۷- در گذشته، گیاهان دارویی به عنوان منبع اصلی مواد شفابخش، بطور وسیعی توسط مردم مورد استفاده قرار میگرفت. تا آنکه پس از به بازار آمدن داروهای شیمیایی، استفاده از مواد طبیعی مذکور به طور چشمگیری کاهش یافت؛ ولی در سالهای اخیر، آشنایی علمی و بنیادی انسان با خواص و آثار مفید مواد دارویی طبیعی، زمینه استفاده روزافزون از آنها را فراهم آورده است. به همین دلیل، در عموم کشورهای پیشرفته، مراکز تحقیقاتی خاص گیاهان دارویی تأسیس گشته است که این مراکز تحقیقاتی، هر روز مواد مؤثره متعددی را در گیاهان همراه با اثرهای مطلوب آنها شناسایی و معرفی میکنند و نتایج حاصل را به صورت مقالات مفیدی منتشر میسازند(امیدبیگی، ۱۳۸۶).
۱-۱-۵ – مواد مؤثره گیاهان دارویی
مواد مؤثره گیاهان دارویی دو نوع هستند:
۱- مواد حاصل از متابولیسم اولیه یا مواد مورد نیاز و حیاتی که در همه گیاهان سبز با عمل فتوسنتز بوجود میآید.
۲- مواد حاصل از متابولیسم ثانویه که در اثر جذب نیتروژن توسط گیاه تولید میشود. این تولیدات ظاهراً اغلب برای گیاه بدون فایده هستند، ولی برعکس اثرات درمانی آنها قابل توجه است، منظور از این ترکیبات اسانسهای روغنی، رزینها و آلکالوئیدهای مختلف و سایر مواد مؤثره میباشد.

منظور از سایر مواد مؤثره ترکیباتی چون مواد تلخ، فلاونها، فلاونوئیدها، موسیلاژها، ویتامینها، تاننها، اسیدسالیکسیک و غیره میباشد که به دلیل ناهمگنی و گستردگی ساختمانهای شیمیاییشان در سه گروه قبلی جای نمیگیرند(امیدبیگی، ۱۳۸۶).
۱-۱-۵-۱- متابولیتهای ثانویه
متابولیتهای ثانویه، مواد آلی شیمیایی پیچیدهای هستند که گیاهان در طول حیات خود تولید مینمایند ولی در رشد و نمو و فعالیتهای حیاتی آنها نقشی ندارند و عمدتاً به منظور دفع آفات، جذب حشرات، گردهافشانی و مبارزه با بیماریهای میکروبی در گیاه تولید میشوند. مواد معطر، مواد مؤثره دارویی، چاشنیها، شیرین کنندههای طبیعی، مواد ضدمیکروبی، فرمونها، حشرهکشها، علفکشها، قارچکشها، هورمونهای گیاهی و مواد آللوپاتیک از این جمله میباشند. بر اساس برخی از تخمینها حداقل ۱۰۰۰۰۰ متابولیت ثانویه از ۵۰۰۰۰ گونه گیاهی شناسایی شده است و هر سال ۴۰۰۰ متابولیت جدید از واریتههای مختلف گیاهی کشف میشود(کومار، ۲۰۰۸).
این ترکیبات دارای ساختار شیمیایی پیچیدهتری نسبت به متابولیتهایاولیه(مثل اسیدهایآمینه) که برای بقاء زندگی سلولها ضروریاند میباشند. آلکالوئیدها(مورفین، کدئین، آتروپین)، ترپنوئیدها، فلاونوئیدها، رنگیزهها و تاننها از جمله مهمترین این ترکیبات هستند. سلولهای گیاهی مقادیر متنوعی از این فرآوردهها را تولید میکنند. بسیاری از این ترکیبات سمی هستند و اغلب در وزیکولهای خاص یا واکوئولها ذخیره میشوند. این نوع ذخیرهسازی از یک طرف نوعی سمیتزدایی برای گیاه است و از طرف دیگر نوعی مخزن ذخیره برای موادی نظیر مولکولهای غنی از نیتروژن است. اگر چه متابولیتهای ثانویه گیاهی بسیار رایج هستند، اما هر گیاهی قادر به تولید هر نوع ترکیبات ثانویهای نیست و برخی ترکیبات نیز تنها منحصر و محدود به گونه خاصی هستند(کومار، ۲۰۰۸).
نقشهای مهم این ترکیبات عبارتنداز:
حمایت از گیاهان در برابر گیاهخواران
جلوگیری از آلوده شدن با پاتوژنهای میکروبی
ایجاد جاذبه برای جانورانی که در گستراندن دانه ها و گردهافشانی نقش دارند(کومار، ۲۰۰۸).
۱-۱-۵-۲- طبقهبندی متابولیتهای ثانویه
متابولیتهای ثانویه گیاهان را می توان به سه گروه شیمیایی مجزا تقسیم نمود:
ترپنها: ترپنها یا ترپنوئیدها بزرگترین گروه متابولیتهای ثانویه را تشکیل می دهند. ترکیبات گوناگون این گروه معمولاً در آب نامحلول هستند. آنها از استیل کوآنزیمA یا حدواسطهای گلیکوزیدی بیوسنتز میگردند. ترپنها در رشد و نمو دخالت دارند، و همچنین در مقابل گیاهخواران نقش دفاعی دارند (تایز و زیگر، ۲۰۰۶).
ترپنها سمی بوده و بازدارندههای تغذیه ای برای بسیاری از حشرات گیاهخوار و پستانداران میباشند؛ از این رو میتوانند در سلسلهی گیاهی نقشهای دفاعی مهمی را ایفا نمایند (گرشنزون و کروتا، ۱۹۹۲). مثلاً استرهای منوترپنی به نام پیرتروئیدها که در برگها و گلهای گونه داوودی وجود دارند و فعالیت حشرهکشی قابل توجهی را نشان میدهند. پیرتروئیدهای طبیعی و مصنوعی به خاطر پایداری کم آنها در محیط زیست و سمیت ناچیزشان در پستانداران ازاجزای معمول حشرهکشهای تجاری هستند. پژوهشهای اخیر چرخش جالبی از نقش ترپنهای فرار را در حفاظت از گیاهان آشکار نموده است. در ذرت، توتونوحشی، پنبه و گونه های دیگر بعضی از مونوترپنها و سزکوئیترپنها تنها بعد از شروع تغذیه حشرات تولید و سنتز میگردند.
این مواد، گیاهخواران تخمگذار را دفع و دشمنان طبیعی آنها را جذب میکنند مانند حشرات انگلی و شکارچی که حشرات تغذیه کننده از گیاهان را میکشند و بنابراین در کاهش خطرات آینده نقش دارند (کسلر و بالدوین، ۲۰۰۱).
بدین ترتیب ترپنهای گیاهی نه تنها از گیاه دفاع میکنند بلکه زمینهای را فراهم میسازند که از دیگر موجودات نیز برای دفاع کمک گرفته شود.
ترکیبات فنلی: گیاهان گروه بزرگی از فرآوردههای ثانویه را تولید میکنند که دارای یک گروه فنلی هستند، گروهی کنشگر هیدروکسیلی، که روی یک حلقه آروماتیک قرار دارد. این مواد به عنوان فنلیها گروهبندی میشوند.
فنلیهای گیاهی از نظر شیمیایی یک گروه نامتجانس متشکل از تقریباً ۱۰۰۰۰ ترکیب جداگانه هستند. بعضی از آنها فقط محلول در حلالهای آلی هستند و برخی دیگر کربوکسیلیک اسیدها و گلیکوزیدهای محلول در آب و بقیه پلیمرهای نامحلول بزرگ هستند.
گیاهخوارانی که عادت دارند از مواد گیاهی غنی از تانن تغذیه کنند دارای سازگاریهای جالبی برای از بین بردن تاننها در سیستم گوارشی خود شدهاند. بطور مثال برخی پستانداران مانند جوندگان و خرگوشها پروتئینهای بزاقی با محتوای پرولین بسیار بالا تولید میکنند که تمایل زیادی برای ترکیب با تانن‌ها نشان می‌دهند.
ترشح این پروتئینها با هضم غذاهایی که محتوای تاننی بالایی دارند تحریک میشود و به مقدار زیادی از اثرات سمی تاننها میکاهد(باتلر، ۱۹۸۹).
ترکیبات نیتروژندار: در ساختمان طیف گستردهای از متابولیتهای ثانویه، نیتروژن وجود دارد. ترکیبات دفاعی ضدگیاهخواران مانند آلکالوئیدها و گلیکوزیدهای سیانوژنی در این دسته از مواد جای میگیرند که به علت سمیت آنها در انسانها و داشتن خواص دارویی به شدت مورد توجه قرار دارند. اکثر متابولیتهای ثانویه نیتروژندار از آمینواسیدهای معمولی ساخته میشوند.
این ترکیبات شامل الکالوئیدها، گلیگوزیدهای سیانوژنی، گلوکزینولاتها و آمینواسیدهای غیرپروتئینی و بازدارندههای پروتئیناز از گیاه در برابر گیاهخواران و عوامل بیماریزا نقش دفاعی را بازی مینمایند(تایز و زیگر، ۲۰۰۶).
۱-۱-۵-۳- تولید متابولیتهای ثانویه از گیاهان دارویی
از لحاظ تاریخی، اگر چه تکنیک کشت بافت برای اولین بار در سالهای ۱۹۳۹-۱۹۴۰ در مورد گیاهان به کار گرفته شد، ولی در سال ۱۹۵۶ بود که یک شرکت دارویی در کشور آمریکا(PFizer Inc) اولین بیمار را از طریق تولید متابولیتها با بهره گرفتن از کشت تودهای سلولها، درمان کردند. کول و استابو و هبل و همکاران توانستند مقادیر بیشتری از ترکیبات ویسناجین و دیوسجنین^[۱] را با بهره گرفتن از کشت بافت در مقایسه با کشت طبیعی(استخراج از گیاه کامل) به دست آوردند(دیکسون، ۲۰۰۱).
گیاهان منبع بسیاری از مواد شیمیایی هستند که به عنوان ترکیب دارویی مصرف میشوند. فرآوردههای حاصل از متابولیسم ثانوی گیاهان جزء گرانبهاترین ترکیب شیمیایی گیاهی هستند. با بهره گرفتن از کشت بافت میتوان متابولیتهای ثانویه را در شرایط آزمایشگاهی تولید نمود.
۱-۱-۵-۴- راهکارهای افزایش متابولیتهای ثانویه گیاهی از طریق کشت بافت
استفاده از محرکها(Elicitors) زنده(مثل مخمر و قارچ) و غیرزندهای(مثل اسیدسیتریک و اسید سالیسیلیک و نور و دما) که میتوانند مسیرهای متابولیکی سنتز متابولیتهای ثانویه را تحت تاثیر قرار داده و میزان تولید آنها را افزایش دهند. لازم به ذکر است که این محرکها در شرایط طبیعی نیز بر گیاه تاثیر گذاشته و باعث تولید یک متابولیت خاص میشوند.
افزایش ترکیب اولیه(Precursor) مناسب به محیط کشت، با این دیدگاه که تولید محصول نهایی و در نتیجه وجود این ترکیبات در محیط کشت القاء شود.
افزایش تولید یک متابولیت ثانویه در اثر ایجاد ژنوتیپهای جدیدی که از طریق استخراج پروتوپلاست یا مهندسی ژنتیک بدست میآیند.
استفاده از مواد موتاژن جهت ایجاد واریتههای پربازده .
کشت بافت ریشه گیاهان دارویی(ریشه نسبت به بافتهای گیاهی دیگر، پتانسیل بیشتری جهت تولید متابولیتهای ثانویه دارد)(امیدبیگی، ۱۳۷۹).
۱-۱-۶ – بیوتکنولوژی و کشت بافت گیاهان دارویی
در سالهای اخیر با پیشرفت در زمینه بیوتکنولوژی گیاهی و ابداع روش های مهندسی ژنتیک، اصلاح و کشت تجاری گیاهان و تولید فرآوردههای ثانویه و نیز تولید درون شیشهای متابولیتهای ثانویه و دستورزی مسیرهای بیوسنتزی فرآوردههای ثانویه به شدت مورد توجه قرار گرفته است.
روش های بیوتکنولوژی به خصوص روش کشت بافت و سلول به عنوان روش مکمل در تولید تجاری فرآوردههای گیاهی به شمار میرود(پورجبار، ۱۳۸۵).
کشت بافت گیاهی در زمینه گیاهان دارویی کاربردهای متعددی دارد که مهمترین آنها عبارتند از:
تکثیره انبوه و سریع گیاهان دارویی یکنواخت از لحاظ محتوای ژنتیکی و کیفی، حفظ گونه های گیاهی در حال انقراض از طریق نگهداری در شرایط انجماد و تولید متابولیتهای ثانویه در شرایط Invitro از طریق کشت سوسپانسیون سلولی و کشت اندام.
مهمترین روش های تکثیر درون شیشهای گیاهان ریزازدیادی، اندامزایی از طریق کالوس و جنینزایی سوماتیکی است(تریپاتی، ۲۰۰۳).
علاوه بر این کشت بافت گیاهی یک تکنیک بسیار با ارزش جهت بهبود و توسعه تولیدات گیاهی میباشد. به کمک این تکنیک این امکان فراهم میشود که در یک فضای کوچک و محدود با بهره گرفتن از ریزنمونههای مختلف(ریشه، برگ، ساقه، هیپوکوتیل و….) به سرعت گیاهان زیادی تولید کرد و نیز میتوان در محیطهای کشت مختلف از این ریز نمونه ها جنین، کالوس، ریشه و….. تهیه نمود.
از سوی دیگر وقوع تنوع سوماکلونال میتواند منبع دیگری برای بهبود کمیت و کیفیت مواد موثره در گیاهان دارویی باشد(امیدبیگی، ۱۳۸۶).
کشت سلول و بافت به عنوان روش مکمل برای روش های متداول در تولید فرآوردههای گیاهی میباشد. استفاده از روش کشت بافت و سلول برای تولید مواد موثره دارویی در میزان مشابه و حتی بیشتر از گیاه کامل در سالهای اخیر پیشرفت و کاربرد چشمگیری داشته است.
فعالیت بیوسنتزی سلولهای کشت شده میتواند با دستکاری عوامل محیطی و گزینش لاینهای سلولی وکلونهای مناسب افزایش یابد(راماچاندرا و راویشانکار، ۲۰۰۲).
عوامل متعددی کشت درون شیشهای گیاهان دارویی را تحت تاثیر قرار میدهند از جمله عوامل موثر، تنظیم کنندههای رشدی گیاهی میباشند. اثرات اکسینها و سیتوکنینها روی افزایش شاخهزایی گیاهان دارویی گزارش شده است (تریپاتی، ۲۰۰۳).
۱-۱-۷- هدف از اصلاح گیاهان دارویی
اگر چه کاشت گیاهان دارویی به هزاران سال پیش باز میگردد ولی باید گفت که در مورد اصلاح آنها تاکنون پیشرفت قابل ملاحظهای صورت نگرفته است.
وقتی با مقوله «اصلاح نباتات» سروکار داریم، بطور عمده راه و روشهایی مورد نظر است که با به کار بستن آنها صفات اندامی مشخصی در گیاه تقویت میگردد. و یا، محصولی با کیفیت و کمیت مطلوبتر به دست میآید. علاوه بر این، ممکن است هدفهای دیگری نیز چون به دست آوردن گیاهان مقاوم در مقابل آفات و بیماریهای خاص، زودرس کردن محصول، انطباق دادن گیاه مورد کشت با مکانیزاسیون پیشرفته و هدفهای مشابه آن مدنظر باشد.
با توجه به این مطلب، هدف از اصلاح گیاهان دارویی نیز افزایش کمیت و کیفیت آن دسته از مواد موثره در این گیاهان است که در صنایع دارویی اهمیت خاصی دارند. از این رو متخصصان فتوشیمی و فارماکوگنوزی، آزمایشهای مخصوص و متعددی را به منظور تعیین خصوصیت مواد موثره دارویی موجود در گیاهان باید انجام دهند.