后，用水稀释，经正丁醇萃取或大孔吸附树脂纯化，得粗皂苷，最后用硅胶柱色谱进行分离或HPLC制备，得到单体。常用的洗脱剂有不同比例的氯仿-甲醇-水混合溶剂和水饱和的正丁醇。

含量测定

盾叶薯蓣具有广泛的药理活性，其所含的薯蓣皂苷元是合成甾体激素的重要原料，其主要成分皂苷具有镇咳、平喘、降低胆固醇、预防动脉硬化、抗癌等作用，但由于皂苷在植物中组分复杂，且分离过程难度较大，难以定量，多以酸水解的薯蓣皂苷元含量为测定指标来控制盾叶薯蓣的质量。报道的薯蓣皂苷元的含量测定方法有多种，经典方法有重量法、比色法、库伦法和薄层扫描法；现代方法有气相色谱法、高效液相色谱法。