生態(tài)因子與中藥品質(zhì)相關(guān)性研究進(jìn)展

臧亞男，顧正位，馮 帥，李 佳，王曉燕

（1.山東中醫(yī)藥大學(xué)智能與信息工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250355；2.山東中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，山東 濟(jì)南 250355）

當(dāng)前，國(guó)家與社會(huì)對(duì)中藥材品質(zhì)和有效成分的研究與關(guān)注都達(dá)到前所未有的高度，全民“健康至上”理念的形成，并助推“治未病”與“以養(yǎng)代醫(yī)，以防代治”的中醫(yī)健康理念深入人心，越來(lái)越多的民眾更愿意選用中醫(yī)藥解決健康問題［1］。中藥材品質(zhì)的好壞，取決于中藥中有效成分的含量多少，而有效成分含量的高低又與中藥產(chǎn)地密切相關(guān)［2］。我國(guó)幅員遼闊，同一種中藥材往往多地適種，但產(chǎn)地不同，品質(zhì)也不同，如同為廣藿香，廣州石牌的廣藿香雖揮發(fā)油較少，廣藿香酮含量甚微，但香氣較香醇，從而形成中藥道地藥材的理論與實(shí)踐［3］。即使同一產(chǎn)區(qū)，因生態(tài)因子的差異，同一種中藥材品質(zhì)也略有差異［4］。因此，從生態(tài)因子入手研究中藥材品質(zhì)的影響因素，可以指導(dǎo)中藥材種植，提高中藥品質(zhì)，從源頭保障藥品質(zhì)量。通過(guò)查閱中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)（CNKI）、維普數(shù)據(jù)庫(kù)（VIP）、萬(wàn)方數(shù)據(jù)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)（Wanfang）等數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的相關(guān)文獻(xiàn)，并進(jìn)行總結(jié)性研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)單一生態(tài)因子進(jìn)行中藥材品質(zhì)影響的研究頗多，本文從研究較多的土壤因子、光照強(qiáng)度、降水量等生態(tài)因子逐一探究。

1 土壤因子對(duì)中藥材品質(zhì)的影響

我國(guó)地域遼闊，自然條件復(fù)雜，植物分布具有多樣性。土壤因子是影響中藥材品質(zhì)的重要生態(tài)因子，土壤因子是提供中藥材生長(zhǎng)養(yǎng)分的主要來(lái)源，土壤的礦物質(zhì)成分、pH值、松軟程度等都是影響中藥品質(zhì)的直接因素［5］。

翟娟園等［6］通過(guò)測(cè)定川白芷生長(zhǎng)地土壤的基本養(yǎng)分，以及川白芷及其生長(zhǎng)地土壤中11種無(wú)機(jī)元素的含量、有效成分歐前胡素和異歐前胡素的含量三種方法，得出川白芷根長(zhǎng)與土壤川白芷異歐前胡素含量、全氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與土壤中其他成分呈正相關(guān)。結(jié)果表明種植地土壤的pH值、有機(jī)物、氮磷鉀組分對(duì)川白芷生長(zhǎng)有較顯著影響。

劉照東等［7］通過(guò)柴胡皂苷含量測(cè)定、土壤因子測(cè)定、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析三種方法，研究不同產(chǎn)地北柴胡中柴胡皂苷含量與土壤因子的關(guān)系，結(jié)果表明在北柴胡生產(chǎn)實(shí)踐中可以通過(guò)提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量、增施鐵肥等農(nóng)藝措施調(diào)控北柴胡中柴胡皂苷含量。該實(shí)驗(yàn)基于主成分分析方法，得出了土壤因子是導(dǎo)致不同產(chǎn)地北柴胡中柴胡皂苷含量差異的主導(dǎo)因素。

鐘霞軍等［8］研究土壤因素對(duì)道地藥材品質(zhì)的影響，得出土壤因子對(duì)中藥材產(chǎn)量和質(zhì)量的影響規(guī)律，以及土壤因子與中藥材發(fā)育、產(chǎn)量、有效成分含量的相互關(guān)系，該關(guān)系與馬云桐等［9］研究得出的不同土壤因子與虎杖主要成分的相關(guān)性類似，測(cè)定結(jié)果見表1。結(jié)果為土壤、有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分含量、pH值等因子在道地藥材生長(zhǎng)過(guò)程中不是孤立發(fā)揮作用，而是互有影響。

表1 不同地區(qū)土壤養(yǎng)分與所產(chǎn)虎杖中主要成分含量

李惠霞等［10］從土壤肥力因素入手，討論了鹽堿地土壤物理、化學(xué)性質(zhì)和養(yǎng)分對(duì)枸杞子產(chǎn)量、品質(zhì)的影響。結(jié)果表明寧夏枸杞子中各個(gè)有效成分的含量在不同的土壤因子影響下分別有所不同，其生態(tài)因子主要為土壤因子的pH值、土壤因子的養(yǎng)分等。

2 光照強(qiáng)度對(duì)中藥品質(zhì)的影響

眾所周知，大部分植物需要通過(guò)光合作用進(jìn)行新陳代謝，而光合作用是指綠色植物（包括藻類）在太陽(yáng)光照射下，把水和二氧化碳合成富能有機(jī)物，同時(shí)釋放氧氣的過(guò)程［11］。因此，光照的強(qiáng)度會(huì)直接影響植物光合作用的反應(yīng)效果。中草藥同樣需要通過(guò)光合作用制造有機(jī)物，光照強(qiáng)度這一生態(tài)因子的好壞直接影響中藥材的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響中藥材中有機(jī)物質(zhì)的合成情況，最后影響到中藥的藥材品質(zhì)［12］。

楊培芳等［13］在光照強(qiáng)度對(duì)紫花地丁物質(zhì)和能量代謝的影響研究中，提到光是影響植物生長(zhǎng)的重要因素，“光照-寒熱藥性”假說(shuō)認(rèn)為，寒性中藥其基原植物在強(qiáng)光環(huán)境中能獲取更多的能量維持生長(zhǎng)，反之熱性中藥其基原植物喜歡弱光環(huán)境。隨之觀察了不同光照強(qiáng)度的影響下寒性中藥紫花地丁基原植物紫花地丁初級(jí)代謝物質(zhì)、能量水平、細(xì)胞凋亡及葉片結(jié)構(gòu)等方面的變化情況。以LED燈為光源，分別設(shè)置五個(gè)光照強(qiáng)度，對(duì)紫花地丁種子進(jìn)行培養(yǎng)并觀察，通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出光照強(qiáng)度確實(shí)對(duì)紫花地丁初級(jí)代謝物質(zhì)（總糖、粗脂肪、總蛋白）有明顯的影響，有效支持了其“光照-寒熱藥性”假說(shuō)。

徐惠龍等［14］針對(duì)不同光照強(qiáng)度對(duì)三葉青生長(zhǎng)發(fā)育及其總黃酮含量的影響進(jìn)行研究，選用“閩選1號(hào)”三葉青扦插苗移植于大棚中進(jìn)行培養(yǎng)，并采用黑色遮陽(yáng)網(wǎng)將光照強(qiáng)度分為三組，根據(jù)對(duì)不同光照強(qiáng)度下三葉青的生物量、葉綠素含量及總黃酮含量的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)透光度20%～30%的條件較適合三葉青的生長(zhǎng)發(fā)育，且對(duì)其黃酮類成分的累積影響顯著。同時(shí)該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著光照強(qiáng)度的增加，三葉青葉片的葉綠素含量不升反降，這可能就是光照強(qiáng)度增加時(shí)三葉青光合作用能力下降，進(jìn)而造成藤莖生物量下降的原因。

孟宇航等［15］進(jìn)行光照強(qiáng)度對(duì)蒲公英營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)影響的研究，通過(guò)統(tǒng)計(jì)軟件分析了光照強(qiáng)度對(duì)其可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、維生素C含量、總酚酸含量四個(gè)方面的影響。結(jié)果顯示可溶性糖含量與光照強(qiáng)度的關(guān)系呈現(xiàn)正態(tài)分布，隨著光照強(qiáng)度的降低維生素C的合成受到抑制，總酚酸含量與光照強(qiáng)度呈現(xiàn)近乎于正態(tài)分布?？梢姽庹諒?qiáng)度對(duì)蒲公英可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、總酚酸含量均有一定的影響。趙英明等［16］通過(guò)進(jìn)行光照強(qiáng)度對(duì)蒲公英葉片中維生素C及可溶性蛋白含量影響的研究，發(fā)現(xiàn)低光照強(qiáng)度可顯著提高蒲公英商品菜維生素C的含量，適當(dāng)弱光可促進(jìn)蒲公英葉片中可溶性蛋白的積累。韋德吹等［17］通過(guò)研究不同LED光照強(qiáng)度對(duì)大白菜生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響，得出隨著光照強(qiáng)度的增加，大白菜硝酸含量顯著降低。

以上研究，雖非全部針對(duì)中草藥展開的光照強(qiáng)度與其品質(zhì)相關(guān)性的研究，但很多中草藥本身就具有“藥食同源”的屬性，因此也具有一定參考價(jià)值。

3 降水量對(duì)中藥品質(zhì)的影響

降水量的多少可以直接影響空氣濕度和土壤濕度，因此降水量多少是制約不同地區(qū)植被生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，這一點(diǎn)對(duì)中草藥的栽培種植同樣重要［18］。每年的降雨量對(duì)于中草藥的品質(zhì)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，雨量大可能會(huì)產(chǎn)生內(nèi)澇或減少中草藥授粉機(jī)會(huì)，雨量少時(shí)特別對(duì)于灌溉不便的種植區(qū)來(lái)說(shuō)，會(huì)因干旱導(dǎo)致生長(zhǎng)緩慢。無(wú)論雨量多還是雨量少，對(duì)于中草藥的生長(zhǎng)都會(huì)有影響，都可能導(dǎo)致減產(chǎn)［19］。植物一生中需要的大量土壤水分主要依賴于自然降水或灌溉。降水量的多少、降水強(qiáng)度和雨水pH值，以及降水時(shí)間的分布等都直接影響土壤水分狀況。因此，降水或灌溉適時(shí)適量是確保農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的重要條件［20］。

李金花等［21］研究秦艽品質(zhì)與氣候因子相關(guān)性，選取秦艽中龍膽苦苷、馬錢苷酸、獐牙菜苦苷和獐牙菜苷四種有效成分的含量，采用Microsoft、Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制，得出如下結(jié)論：龍膽苦苷、馬錢苷酸與年降水量呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，獐牙菜苦苷與年降水量呈明顯的負(fù)相關(guān)，總含量與年平均降水量呈正相關(guān)。由此可知降水量對(duì)秦艽品質(zhì)有顯著影響。

岳喜元等［22］研究降水量和短期極端干旱對(duì)典型草原植物群落及優(yōu)勢(shì)種羊草Leymus chinensis（Trin.ex Bunge）Tzvelev葉片性狀的影響，該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了兩種干旱情況下的極端處理，對(duì)照組為自然降水量，通過(guò)采用兩因素方差分析方法分析兩種情況下群落葉性狀與羊草葉性狀的變化情況，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與制圖的方法得出如下結(jié)論：降水量對(duì)植物的葉性狀有顯著的影響，進(jìn)而導(dǎo)致葉大小不同的植物中含氮的情況有所不同。

陶煉等［23］通過(guò)研究西藏不同生態(tài)型區(qū)蘋果品質(zhì)評(píng)價(jià)及其對(duì)氣象因子的響應(yīng)，該實(shí)驗(yàn)選取西藏四個(gè)典型的生態(tài)型區(qū)，通過(guò)多種測(cè)量方法得出相關(guān)數(shù)據(jù)，依據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理及分析，得出降水量對(duì)蘋果中成分的影響結(jié)果：蘋果中的總糖、總酸與年降水量呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)。

山東道地藥材金銀花在山東多地均有種植，且各地地勢(shì)和海拔高度不同，灌溉難度不一，因此研究降水量對(duì)金銀花的影響，對(duì)于指導(dǎo)種植戶適時(shí)適量灌溉，實(shí)現(xiàn)金銀花的保質(zhì)增產(chǎn)有積極意義。

4 其他生態(tài)因子對(duì)中藥品質(zhì)的影響

除上述土壤因子、光照強(qiáng)度、降水量等生態(tài)因子與中藥品質(zhì)的相關(guān)性研究以外，還有一些學(xué)者就一些其他生態(tài)因子，比如海拔高度、大氣成分、種植地地勢(shì)等，與中藥品質(zhì)的相關(guān)性進(jìn)行了研究。

王玲娜等［24］分析比較產(chǎn)地生態(tài)因子對(duì)金銀花活性成分的影響，為金銀花適宜種植區(qū)域確定提供依據(jù)，所得結(jié)論為，不同產(chǎn)地金銀花活性成分含量差異顯著，海拔高度是影響綠原酸與木犀草苷的主導(dǎo)生態(tài)因子。銀玲等［25］提出大氣因子對(duì)中藥材質(zhì)量的影響，但較上述生態(tài)因子對(duì)中藥品質(zhì)的影響而言，大氣因子對(duì)中藥品質(zhì)的影響相對(duì)減弱。

5 多種生態(tài)因子對(duì)中藥品質(zhì)聯(lián)合的影響

經(jīng)過(guò)大量單一生態(tài)因子對(duì)中藥品質(zhì)的影響研究，學(xué)者們肯定了影響中藥品質(zhì)的生態(tài)因子并不單一，因此開展多種生態(tài)因子對(duì)中藥品質(zhì)聯(lián)合影響的研究，對(duì)于提高中藥材品質(zhì)意義重大。

張?zhí)穑?6］對(duì)黃芩主要藥效成分積累與生態(tài)因子和關(guān)鍵酶基因表達(dá)的關(guān)系進(jìn)行研究，研究以中藥黃芩主要藥效成分的合成與積累作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，得出影響黃芩質(zhì)量合成和積累的主要因素為光的有效輻射、土壤含水量、土壤溫度和空氣溫度的結(jié)論。慕祺瑞等［27］對(duì)中藥材祖師麻化學(xué)成分與生態(tài)因子的相關(guān)性進(jìn)行研究，結(jié)果表明，經(jīng)度、年均降雨量、年均日照強(qiáng)度和年均溫度等生態(tài)因子以及土壤類型、有效銅、pH等土壤因子都是影響祖師麻化學(xué)成分的主導(dǎo)因素。李琳［28］提出中藥材的生長(zhǎng)和自然分布是各種生態(tài)因子綜合作用的結(jié)果，多種生態(tài)因子構(gòu)成限制中藥生存和分布的關(guān)鍵因子。謝彩香等［29］提出除土壤、光照、水分因子外，溫度、地形等因子與中藥材的生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)。

道地藥材被公認(rèn)為藥性與品質(zhì)最優(yōu)，道地中藥材的種植管理模式是我國(guó)中醫(yī)藥事業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的基石［30］。生態(tài)因子是影響道地藥材生長(zhǎng)的主導(dǎo)因素，選擇合適的產(chǎn)地，對(duì)道地藥材的品質(zhì)把控尤為重要［31］。張重義等［32］分析了金銀花道地產(chǎn)區(qū)的土壤對(duì)其生長(zhǎng)狀況的影響，結(jié)果表明，金銀花道地產(chǎn)區(qū)的土壤性能顯著優(yōu)于非道地產(chǎn)區(qū)。安徽省亳州市華佗中醫(yī)院的趙永堂［33］提出了道地藥材GAP基地建設(shè)的理念，加強(qiáng)道地藥材的品質(zhì)保證。充分說(shuō)明生態(tài)因子對(duì)道地藥材品質(zhì)的影響之大，通過(guò)采用道地藥材GAP建設(shè)減少生態(tài)因子的外界干擾，對(duì)保證道地藥材品質(zhì)起到了關(guān)鍵性作用。

6 總結(jié)與展望

通過(guò)查閱和梳理生態(tài)因子與中藥品質(zhì)相關(guān)性研究的文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)土壤因子、光照強(qiáng)度和降水量這三個(gè)生態(tài)因子對(duì)中藥材品質(zhì)的影響普遍較為顯著，且海拔高度、種植地地勢(shì)以及大氣成分等對(duì)中藥材品質(zhì)也有影響?，F(xiàn)有大部分文獻(xiàn)資料是選擇某一單獨(dú)生態(tài)因子研究其對(duì)中藥材品質(zhì)的影響，雖可管中窺豹，但難免因影響因素太過(guò)單一，研究結(jié)果可推廣價(jià)值較低；為數(shù)極少的多種生態(tài)因子聯(lián)合影響研究，也多停留在主要影響因素分析或是否存在影響的研究層面。同時(shí)，通過(guò)文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，大部分研究未形成相對(duì)成熟的標(biāo)準(zhǔn)研究方法與流程，人為干擾因素相對(duì)較大，在一定程度上影響研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。筆者團(tuán)隊(duì)在針對(duì)山東道地藥材金銀花的后續(xù)研究中，將從土壤因子、光照強(qiáng)度、降水量、海拔高度、種植區(qū)地勢(shì)等多個(gè)生態(tài)因子對(duì)金銀花品質(zhì)的聯(lián)合影響出發(fā)，建立各影響因素的標(biāo)準(zhǔn)研究方法，采用Python軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，并通過(guò)參數(shù)擬合進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，探索金銀花的道地產(chǎn)區(qū)生態(tài)因子模型，進(jìn)而指導(dǎo)種植戶的金銀花藥材種植，提質(zhì)增產(chǎn)。