特约综述 | 吉林农业大学韩忠明,杨利民等:药用植物防风生物学研究进展及展望

作者及单位

随着提取和分离技术的发展，截至目前，已从防风中分离出色原酮类、香豆素类、多糖类、挥发油等100 余种成分^［3-6］。现代药理研究表明，色原酮、香豆素、挥发油和多糖是防风的主要活性物质，具有解热镇痛、抗炎、抗氧化、抗病毒、抗肿瘤、抗过敏和免疫调节的作用^［7-8］。

1.1　色原酮类化合物及其药理作用

色原酮类化合物是防风发挥解热、镇痛、抗炎、抗病毒和抗过敏作用的主要活性成分，如防风通圣丸、玉屏风散对新型冠状病毒（SARSCoV-2）轻型、普通型 COVID-19临床疗效显著，可缩短 SARS-CoV-2核酸转阴时间及平均住院时间^［9］；防风通圣颗粒组对RSV感染导致的肺炎模型具有明显治疗作用。目前，从防风中分离鉴定出22种色原酮类化合物^［5］，分别是Ledebouriellol（C₂₀H₂₂O₇）、亥茅酚（C₁₅H₁₆O₅）、3′（R）-（+）-hamaudol（C₁₅H₁₆O₅）、亥茅酚苷（C₂₁H₂₆O₁₀）、3'-O-乙酰亥茅酚（C₁₇H₁₈O₆）、3'-O-当归酰亥茅酚（C₂₀H₂₂O₅）、苦参醇（C₁₇H₁₈O₇）、升麻素（C₁₆H₁₈O₆）、升麻素苷（C₂₂H₂₈O₁₁）、5-O-甲基维斯阿米醇（C₁₆H₁₈O₅）、4′-O-β-D-葡萄糖基-5-O-甲基维斯阿米醇苷（C₂₂H₂₈O₁₀）、4′-O-β-D-葡萄糖基维斯阿米醇（C₂₁H₂₆O₁₀）、去甲升麻素（C₁₅H₁₆O₆）、波拉托苷A（C₁₆H₁₈O₉）、汉黄芩素（C₁₆H₁₂O₅）、去甲基丁香色原酮（C₁₀H₈O₄）、5-O-甲基维斯阿米醇苷（C₂₇H₃₆O₁₄）、3′-O-β-D-apiosyl （1→6）-β-D-glucosylhamaudol（C₂₆H₃₄O₁₄）、1′-O-glucosylcimifugin（C₂₀H₂₄O₁₁）、melanochrome（C₁₅H₁₆O₅）、divaricataester B（C₁₈H₂₀O₇）和（3S）-2，2-dimethyl-3，5-dihydroxy-8-hydroxymethyl-3，4-dihydro-2H，6H-benzo［1，2-b：5，4-b0］dipyran-6-one（C₁₅H₁₆O₆）。其中，升麻素苷、亥茅酚苷、补骨脂素、异秦皮啶对H1N1流感病毒活性均具有不同程度的抑制作用^［10］；呋喃色原酮升麻素苷、升麻素和5-O-甲基维斯阿米醇苷均具有一定的解热和镇痛作用，其主要作用机制是阻断疼痛信号传递（如抑制TRPV1通道）以及抑制前列腺素合成^［11-12］；亥茅酚苷能够减轻脂多糖诱导的大鼠神经疼痛，发挥镇痛作用^［13］；升麻素苷和升麻素可阻断肥大细胞脱颗粒、抑制 PAR-2表达发挥抗过敏作用^［14-15］；升麻素苷通过抑制完全弗氏佐剂所致关节炎模型大鼠血清中促炎因子的表达水平，发挥其抗炎作用^［16］；5-O-甲基维斯阿米醇苷和亥茅酚苷对脂多糖诱导巨噬细胞RAW264.7炎症有一定保护作用，其作用机制可能参与调控TLR4和NF-κB p65蛋白表达，进而抑制炎症细胞TNF-α，NO，PGE2释放及NF-κB p65，IL-1β，iNOS，COX-2 mRNA表达水平有关^［17-18］。因此，色原酮类化合物具有良好的解热、镇痛、抗炎、抗病毒和抗过敏作用，与防风的传统功效相符合^［19］。

1.2　香豆素类化合物及其药理作用

香豆素是防风药材中另一类主要药效成分，具有较强的抗炎、抗氧化、镇痛以及抗肿瘤作用。截至目前，从防风中分离出的香豆素类化合物共有41种^［5］，其中分离出的简单香豆素类成分5种，分别为秦皮啶（C₁₁H₁₀O₅）、异秦皮啶（C₁₁H₁₀O₅）、东莨菪素（C₁₀H₈O₄）、伞形酮（C₁₄H₁₄O₄）和5-甲氧基-7-（3，3-二甲基烯丙氧基）-香豆素（C₁₅H₁₆O₅）；分离出的呋喃香豆素类18种，分别为佛手柑内酯（C₁₂H₈O₄）、白当归素（C₁₇H₁₈O₇）、石防风素（C₁₉H₂₀O₅）、欧前胡素（C₁₆H₁₄O₄）、异欧前胡素（C₁₆H₁₄O₄）、异佛香柑内酯（C₁₂H₁₄O₄）、异紫花前胡内酯（C₁₄H₁₄O₄）、紫花前胡苷元（C₂₀H₂₄O₉）、甲氧基-8-（3-羟甲基-2-烯氧基）-补骨脂素（C₁₇H₁₆O₆）、水合氧化前胡素（C₂₀H₂₀O₉）、珊瑚菜内酯（C₁₇H₁₆O₅）、补骨酯素（C₁₁H₆O₃）、防风灵（C₂₃H₂₆O₁₁）、花椒毒素（C₁₂H₈O₄）、5-羟基-8-甲氧补骨脂素（C₁₂H₈O₅）、别欧前胡素（C₁₆H₁₄O₄）、xanthoarnol（C₁₄H₁₄O₅）和lindiol（C₁₉H₂₂O₇）；分离出吡喃香豆素类化合物16种，分别为anomalin白芷内酯（C₂₄H₂₄O₄）、紫花前胡醇（C₁₄H₁₄O₄）、紫花前胡醇当归酸酯（C₁₉H₂₀O₅）、香豆素A（C₂₅H₃₂O₁₂）、香豆素B（C₂₅H₃₀O₁₂）、香豆素C（C₂₅H₃₀O₁₂）、白花前胡素（C₂₄H₂₈O₇）、白花前胡素F（C₂₄H₂₈O₇）、顺-3'，4'-二烯甲基苄内酯（C₂₄H₂₆O₇）、顺-3'-异戊酰基-4'-乙酰海拉内酯（C₂₄H₂₆O₇）、顺-3'-异戊酰基-4'-千里光内酯（C₂₄H₂₈O₇）、（-）-cis-khellactone （-）-顺-克拉内酯（C₁₄H₁₄O₅）和（3'S）- hydroxydeltoin-3'S-羟基-石防风素（C₁₉H₂₀O₅）、8'-表黄花菜木脂素（C₂₀H₁₈O₈）、hyuganin A（C₂₄H₂₈O₇）和hyuganin C（C₂₁H₂₄O₇）。其中佛手柑内酯、花椒毒素等呋喃香豆素类成分通过增加磷酸化Chk1和减少磷酸化cdc2导致细胞周期阻滞在G2/M起抗肿瘤作用^［20］；补骨脂素可通过调节微小RNA-488和核心结合因子α1/Runx2的表达水平，并有效逆转转化生长因子-β受体Ⅰ抑制剂 SB431542的抑制作用，通过激活 TGF-β/Smad3信号通路促进人骨髓间充质干细胞的成骨分化^［21］；欧前胡素显著改善血管内皮功能，减轻血管形态学变化，显著提高血浆中一氧化氮代谢物和脂联素水平，上调胸主动脉中脂联素受体1和内皮型一氧化氮合酶（eNOS）蛋白表达，降低血管超氧阴离子生成和并下调主动脉 NADPH 氧化酶亚基p47（phox）蛋白表达^［22］。

1.3　多糖类化合物及其药理作用

多糖类化合物具有免疫增强作用和抗肿瘤作用。国内外学者从防风中分离并鉴定的防风多糖有saponikovan A、saponikovan B和saponikovan C、酸性杂多糖SPSa和SPSb、SPS0和SPS1以及SDNP-1和SDNP-2等^［23-26］。刘华等^［27］通过小鼠体内试验证明，防风多糖具有增强非特异性免疫和细胞介导免疫、提高脾脏增殖指数的作用。耿玉梅等^［28］研究发现，防风多糖可下调AR大鼠血清中白介素-4、白介素-5水平，上调干扰素-γ、白介素-12水平，减轻大鼠过敏性鼻炎过程中免疫因子的生成和释放，从而减轻鼻黏膜充血和炎症。另外，防风总多糖对肿瘤细胞、肿瘤模型小鼠等可发挥良好的抗肿瘤活性^［29-30］，能够增强免疫系统功能，显著提高免疫损伤小鼠黏膜部位sIgA分泌水平^［31］，提高小鼠细胞的增殖和吞噬能力^［32］；何新阳等^［29］从防风中分离得到防风多糖 SP800203，能显著促进巨噬细胞数目上升，发挥免疫调节活性；硫酸酯化防风多糖通过CCL3促进乳腺癌细胞MCF-7对THP-1源巨细胞的募集，并调节MCF-7细胞对巨噬细胞的驯化作用，促进巨噬细胞向M1型巨噬细胞极化，发挥免疫监视作用^［33］。

1.4 挥发油类化合物及其药理作用

防风中分离出的挥发油类成分相对来说较复杂。1991年，王建华等^［34］从防风果实中分离鉴定出萜类、醛、酮、醇和酸等66种挥发油成分；2021年，王林燕等^［6］从防风挥发油中鉴定出84种成分。李冰^［35］研究表明，防风挥发油能显著抑制LPS诱导的RAW264.7细胞分泌的TNF-α、IL-1β、NO和 IL-6，对DPPH、ABTS和羟基自由基也具有一定抑制作用，对宫颈癌细胞系（HELA）和人回盲肠癌细胞系（HCT-8）具有显著的抗增殖活性；挥发油能明显抑制急性肺损伤大鼠支气管上皮细胞CD54的表达，抑制NF-κB p65活化及 NF-κB p65 mRNA的转录，起到抗炎作用。

1.5　其他成分

除上述常见化学成分外，防风中还含有20种其他类成分，包括7个有机酸类、2个聚乙炔类、4个甾醇类、1个腺苷类、1个嘧啶类、3个酯类、1个糖醇类和1个生物碱类成分以及Cu、Mn、Zn、Fe等微量元素^［6］。

2.1　防风新品种选育

种质资源与药材质量及道地性密切相关，是药用植物育种的基础，也是研究其起源、进化、分类与遗传多样性的重要材料。防风（S.divaricata）优质种质资源相对匮乏，人工栽培品种导致药材质量参差不齐，已成为制约防风产业可持续发展的关键因素。因此，选育优质、高产的防风新品种被视为提升药材质量的重要途径。根据产地差异，防风药材可分为关防风、口防风、西防风、山防风和水防风等类型。其中，产自吉林省西部、黑龙江西部平原及内蒙古扎鲁特旗一带的防风被称为“关防风”，其药材品质优良，所含升麻素苷和5-O-甲基维斯阿米醇苷2种色原酮总量可达12.1 mg/g，是目前市场的主流产品。已有研究探讨了不同产地防风种质资源的性状差异。秦义杰^［36］对14份不同来源的防风种子进行比较研究，发现野生与栽培种源在种子性状与地理因子之间，以及产量、化学成分与生长性状之间均存在显著或极显著相关性。其中，来自内蒙古额尔古纳和赤峰地区的野生种源种子品质较优。栽培种源多数农艺性状显著优于野生种源，但其抽薹率也显著高于后者。张迪^［37］从50份栽培防风种子中筛选出12份优质种质。许永华等^［38］经过7年对野生防风种子的系统筛选与试验，选育出新品种“关防风1号”，该品种具有耐旱性强、出苗率和产量高等优良特性，现已成为吉林省防风栽培的主要种源。不同产地的防风种质资源差异显著，种质是决定药材质量的基础因素。筛选和利用优质种质资源是提升防风药材质量的关键措施，生产中建议优先选用我国北部干旱地区的优良种源开展规范化种植。

2.2　防风药材质量与产地的关系

防风（Saposhnikovia divaricata）在我国分布范围广泛，黑龙江、吉林、内蒙古、山东、河南、甘肃等地均有分布。由于不同产区的温度、水分、养分及光照等环境条件上存在差异，防风药材质量也呈现显著的地域差异，其中药效成分色原酮的含量在不同产地间可相差5倍至6倍。郭旭等^［39］采集了河北、山东、吉林、宁夏、甘肃、辽宁及内蒙古等16个产地的防风样品，对其色原酮含量进行比较分析。结果显示，河北、山东、吉林和内蒙古等产地的防风色原酮含量相对较高，其中内蒙古锡林郭勒盟产防风药材中升麻素苷与5-O-甲基维斯阿米醇苷的总含量达10.69 mg/g。进一步分析表明，土壤中有效钙含量与色原酮总量呈负相关，而有效锰含量则与色原酮总量呈正相关。李轶雯^［40］对吉林省和内蒙古自治区内14个产地的防风药材进行研究，结果发现内蒙古那木景岗、通辽市大青沟、前郭县红星牧场及白城地区产防风药材的色原酮含量较高。其中内蒙古地区防风所含升麻素苷、升麻素、5-O-甲基维斯阿米醇苷及亥茅酚苷4种色原酮总量可达6.24 mg/g。研究表明，不同产地防风药材质量的差异主要与气候条件变化导致的适生环境差异密切相关，色原酮含量受年平均气温影响显著，表现为随年平均气温降低而升高。产地环境因子对防风药材质量具有重要影响，在栽培生产中，应优先选择防风道地产区进行规范化种植，以确保药材质量的稳定与优良。

2.3　防风营养生理与质量

合理施肥是提高防风产量和质量的基本措施之一。郝佳等^［41］研究发现，1.0 mmol/L的供磷处理下防风根干质量显著高于无磷处理；陈玉敏等^［42］研究了磷、钾配施对防风生长的影响，结果发现二者适宜的配比为P₂O₅ 186 kg/hm²和K₂O 92 kg/hm²，防风根干质量可增重16.00%，药材质量是《中国药典》规定的4.75倍^［43］。而吉林省白城市的肥料配比试验中，氮磷钾配施处理下，防风的株高等形态特征和生物量与对照相比均有明显增加，NPK处理（N∶P₂O₅∶K₂O=127.17 kg/hm²∶425 kg/hm²∶129.81 kg/hm²）防风药效成分为5.9 mg/g，高于《中国药典》标准2.46倍^［44］。而有机肥替代模式下，防风产量较对照增加了4.93%~12.67%，防风质量评价指标升麻素苷、5-O-甲基维斯阿米醇苷含量分别较对照增加了19.98%~82.83%，24.33%~107.16%^［44］。因此在药用植物防风的栽培中，要根据不同地区的土壤情况进行测土施肥，从而保障防风药材产量和质量的双提升。

2.4　微生物与防风生长和药材质量的关系

研究药用植物与微生物之间的互作关系，有助于揭示并调控植物及其根际微生态系统中微生物群落的结构与功能，从而推动药用植物产业向优质、高产和可持续方向发展。研究表明，丛枝菌根真菌能够提升关防风根干质量，增加升麻素苷含量、5-O-甲基维斯阿米醇苷含量和色原酮含量^［45］。根际微生物能够通过直接或间接方式调控植物生长，既可促进植物生长发育，又可能抑制其生长。本课题组从防风根际土壤中分离出104株根际真菌，筛选出对防风病原菌具有较强广谱抑菌效果的拮抗菌株7株^［46］，分别鉴定为MR-16 Penicillium caperatum（OK287146.1）、MR-19哈茨木霉Trichoderma harzianum（OK287147.1）、MR-43 Sirastachys castanedae（OK287148.1）、MR-47桃色顶孢霉Acremonium persicinum（OK287149.1）、MR-57 Acrophialophora jodhpurensis（OK287150.1）、MR-86 Aspergillus neoalliaceus（OK287151.1）、MR-97土曲霉Aspergillus terreus（OK287153.1）；7株拮抗菌株对3种防风病害均具有不同程度的防治能力，其中菌株MR-86对防风立枯病防治效果最好，防效为68.76%；菌株MR-43对防风枯萎病防治效果最好，防效为73.21%^［47］；MR-43和MR-47对防风根腐病防治效果分别为78.86%和75.05%^［48］；MR-16和MR-57对防风根腐病的防效分别为60.76%和65.41%^［49-50］；MR-86对防风的促生效果明显，可使防风根粗和根质量显著提高6.19%~20.45%。

内生促生细菌作为开发生物菌肥的重要微生物资源，在促进植物生长、增强抗病能力及改善根际土壤环境方面潜力巨大。本课题组从健康防风根部中分离纯化内生细菌202株，对其促生特性进行评价，得到4株内生细菌MX-31、MX-56、MX-148和MX-182，具有固氮、溶磷、产IAA和产铁载体能力，且均具有稳定的定殖能力^［51］。其中菌株MX-56对防风的根长、根粗、根鲜质量和根干质量的提高效果最显著，分别提高43.04%，42.75%，63.21%和77.12%；菌株MX-31和MX-56防风植株中升麻素苷和5-O-甲基维斯阿米醇苷总含量分别提高33.72%和30.23%；菌株MX-148防风香豆素类药效成分含量增加53.95%。因此，深入探究防风与根际微生物之间的相互作用机制，充分挖掘和利用有益微生物的促生与生防功能，对于增强防风抗逆性、提升药材产量与质量具有重要理论价值与实践意义。

防风中色原酮和香豆素类化合物药用价值高，因此解析这些活性物质的生物合成途径并阐明其调控机制，为防风的育种及利用合成生物学技术异源生产其活性物质提供理论指导。

3.1　防风组织培养

目前，防风的组织培养研究主要集中于外植体来源、培养基种类、激素配方等，以防风茎段、幼叶和根为外植体均能成功诱导出愈伤组织，但不同外植体对防风愈伤组织诱导有较大差异。袁梦瑶等^［52］研究表明，以防风幼叶为外植体时，最佳诱导培养基为MS+1.5 mg/L 2，4-D+0.5 mg/L 6-BA；付航^［53］研究表明，防风愈伤组织以叶片诱导率最大，为89.3%，最适培养基为 MS+0.90 mg/L 6-BA+1.05 mg/L 2，4-D+0.96 mg/L KT；陈祥梅^［54］研究表明，防风叶片愈伤组织继代的最佳培养基是 MS+1.0 mg/L 6-BA+0.6 mg/L NAA，再生苗的分化率最高，玻璃化率较低。

3.2　防风毛状根培养系统

毛状根转化培养技术具有繁殖速度快、生长效率高的特点，以其独特优势应用于药用植物资源保护，是获得药用植物次生代谢产物的重要途径，也是探究其特异性表达基因功能的重要手段之一^［55-59］，如通过利用毛状根系统进行基因工程改造，将次生代谢产物合成相关基因，调控的转录因子引入毛状根来调节次生代谢产物的产生^［60-62］。本课题组成功建立了防风毛状根再生体系，利用含有表达载体pCAMBIA2301的K599农杆菌侵染防风无菌苗叶片10 min，转入MS固体培养基共培养3 d，转接到含有50 mg/L Cef的固体MS培养基中除菌培养诱导，成功获得防风毛状根^［55］，见图1。防风毛状根在1/2MS液体培养基中生长量及质量最高，并成功筛选出的ZA、ZB、ZC 3个株系，其中ZC株系生物量生长最快，而ZB株系4种色原酮总含量显著高于其他2个株系，达5.49 mg/g^［55］。苏文慧等^［63］通过发根农杆菌介导的毛状根系统过表达对香豆酰辅酶A 2'-羟化酶（p-coumaroyl CoA 2'-hydroxylase， C2'H）双元表达载体，侵染7，30 d后的防风毛状根，见图2。野生型（WT）、空载体阴性对照（NC）及SdC2'H过表达（SdC2'H⁺）3种处理组长势均良好；利用HPLC法检测防风毛状根系中4种色原酮（升麻素苷、5-O-甲基维斯阿米醇苷、升麻素、亥茅酚苷）和4种香豆素（补骨脂素、花椒毒素、佛手柑内酯、欧前胡素）含量，发现过表达SdC2'H基因的毛状根中4种色原酮和4种香豆素的含量达13.45 mg/g和0.24 mg/g，是野生型防风毛状根含量的3.14倍和9.22倍，此研究可为解析SdC2'H基因在防风香豆素类化合物代谢过程中的作用提供理论依据，为探究香豆素生物合成的分子调控网络奠定基础。

防风作为道地的关药，近年来，虽然在全基因组方面有所突破，呋喃色原酮生物合成途径也得到初步的解析，但在基因功能验证、多组学整合分析等方面仍需深入研究。

4.1　防风基因组学研究

2024年，本课题组报道了防风染色体水平的高质量全基因组序列^［64］，数据已上传至国家基因组数据中心（National Genomics Data Center），这是截至目前防风唯一的染色体水平全基因组测序。本研究还利用转录组学技术对野生防风和栽培防风根中提取样品进行了RNA-seq（https：www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/PRJNA 1060493）辅助基因组注释。与栽培未抽薹防风相比，野生未抽薹防风中有4 197个差异表达基因（DEGs）；抽薹后，鉴定出4 950个DEGs，主要富集于“细胞结构实体”“代谢过程”“催化活性”“刺激响应”和“信号传导”途径。KEGG分析进一步表明，未抽薹期间的DEGs主要富集在次生代谢物的生物合成（BSM）、代谢途径、植物激素信号转导（PHST），抽薹后的DEGs主要富集在BSM、植物-病原体相互作用、PHST和苯丙素生物合成。

4.2　防风转录组学研究

寇佩雯等^［65］对1年生和2年生防风植株进行了转录组测序和生物信息学分析，获得了110 732条transcripts和86 233条unigene，并进一步鉴定出27个差异表达基因，包括13个酶基因，其中，PAL、C4H、4CL、BGL和CHS可作为防风活性成分合成的候选基因。Zhang等^［66］通过高通量测序技术对花蕾期和开花期的抽薹和未抽薹防风叶片进行了测序、组装和注释，在993个差异表达基因中，共挖掘出21个与防风抽薹和开花相关的候选基因；研究还表明，调控防风开花的转录因子主要分布在NAC，MYB_related，HB-other，ARF和AP2家族中。植物激素信号转导途径是控制抽薹和开花的关键因素之一。其中，与生长素相关的基因IAA和TIR1是防风抽薹和开花过程中的关键基因。

本课题组利用Illumina测序平台对抽薹和未抽薹防风的叶片进行了测序、组装和注释，2组中共检测到42 889个基因，筛选出9 482个差异表达基因^［67］。在植物激素信号转导和植物昼夜节律通路中鉴定出33个差异表达基因，这些基因编码赤霉素、乙烯、脱落酸等通路上的GID2，ABF，ETR，EIN3关键酶基因和植物昼夜节律通路上的FT，ZTL，GI，COP1等关键酶基因。其中，赤霉素通路上2个GID2基因Sdi18449和Sdi00225、脱落酸通路上2个ABF基因Sdi15565和Sdi13283、乙烯信号转导途径2个ETR基因Sdi38233和Sdi40810和光周期FKF1基因Sdi08711，以及COP1基因Sdi10311、Sdi27474、Sdi05720在抽薹防风中下调表达；而EIN3基因Sdi02667、JAR1基因Sdi41412、开花位点T基因Sdi30784、2个GI基因Sdi40216和Sdi11665在抽薹防风中上调表达，推测这些基因在调控防风抽薹开花中发挥作用，这些差异表达基因可作为研究调控防风抽薹开花的候选基因，上述研究丰富了防风的遗传信息，并为防风次生代谢产物生物合成候选基因鉴定提供了支持。

4.3　防风代谢生物学研究

色原酮是防风的主要活性成分之一，Zou等^［68］在推测生物合成途径的基础上，通过基因组学、转录组学与代谢组学的关联分析，结合体外功能表征等研究手段，揭示了呋喃色原酮的生物合成途径（图3）。防风色原酮生物合成途径的第1步是丙二酰辅酶 A（图3，步骤1）在聚酮合酶（SdPCS、SdPCS2）的催化作用下转化为去甲丁香色原酮（步骤2），去甲丁香色原酮被异戊烯基转移酶（Prenyltransferase，SdPT）催化，发生C-6异戊烯基化反应生成前胡宁（步骤3），前胡宁在前胡宁环化酶（SdPC）作用下，催化异戊烯基与邻位羟基发生氧化环化反应生成维斯阿米醇（步骤4），维斯阿米醇在SdCH的催化作用下发生连续的羟基化反应，转化为去甲升麻素（步骤7），去甲升麻素在O-甲基转移酶（SdOMT）催化作用下形成升麻素（步骤8），进而在糖基转移酶（UGT）作用下，发生11-O-糖基化生成升麻素苷（步骤9）；同时，维斯阿米醇在O-甲基转移酶（OMT）作用下，生成5-O-甲基维斯阿米醇（步骤5），糖基转移酶SdUGT1催化5-O-甲基维斯阿米醇发生3'-O-糖基化生成5-O-甲基维斯阿米醇苷（步骤6）^［68］。代谢途径不仅受内部基因调控，还受外部因素影响。环境因子（光质、温度和水分）和诱导子（生物诱导子和非生物诱导子）能同样调控防风中活性成分色原酮的积累。在防风毛状根中添加100 µmol/L茉莉酸甲酯（MeJA）处理3 h，MeJA通过上调苯丙烷类生物合成途径中的基因表达，从而促进防风毛状根色原酮含量的增加；而添加高浓度的聚乙二醇（PEG6000）会抑制防风生长和色原酮的生成^［69］。本课题组研究了不同水分条件对防风药材质量的影响，结果发现，水分胁迫对1年生防风药材质量无显著影响，而轻度水分胁迫下，2年生防风药材色原酮的含量显著高于对照和重度水分胁迫^［70-71］。因此，适当的水分胁迫有利于防风根的生长，会显著提高防风色原酮的含量^［70-72］；另有研究表明，温度也影响防风次生代谢^［73］，30 ℃处理下防风的升麻素、升麻素苷和5-O-甲基维斯阿米醇苷含量增幅最大，其中5-O-甲基维斯阿米醇苷的含量增加了近1倍^［74］。土壤养分对防风的生长和次生代谢也具有一定影响，施加一定比例的氮磷肥会提高防风的氮磷利用率，显著增加了防风根的生物量和有效成分（升麻素苷和 5-O-甲基维斯阿米醇苷）含量^［75］。

防风作为传统的药用植物，具有良好的解热、镇痛、抗病毒、抗肿瘤、提高免疫力等作用。在现代医学中，防风仍具有巨大的开发潜力，特别是防风的抗流感病毒作用，已经成为研发抗流感病毒创新药物的原材料^［76］。目前，关于防风根中色原酮的生物合成途径已被初步解析，全基因组序列和转录组数据已有报道。此外，与植物激素信号转导及昼夜节律相关的防风抽薹调控候选关键基因也被初步鉴定。上述研究不仅为防风后续的深入研究奠定基础，也为其他药用植物的开发利用提供参考。虽然对防风呋喃色原酮的生物合成途径已初步了解，但生物合成途径中的修饰反应及相关关键酶基因还需要深入研究。随着第三代测序技术、代谢物分析技术、基因编辑技术的快速发展，将为选育出活性成分含量较高的防风优质种质资源提供有力支撑，从而推动防风活性成分的生物合成和调控机制研究，并为临床应用提供重要的技术保障。