摘 要:本文綜述了道地藥材寧夏枸杞的研究現(xiàn)狀,且僅就寧夏枸杞道地性的研究成果作一簡要回顧,并以此展望該領(lǐng)域的發(fā)展,為寧夏枸杞道地藥材形成模式的最終確立奠定基礎(chǔ),對于寧夏枸杞的種質(zhì)資源利用、道地藥材品種確定及其質(zhì)量評價具有重要現(xiàn)實意義。
關(guān)鍵詞:寧夏枸杞;道地性;生態(tài)因子;HPLC;RAPD
中圖分類號:R288 文獻標識碼:A
文章編號:1007—2349(2007)02—0042-04
道地藥材是在一定的生態(tài)地理環(huán)境下形成的質(zhì)優(yōu)、效佳、量多的藥材,其生物學內(nèi)涵是同種異地即同一物種因其具有一定的空間結(jié)構(gòu),能在不同的地點上形成大大小小的群體單元,其中如果某一群體產(chǎn)生質(zhì)優(yōu)效佳的藥材,即為道地藥材,中藥在21世紀實現(xiàn)其現(xiàn)代化必須以其為保障和依托[1]。甄別道地藥材的形成模式,尋找主導因子是進一步弘揚道地藥材優(yōu)勢,發(fā)展道地藥材生產(chǎn)的前提和關(guān)鍵。枸杞是我國傳統(tǒng)的名貴中藥材,雖然國內(nèi)許多省區(qū)引種了該植物,但是成品枸杞仍以寧夏枸杞最為“道地”,其果實被譽為“紅寶”而弛名中外,2000年版《中華人民共和國藥典》明確指出入藥枸杞為寧夏枸杞[2]。
2003年以前,關(guān)于枸杞的系統(tǒng)研究多集中于枸杞栽培、育種(包括傳統(tǒng)育種和轉(zhuǎn)基因育種)、化學成分分析、藥理學、加工炮制方法及耐鹽性機理等方面并取得重大進展,如寧夏農(nóng)林科學院寧夏枸杞發(fā)展工程技術(shù)研究中心鐘鉎元、枸杞研究所李潤淮、寧夏農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室許興分別領(lǐng)導的三個課題組因其二十多年來的研究,其成果“枸杞新品種選育及配套技術(shù)研究與應(yīng)用”榮獲2005年度國家科技進步二等獎。寧夏農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室許興等研究人員在國內(nèi)率先開展寧夏枸杞逆境生物學方面的研究,其成果榮獲寧夏科技進步一等獎,但關(guān)于寧夏枸杞道地性形成模式的研究國內(nèi)外未見相關(guān)報道。
寧夏枸杞是一種極其耐鹽抗旱的逆境植物材料,許興等[3]在前期研究寧夏枸杞的耐鹽性機理時發(fā)現(xiàn)不同生境土壤含鹽量對枸杞果實多糖含量的累積具有重要的作用。因而創(chuàng)立了其有效成分(次生代謝產(chǎn)物)的積累機理與其抗逆性機制的研究殊途同歸的理念,提出了藥用植物抗逆性——有效成分——次生代謝統(tǒng)一的研究思路,從而為寧夏枸杞有效成分的積累提供了研究方法。按照此研究思路和方法,鄭國琦[4]等通過研究認為寧夏枸杞葉片甜菜堿大量積累是寧夏枸杞耐鹽的重要生理原因之一,牛艷等[5]通過研究表明寧夏枸杞中甜菜堿含量與土壤鹽分含量呈正相關(guān)。自此關(guān)于寧夏枸杞道地性方面的研究有了諸多報道,為寧夏枸杞道地性形成模式的最終確立奠定了基礎(chǔ)。
本文僅就寧夏枸杞道地性的研究成果作一簡要回顧,并以此展望該領(lǐng)域的發(fā)展,為寧夏枸杞的種質(zhì)資源利用、道地藥材品種確定及其質(zhì)量評價提供理論依據(jù)。
1 寧夏枸杞道地性研究的回顧
肖小河等[6]探討了道地藥材形成的自適應(yīng)機制,并認為道地藥材的形成模式有生境主導型、種質(zhì)主導型、技術(shù)主導型、傳媒主導型以及多因子關(guān)聯(lián)決定型,并明確指出有一些道地藥材形成原因是生態(tài)主導型,其對四川產(chǎn)道地藥材的系統(tǒng)性研究為國內(nèi)其它省區(qū)開展本地區(qū)的道地藥材研究提供了可借鑒的依據(jù)。黃璐琦等[7]明確提出道地藥材形成的生物學本質(zhì)是“表型一遺傳+環(huán)境飾變”,用生物學模式揭示了環(huán)境因素在道地藥材形成中的重要作用。周長征等[8]研究認為:種質(zhì)資源是道地藥材形成的最重要的內(nèi)在因素,而特定的生態(tài)環(huán)境條件是最重要的外在因素。并指出生態(tài)環(huán)境對藥材的影響主要通過兩個途徑來實現(xiàn):一是藥用植物因其適應(yīng)性特點而產(chǎn)生的獲得性遺傳的種內(nèi)變異;二是直接影響藥用植物體內(nèi)的生理生化反應(yīng),從而影響到植物化學成分的種類和含量。
寧夏枸杞作為藥用枸杞的唯一道地性代表,其道地性研究已成為制約寧夏枸杞產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。針對這一現(xiàn)狀,寧夏農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室許興領(lǐng)導的課題組在寧夏枸杞道地性方面進行了較為系統(tǒng)的研究,目前此領(lǐng)域的研究論文可見報道。
殷仁亭等[9]測定了寧夏寧夏枸杞、江蘇中國枸杞、河北北方枸杞中Cd、Hg、Pb三種重金屬元素的含量,并比較了不同產(chǎn)地枸杞中重金屬含量的差異,研究指出Cd和Hg含量均較低,Pb含量寧夏枸杞和中國枸杞較低,河北枸杞含量遠高于前兩者,同時殷仁亭等建議河北枸杞不宜作為藥用。周紅英等[10]測定了寧夏、內(nèi)蒙、河北、山東四產(chǎn)地枸杞子藥材中Zn、Cu、Mn、Pb、As五種微量元素含量,結(jié)果表明,河北、山東產(chǎn)枸杞子有益金屬元素Zn、Cu、Mn及有害金屬元素Pb、As含量均高于寧夏、內(nèi)蒙,但無顯著差異;寧夏枸杞子中zn/Cu較其它產(chǎn)地略高。牛艷等[11]測定了寧夏不同地域枸杞子中K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn八種微量元素,結(jié)果表明:同心、中寧、惠農(nóng)、銀川郊區(qū)土壤和枸杞子中的微量元素均無顯著差異,從微量元素角度考慮,寧夏幾個主要產(chǎn)區(qū)間枸杞子質(zhì)量無顯著差異;但從微量元素的協(xié)同效應(yīng)考慮,中寧枸杞子中的Fe/Mn比其它產(chǎn)地都高,并有顯著差異,而上述產(chǎn)地的Zn/Cu無顯著差異性。因此,牛艷等[11]認為中寧枸杞子中適當?shù)腇e/Mn微量元素比值是中寧枸杞品質(zhì)優(yōu)良的一個主要原因。
王振宇[12]通過對不同地域?qū)幭蔫坭交钚猿煞值难芯堪l(fā)現(xiàn),由于生態(tài)環(huán)境條件的不同,導致在活性成分含量上的差異,并指出造成寧夏枸杞活性成分含量差異的主要因素是積溫、日照時數(shù)和無霜期,降水量對其影響不大。高業(yè)新等[13]從地學的角度,對寧夏枸杞內(nèi)在品質(zhì)、影響寧夏枸杞的土壤地質(zhì)背景條件等三個方面綜合論述了其道地性的原因。張曉煜等[14~15]研究認為,枸杞多糖含量受土壤、氣象因子的共同影響,但土壤因子的影響要大于氣象因子的影響;枸杞灰分含量主要受枸杞品質(zhì)遺傳因素的決定,環(huán)境因子對其也有重要的影響,其中氣象條件對枸杞灰分含量的影響大于土壤養(yǎng)分的影響。
許興等[16]一通過對寧夏惠農(nóng)、銀川園林場、同心、中寧四個主產(chǎn)區(qū)的枸杞多糖和可溶性總糖含量與土壤環(huán)境因子關(guān)系進行研究后發(fā)現(xiàn),寧夏枸杞果實內(nèi)枸杞多糖含量與土壤鹽分呈正相關(guān),可溶性總糖含量與全鹽、C1-、Na+含量呈正相關(guān)。張曉煜等[17]對寧夏枸杞總糖含量與環(huán)境因子的量化關(guān)系進行了研究,認為枸杞子總糖含量受氣象和土壤環(huán)境因子共同影響,且氣象因子較土壤養(yǎng)分對總糖含量影響顯著。牛艷等[5~18]采用高效液相色譜(HPLC)法測定了寧夏同心、中寧、惠農(nóng)、銀川園林場四個產(chǎn)地的寧夏枸杞中甜菜堿和β-胡蘿卜素的含量,并通過對寧夏枸杞果實中甜菜堿與β-胡蘿卜素含量與產(chǎn)地土壤理化因子的分析,表明寧夏枸杞中甜菜堿含量與土壤鹽分含量呈正相關(guān),β-胡蘿卜素含量與土壤鹽分含量負相關(guān),與土壤中的Na+和C1-含量呈極顯著負相關(guān)。楊涓等[19]測定寧夏中寧、銀川、同心、惠農(nóng)四個不同產(chǎn)地的寧夏枸杞中?;撬岬暮浚Y(jié)果表明中寧枸杞中的?;撬針O顯著高于其它三個產(chǎn)地。關(guān)于造成不同產(chǎn)地的寧夏枸杞中?;撬岷坎町惖膶嵸|(zhì)及其差異性能否作為衡量寧夏枸杞道地性的指標之一,楊涓等認為還需深入研究。
張艷波等[20]收集了6種枸杞屬植物,其中2個正品,4個混淆品種,運用RAPD技術(shù)進行分析,獲得了枸杞屬不同種的DNA指紋圖譜,從而將它們準確區(qū)別。鄭可大等[21]收集了20個臺北市場枸杞商品,運用RAPD技術(shù)進行分析,獲得了2個DNA指紋圖譜類型,推測其中15個是正品枸杞,5個混淆品。魏玉清等[22]運用RAPD技術(shù)對寧夏不同地區(qū)的枸杞主栽品種進行RAPD指紋圖譜分析,推測不同地區(qū)同一品種的質(zhì)量差別不是由遺傳因素造成的。嚴奉坤等[23]對我國不同省區(qū)的寧夏枸杞主栽品種寧杞1號進行RAPD指紋圖譜分析,證明其指紋圖譜沒有明顯區(qū)別,說明RAPD技術(shù)用于枸杞道地品種的確定及藥材真?zhèn)蔚蔫b定是效的。
2寧夏枸杞道地性研究的主要領(lǐng)域
2.1生態(tài)地理因子與藥材道地性的相關(guān)關(guān)系 該領(lǐng)域是寧夏枸杞道地性研究的重點,也是目前寧夏枸杞道地性研究得最多但同時也是最難研究清楚的領(lǐng)域。道地藥材得天獨厚的自然條件和地理環(huán)境,往往使藥用植物特別適宜于某些活性成分和微量元素的形成和積累,從而直接影響到藥材質(zhì)量。該課題組成員通過研究發(fā)現(xiàn)各種生態(tài)因子對寧夏枸杞道地性形成都有一定的影響,可以肯定土壤鹽漬化程度是其中的一個關(guān)鍵因子,但其它的關(guān)鍵因子還沒法確定,對其有效成分的積累機理還需做更為深入的研究。在通過RAPD技術(shù)確定品質(zhì)優(yōu)良的寧夏枸杞道地品種后,在其最佳環(huán)境因子的基礎(chǔ)上制定出寧夏枸杞的化學指紋圖譜(如HPLC指紋圖譜)是研究的最終目的,因此,最佳環(huán)境因子的確定是寧夏枸杞道地性研究的一個極其重要的方面,還需做更為深入的研究,最終確定關(guān)鍵生態(tài)地理因子與藥材道地性的相關(guān)關(guān)系。
2.2從基因水平上對寧夏枸杞進行研究 該領(lǐng)域是寧夏枸杞道地性研究的基礎(chǔ)。質(zhì)優(yōu)效佳是道地藥材的表現(xiàn)型,它是由道地藥材基因型這個內(nèi)因與特定的環(huán)境飾變這個外因長期作用的結(jié)果。特定的基因產(chǎn)生特定的酶,進而調(diào)控次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生,特定的DNA是藥材道地性形成的關(guān)鍵,利用DNA分子診斷技術(shù)直接分析不同產(chǎn)地藥材遺傳物質(zhì)的多態(tài)性,可揭示藥材道地性的實質(zhì)[1]??梢?,DNA分子標記技術(shù)的運用將為道地品種的確定及藥材真?zhèn)蔚蔫b定奠定基礎(chǔ)。魏玉清等[22]和嚴奉坤等[23]的研究給RAPD技術(shù)用于枸杞品種的確定及藥材真?zhèn)舞b定的有效性提供了分子證據(jù)。
2.3不同地區(qū)寧夏枸杞質(zhì)量(有效成分種類和含量)的比較該領(lǐng)域是寧夏枸杞道地性研究的最終目的和落腳點。要制定寧夏枸杞這種道地藥材的質(zhì)量標準,有兩個關(guān)鍵問題需要解決:(1)如何選定道地藥材,這用RAPD技術(shù)可以解決E22~23];(2)如何制定能反映道地藥材質(zhì)量的指標,利用RAPD技術(shù)確定了道地藥材品質(zhì)以后,要判斷一種藥材是否是道地藥材,可以對其進行化學指紋圖譜(HPLC指紋圖譜)分析,看是否與道地藥材的化學指紋圖譜一致,從而可得出結(jié)論[24]。通過化學指紋圖譜的研究,可以建立寧夏枸杞的主要經(jīng)驗標準。
鄭國琦等[25]針對當前寧夏枸杞屬植物品種類型多以及寧夏枸杞無統(tǒng)一質(zhì)量評價標準的現(xiàn)狀,初步提出在研究品質(zhì)優(yōu)良的寧夏枸杞的最佳環(huán)境因子的基礎(chǔ)上,制定出寧夏枸杞的化學指紋圖譜,為寧夏枸杞的種質(zhì)資源利用、道地藥材品種確定及其質(zhì)量評價提供色譜水平的理論依據(jù)。
3 寧夏枸杞道地性研究的問題及展望
3.1存在的問題 當前寧夏枸杞道地性研究中存在的問題最突出表現(xiàn)在理論研究和生產(chǎn)實踐兩方面。
3.1.1基礎(chǔ)理論方法研究薄弱 幾十年來,對寧夏枸杞這種中藥資源的生態(tài)研究集中在產(chǎn)地生境的定性或定量描述上,而且過去多集中在微量元素的研究上,而真正對其初生代謝和次生代謝所需的溫度、光照、水分和肥力都研究甚少,而且其研究指標通常是各氣象因子的年值(如年均溫、年均降水、年均日照、年均相對濕度等),而忽視了生態(tài)主導因子、限制因子在年內(nèi)的分配和動態(tài)變化規(guī)律以及小生境及其對寧夏枸杞這種中藥材產(chǎn)量和質(zhì)量的影響,而這恰恰是影響藥材生態(tài)發(fā)育和品質(zhì)形成的重要原因。只有充分地揭示生態(tài)環(huán)境對中藥材質(zhì)量的影響,才能為提高寧夏枸杞質(zhì)量提供科學的指導。過去對寧夏枸杞品種、栽培等可以控制的因素研究較多,而對氣候、對非可控環(huán)境因素對寧夏枸杞質(zhì)量影響及其時空變化規(guī)律的研究卻遠遠不夠。當前,生態(tài)環(huán)境影響寧夏枸杞質(zhì)量的規(guī)律、表現(xiàn)、機理等問題都一直是個懸而未決的難題。
種內(nèi)變異還表現(xiàn)為有效成分在結(jié)構(gòu)和含量上有所不同,這些可利用紫外光譜、紅外光譜、核磁共振譜建立藥材的特征圖譜,利用HPLC、GC、MS以及毛細管電泳等方法對藥材的成分進行測定,利用化學模式識別方法對道地藥材和非道地藥材加以識別,并利用其藥效加以佐證,建立藥材道地性的化學參數(shù)和藥效參數(shù)[1]。目前寧夏枸杞這方面的研究不多,現(xiàn)有的報道僅限于HPLC測定枸杞子有效成分含量的技術(shù)方面探討,深入研究未見報道。
3.1.2應(yīng)用實踐亟待加強 由于對枸杞進行栽培種植的大都是農(nóng)戶,他們栽培種植枸杞全憑經(jīng)驗和摸索,由于缺乏理論指導而走了彎路,突出表現(xiàn)在栽培時對影響其質(zhì)量和生長發(fā)育的生態(tài)限制因子、主導因子缺少認識,對枸杞生態(tài)適宜性的理解不夠,造成田間管理落后,枸杞種植中長期大量使用化肥,造成土壤的污染和退化,枸杞微生態(tài)環(huán)境的崩潰,最終導致種植的枸杞質(zhì)量不穩(wěn)定。
3.2研究展望與思路 以保持枸杞資源的可持續(xù)發(fā)展利用為目的,充分利用現(xiàn)代科學技術(shù)來闡述寧夏枸杞的道地性問題是寧夏枸杞道地性研究的根本任務(wù)。
3.2.1 加強基礎(chǔ)理論研究 中藥資源的生態(tài)研究存在的諸多問題,有些可借鑒農(nóng)業(yè)生態(tài)學中對作物微生態(tài)、動態(tài)變化規(guī)律的研究方法,解決中藥材生態(tài)學研究中的類似問題,但更多的與中藥質(zhì)量相關(guān)的環(huán)境問題,卻無法生搬硬套,因為中藥資源的生態(tài)研究更關(guān)注植物體內(nèi)所含次生代謝產(chǎn)物組成及含量與環(huán)境的關(guān)系,即其既關(guān)注藥材產(chǎn)量與環(huán)境的關(guān)系,更關(guān)注藥材質(zhì)量與環(huán)境的關(guān)系。通過對各生態(tài)因子綜合作用進行研究,明確影響中藥材產(chǎn)量、質(zhì)量的限制因子和主導因子及其作用特征和規(guī)律,為揭示生態(tài)主導因子影響藥材的作用機理,并根據(jù)主導因子和限制因子對枸杞資源進行科學的生態(tài)適宜性區(qū)劃,找出生態(tài)適宜區(qū)和最適宜區(qū)提供理論依據(jù),進而提出枸杞資源的生態(tài)環(huán)境保護的理論與對策。在分子水平上進行枸杞種質(zhì)資源遺傳多樣性分析進而闡明其遺傳變異規(guī)律及其親緣關(guān)系,篩選出適合枸杞種質(zhì)資源遺傳多樣性評價的分子標記技術(shù)體系;為枸杞種質(zhì)資源的鑒定、分類、保存以及新品種選育中的親本選擇利用提供理論依據(jù);同時,運用多種分子標記技術(shù)構(gòu)建枸杞道地品種寧夏枸杞種的特征性標記甚至寧夏枸杞各個品種的特征性標記,從而在DNA分子水平上為道地枸杞品種登記、保護、鑒定提供技術(shù)支撐。
3.2.2加強新技術(shù)、新方法的引入近年來,“3S”技術(shù)(GIS即地理信息系統(tǒng)、GPS即全球定位系統(tǒng)、RS即遙感)與地學、生態(tài)學、農(nóng)學、土壤學、植物生理學等相結(jié)合,實現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程中對農(nóng)作物、土地、土壤從宏觀到微觀的實時監(jiān)測,取得突破。與農(nóng)作物生產(chǎn)相比,中藥材生產(chǎn)具有高產(chǎn)值、高附加值、高技術(shù)含量的特點,因此與普通作物相比,中藥材生產(chǎn)更應(yīng)體現(xiàn)精耕細作的特點。將中藥資源研究及中藥GAP生產(chǎn)與“3S”技術(shù)相結(jié)合,將成為中藥資源研究的發(fā)展趨勢,寧夏枸杞的生態(tài)研究也可引入這種先進技術(shù)。
在寧夏枸杞化學指紋圖譜研究方面,除了進行HPLC指紋圖譜研究外,其它紫外光譜、紅外光譜、核磁共振譜的技術(shù)也可用于寧夏枸杞的研究。
3.2.3切實加強GAP推廣促進研究的深入及應(yīng)用普及1998年國家提出中藥材規(guī)范化種植(GAP),并于2002年6月國家正式啟動。并相繼在四川、寧夏、吉林建立大型中藥材現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)基地。目前,寧夏中寧枸杞基地已初具規(guī)模,該基地根據(jù)自己的栽培種植情況建立了系統(tǒng)而標準化的田間管理和采收加工規(guī)程(S()P規(guī)程)。GAP對中藥材產(chǎn)地生態(tài)環(huán)境提出了明確要求,它雖然規(guī)范了藥材生產(chǎn)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)和維護,由于生態(tài)環(huán)境問題的非線性特點和生態(tài)因子的不可控性,也使得生態(tài)環(huán)境建設(shè)和維護成為GAP生產(chǎn)中最復(fù)雜、最難達標的薄弱環(huán)節(jié),因此,真正實現(xiàn)基地與環(huán)境的完美協(xié)調(diào)統(tǒng)一,卻還有一段漫長的路要走。為此,GAP生產(chǎn)中只有通過嚴格的SOP制度,才能使GAP生產(chǎn)基地生態(tài)環(huán)境建設(shè)進入良性循環(huán),從根本上確保中藥材質(zhì)量及GAP生產(chǎn)基地的可持續(xù)發(fā)展。寧夏枸杞栽培種植也應(yīng)遵循這一原則,對栽培種植枸杞的農(nóng)戶進行培訓,普及中藥資源生態(tài)常識,加強GAP的推廣應(yīng)用。
3.2.4加工和炮制方法對寧夏枸杞有效成分的影響應(yīng)更加受到重視 在中藥加工生產(chǎn)中,人們發(fā)現(xiàn)加工方法的不同導致中藥成分不同,進而導致其用途也不同,藥材的道地性往往體現(xiàn)在藥材道地的加工工藝上。寧夏作為寧夏枸杞的唯一道地產(chǎn)地,有其獨特的加工工藝,應(yīng)發(fā)揮其優(yōu)勢,并進一步提升加工工藝水平。
4結(jié)語
寧夏枸杞道地性的研究是一項系統(tǒng)工程,涉及地質(zhì)學、生態(tài)學、植物生理學、生物化學及分子生物學等相關(guān)領(lǐng)域,要想科學闡明寧夏枸杞的道地性需要各方面的通力合作。通過目前的研究成果可看出土壤條件是寧夏枸杞這種道地藥材的形成模式的主要因素,但單憑此還不能完全說明問題,對其有效成分的積累機理還需做更為深入研究,各種生態(tài)因子的影響作用還需進一步研究,筆者認為對其全成分的HPLC圖譜的研究也是值得的,它能更準確地揭示寧夏枸杞的道地性。只有通過這些研究,我們才能夠了解寧夏枸杞道地性的實質(zhì),進而實現(xiàn)對寧夏枸杞這種傳統(tǒng)道地藥材真正客觀、可靠、合理、有效的質(zhì)量評價和質(zhì)量控制。
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