王慶，楊云成，李丹丹,，肖逸飛，陳松樹，杜忠友，楊濤，王華磊,※

（1.貴州貴陽國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)管理委員會，貴州 貴陽 550018；2.貴州大學農(nóng)學院，貴州 貴陽 550025；3.貴州省藥用植物繁育與種植重點實驗室，貴州 貴陽 550025）

中藥材的品質由內(nèi)在品質和外觀品質組成，內(nèi)在品質主要強調(diào)有效成分組分、含量及農(nóng)殘等有害物質，外觀品質則強調(diào)外在形狀、色澤和質地等[1,2]，中藥材生長發(fā)育和品質的形成都受到植物生長環(huán)境的影響[3,4]。中藥相對西藥具有安全性好、副反應少的優(yōu)勢，然而中藥的臨床效果卻令人擔憂，這不乏與中藥材品質有關。當前提高中藥材品質的途徑主要有3種，一是選育優(yōu)質、高產(chǎn)和抗性強的優(yōu)良品種；二是給特定中藥材制定優(yōu)良的栽培技術措施；三是選擇滿足中藥材生長的適宜生態(tài)因子的區(qū)域。

生態(tài)因子作為影響中藥材品質的一個重要因素，同時也作為道地藥材形成的源頭，一直都是中藥材品質研究的熱點。中藥材常講究道地性[5]，從中也能理解特定地域生態(tài)因子與中藥材品質的重大關系，生態(tài)因子是中藥品質形成的外因，其通過影響特定次級代謝產(chǎn)物形成基因表達調(diào)控，從而影響次級代謝產(chǎn)物積累。生態(tài)因子包括很多方面，如海拔、光照、溫度、水分和土壤等，諸多生態(tài)因子都會對中藥材的品質產(chǎn)生影響。本文重點從近年來有關海拔、光照、溫度、水分和土壤等生態(tài)因子對中藥材品質的相關研究進行綜述，以期為科學合理保護中藥材資源及藥材的種質創(chuàng)新提供科學依據(jù)，同時也為進一步提高中藥材品質提供一定參考。

1 海拔對中藥材品質的影響

海拔是藥用植物生長環(huán)境中的重要生態(tài)因子之一，海拔的變化同時也意味著藥用植物生長環(huán)境中的溫度、光照、土壤條件和空氣等其他生態(tài)因子的改變[6]。隨著海拔的升高，溫度下降，同時也相當于緯度向北移動，氣候發(fā)生變化，影響藥用植物分布，黃璐琦等[7]研究表明，同一地域，海拔對藥用植物的影響遠大于其他農(nóng)化性質。由此有學者形象地的把海拔梯度喻為研究植物生理生態(tài)與環(huán)境生態(tài)關系的“天然試驗場”[8]。

近年來，關于海拔對中藥材品質影響的研究報道不斷增加。曾勇等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在海拔1 400～1 800 m內(nèi)，紅天麻和綠天麻在1 800 m處的產(chǎn)量最高且品質最優(yōu)。紀瑛等[10]結合播種時期研究不同海拔對直播當歸產(chǎn)量和品質的研究顯示，當歸直播適宜在8月下旬秋季直播，適宜海拔范圍為1 500～2 000 m。楊海燕等[11]開展了海拔高度對豬苓產(chǎn)量和質量影響的研究，結果顯示不同海拔條件下豬苓增產(chǎn)率在26.00%～59.52%之間，豬苓多糖含量在1.62%～2.30%之間，麥角甾醇含量在0.07%～0.13%之間，同時在1 200～1 250 m海拔范圍內(nèi)，陰坡坡向更適合栽培豬苓。寬葉纈草作為貴州省中藥民族藥材，周鎂等[12]通過分析黔產(chǎn)寬葉纈草生長區(qū)域海拔高度及其根中總黃酮的含量，探討海拔高度對寬葉纈草根總黃酮含量的影響規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，海拔高度對黔產(chǎn)寬葉纈草根中總黃酮含量無顯著性影響，因此在進行人工栽培寬葉纈草時不一定局限于高海拔區(qū)域。鉤藤作為黔產(chǎn)道地中藥材，其主要藥效成分為生物堿類次生代謝產(chǎn)物，徐佳瑜[13]在開展鉤藤主要藥效成分積累的適宜條件研究時發(fā)現(xiàn)，鉤藤種植在海拔800～1 100 m時，其中積累的生物堿含量比種植在海拔1 100～1 300 m的含量高，該項研究表明在貴州地區(qū)海拔1 100 m以下的地區(qū)適合種植鉤藤。為進一步探究海拔如何影響中藥材品質，孟肖[14]以藥用植物丹參為研究材料進行不同海拔對其生長發(fā)育角度進行研究，結果發(fā)現(xiàn)丹參的可溶性糖和可溶性蛋白含量均隨海拔升高呈先升高而后降低的趨勢，此外，丹參中SOD活性、POD活性和MDA含量也受到不同程度的影響。綜合來看，不同海拔高度會影響藥用植物對環(huán)境的適應能力，進而影響中藥材關鍵代謝產(chǎn)物的含量。

2 光照對中藥材品質的影響

光照是植物光合作用的主要因子，光照時數(shù)、質量及強度是影響植物生長和次級代謝產(chǎn)物合成的關鍵因素。鐵皮石斛對生長環(huán)境要求比較特殊，為喜陰植物，林文亮[15]在開展栽培條件對鐵皮石斛品質影響研究中發(fā)現(xiàn)，鐵皮石斛宜采用遮陽網(wǎng)降低光照進行栽培，適宜遮陽率為70%。唐麗等[16]對鐵皮石斛研究中發(fā)現(xiàn)2 400 Lx低光照有利于提高鐵皮石斛多糖含量。朱肖鋒等[17]以馬蹄金葉為研究對象，研究不同光照對其形態(tài)特征及總黃酮含量影響，結果發(fā)現(xiàn)76.19%的透光率有利于馬蹄金的生長并能提高馬蹄金葉中總黃酮的含量。Donald等[18]采用沙基培養(yǎng)法，研究光照強度對貫葉連翹葉片的影響，發(fā)現(xiàn)增加光照強度，其葉片發(fā)育進程加快，葉片中金絲桃素含量增加。馮世鑫等[19]采用不同光照強度研究光照強度對金果欖植株生長的影響時發(fā)現(xiàn)，過強或過弱的光均會影響植株生長，降低光合速率、塊根生物量及活性成分含量，同時研究發(fā)現(xiàn)金果欖植株生長的最佳自然光照強度為33.2%。此外，有研究表明調(diào)節(jié)光質可以改變中藥材次生代謝產(chǎn)物的積累，王立華[20]開展不同光質對開傘期靈芝子實體三萜和多糖等含量的影響研究中發(fā)現(xiàn)，綠光處理靈芝子實體中黃酮含量顯著高于其他處理，藍光處理子實體中三萜和多糖含量顯著高于其他處理，黑暗條件下孢子粉多糖含量顯著高于其他處理。徐哲等[21]研究光照脅迫對滇黃精多糖代謝酶活性的影響時發(fā)現(xiàn)，光照能影響蔗糖代謝酶的活性，隨著光照強度的增加，蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶與尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性升高，蔗糖中性轉化酶和蔗糖酸性轉化酶活性降低，適度的光照強度才有利于滇黃精根莖多糖的積累。

3 溫度對中藥材品質的影響

溫度密切影響著中藥材品質，過度高溫或低溫均會影響礦物質的吸收和養(yǎng)分的運轉，進而抑制藥用植物的代謝過程，中藥材有效成分積累受阻。研究表明適宜的溫度有利于糖、淀粉等物質的合成，適當?shù)母邷赜欣谏飰A、蛋白質等物質的合成，適當?shù)牡蜏貏t會促進不飽和脂肪酸的合成[22]。王宗權等[23]研究發(fā)現(xiàn)黃芪中次生代謝物黃芪甲苷的含量主要受到溫度的影響。王帥[24]利用黃芩愈傷組織驗證其次生代謝產(chǎn)物黃芩苷對溫度變化的響應，結果發(fā)現(xiàn)溫度變化對黃芩愈傷組織中黃芩苷含量產(chǎn)生顯著影響，當培養(yǎng)溫度低于20℃時，黃芩苷的合成就會受到抑制，抑制效果隨溫度降低更加明顯，進一步研究發(fā)現(xiàn)溫度變化主要是對黃芩苷生物合成途徑中PAL、C4H、4CL、CHS和CHI等關鍵酶基因產(chǎn)生了顯著影響。梁娟等[25]利用人工氣候箱通過設置不同溫度，研究重樓光合特性和總皂苷含量受溫度影響時發(fā)現(xiàn)，在適溫條件下（18～24℃）重樓葉綠素含量、最大光合速率、光飽和點和表觀量子效率最高，同時其根莖體內(nèi)總皂苷含量最大，達到了4.33%，表明適宜溫度條件有利于重樓植株生長和有效成分積累。

4 水分對中藥材品質的影響

水是植物生存的重要資源，也是植物重要的組成部分。不同水分狀況不僅影響植物生理生化過程，更會影響植物次生代謝過程，進一步影響有效活性成分的積累。不同藥用植物都有著不同的水分需求，同時每個生長時期需求量也會有明顯差異。馬陽等[26]開展太子參指標成分與不同生態(tài)因子的相關性研究發(fā)現(xiàn)，年降水量是影響太子參指標成分含量的主導因素。唐麗等[16]在研究空氣濕度對鐵皮石斛生長發(fā)育及藥效成分含量的影響中發(fā)現(xiàn)，空氣濕度主要影響鐵皮石斛莖粗、分蘗數(shù)、ETRmax、Fv/Fm、生物堿和黃酮含量，其中中等水平濕度（晝/夜?jié)穸?0%～65%）有利于莖粗、分蘗數(shù)和葉綠素熒光參數(shù)增加，而低濕度（晝/夜?jié)穸?0%～55%）則有利于生物堿和黃酮的積累。趙宏光等[27]分析不同土壤水分含量對三七有效成分積累時發(fā)現(xiàn)，隨著土壤水分含量的升高，三七皂苷Rl和人參皂苷Rgl含量沒有明顯的變化趨勢，人參皂苷Rbl和人參皂苷Rd含量呈現(xiàn)出遞減的趨勢，土壤水分含量為田間最大持水量的56.4%時4種皂苷總含量最高。逆境可以促進中藥材活性組分的積累[28]，通常開展藥用植物次生代謝產(chǎn)物研究時會干旱處理，適當給予藥用植物短時間的干旱脅迫，可促進次生代謝成分的含量增加，有利于提升中藥材的品質。劉大會等[29]研究發(fā)現(xiàn)輕度干旱可顯著提高丹參地上及地下的生物量，促進根部二氫丹參酮I、隱丹參酮、丹參酮I和丹參酮IIA 4種丹參酮組分以及丹酚酸B的合成與積累。

5 土壤對中藥材品質的影響

5.1 土壤質地對中藥材品質的影響

不同質地的土壤因理化性差異，具有不同的保水保肥能力和通透性。通常認為壤土摒棄了砂土和黏土的弊端，屬較為理想的土壤類型，但不同藥用植物對土壤質地的要求存在差異，例如玄參適宜石灰?guī)r類重壤[30]，金銀花栽培于中性或稍偏堿性的砂質壤土中質量最佳[31]，可見土壤類型對中藥材品質是有一定影響的。姚元枝等[32]研究發(fā)現(xiàn)，不同土壤栽培天門冬后，土壤中的金屬元素和土壤酶活性不同，黑色砂質土中的金屬元素利用率和土壤酶活性較高，栽培于黑色砂質土的天門冬中皂苷和可溶性糖、K+和Zn2+含量及塊根質量（鮮重）均高于其他3種土壤中栽培的天門冬，結果表明黑色砂質土是適宜天門冬人工栽培的土壤，且栽培時需多施K肥，這有利于提高天門冬的產(chǎn)量和品質。閆文蓉等[33]研究發(fā)現(xiàn)土壤中細粉粒比例及全氮含量的提高有利于丹參脂溶性成分的積累，而土壤黏粒比例的增加不利于水溶性成分的積累。鄒俊等[34]通過對活血丹的生長、生理及活性成分測定探究土壤容重對其生長與品質影響研究中發(fā)現(xiàn)，土壤容重對活血丹生長和品質有顯著的影響，1.0 g/cm容重土壤有利于活血丹的生長和品質形成。綜合來看，不同藥用植物根據(jù)其生理需求對土壤質地有所偏好，因此在藥用植物栽培中應選擇適宜的土壤類型。

5.2 土壤酸堿度對中藥材品質的影響

土壤酸堿度能綜合反映土壤各化學性質。土壤中微生物活動、有機質合成分解、營養(yǎng)元素轉化與釋放、養(yǎng)分保持能力等都與土壤酸堿度有關。藥用植物在栽培過程中，土壤酸堿度通過影響土壤物理、化學及生物學特性來影響植物對土壤養(yǎng)分的吸收，進一步影響中藥材品質。羅敏等[35]開展皺皮木瓜質量與土壤理化性質的相關性研究發(fā)現(xiàn)，皺皮木瓜中熊果酸和齊墩果酸含量均與土壤pH呈極顯著負相關。鄒俊等[36]通過盆栽試驗研究不同土壤酸堿度活血丹品質差異，結果發(fā)現(xiàn)活血丹總黃酮、齊墩果酸和熊果酸含量變化趨勢與生長指標一致，峰值出現(xiàn)在pH為6.5時，分別為15.73 mg/g、0.71 mg/g和2.87 mg/g；綠原酸和咖啡酸含量在pH在6.5～8.5之間無顯著差異，整體高于其他pH處理；迷迭香酸含量在pH為7.5時最高，為2.26 mg/g，表明土壤pH對活血丹生長、生理特性及其品質影響顯著，中性或微酸性土壤利于活血丹的生長及其品質形成。謝彩俠等[37]在研究土壤酸堿度和質地對盾葉薯蕷的薯蕷皂苷元含量的影響時發(fā)現(xiàn)，質地對盾葉薯蕷中薯蕷皂苷元含量差異不明顯，但生長在酸性、中性和微堿性土壤中的盾葉薯蕷的薯蕷皂苷元含量較高，堿性越強，薯蕷皂苷元含量越低?？梢?，過酸過堿都不利于盾葉薯蕷的正常發(fā)育和有效成分的積累，因此，保證適度的酸堿范圍利于盾葉薯蕷的品質。

5.3 營養(yǎng)元素對中藥材品質的影響

營養(yǎng)元素包括必須元素和微量元素，其主要來源于土壤中的礦物質、有機質的分解和外界施肥。藥用植物生長發(fā)育過程中離不開營養(yǎng)元素，營養(yǎng)元素的多少以及營養(yǎng)元素間是否平衡都影響著藥用植物的生長發(fā)育，最終影響中藥材的品質。在大量元素研究方面，曾慧杰等[38]在探討氮、磷、鉀肥對金銀花產(chǎn)量和質量的影響時發(fā)現(xiàn)，不同施肥處理中，磷肥與綠原酸含量表現(xiàn)為正相關，且影響顯著，磷肥和鉀肥的協(xié)同作用與金銀花中木犀草苷含量呈正相關。宋希梅等[39]在三七研究中發(fā)現(xiàn)氮肥能顯著提高三七單位面積總皂苷產(chǎn)量，而磷、鉀肥影響不明顯；針對2年生和3年生三七，適當控制施氮量和施鉀量，增加施磷量，有利于提高單位面積三七總皂苷產(chǎn)量。鄧秋林等[40]在川麥冬研究中發(fā)現(xiàn)，氮磷鉀肥與有機肥合理配施可提高川麥冬中皂苷類和黃酮類成分的含量，尤其是麥冬甲基黃烷酮A和麥冬甲基黃烷酮B的含量。在微量元素研究方面，已有研究表明微量元素是藥用植物藥效成分的構成因子，同時影響藥用植物化學成分的形成和積累[41]。羅意等[42]利用不同配比微量元素對附子產(chǎn)量和質量的影響研究中發(fā)現(xiàn)，適宜配比的鐵、鋅、硼、錳肥能顯著促進附子營養(yǎng)器官的生長，增加附子產(chǎn)量和總生物堿含量。孟杰等[43]考察不同濃度的鋅、硼、鉬肥配施對北柴胡產(chǎn)量及柴胡皂苷a和柴胡皂苷d含量的影響時發(fā)現(xiàn)，一定范圍內(nèi)單施鋅、鉬肥均能夠增加北柴胡根部的產(chǎn)量，適宜配比的鋅、硼、鉬配施能夠提高北柴胡的根部產(chǎn)量，并能夠促進柴胡皂苷a和柴胡皂苷d的積累。此外，土壤營養(yǎng)元素也會影響藥用植物中礦質營養(yǎng)元素含量特征和有效成分。劉引等[44]研究不同產(chǎn)地菊花中礦質元素含量特征及其與土壤養(yǎng)分和有效成分的相關性時發(fā)現(xiàn)，菊花中Cu、Zn、Cr元素含量和有效成分呈正相關，菊花中Fe、Mn、Ni含量與土壤中AvP、AvK、TK、AvMn、AvCu含量和有效成分呈負相關。

5.4 微生物對中藥材品質的影響

土壤微生物在土壤物質和能量循環(huán)轉化過程中起著重要的作用，影響著藥用植物對土壤養(yǎng)分的利用。譚勇等[45]在三七種植前后土壤細菌群落結構與多樣性分析中發(fā)現(xiàn)，三七植株的種植對土壤細菌群落組成在門的分類水平上具有顯著的影響，三七種植前后變形菌門、藍藻門和放線菌門為調(diào)查土壤中的的優(yōu)勢細菌門。三七種植使紅游動菌屬明顯減少而假單胞菌屬明顯增加。有研究表明微生物的分解和轉化對藥用植物生長及中藥材的品質有重要作用，段佳麗等[46]采用大田試驗研究放線菌劑對丹參生長及有效成分研究中發(fā)現(xiàn)，放線菌劑蘸根處理丹參單株根鮮質量和干質量分別較對照提高了10.1%和8.2%，丹參酮ⅡA、丹酚酸B、丹參素含量和產(chǎn)量分別較對照增加了19.4%，20.8%，27.1%和28.5%，同時研究發(fā)現(xiàn)放線菌劑接種對丹參根結線蟲侵染有一定抑制作用，可使大田根結線蟲侵染率降低50%。盧明忠等[47]采用不同菌肥處理重茬太子參研究中發(fā)現(xiàn)，重茬太子參外觀與頭茬相似，屬于短粗類型，菌肥處理后太子參外觀較細長，太子參多糖含量頭茬＞菌肥1號＞菌肥2號＞重茬；太子參產(chǎn)量頭茬＞菌肥2號＞菌肥1號＞重茬，菌肥處理可提高重茬太子參產(chǎn)量和品質。此外，菌肥、有機肥和無機肥配施也能顯著提高中藥材品質，古今等[48]以燈盞花為研究對象，研究有機肥、無機肥和微生物肥配施條件下燈盞花生物量和有效成分含量的變化時發(fā)現(xiàn)，有機肥對于燈盞花的初生代謝和次生代謝有重要作用，而菌肥的添加對有機肥的肥效起放大作用，通過微生物的活動促進了礦質養(yǎng)分的活化，增強了植物對養(yǎng)分的利用率。此外，研究表明根際微生物和藥用植物根系之間的相互作用對于植物的生長和品質形成也至關重要[49]。如Zhai等[50]研究發(fā)現(xiàn)木霉菌可通過上調(diào)黃花蒿中青蒿素生物合成關鍵酶的表達促進青蒿素的合成，Zhang等[51]研究發(fā)現(xiàn)菌根真菌能夠通過上調(diào)類黃酮生物合成基因的表達增加金線蓮中類黃酮的含量。

5.5 重金屬對中藥材品質的影響

中藥材本來用途是治病救人，但中藥材中重金屬超標會嚴重損傷人體的新陳代謝作用及正常的生理機能。如汞會影響人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)；鉛會對人體神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、造血系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)等產(chǎn)生毒害作用；鎘對人有致畸、致癌和致突變作用等。隨著中藥材的廣泛使用，中藥材重金屬污染問題也受到了高度重視，國際上包括美國、德國、韓國和日本在內(nèi)的多個國家及地區(qū)均已制定了中藥材重金屬相關標準，我國在2001年和2005年頒布了《藥用植物及制劑進出口綠色行業(yè)標準》和《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標準》，對中藥材重金屬含量進行了明確規(guī)定，主要集中在Pb、Cd、As、Cu及Hg等重金屬，一些學者也在集中開展中藥材中這類型重金屬質量指標的測定工作[52]。中藥材對重金屬的富集涉及中藥材本身對重金屬的富集能力和土壤中重金屬的含量。重金屬在自然界中分布廣泛，土壤中重金屬含量超標會引起中藥材重金屬污染，造成中藥材品質下降。張德林等[53]基于土壤Cd污染對川芎產(chǎn)量和品質的研究表明，不同土壤鎘污染程度及pH對川芎物質積累、次生代謝產(chǎn)物、鎘吸收富集規(guī)律影響不同，低濃度鎘對川芎物質積累和次生代謝產(chǎn)物積累具有hormesis效應。武征等[54]研究重金屬脅迫對夏枯草主要生理特性和內(nèi)在品質的影響時發(fā)現(xiàn)，隨著Zn、Pb、Cu和Cd處理濃度增大，葉片凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度都呈下降趨勢；根、莖、葉和果穗的相應重金屬含量總體呈上升趨勢，果穗熊果酸含量總體上都有所升高，并在低濃度脅迫時熊果酸含量增加較快，后隨處理濃度的進一步增大，熊果酸含量上升趨勢減緩，研究初步確定在栽培夏枯草時，土壤重金屬Zn、Pb、Cu和Cd臨界值分別是375 mg/kg、400 mg/kg、100 mg/kg和1.0 mg/kg?？梢娡寥乐兄亟饘俸砍^臨界值后，會影響中藥材品質。

6 總結與展望

中藥材自藥用植物種植開始，就受到諸多生態(tài)因子的影響，這些生態(tài)因子均影響中藥材次生代謝產(chǎn)物合成與積累以及中藥材品質。不同生態(tài)因子對中藥材品質的影響并不是孤立的，而是綜合性的。當前，關于生態(tài)因子對中藥材品質影響研究仍主要集中在單一生態(tài)因子對其影響，考察指標也主要從中藥材中所含成分方面進行研究。中藥藥性是中藥材秉承了生態(tài)環(huán)境中各要素變化形成的，是各種生態(tài)環(huán)境因子綜合作用的結果，開展中藥材品質研究應加強生態(tài)因子對藥用植物次生代謝物積累影響的多因素、定量化和綜合分析研究，同時加強多種生態(tài)因子對藥用植物代謝過程中關鍵基因、關鍵酶和關鍵調(diào)控過程影響的研究，系統(tǒng)闡釋藥用植物有效成分成因和中藥材品質形成機制，對進一步科學選擇藥用植物適宜生產(chǎn)區(qū)域、增強藥效、全面提升中藥材品質都具有重要意義。