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遗传和环境因子对药用植物品质的影响
曹海禄1’2，曹国番1，魏建和2。，杨成民2，李梅君2
(1．贵州大学林学院，贵州贵阳550025；2．中国医学科学院中国协和医科大学药用植物研究所，北京100094)
摘 要：药用植物品质变异受遗传因子(内因)和环境因子(外因)的影响程度与药材种类有关，可以归结为“遗传
型”和“环境型”两类。就遗传及环境因子对药用植物品质影响研究的最新进展进行综述，在此基础上对其一些研究
方法的改进进行了探讨，以期为这一领域的深入研究提供借鉴。
关键词：药用植物；品质；遗传因子；环境因子 -
中圈分类号：R282．2 文献标识码：A 文章编号：0253—2670(2007)05—0785—04
收稿日期：2006一10—22
*通讯作者魏建和Tel：(010)62818841E—mail：jhwei@implad．ac．an
万方数据
·786· 中草菊 ChineseTraditionalandHerbalDrugs第38卷第5期2007年5月
Effectsofgeneticalandenvironmentalfac orsnmedicinalpl ntquality
CAOHai—lul2，CAOGuo—fanl，WEIJian—he2，YANGCheng—rain2，LIMei—jun2
(1．CollegeofForestry，GuizhouUn versity，Guiyang550025，China；2．InstituteofMedicinalPl nt，ChineseAcad my
ofMedicalSciencesandPekingUnionMedicalCollege，Beijing100094，China)
Keywords：medicinalplants；quality；geneticalfactor；environmentalfactor
药用植物品质是中医药的基础，中药材规范化生产建立
在对药材品质影响因素深入了解的基础之上。影响药用植物
品质的环节主要为遗传因子(内因)和环境因子(外因)，后者
又包括自然环境因子和人工施加影响两方面。药用植物品质
变异受遗传因子和环境因子影响程度与药材种类有关，可以
归结为“遗传型”和“环境型”两类。本文简述这方面的研究概
况，并提出对一些研究方法改进的意见。
1遗传因子对药用植物品质的影响
遗传因子对药用植物品质的影响主要体现在种内变异
和种上(主要是属间)水平的影响两个方面。 。
1．1种内变异
’
1．1．1品种和栽培类型间差异：药材在长期的栽培和人工
选育过程中形成了不同的品种或农家类型，其内在品质往往
差异较大。人参PanaxginsengC．A．Mey．农家品种或变
异类型中，以集安长脖参总皂苷量最高；而人参二醇、人参三
醇和齐墩果酸组皂苷量则均以左家黄果参最高Ⅱ]。北沙参
GlehnialittoralisFr．SchmidteXMiq．中白条参的可溶性
糖、粗多糖、总糖的量较大红袍、红条参两个品种高，而欧前
胡素以大红袍为高[2]，这可以解释为什么白条参、大红袍具
有不同的药效(抑制体液免疫和细胞免疫以及抑制T、B细
胞的增生作用，白条参效果较好；镇静、解痉、平喘等作用，以
大红袍入药为好)。罂粟PapaversomniferumL．中吗啡的平
均质量分数为21％，而Nyman和Hall从栽培罂粟变种中发
现一个自然突变体，含吗啡仅为0．5％，蒂巴因却高
达24％‘“。
1．1．2个体间差异：生长于同一生境条件下的短葶飞蓬
ErigeronbreviscapUS(Vant．)Hand．～Mazz．不同个体间总
黄酮量最多相差58．4％[4]。同一东北红豆杉Taxuscuspidata
Sieb．etZucc．群体内，不同个体之间紫杉醇量存在较大变
异，单株最高量为47．9pg儋，最低量为11．1／-g／g[5]。
1．2属内不同种间变异：苦茴香果实中精油的主要成分为
反式茴香脑(60％～70％)和小茴香酮(10％以上)，而甜茴香
精油则以较多的反式茴香脑(80％～90％)和相对较少的小
茴香酮(5％左右)为主[6’7]。金银花中绿原酸量以山银花
LoniceraconfusaDC．最高，达13．28％；总黄酮量以忍冬L．
japonicaThunb．最高；而环烯醚萜量以红腺忍冬三．
hypoglaucaMig．较高，为1．5％[8]。Yamazaki等[9“0]研究发
现，富含甘草酸的光果甘草GlycyrrhizaglabraLinn．和甘
草G．uralensisFisch．之间遗传关系相近，二者与甘草酸量
极低的刺果甘草G．pallidifloraMaxim．的遗传关系则较
远，与植物分类学上的基原鉴定相吻合。
2环境因子对药用植物品质的影响
2．1 产地效应：是指药材产区气候、土壤、生物等因子的综
合效应，其对药材有效成分类型、质量分数的影响很大。广藿
香Pogostemoncablin(Blanco)Benth．按产地不同可分为石
牌藿香和海南藿香，产于广州和肇庆地区高要的为石牌藿
香，产于吴川、遂溪、雷州与海南万宁等地的为海南藿香。两
者的挥发油主要成分不同，据此可分为2个化学型，前者为
广藿香酮型，后者为广藿香醇型[1“。河南武陟、温县等古怀
庆府所辖地区所产怀牛膝AchyranthesbidentataBlume．中
蜕皮胬酮的量达0．101％～0．196％，山东泰安(o．0912％)
次之，而山东荷泽的只有0．04％，与传统认为以河南省古怀
庆府所产牛膝为“道地药材”的评价相一致m]。Gil等n33比较
研究了来自西班牙Granada省Cazulas山脉、Balcon运河及
Quentar水坝地区柴胡果实中香精油的量，发现3个地区柴
胡果实中香精油的化学组成极其相似，但经药理实验检验
后，药效却存在很大差异。三岛柴胡BupleurumfalcatumL．
栽培群体间总皂苷量的变幅为0．72％～3．16％[14,1s3。此外，
日本学者应用RAPD或RFLP技术定性刻画了三岛柴胡分
类标准及其不同地理居群的DNA多态性[1“。
2．2气候因子：主要包括光照、温度、湿度、降水以及自然灾
害等。研究表明，全年日照充足，温度适宜且变化平稳，降雨
适中且分布合理等适宜的气象条件有利于三七Panax
notoginseng(Burk．)F．H．Chen的生长，以及有效成分和
干物质的积累[1“。在海拔高度相差不大的情况下，日照时数
则是造成安县、北川县两地鸟头Aconitumcar ichaeH
Debx．多糖量差异的主要原因[1“。在应用地理信息系统
(geographicalinformationsystem，GIS)对苍术Atractylodes
lancea(Thunb．)DC．道地药材气候生态特征进行研究时发
现，降雨量和高温分别是影响苍术挥发油量的主要生态主导
因子和生态限制之一，在对其生长特征进行定量研究后，得
出苍术挥发油积累具有逆境效应[1”。林寿全等[2们研究了甘
草分布区气候变化的特点：内蒙古经甘肃至新疆，日照时数
不断增加，年积温≥10℃亦逐渐增加，而年平均降水量逐步
下降，干燥度则逐渐上升，大陆性气候越发强烈。由此推断，
正是这种独特的气候变化趋势导致新疆产甘草中甘草酸与
甘草次酸的量较甘肃及内蒙古产甘草高。
2．3土壤因子
2．3．1土壤地质背景系统：地质背景(geologicbackground，
GB)是指同药用植物密切相关的地质体与地质营力作用的
特殊综合，是包括岩石体或第4纪堆积层及其矿物特征、地
壳运动、地质构造、地球化学、地形地貌及水文地质条件等在
内的多因子组合。应用现代系统理论，以自然非均衡性开放
系统的统一性规律，把GB的纵横向整体(包括GB、气候、生
万方数据
中草菊 ChineseTraditionalandHerbalDrugs第38卷第5期2007年5,El·787·
物等)定义为地质背景系统(GBS)。GBS通过其外延的“岩
石一土壤一药用植物”向量系统，完成了地质大循环与生物
小循环的统一。在药用植物的系统进化过程中，逐渐在某些
GBS制约区域形成了某种道地药材的优势小生境系统，使
其呈现地域性优势现象，如有效成分量高、综合质量优
等[2“。云南道地药材三七的分布受GBS的制约，即便在云南
文山三七道地产区，三七的最适宜区域也主要是碳酸盐岩和
碎屑岩混合型黄红壤区[2⋯。在比较不同GBS产区味连
CoptischinensisFranch．中黄连碱、小檗碱量时发现，由侏罗
系岩层制约的石柱味连黄连碱、小檗碱的量高于由白垩系岩
层制约的江津、震旦系岩层制约的洪雅等其他GBS区所产
的味连比“。
2．3．2土壤理化性质：包括土壤物理性质(土层厚度、颗粒
组成、质地等)、化学性质(pH值、有机质、微量元素等)及含
微生物量等。研究表明，在种植三七的不同类型土壤中，以火
山岩红壤所产三七皂苷的量最高[2引。采用野外调查与室内
分析相结合的方法，对款冬花Tussilagof rfaraL．的生长
土壤、成土母质等进行研究，也发现灰包土是种植款冬花适
宜的土壤，其次为黄灰包土[2“。影响连翘Forsythiasuspensa
(Thunb．)Vahl种子中连翘酯苷与连翘苷量的主要因子分
别为土壤有效磷和有效钾；影响老翘中连翘酯苷量的主导因
子为全磷和有效钾，土壤pH值则是影响连翘苷量的最大因
子口“。影响益母草LeonurusjaponicusHoutt．药材中生物碱
量的土壤因子有有机质、有效磷、速效钾的量和土壤的pH
值等，其中土壤的pH值是呈正相关的重要因素。这是北方
的碱性土壤较南方的酸性土壤更有利于生物碱积累的根本
原因‘2“。
2．4地形：地形因子包括海拔高度、坡向和坡度等。研究表
明，随着海拔高度的升高，山莨菪Anisodustanguticus
(Maxim．)Pasch．[271和西洋参PanaxquinquefoliumL．E28]
药材中有效成分的量均呈现不同程度的增加。另外，崔秀明
等[29]也发现低纬度高海拔的特殊环境是形成云南文山道地
三七的重要生态因子。
2．5群落环境：同种药用植物生存的群落环境不同，其体内
药效成分的类型、量也不尽相同。落叶松林下刺五加
Acanthopanaxsenticosus(Rupr．etMaxim．)Harms根和茎
中的紫丁香苷量较低；红松林和针阔叶混交林下刺五加整体
的紫丁香苷量相差不多，但均显著高于落叶松林下的刺五
加[3“。红松林下和针阔混交林下更适宜种植以获得紫丁香
苷为目的的刺五加种群。根据蛇床Cnidiummonnicri(L．)
Cuss．果实中香豆素成分与生境类型的相关性，可将蛇床分
为3个类型：分布于福建、浙江、江苏等亚热带常绿阔叶林区
域的以蛇床子素和线型呋喃香豆素为主要成分的化学型；分
布于辽宁、黑龙江、内蒙古等温带针阔叶混交林区域的以角
型呋喃香豆素为主要成分的化学型；分布于河南、河北、山西
等暖温带落叶阔叶林区域的蛇床子素、线型和角型呋哺香豆
素共存的过渡类型[3“。
3遗传及环境因子对药用植物品质影响研究方法改进探讨
3．1试验设计：目前，在研究气候、土壤等对药用植物品质
影响的文献中，常采用多产地取样分析的试验设计。但这种
设计一方面很难保证多点取样样品的生长年限、生长状态、
取样季节及样品干燥、保存方法的一致性；另一方面很难解
析土壤、气候、遗传因子的影响，从而大大降低了研究结果的
可信度。建议采用同地播种，管理措施相同，考察种质对药材
品质的影响；采取客土运回，箱栽、池栽或盆栽同种药材，研
究土壤因子对药材品质的影响；采用人工气候箱严格控制气
候因子，考察气候因子对药用植物品质的影响。
3．2 品质评价指标：以往研究多采用1～2个有效成分指
标，尚不能全面评价遗传、环境、人为干预措施等对药用植物
品质的影响。建议采用多指标评价体系，如化学成分指纹图
谱，同时辅以其他品质评价手段，如药材外观、显微特征等。
3．3数据分析方法：已往研究分析环境因子对药材品质影
响多采用简单相关分析或方差分析，得出的结果往往缺乏说
服力。建议多采用更能解析因子问相互关系的试验设计与
数理统计方法，如单因素随机区组[3“、多因素正交等试验设
计方法及回归分析[2“、灰色相关分析[333等。
3．4其他：很多研究采用的环境因子数据多为年值数据(年
均温、年降水等)，忽略了气候因子在年内的分配和动态变
化。同时，垂直落差、下垫面差异、小生境对药材品质的影响
也常受到忽视，应予重视。
4展望
4．1 重视应用交叉学科探讨药用植物品质：中药材讲究道
地性。“道地药材”在生物学上是指某一物种的特定居群，具
有数量特征、空间特征、遗传特征等3个居群特征及一个药
材学范畴的药效特征[3“。因此，应利用居群生态学、居群遗
传学及药材学的原理及方法来研究影响药用植物道地品质
形成的环境因素，以使研究从药材来源于生物这一本质人
手，达到揭示道地药材本质及掌握其形成原因的目的。同时，
数学模型、计算机模拟等新技术的应用也将成为药用植物品
质研究的发展趋势。
4．2加强现代生物学技术的应用：目前，现代生物技术如基
因工程、酶工程等在药用植物品质研究中的应用主要集中于
遗传基因层次上。在基因工程方面主要采用DNA分子标记
诊断技术，其辅以等位酶技术，可以从分子水平上探究其遗
传背景的形成规律，如RFLP是亲缘关系研究的重要工具，
能区分纯和基因型与杂和基因型、居群内变异与居群间变
异。酶工程主要应用于次生代谢的调控研究。因此，随着现代
生物技术的快速引入，药用植物品质的研究必将成为一个科
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万方数据
遗传和环境因子对药用植物品质的影响
作者： 曹海禄， 曹国番， 魏建和， 杨成民， 李梅君， CAO Hai-lu， CAO Guo-fan， WEI
Jian-he， YANG Cheng-min， LI Mei-jun
作者单位： 曹海禄,CAO Hai-lu(贵州大学林学院,贵州,贵阳,550025;中国医学科学院,中国协和医科大
学药用植物研究所,北京,100094)， 曹国番,CAO Guo-fan(贵州大学林学院,贵州,贵阳
,550025)， 魏建和,杨成民,李梅君,WEI Jian-he,YANG Cheng-min,LI Mei-jun(中国医学科
学院,中国协和医科大学药用植物研究所,北京,100094)
刊名： 中草药
英文刊名： CHINESE TRADITIONAL AND HERBAL DRUGS
年，卷(期)： 2007,38(5)
被引用次数： 7次

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