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Discussing on significance, position and classification standard of  chemotype of medicinal plants

论药用植物化学型的分类意义、地位及其分类标准


作者在论述药用植物化学型分类意义的基础上,就药用植物化学型分类地位的界定、化学型的分类标准、命名原则及其方法提出建议:药用植物化学型的分类应该是建立在种下“变型”级别,只有具有明显的化学成分的变异,主成分明显且1个或2个的主成分含量占总化学成分含量的一半及以上,主成分来源于同一生物合成途径;化学变异可以在子代遗传才适宜界定为化学型。药用植物的化学型的分类研究对植物药的品质评价、资源开发及其道地药材的研究具有重要的理论意义和实用价值,同时对于确保临床用药的安全、有效也有重要意义。

The authors propose suggestions for definition of classification position, classification standard, nomenclature and naming methods of chemotype on discussing the significance of chemotype of medicinal plants. This classification of chemotype should be established in infraspecific categories of “forma”. Chemotype identification mainly has two aspects. One is that the main constituents are distinct or one or two components are half or more than half of the total chemical content. The main constituents come from the same biosynthetic pathway and have some genetic stability. The other is the chemical variation is genetic. The chemotype of medicinal plants study on the classification has important theoretical and practical value for quality assessment, resource development and the genuine medicinal research. It also can ensure the safe and effective of clinical medicine.


全 文 :·学术探讨·
论药用植物化学型的分类意义、地位及其分类标准
华永丽1,2,黄璐琦1,陈美兰1,肖培根3
(1.中国中医科学院 中药研究所,北京 100700;
2.甘肃农业大学,甘肃 兰州 730070;
3.中国医学科学院 药用植物研究所,北京 100094)
[摘要] 作者在论述药用植物化学型分类意义的基础上,就药用植物化学型分类地位的界定、化学型的分类标准、命名
原则及其方法提出建议:药用植物化学型的分类应该是建立在种下“变型”级别,只有具有明显的化学成分的变异,主成分明
显且1个或2个的主成分含量占总化学成分含量的一半及以上,主成分来源于同一生物合成途径;化学变异可以在子代遗传
才适宜界定为化学型。药用植物的化学型的分类研究对植物药的品质评价、资源开发及其道地药材的研究具有重要的理论
意义和实用价值,同时对于确保临床用药的安全、有效也有重要意义。
[关键词] 药用植物;化学型;分类标准;命名原则
[收稿日期] 20081218
[通信 作 者]  国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 (973)项 目
(2006CB504700);中国中医科学院基本科研业务费自主选题(Z9)
[通信作者] 黄璐琦,Tel:(010)640144112956,Email:huangluqi
@263.com
  化学型(chemotype)是指同种植物由于所含化学成分的
差异而分为多种类型,它们形态的差异不明显,是植物种内
生物多样性的一种表现[1],又称化学宗[2]、生理变种[3]、化
学变种[3]等。药用植物中普遍存在着这种化学多态性的现
象,如薄荷[4]、广藿香[56]、苍术[7]、蛇床子[8]、鱼腥草[9]、紫
苏[10]、白苏[10]等。该文在论述药用植物化学型分类意义的
基础上,进而就药用植物化学型的分类地位的界定、化学型
的分类标准、命名原则及其方法提出建议。
1 药用植物化学型分类的意义
药用植物化学型的分类研究是中药材质量及中医临床
用药安全有效的有利保证;药用植物的质量主要是由其化学
成分而定,但越来越多的研究发现,不同产地、甚至同一产地
同种中药材不同个体间同种中药材内化学成分具有变异性,
有些化学成分的差别达到数量级,有些化学成分甚至存在有
和无的差别[11]。这些都严重影响了中药的临床用药。
药用植物化学型的分类研究有利于“道地药材”的道地
原因的阐明;次生代谢产物是道地药材之所以有道地性的物
质基础,道地药材正是因为具有次生代谢形成的独特的化学
物质基础而产生了有别于种内其他居群中药材的化学型而
发挥其良好疗效[12]。对药用植物化学型进行分类研究明确
道地药材种内化学型的物质基础,从而阐明道地药材形成的
原因。
药用植物化学型的分类研究对药用植物种质资源评价
以及资源开发有其重要的理论意义;不同领域的研究者对于
种质资源鉴定和评价的方法不同,正如农学家最关心“农艺
性状”,药用植物学家更关心的是“化学成分”的变异,并以
“有效成分”含量和比例的多少作为评价药材质量和筛选核
心种质的主要依据,所以对于药用植物化学型的分类研究可
以为药用植物种质资源评价及资源开发提供一定的依据及
指导。对药用植物化学型正确分类及合适的表达这种化学
变异,也可以为新的药用植物资源寻找提供线索。
鉴于药用植物化学型分类研究的重要性,国内外学者一
直以来对药用植物的化学变异进行研究和探讨,但至今没有
明确化学成分的变异达到什么程度才能界定化学型的存在,
化学型的分类原则和标准是什么,这些都是化学型研究的基
础和核心。合适的、表述各种种内化学变异的分类是必要
的,如果缺乏表述这种变异的手段,容易导致种的过分分离。
徐炳声[13]指出把种下分类群提升为种带来了不良的结果,
扰乱了反映属内亲缘的阶层关系,从而妨碍了获得1个合理
的阶层系统,这是分类工作的目的。药用植物化学型进行合
理的分类对于建立合理的阶层系统,建立反映种下的化学变
异的表述是非常重要的。
2 药用植物化学型的分类地位界定
化学型是植物种内的化学变异,是处于种下的分化。现
行的《国际植物命名法规》的规定,种以下共有5个等级,亚
种(subspecies)、变种(varietas)、亚变种(subvarietas)、变型
(forma)和亚变(subforma)型,其中亚种、变种和变型是主要
的等级[14]。亚种(subspecies)又称“地理簇”,一个亚种是具
有某些共同的形态和生理特点,在“种”的分布区占有同一
分布或生长于相似生境的一系列群体,它与种内其他亚种的
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典型个体有某些差异,但也是一系列过渡类型与其它亚种相
联系。变种是另1个常用的种下分类等级,它被广泛运用于
种内形态上不同和占有有限分布面积的地方宗(localrace),
如果与规模较大的地区性亚种相比,变种的规模较小,地方
性更强,从这个意义上讲,变种可以是地理的、生态的、细胞
的或以上3个方面的组合。变种有时也被应用于那些本质
还不清楚的变异体。变型则通常被视为是居群内1个偶尔
发生的变异体,这些变异体以单个或少数几个相互联系的性
状相区别,并且常常是隐性基因偶尔发生重复配对的结
果[15]。这3个分类等级分别代表地理宗的分化、居群间的
地方宗的分化以及居群内的变异。药用植物种内化学型的
变异式样是复杂的,有因为地理因素引起的地理变异,由环
境因素引起的环境变异,由个体发育差异而引起的变异,由
遗传引起的遗传变异如种间基因流、基因突变、自然选择等
等不同的因素单独作用或者是几个因素交互作用等引起的
变异。这些种内的变异有亚种、变种、变型、地理宗、生态型、
表型可塑性、地理梯度变异、地理变种等许多种内变异的描
述。Tetenyi[16]认为亚种级别的化学型为“chemosubspecies”
(chssp.)、变种级别的化学型为“chemovarietas”(chvar.)、
变型级别的化学型为“chemoforma”(chf.)来描述;而由于栽
培的原因产生的化学型用 “chemoconvarietas”(chconv.)
“chemocultivar”(chcv.)来描述。
许多学者对于化学型的研究有的是基于这几种的一两
种,目前对种及种以上的化学型都是可以根据种的形态特征
进行鉴定,而对于变种、亚种等也和种的化学型一样具有可
以识别的形态特征,这些可以使用经典的形态分类学方法就
可以解决的问题,正如郭兰萍[17]提出对于种内化学成分变
异呈现明显或较明显间断的物种而言;如果其化学成分的变
异,①与某个有明显变异的表型性状相关(甚至根本就是某
个性状的生态型);②与空间地理环境相关;③与物种的遗传
分划相关,则该化学型的划分就是既可以被识别,又有实际
意义的。如果符合这样的条件在分类学上是可以直接定位
变种,这样是可以使用表型相关性状直接进行分类。而对于
在变型及亚变型级别的化学型,没有可以识别的形态特征,
而这种化学变异直接影响药用植物的品质和疗效,这类化学
型对于药用植物的研究是尤其重要的,所以药用植物的化学
型进行分类应该重点位于种下变型级别“chemoforma”,除此
以外,其他等级的分类都可建立在形态特征的基础之上。
3 药用植物化学型的分类标准及命名
3.1 药用植物化学型分类标准
3.1.1 标准1 来源于同一生物合成途径的化学成分具有
明显的变异并且1个或2个的成分含量占该类化学成分总
含量的一半以上。化学型作为种内化学变异是种内变异的
式样之一,其是以化学成分的变化为基础,那么化学成分变
异到什么情况才能认为形成了化学型?正如 Stebbins[18]认
为种间的外形和生理差异与同种内不同的亚种间的差异只
是程度上的不同,在本质上是没有什么区别的,同种药用植
物种内化学变异也是在程度上的差别,是没有本质的不同,
只有化学变异达到一定的程度才能称为化学型。作者查阅
文献和结合实际研究中发现只有化学成分明显差异且1个
或2个的主成分含量占有总化学成分含量的一半及以上才
能认为形成了化学型,其他只是化学成分的正常的变化。而
进一步分析,这些变异的化学成分都是来源于同一生物合成
途径。其中总化学成分的测定,不同类型的化学成分测定方
法是不同的,如挥发油类[45]的成分一般采用的是GCMS测
定其相对百分含量,香豆素类[8]、黄酮类[23]、生物碱类[2829]
等都是可以使用 LCMS测定相对百分含量,这里的总化学
成分含量的测定只是相对来所能够分析到所有的成分相对
百分含量,但是随着科学技术的发展对于总化学成分含量的
测定将会越来越准确。同一代谢途径指来源于一般分为的
酚类、萜类、含氮3大类的中一类,酚类主要包括黄酮类、简
单酚类和醌类等;萜类包括单萜、倍半萜、二萜和多萜等次生
代谢产物;含氮类主要有生物碱、胺类等[30]。
3.1.2 标准2 具有一定的遗传稳定性,化学变异可以在
子代遗传。生长在同一生态环境的同种植物有不同的化学
成分变化甚至是存在主要化学成分的有无等变化,这些变异
类型有些是由1个基因之差所造成的遗产变异体,它们的个
体数在居群中的消长,反映不同基因型的频率变化。这些多
样性的来源于突变,但经常发生突变的等位基因不能保
持[19],所以有些化学变异是不具有稳定的遗传性,这些化学
变异对于药用植物开发及利用是没有意义,只有能够稳定的
把这些化学变异变型遗产给子代,才能称之为化学型。
3.2 命名的原则
化学型的命名必须体现①化学变异多样性和独特性;②
满足植物学分类学的术语③其命名应该可以让栽培和使用
容易接受④体现不同化学型其临床疗效有差异。
3.3 命名的方法
变型级别的化学型为“chemoforma”(chf.)来描述;而由
于栽 培 的 原 因 产 生 的 化 学 型 用 “chemoconvarietas”
(chconv.)“chemocultivar”(chcv.)来描述。
一般为属名+种加词+命名人+chf+主成分
为了表明化学型的特点及多样性,可以使用主成分的英
文来作为化学型的名称,有2个主成分时可以2个主成分都
写入。
4 药用植物化学型分类方法及注意事项
植物分类是研究物种发展的学科。传统的分类主要是
依据植物的形态特征,这种分类方法是有形的、直观的,在很
大程度上也是很可靠的,但它只是反映物种特征的1个方
面,不能说是种质的全部反映[3]。这些外部形态性状数目颇
多,通常足以用来区分种属。但是如果要研究种内变型级别
的化学型,这些外部的形态形状在很多情况下就无能为力
了,就必须利用一切有关的特征差异,其中包括化学成分特
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征、解剖学特征、细胞学特征、血清学特征、DNA指纹图谱特
征与地理分布的特征等。
随着科技手段的不断进步,植物化学型的研究也经历了
从外部形态特征到内部结构,从生理特点到遗传机制的过
程。化学型的分类都是比较细致的。根据上述所界定的药
用植物化学型为种下变型级别,那么,化学型的划分应遵从
上述两个标准来划分不同的化学型,同时也要根据所研究的
对象、侧重点以及研究目的来确定相关的形态特征,生理特
征和遗传特征等。
4.1 以化学成分为特征进行分类
由于不同化学型的药用植物在化学成分上有明显的区
别并且易于获得,所以植物的化学成分特征历来都是用来划
分化学型的重要指标。这是化学型划分的基础。根据所研
究的植物种类和研究目的,需要选择植物的不同部位、不同
的化学成分进行测定。李锡文从云南樟及其近缘种的精油
类型方面研究樟属,采用精油类型来探讨个体发育与系统发
育的关系,认为在形态上是属同一种类,由于精油化学成分
的差异而可以区分为多个生化变种。并根据其精油主要成
分含量的差异将樟树分为脑樟、芳樟和油樟 3个化学类
型[20]。龙光远、石皖阳等发现叶部精油具有与其它部位所
不同的显著特点,并发现了异樟和龙脑樟2个新类型,按照
叶油的主成分可将樟树划分为5个化学类型:樟脑型、芳樟
醇型、按叶素型、龙脑樟和异橙花叔醇型[21]。吴航[22]在广
东省惠东县的1个野生阴木香种群中,根据阴木香中主成分
的不同划分为4个不同的化学型:伞花素/桉叶油素、桉叶油
素、桉叶油素/龙脑樟和龙脑樟。各化学型在传统分类学意
义上同为阴香1种。Roberto[23]使用 HPLC分析了 Ocimum
americanumL.中黄酮类成分,根据成分变化分为6个化学
型。类型1,石吊兰素/鼠尾草素型;类型2,鼠尾草素/蓟黄
素型;类型3,蓟黄素/3甲氧基蓟黄素型;类型4,7,4′三羟
(基)黄酮/鼠尾草素型;类型5,黄姜味草醇/5desmethylnob
iletin型,黄姜味草醇/蓟黄素型。
4.2 以化学成分加以形态特征进行分类
1个化学(生态)变异的产生通常可能并不完全表现在
化学成分上,其他的形态特征可能也会产生相应变化,所以
形态特征是1个化学型划分的指标。李薇等[2425]对石牌、高
要、湛江、海南四种不同产地的广藿香,进行了性状观察、显
微和扫描电镜的比较,表明存在一定的差异,同时,不同产地
的广藿香的花器结构也有所不同。赵淑平[12]对紫苏和白苏
德不同化学型的化学成分合植物形态进行对比研究,发现不
同的化学变异植物的形态是不同的,如果是这种化学变异那
么是可以直接使用经典分类学的方法直接进行研究。
4.3 以化学成分加以光合特征进行分类
光合作用是植物体内有机物质的主要来源。尽管植物
中化学成分多种多样,结构复杂,但它们都是通过适宜的生
长发育和代谢活动以及生理生化过程来实现的。即主要是
由植物体光合初生代谢产物如糖类、氨基酸、脂肪酸等作为
最基本的结构单位,通过体内一系列酶的作用,完成其新陈
代谢活动,从而将不同的光合产物转化形成更多的次生代谢
物。植物的次生代谢产物是植物适应环境的产物,对人类具
有重要的经济价值。而光合特性可以作为药用植物化学型
划分的补充信息。如黄春燕[12]分析两种化学型鱼腥草不同
时期光合日变化情况,并探讨其影响因素,明确鱼腥草不同
化学型客观存在。
4.4 以化学成分加以遗传特征进行分类
4.4.1 同功酶 基因通过酶控制生化过程,1种基因控制1
种酶的合成,从而控制1个生化步骤,控制新陈代谢,即生物
体内各种生化过程是在各种酶的干预下进行的酶有它的特
异性,1种酶一般只能干预1个生化过程或1个步骤,因而
许多学者都以电泳技术分析生物的同工酶,去研究化学型遗
传差异,分析同工酶谱的异同,判断生物群的亲缘关系,推断
种的起源、变化和演化。所以同功酶也是1个化学型划分的
指标。李飞等[26]对中国科学院西双版纳植物园内的细毛
樟、毛叶樟、黄樟、云南樟、樟、坚叶樟等及其化学型的植株进
行过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(Cat)、超氧化物歧化酶
(SOD)和醋酶(Est)同工酶电泳分析,6种樟组植物的10类
化学类型的同工酶酶谱之间差异微小,很难断定各种化学类
型的特征带。程必强等也对细毛樟过氧化物酶同工酶进行
研究,似乎也看不出同工酶酶谱的细微差异及其与化学型之
间的联系。吴航[22]在广东省惠东县的1个野生阴木香种群
中,4个化学型的超氧化物歧化酶生理活性(包括CuZnSOD
的表现水平)在阴香不同化学型之间呈现显著的差异,而且
极大程度表现出与精油化学特征的相关性。
4.4.2 DNA 分子分类能够有效地揭示形态相似、经济性
状相似或部分地理种源相同的品种间的近缘关系,随着
RAPD等分子生物学方法的引入,能够直接在 DNA水上平
检测和反映种群间的遗传变异,使得化学型的划分突破了以
往主要根据化学成分划分的限制。邢建宏[27]通过 RAPD和
ISSR标记分析,可以把福建省的樟树分为共个基因型,即芳
樟型、脑樟型和按樟型,与化学分类完全一致。
4.5 化学型分类中应该重视的问题
药用植物类群的化学型现象是有因为地理因素引起的
地理变异,由环境因素引起的环境变异,由个体发育差异而
引起的变异,由遗传引起的遗传变异如种间基因流、基因突
变、自然选择等等不同的因素单独作用或者是几个因素交互
作用等引起的变异。对于化学型的分类难以把握,因此在处
理化学型分类问题时要注意以下的几个方面。
化学变异体或化学宗是普遍存在的,要分清种内变异是
数量的还是质量的。对于一种变异来讲,确定变异有多少是
遗传,有多少是建立在环境饰变基础上,有多少是属于数量
性状的多位点控制非常重要。要是没有对一定数量的化学
变异作广泛详尽的研究来证明它们在大多程度上是由形态
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发生、个体发生,还是环境因素所致,就很难对这类变异体作
分类处理。
对于种内化学变异的研究一定要重视居群的概念和方
法;(Davisetal,1963)提出种及种下类群的建立应该以天然
居群为基础,这是现代分类学的基础,也是种内化学变异研
究的基础。现代生物学家研究的成果表明,物种的形成经历
了居群变异、地方宗的分化、地理宗的分化,最后达到种的分
化这4个阶段。居群才是进化的基本单元,是研究物种形成
的最重要的单位。而对于化学型的研究应该是基于居群内
的研究。
对各种地理变异式样进行分析,可以弄清楚居群内的化
学变异与居群间化学变异的关系,确定居群间的化学变异是
不是居群内化学变异的积累和联系?如果从分类学角度来
看的话,地理变异式样分析则能通过对不同变异类型的比
较,确定变异类型和变异的程度,为种下等级的划分提供依
据。
注意个体发育与系统发育的关系,在龙脑樟有性繁殖后
代叶油分析中,就挥发油化学成分在植株不同发育期进行了
分析,同一种精油在同种不同的类型中在个体发育上是有差
异的。一方面,这说明了这类化学成分在植物个体发育过程
中的形成、转移、积累和转化,以及它们受到各个不同环境影
响综合造成。另一方面,这类成分在植物个体发育过程中的
形成、转移、积累和转化,主要受遗传基因所制约,同种不同
类型由于在系统发育中的地位不同,遗传基因有所差异,所
制约于影响生物合成的酶的系统就不同,因而生物合成途径
或生源就不同。从这点可以看出,个体发育是与系统发育相
关的。
关于连续间断处理种内化学变异,在地理分布或化学成
分等方面均存在连续与间断的问题。对于化学型的分类这
个问题尤为显得重要。对于化学型的变异无论是化学成分
的变异或者是化学型在地理区域的分布,一定的要在搞清楚
其变异是连续的或者是间断的,这样才能更好的处理化学型
的分类。
综上所述,药用植物的化学型的分类研究对植物药的品
质评价、资源开发及其道地药材的研究具有重要的理论意义
和实用价值,同时对于确保临床用药的安全、有效也有重要
意义。药用植物化学型的分类应该是建立在种下“变型”级
别,只有具有明显的化学成分的变异,主成分明显且1个或
2个的主成分含量占总化学成分含量的一半及以上,主成分
来源于同一生物合成途径和具有一定的遗传稳定性,化学变
异可以在子代遗传才适宜界定为化学型。
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beestablishedininfraspecificcategoriesof“forma”.Chemotypeidentificationmainlyhastwoaspects.Oneisthatthemainconstitu
entsaredistinctoroneortwocomponentsarehalformorethanhalfofthetotalchemicalcontent.Themainconstituentscomefromthe
samebiosyntheticpathwayandhavesomegeneticstability.Theotheristhechemicalvariationisgenetic.Thechemotypeofmedicinal
plantsstudyontheclassificationhasimportanttheoreticalandpracticalvalueforqualityassessment,resourcedevelopmentandthegen
uinemedicinalresearch.Italsocanensurethesafeandefectiveofclinicalmedicine.
[Keywords] medicinalplants;chemotype;classificationstandard;nomenclature
[责任编辑 王亚君]
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第34卷第7期
2009年4月
                             
Vol.34,Issue 7
 April,2009