中藥材物種生物學(xué)的研究概況

張 帆，張 靜，徐海燕

（新疆醫(yī)科大學(xué) 中藥系，新疆 烏魯木齊 830011）

物種生物學(xué)是根據(jù)物種群體水平的生物信息來研究物種遺傳本質(zhì)、進(jìn)化和分類的學(xué)科，通過這種思路利用形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)、解剖學(xué)以及生態(tài)學(xué)方法探討某種植物的微觀特征，可從本質(zhì)上區(qū)分近緣植物的品系差別、親緣歸屬和遺傳變異［1－3］。

在中藥臨床領(lǐng)域，由于中藥的特殊療效，近年來對(duì)中藥的需求與日俱增，供需缺口日益擴(kuò)大，偽品、劣品、替代品、栽培品，甚至是人工仿制品大量混亂使用，導(dǎo)致中藥療效的不穩(wěn)定性，社會(huì)對(duì)傳統(tǒng)醫(yī)藥的信任也大幅降低。而常規(guī)的中藥材基源、性狀、顯微和理化鑒別方法，還不能從根本上區(qū)分藥材的真假優(yōu)劣?；诩?xì)胞學(xué)、解剖學(xué)和其它生物學(xué)方法的發(fā)展，使得從微觀本質(zhì)特征上準(zhǔn)確鑒定中藥材成為可能，特別是對(duì)名貴藥材、道地藥材、特產(chǎn)藥材的有效利用具有重要意義，可促進(jìn)中藥材的可持續(xù)利用，保障人民的生命健康。本文概述了中藥材物種生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容和方法，為中藥材的準(zhǔn)確鑒定和深入利用提供參考。

1 形態(tài)學(xué)分析

植物形態(tài)學(xué)是研究植物個(gè)體、組織或器官的外部形狀、內(nèi)部構(gòu)造及其發(fā)育規(guī)律的科學(xué)，用于發(fā)現(xiàn)植物及其器官形態(tài)的多態(tài)性、微觀結(jié)構(gòu)的特征性，以及各系統(tǒng)在發(fā)育中的形成過程，亦即是用歷史的觀點(diǎn)解釋形態(tài)與結(jié)構(gòu)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)特異性形態(tài)和微觀特征，揭示植物各類群間的親緣關(guān)系，進(jìn)而闡明植物進(jìn)化的趨向，有利于植物的分類和親緣關(guān)系的鑒別［2］。實(shí)驗(yàn)中常以植物的根莖葉花等部位的性狀、顯微（橫切面和粉末）分析為主，不同的植物具有各異的外部形態(tài)，以及微觀的表皮、后生皮層、石細(xì)胞、內(nèi)皮層、韌皮部、形成層、導(dǎo)管、薄壁細(xì)胞、髓、中柱鞘、維管束和氣孔等。

2 細(xì)胞學(xué)分析

以植物細(xì)胞為研究對(duì)象，利用生物學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)方法來研究細(xì)胞的生命活動(dòng)，主要是對(duì)其染色體或染色體組進(jìn)行分析。染色體是遺傳信息的載體，不同植物的染色體具有特定的帶紋，研究染色體可應(yīng)用分帶技術(shù)。最常用的分帶技術(shù)有：①熒光顯帶技術(shù)，即根據(jù)熒光染料與DNA中AT、CG堿基結(jié)合能力的不同使染色體上不同部位出現(xiàn)熒光帶紋，熒光顯帶反映了染色體中DNA堿基組成的不同和變化；②Giemsa分帶技術(shù)，是染色體經(jīng)過一定的酸、堿、酶或高溫處理后用Giemsa染料染色，使染色體某些結(jié)構(gòu)成分發(fā)生特異反應(yīng)而出現(xiàn)深淺不同的帶紋，從而使核型分析中更準(zhǔn)確地識(shí)別染色體的每個(gè)成員及其結(jié)構(gòu)變異［3］；③銀染技術(shù)，利用硝酸銀對(duì)聚丙烯酰胺凝膠上的染色體進(jìn)行染色的方法，主要用于植物染色體組中核仁組織區(qū)的定性定量分析。通過以上分帶技術(shù)，可以有效鑒別染色體組和單個(gè)染色體的結(jié)構(gòu)與功能，進(jìn)而對(duì)植物的發(fā)育、遺傳、變異與進(jìn)化進(jìn)行分析。

3 解剖學(xué)分析

通過了解植物細(xì)胞、組織和器官的顯微和超顯微結(jié)構(gòu)及其發(fā)育規(guī)律的學(xué)科，包括：①比較解剖，從系統(tǒng)演化的觀點(diǎn)比較各類植物結(jié)構(gòu)的異同；②發(fā)育解剖，從植物個(gè)體發(fā)育的觀點(diǎn)說明植物組織和器官演化發(fā)展的過程；③生理解剖，從植物生理功能的角度探討植物組織的結(jié)構(gòu)；④病理解剖，分析植物細(xì)胞與組織的抗病機(jī)理及結(jié)構(gòu)的變化；⑤生態(tài)解剖，研究在不同生態(tài)條件下細(xì)胞、組織結(jié)構(gòu)的變化；⑥木材解剖，即次生木質(zhì)部解剖，可對(duì)藥用植物進(jìn)行種間和資源研究。

4 表型可塑性分析

表型可塑性分析指同一個(gè)基因型對(duì)不同環(huán)境應(yīng)答而產(chǎn)生不同表型的特性，其中基因型是指其個(gè)體或細(xì)胞特定的基因組成，表型是指在特定環(huán)境中生物個(gè)體所表現(xiàn)的所有特征的總和。植物表型可塑性主要包括形態(tài)可塑性、生理可塑性、生態(tài)可塑性。表型可塑性是生物適應(yīng)變化環(huán)境的重要方式，并對(duì)生物的進(jìn)化有重要意義［4］。楊允菲等［5］研究了松嫩平原甘草種群生殖構(gòu)件表型可塑性及變化規(guī)律，結(jié)果表明在籽實(shí)成熟期，甘草種群?jiǎn)蝹€(gè)生殖分株的生物量、豆莢生物量和豆莢數(shù)、種子生物量和種子數(shù)、生殖分配Ⅰ和Ⅱ等各生殖構(gòu)件表型觀測(cè)數(shù)據(jù)均呈現(xiàn)連續(xù)變異。以上參數(shù)分別與分株總生物量呈極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系，說明表型可塑性連續(xù)性地影響植物的生長(zhǎng)與進(jìn)化。

5 同工酶譜分析

同工酶是指能催化相同的化學(xué)反應(yīng)，但其蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和免疫性能等方面都存在明顯差異的一組酶。同工酶幾乎存在于所有生物的所有組織中，究其原因是在進(jìn)化過程中基因發(fā)生變異。不同植物中同工酶譜不同，而同工酶結(jié)構(gòu)的相似性反映了植物物種間的親緣關(guān)系，酶譜資料可以作為鑒定中藥材，研究分類、進(jìn)化、遺傳和變異的重要參數(shù)。何娜娜等［6］為分析恩施州不同產(chǎn)地續(xù)斷之間的親緣關(guān)系，采用聚丙烯酰胺凝膠電泳，對(duì)八個(gè)地區(qū)的五鶴續(xù)斷進(jìn)行了過氧化物酶和超氧化物歧化酶同工酶酶譜分析，共電泳出5條POD同工酶酶譜和4條SOD同工酶酶譜，并通過聚類分析發(fā)現(xiàn)元堡、雙河地區(qū)的續(xù)斷親緣關(guān)系很近，太平鄉(xiāng)和上壩地區(qū)的續(xù)斷親緣關(guān)系也較近，而綠蔥坡與其他地區(qū)的差異較大。

6 土壤養(yǎng)分分析

指由土壤提供的植物生長(zhǎng)所必須的營養(yǎng)元素，包括：①水溶態(tài)養(yǎng)分，土壤溶液中溶解的離子和少量的低分子有機(jī)化合物；②代換態(tài)養(yǎng)分，指吸附于顆粒物上可進(jìn)行代換的土壤元素形態(tài)；③礦物態(tài)養(yǎng)分，大多數(shù)是難溶性養(yǎng)分，有少量是弱酸溶性的；④有機(jī)態(tài)養(yǎng)分，分子結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物。針對(duì)以上養(yǎng)分的分析方法有近紅外光譜法、電位法、加熱法、消解法、ICP光譜法等［7］，可以全面分析土壤中各元素的組成比例和種類。土壤養(yǎng)分直接影響了藥用植物適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育以及有效成分累積具有很強(qiáng)干預(yù)。

7 氣候因子分析

不同的地理位置和生態(tài)環(huán)境對(duì)中藥材的生長(zhǎng)、發(fā)育和變異產(chǎn)生了重要影響，氣候環(huán)境的變化也是其中之一。表征的參數(shù)有經(jīng)度、緯度、年均氣溫、最高溫度、最低溫度、積溫、年均日照時(shí)數(shù)、年均降水量、相對(duì)濕度、日照數(shù)和無霜期等。藥用植物作為一個(gè)物種，既是氣候變化的承受者，同時(shí)又對(duì)氣候變化產(chǎn)生反饋?zhàn)饔?，其生長(zhǎng)發(fā)育、器官形成以及有效成分的合成積累與環(huán)境因素關(guān)系密切。氣候因子通過單一或相互作用影響著藥用植物的品質(zhì)，通常在種源明確的前提下，人工種植藥材的成功取決于對(duì)環(huán)境的要求能否滿足，通過對(duì)氣候因子的調(diào)查有助于中藥材資源的種植與開發(fā)［8］。

在我國中藥事業(yè)發(fā)展中還存在許多問題，如中藥種質(zhì)以及品質(zhì)下降、基源不明確、原產(chǎn)地不清、種植技術(shù)不規(guī)范、科研嚴(yán)重不足等導(dǎo)致了資源浪費(fèi)、珍稀物種瀕臨滅絕。究其原因有區(qū)域氣候變化劇烈、不合理的開采利用、土壤沙化嚴(yán)重等。因此，應(yīng)加強(qiáng)中草藥的物種生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物化學(xué)方面的研究，對(duì)中藥材進(jìn)行系統(tǒng)整理和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化研究，綜合考慮各地中藥資源生產(chǎn)歷史、生產(chǎn)條件，從根本上解決中藥的正確鑒定和利用問題。

［1］肖小河，陳士林，陳善墉.試論中藥物種生物學(xué)研究［J］.中藥材，1989，12（7）：37－39.

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［3］高猛，安玉麟，孫瑞芬.植物染色體分帶及其熒光原位雜交技術(shù)研究進(jìn)展［J］.生物技術(shù)通報(bào)，2010，10（5）：67－75.

［4］陸霞梅，周長(zhǎng)芳，安樹青，等.植物的表型可塑性、異速生長(zhǎng)及其入侵能力［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2007，26（9）：1438－1444.

［5］郭蘭萍，黃璐琦，華永麗，等.從表型可塑性、生態(tài)型到藥用植物化學(xué)型的研究［J］.資源科學(xué)，2008，30（5）：744－752.

［6］何娜娜，李慧，王東輝，等.不同產(chǎn)地五鶴續(xù)斷的同工酶研究［J］.湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，29（3）：291－298.

［7］張霽，金航，李晚誼.土壤養(yǎng)分與云南黃連產(chǎn)量及有效成分的相關(guān)性分析［J］.中國中藥雜志，2011，36（19）：2629－2631.

［8］李倩，梁宗鎖，董娟娥，等.丹參品質(zhì)與主導(dǎo)氣候因子的灰色關(guān)聯(lián)度分析［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（10）：2569－2575.