高品质道地药材的科学内涵

中药材来源由野生转为栽培是导致药材质量降低主要原因,阐明高品质道地药材及质量形成的科学内涵可为优质药材生产指明方向。动植物的基本代谢是相同的,次生代谢产物的生态作用与药材活性成分药理作用的生物学本质是一致的,在逆境胁迫状态下次生代谢产物具有较高的药理活性,药材质量最佳。围绕种质、环境和生产加工3方面,从生物进化和生理生态学角度,指出同物种的遗传物质的差异也较大,优质道地药材是以特化的种质为前提,种质是决定药材质量的生物学基础;环境是提高药材质量的基本条件,逆境通过活性氧操控次生代谢,增加次生代谢含量和高活性成分比例,从而提高药材质量;加工过程是利用植物细胞具有全能性和完整的次生代谢系统,在干燥过程中对新鲜药材部位实施逆境胁迫,短时间内提高次生代谢含量。高品质道地药材不仅主要成分含量较高,而且高活性成分含量也较高,从而保证了较高的疗效。     

黄芩道地性形成“逆境效应”的实验验证与展望

逆境效应是环境对道地药材形成影响的一种表现,其主要核心思想是环境饰变通过影响药用植物基因的表达,从而影响其次生代谢产物的形成和积累。该文以热河黄芩为研究对象,从19个产区采集野生黄芩,分析其活性成分的含量,并结合近10年1—12月的气候因子的变化,得出气候因子影响黄芩活性成分积累的结论。随后以黄芩悬浮细胞为材料,模拟环境变化,检测其代谢途径中相关酶和基因的变化,从分子水平上阐述"逆境效应"对黄芩药材品质的影响。该文介绍了道地药材形成"逆境效应"实验验证的前提条件、黄芩道地性形成"逆境效应"研究思路和研究进展,并对未来研究的发展趋势进行展望,以期为其他道地药材品质形成机制研究提供借鉴。     

蛋白质组学在中药材道地性研究中的应用展望

综述了蛋白质组学在植物应对环境胁迫及抗胁迫机理中的应用进展,明确了不同的环境生态因子通过诱导蛋白质组的差异表达而影响次生代谢产物形成与积累的规律,并对蛋白质组学在道地中药材形成机制研究中的应用作了展望。     

复合胁迫对药用植物次生代谢的影响及机制

大量研究显示药用植物在其道地产区的生长同时受到多种环境胁迫的共同作用。与单一胁迫相比,植物对2种或2种以上的复合胁迫具有独特的反应,不能直接从植物对每种单独的胁迫反应中推断出来。复合胁迫对植物的作用通常有协同、拮抗或独立3种类型。次生代谢在药用植物响应复合胁迫的过程中也起到了至关重要的作用,环境胁迫可以促使次生代谢产物积累,而在复合胁迫下,植物通过特异性的诱导次生代谢途径上关键酶基因的表达进而诱导次生代谢产物积累以抵御胁迫的侵害。植物在遭受复合胁迫的作用时,多种信号通路途径的相互作用,使得植物响应复合胁迫具有高度的复杂性。该文总结了复合胁迫对药用植物生理及次生代谢的影响,并探讨了相关的生理生化及分子作用机制,以期为提高药用植物的逆境适应能力、提升中药材质量提供理论依据,进一步优化药用植物的栽培。     

环境胁迫对药用植物苍术影响的研究进展

苍术的生态适宜性分析显示,生长在其道地产区茅山的苍术同时受到高温、高湿、营养缺乏等多种环境胁迫的作用;表明适度的环境胁迫作用可以促进苍术生长发育及次生代谢产物的积累,但过度的环境胁迫也会造成苍术根茎生物量下降、生长发育受抑制等不良影响。现综述了生物及非生物环境胁迫对药用植物苍术的形态建成、生理影响及次生代谢产物积累等方面的研究现状,旨在帮助人们了解药用植物苍术的抗逆生理机制及次生代谢产物积累的逆境机制,并为苍术的生态种植实施奠定理论基础。     

植物药材次生代谢产物的积累与环境的关系

许多植物药的活性成分是其所含的次生代谢物质,人工种植时其产量取决于初生产物的积累,质量取决于次生产物的积累。药材质量及有效性的基础是植物的次生代谢。次生代谢物质的产生是发育程度、组织分化及外界刺激因素通过影响生物合成基因表达而控制。对次生代谢产物在植株体内形成和积累的诱导有不同的诱导机制假说。但都认为环境胁迫时,次生代谢产物数量增加。次生代谢产物积累与生长环境条件需求方面存在矛盾,是药用植物种植的难题。     

土壤水分胁迫对短葶飞蓬有效成分含量的影响

目的:研究土壤水分胁迫对短葶飞蓬灯盏乙素和咖啡酸酯含量的影响,验证逆境效应理论.方法:测定8%,15%,23%3个水分梯度下短葶飞蓬植株PSⅡ的最大光化学效率(F_v/F_m),氮含量、灯盏乙素和咖啡酸酯含量.结果和结论:8%,23%含水量组的短葶飞蓬植株F_v/F_m明显低于15%正常水处理组,分别构成轻度干旱和水涝胁迫.2种水分胁迫条件下,短葶飞蓬氮含量低于正常处理组,而有效成分却显著高于正常水处理组.水分胁迫促进了短葶飞蓬药用成分的积累,结果支持环境诱导次生代谢产物合成积累的"碳素/营养平衡假说"和道地药材形成的"逆境效应理论".     

活性氧促进道地药材质量形成的假说及其探讨

道地药材质量形成的研究是中药资源研究的重点和难点。环境胁迫可以导致植物体内许多生理生化变化,无论从发生的先后顺序还是从化学反应进行因果关系分析,植物代谢的变化应是按活性氧(ROS)→超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)等酶的活性→次生代谢顺序进行,其中ROS是调节代谢的源头,为生态因子与植物体生理变化之间的媒介物质。生态环境影响药材质量必然通过某些物质为基础的生理过程才能实现,因此提出了道地药材质量形成ROS机制的假说:生态胁迫通过ROS的作用导致植物次生代谢发生改变,ROS是道地药材质量形成的本质因素之一。该假说丰富了道地药材形成的理论基础,为中药资源生态学提供一个新的研究领域。同时也探讨了其在提高药材质量中的应用和方法,通过外施NO或一定量ROS打破代谢网络平衡系统,以及外施乙烯、茉莉酸等ROS诱导物避开代谢网络的调节等措施,可提高药材质量,在某种程度上克服了某些生态因子提高药材质量的同时而导致产量降低的副作用。     

系统生物学方法在药用植物次生代谢产物研究中的应用

次生代谢产物是植物在其生长发育和对环境的适应过程中形成的,通常是药用植物中的主要活性成分,药材品质的物质基础。但次生代谢产物的生源途径复杂,其产生和积累受到自身遗传和环境中各种生物和非生物因素的调控,影响了药用植物作为药材的品质控制及其活性成分的开发利用。系统生物学思维与方法是系统全面探索生物的有力工具,随着现代分子生物学技术及生物信息学的发展,系统整合基因组、转录组、蛋白组和代谢组等组学技术,将为药用植物次生代谢产物研究带来新的机遇。这种整体、系统的研究方法在药用植物次生代谢产物形成的生物合成途径、信号转导、生态环境及其代谢工程等研究中的应用,构建次生代谢物生物合成基因表达调控系统模型,对于系统阐释药用植物有效成分成因和道地药材形成机制、代谢工程产生药用植物活性成分、和药用植物资源合理开发利用等具有重要意义。     

基于植物逆境生理生态的栽培药材质量提升途径的探讨

药材的质量与环境密切相关,逆境条件下生产的药材的质量佳。中药材来源已由野生转为栽培,较佳的栽培环境也导致了药材质量大幅度下降,而目前缺少提高药材质量的有效方法。植物在逆境条件下必然产生大量的活性氧,逆境条件下药材质量的提升可能通过活性氧实现的。该文阐述了植物逆境-活性氧-次生代谢三者的关系：活性氧能够改变蛋白质（包括酶）的结构,调节酶的活性,从而影响次生代谢,以此提高植物的适应能力,因此活性氧是导致逆境改变次生代谢的本质原因。植物的细胞具有全能性,植物的药用部位能够独立完成次生代谢的全过程,因此通过鲜药加工环节调控次生代谢可显著提高药材的质量。外源活性氧可作为刺激药用部位的诱导因子,使新鲜药用部位产生与逆境条件下相近的生理状,从而可增强次生代谢,提高药材有效成分含量,并且药材各种成分的含量和比例也更接近野生药材。植物适应逆境的机制就是药材质量形成的机制,采用活性作为诱导物质可为优质药材生产提供新的途径。     

阴影深处：药用植物的表观遗传和表观基因组调控

现存植物中约有60%具有药用和健康促进价值。道地药材是在特定的地理区域生产的,有明确的生态环境和栽培方法。道地药材的临床疗效优于其它地区种植的同种药用植物。植物的特殊药用特性是由其基因组决定的,而适当的生态条件对道地药的形成有重要影响,这至少部分地通过表观遗传学介导。通过表观遗传学/表观基因组学,研究者揭示了环境对基因表达的复杂影响,这些基因控制着药用植物的生长、发育、应激反应和药用植物代谢产物,将其它“组学层”置于有意义的生物学情境中。道地药特有的表型与药用植物的生长发育和胁迫反应密切相关。除了众所周知的遗传控制外,表观遗传机制在种群水平上起着重要作用,在道地药的形成过程中起着至关重要的作用。本文全面综述了药用植物及其相关微生物的表观遗传调控,以及DNA甲基化、小非编码RNA、转座因子和组蛋白修饰在植物和相关微生物基因表达调控中的作用。表观遗传和表观基因组机制应在研究道地药特定的表型和本土化中突出。揭示表观遗传学与道地药的相关性,有助于药用植物及其相关微生物的质量评价、鉴定和可持续利用。     

探讨道地药材研究的模式生物及模型

道地药材的物质属性是道地药材科学内涵的根本.生物学角度认为道地药材的表型包括药材性状、组织结构、有效成分的组成和含量及其疗效等,其取决于道地药材原植物的基因型及其所处的环境,即"表型=基因型+环境饰变".为这一假说能得到科学的诠释,作者探讨了以丹参Salvia miltiorrhiza 为材料建立可控的研究模型以及树立丹参为模式植物的思路与方法来研究道地药材生物学成因的可行性.     

展望分子谱系地理学在道地药材研究中的应用

作者在介绍分子谱系地理学的概念、研究方法和研究现状的基础上,探讨了分子谱系地理学推断的3种植物遗传分化模式--异域片断化、受距离影响的有限基因流和分布区快速扩展与道地性形成的相关性;阐述了基于分子谱系地理学研究的道地药材分子鉴定对以往分子鉴定局限的突破;阐明了分子谱系地理学在道地药材产地变迁历史研究中的应用;论述了分子谱系地理学在解决道地药材栽培中种质退化问题等方面的作用.这些方面的应用展现了分子谱系地理学在道地药材研究中的应用前景,为道地药材的研究提供了新的理论和方法.     

道地药材形成的分子机制及其遗传基础

作者综述了当前道地药材分子机制研究的主要领域和成就，包括道地药材遗传多样性研究及分子鉴别，道地药材遗传分化及进化遗传学研究，道地药材地理变异及环境适应性研究，道地药材种质资源评价及品种选育，道地药材功能基因表达及调控研究，道地药材转基因及生物安全性评价。认为道地药材的分子机制的研究，就是要在分子水平揭示道地药材居群水平的遗传变异，明确道地药材基因型特征，以及环境对道地药材基因表达的影响，从而揭示遗传因素对道地药材形成的贡献率。指出道地性的遗传本质在居群水平通常是个量变的过程，它与种内其他非道地药材区别主要表现为居群内基因型频率的改变；在个体水平表现为微效多基因控制的数量遗传，或是微效多基因和主基因联合控制的数量性状。提出道地药材分子机制研究中应高度重视遗传学及生态学上的尺度效应，充分利用数量遗传学的理论和方法，重点开展基因与环境的交互作用。     

特定历史时期山西道地药材消亡的原因——以唐代河东道土贡药材为例

通过对唐代历史文献所载河东道土贡药材进行分析,发掘历史时期山西道地药材的种类。并以土贡药材为例,探讨其消亡的原因,认为自然环境的变化、人为破坏性的采掘、军事制度的侵扰、政治环境的不稳定等因素严重影响了河东道道地药材的发展。     

药材道地性的物质基础本质:组分结构的独特性

道地药材是久经中医临床验证的中华民族的瑰宝,在中医药临床的防病治病中扮演着不可或缺的角色.道地药材具有质量佳、疗效好等优点,其根本原因是内在化学成分/组分的外在表现.经过近些年的研究,道地药材化学特征的研究与创新取得了一些可喜的成果,但依然有许多问题困惑着研究者.越来越多的研究显示,道地药材发挥上佳药效的物质基础不是其含有独特的某一化学成分,而是含有独特的化学成分/组分构成的稳定有序的结构特征.“组分结构理论”认为道地药材的物质基础是由各组分构成,各组分之间具有稳定的配伍配比关系;组分内由各活性成分之间也具有稳定的配伍配比;而单独的活性成分,本身也具有独特的三维结构.该文基于“组分结构理论”,从“三个层次多维结构”深入的阐述道地药材化学组成的独特性,为道地药材物质基础本质的研究提供新的新思路和方法.     

近红外光谱技术及其在中药道地性研究中的应用

作者在介绍了近红外光谱化学原理、光学原理、信息学原理及化学计量学分析的基础上,分析了近红外光谱分析的特点及道地性研究和道地药材鉴别的难点,进而指出近红外光谱的全息性特征,使其在道地性研究中具有极大优势.重点以道地药材的近红外鉴别和道地性研究为目标,借鉴农牧业、食品、烟酒等其他行业的研究成果,分析并阐明了近红外光谱在道地药材鉴别和评价,道地药材生境研究及评价,道地药材遗传特异性研究方面应用的现实性.并讨论了模型的可靠性、适用性和可推广性几个近红外光谱在道地药材研究应用中的关键问题,为道地性现代诠释及道地药材鉴别提出了新思路和新方法.     

茅苍术道地药材的挥发油组成特征分析

目的 :在个体和总体两个水平上研究南苍术挥发油成分所蕴涵的多样性和特征 ,进而揭示茅苍术道地性的化学本质。方法 :分单株采集 7个居群的 47株南苍术根茎 ,用GC-MS分离鉴定挥发油中的 6个主要成分 ,使用SPSS分析软件进行主成分分析和聚类分析。结果 :聚类分析显示茅苍术挥发油主要组分的含量明显不同于非道地南苍术。其他分析表明 ,与非道地南苍术挥发油相比 ,茅苍术总挥发油含量显著低 (P<0.01) ,其归一化百分含量大于 1%的组分数目显著高 (P<0.01) ,苍术酮加苍术素的含量极其显著高 ,而茅术醇加 β-桉叶醇的含量极其显著低 (P<0.001)。主成分分析表明苍术酮在体现茅苍术道地性特征时具有非常特殊的作用。结论 :茅苍术道地性在挥发油中的表现主要是苍术酮、茅术醇、β-桉叶醇及苍术素呈现出的一种特定配比关系 ,即 (0.70～2.00)∶(0.04～0.35 )∶(0.09～0.40)∶1。