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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。

标签：道地药材；逆境效应；热河黄芩

道地药材物质基础的表现形式（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”。早在2004年，黄璐琦等就道地药材表型特征基因型特征

及环境饰变3个方面提出了道地药材形成的模式假说，即道地药材的化学组成有

其独特的自适应特征；道地药材的道地性越明显，其基因特化越明显“逆境效应”

能促进道地药材的形成。然而这3个假说之间并不是独立的，而是相互联系的，

即“逆境效应”是外因“基因特化”是内因“化学组成自适应”是表现。但目前尚鲜有

报道将环境、遗传、成分相联系，通过多学科系统研究，揭示道地药材这一复杂

系统形成的内在生物学本质。

为更有效率的解决道地药材研究中的问题，首先需要剖析道地药材这一复杂

系统的核心，在此基础上根据相关的假说设计研究模型，并通过进行受控实验、

运用系统生物学的思路和方法进行研究。黄璐琦等探讨了以丹参为材料建立可控

的模型进行道地药材生物学成因研究的可行性。在此基础上，本文以热河黄芩为

研究对象，介绍了黄芩道地性形成“逆境效应”的实验验证思路和进展，以期为道

地药材品质形成机制研究提供借鉴。

1道地药材形成“逆境效应”假说的核心思想

“逆境效应”是环境对道地药材形成影响的一种表现，即道地药材是长期适应

逆境的产物，道地性可能是在经历了无数次环境胁迫中获得。

中药材的药效成分通常都是次生代谢产生的小分子化合物，不少研究证实了

逆境会促进这类植物次生代谢产物的增加。环境饰变可以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。经过长期对环境的适应，药用

植物已经选择了较为适宜的自然环境，当自然环境的突然改变或在环境胁迫条件

下，植物通过物理手段与其他植物竞争有限资源的能力大为降低，此时植物次生

代谢产物的积累和释放将提高植物自身的竞争能力。

当植物体应对外界环境变化时也会产生某些信号分子，并引起植物形态或生

理上的变化，调控植物的生长和次生代谢物的变化。从整体上看，这个过程在分

子水平上实际上是基因组中所有基因和调控元件，在包括复制、转录、转录后加

工、翻译和翻译后加工等多个层次上，并在不同时间和空间进行表达、相互作用

的结果，深入了解药材生长发育的内在机制以及内外环境对基因表达的影响，将

有利于阐明道地药材品质形成的分子机制。

2“逆境效应”假说实验验证的前提条件

2.1道地药材产区明确道地性显著传统认为河北承德所出产的黄芩质量最

优，被世人称为“热河黄芩”。通过对黄芩产区的历史变迁进行了本草考证，按照

时间顺序得出主流本草记载黄芩的产地主要有：湖北、山东、江苏、陕西、甘肃

河南、山西、河北。而现在文献记载黄芩的产地除了上述省份以外，还包括内蒙

古、辽宁、吉林、黑龙江。然而，不同产地黄芩中的活性成分含量存在明显差异，

其含量的变化是药材自身适应环境变化的需要。阐释道地黄芩品质形成环境机制

及其调控将为中药材的生产、采收、加工等关键技术研究与标准化提供重要的理

论依据。

2.2药材的活性成分及其生物合成途径的明确黄芩作为常用中药，国内外学

者对其化学成分研究作了大量的工作，至今已从黄芩及其近缘种中分离出了多种

类型的化学成分，其中主要是黄酮类化合物，其他成分还有萜类、甾醇、氨基酸、

生物碱和微量元素等、但种类最多、生物活性最显著的是黄酮类化合物、其次是

二萜类化合物。目前已建立了黄芩悬浮细胞培养体系，且在黄芩愈伤组织中也发

现其含有黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素、汉黄芩素、黄芩新素Ⅰ、黄芩新素Ⅱ、白

杨黄素等8种黄酮类成分。

开展黄芩活性成