2021-4-9 | 环境生态论文
作者：曾燕 郭兰萍 杨光 陈保冬 王继永 黄璐琦 单位：北京师范大学资源学院 中国中医科学院中药研究所 中国科学院生态环境研究中心 中国药材公司
皂苷(saponins)是许多药用植物中大量存在的一种次生代谢产物，在很多药用植物体内作为结构性成分出现，是中药材重要的药效成分。然而，药用植物体内的皂苷是动态变化的，很多环境因子如气候、光照、温度、湿度和土壤肥力、栽培方式等都能影响植物皂苷含量和组成。研究表明，外部环境的突发改变，如光照温度的变化等会诱发皂苷的合成。在生产上，如何利用环境因子的改变增加药用植物皂苷含量，从而获得高皂苷含量的优质中药材，是中药现代农业的重要研究方向。本文介绍了各种环境因子对皂苷含量的影响，以期为采取相应的农艺措施提高药材中皂苷含量，生产出优质药材提供指导［1-3］。
1产地的影响
同种药用植物有不同的分布区或产区，无论外观形状还是药材质量都有差异，自古以来人们很重视药材的产地来源，是否为道地产区来源的药材是药材优劣的一个评价指标。同样，来源于不同产区的同种中药材，其含有的特定的药效成分皂苷含量就可能不同，包括皂苷总含量和皂苷组成。三七Panaxnotoginseng(Burk．)F．H．Chen是一种中国独有的重要中药材，栽培历史超过600年，目前都是栽培品种。以前云南和广西是三七的主要分布区，现在主要在云南栽培。传统上认为云南文山是三七的道地产区，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素［4］。对云南和广西三七进行皂苷含量的比较分析，发现云南三七皂苷含量比广西高［5］。张之申等［6］对云南、广西、贵州等产地的三七进行了药材的商品性状评价，认为云南三七质量明显比广西和贵州产三七要好，造成这种差异的原因可能是不同产区土壤中常量及微量元素不同。崔秀明等［7］发现，不同产区的土壤背景和三七皂苷含量具有相关性，土壤类型不同，三七皂苷含量有明显差异，皂苷含量最高的火山岩红壤，可能是与该类土壤中含大量的沸石有关。碳酸盐岩黄红壤皂苷含量较低，文山州三七分布最广的泥质岩黄红壤三七总皂苷居中，平均总皂苷含量达7.46%。从而认为，选择适宜的土壤类型栽培三七是提高三七内在质量的有效措施。同时人参属的其他几个重要的药用植物如人参和西洋参也有类似的情况。如不同地区所产西洋参在各个皂苷成分的相对比值存在一定的差异，这种差异是因为产区存在的不同环境背景造成的，对比美国马里兰地区2个不同区域的野生和栽培西洋参，发现其中5个皂苷成分的相对比例相差很大，甚至可以形成不同的化学型［8］。也有研究表明韩国产人参质量优于其他国家人参，从而认为产地的不同导致的质量差异［9］。
三岛柴胡(saikosaponin)在日本也做中药柴胡用。日本的霜川等发现，从不同产地引种来的栽培1年生的三岛柴胡，皂苷含量不同。日本的山口、静岗所产的皂苷含量高，香川所产的含量低［10］。可能由于静岗所产三岛柴胡植物叶面大，光合能力强的原因［11］，这些植株特性的差异应该和不同区域的环境气候很有很大关系。盾叶薯蓣DioscoreazingiberensisC．H．Wright是我国特有种和重要的医药原料。朱延钧等(1998)对湖北武当山地区分布在不同海拔高度的药用植物盾叶薯蓣中的薯蓣皂苷配基进行了相关性分析，发现150～450m层次内的平均含量为2.9%，451～750m层次的平均含量为3.54%，750m以上的平均含量为3.20%。3个海拔层次中，其海拔451～750m层次内生长的盾叶薯蓣皂苷配基含量最高。因此，在野生状态下，不同海拔高度与盾叶薯蓣根茎中的皂苷配基含量有一定相关性［12］。李钧敏等调查发现，一年生盾叶薯蓣的枝、茎、根等器官中的皂苷含量随海拔高度的升高，含量有下降的趋势，其中根部总皂苷含量与海拔高度之间存在及显著负相关，同时坡向的不同，居群的不同，其某些器官中的总皂苷含量也可以达到显著差异。同时调查了土壤因子对夏腊梅总皂苷的影响，发现土壤中P含量对夏腊梅叶片总皂苷含量起负相关作用，土壤N、有机质、土壤pH均起正相关作用［13］。
绞股蓝FiveleafgynostemmaHerb是菊科植物多年生药用植物。张涛等对我国10个省区的绞股蓝中的皂苷含量进行了比较分析，发现绞股蓝根部皂苷含量变化范围为0.68%～7.75%，茎部皂苷含量变化范围为1.02%～4.65%，叶部中皂苷含量变化范围为2.03%～6.86%，认为地区差异导致的环境因子多样性是皂苷含量差异的主要原因［14］。药用植物对生境条件的应答导致的植物器官中皂苷含的升高或减少，这一现象的调节机制尚不清楚。假马齿苋BacopamonnieriPenn．是印度的一种传统草药，具有安神、强心、利尿的作用，地上部分含量有大量的皂苷。研究者对24个假马齿苋进行基因多样性分析，样品采集于印度的不同地区，其中只有一种来源于较远的马来西亚。不同气候地区的样品，其外部形态差异很大，包括生长率、叶的大小、花色，其地上部的三萜皂苷也随之而变化。然而，随机扩增DNA多态性分析表明，这些不同表型和化学型的植物基因有超过80%的相似性，表明这些样品低水平的生物多样性，这主要是因为植物繁殖的营养模式和生境环境的相似性的交互作用造成的，因为所有这些植物都生长在近水域的地方［15］。与此相反，应用随机扩增DNA多态性分析(AFLP)对来自于云南省同一个栽培场地的17个随机3年生三七样品进行分析，发现其具有很高的遗传多样性。这些基因上的多样性导致了皂苷含量(包括皂苷风度和单个皂苷间的比例)的变化，这些皂苷包括人参皂苷、三七皂苷和绞股蓝皂苷(ginsenosides，notoginsenosidesandgypenosides)。对于这种具有悠久栽培历史的植物，了解其生物多样性是很有意义的。要实现这一目的，就要求对植物中的皂苷进行系统分析，把同一基因的品种种植在不同地理区域;或把不同基因品种栽培在同一地块上［16］。
2采收期的影响
中药材的采收时间和药材质量有密切的关系。因为药材在其生长发育的不同时期其药用部位所含有的有效成分各不相同。孙思邈《千金要方》云:“早则药势未成，晚则盛时已歇。”《千金翼方》也谓:“夫药采取，不知时节，不以阴干，虽有药名，终无药实，故不依七时采取，与朽木不殊，虚费人工，卒无裨益”。强调了药材采收期对于保证药材质量的重要性［17］。采收期包括对药材的不同生长阶段的采收时间及药材不同生长年限的采收时间。开展药材采收期的对比研究不仅仅是为了选取最好的药材原料，也是为合理的采收时间提供一个理论依据，从而采用一种可持续的方法去采收日益减少的药用资源。由于过度采挖，很多野生药用资源正处于濒危阶段，如远志PolygalatenuifoliaWilld．药材用量增大，其野生资源日益紧张。为了缓解这种局面，一些研究人员已经着手开展远志的栽培技术研究，同时分析远志各个植物器官中有效成分的含量，以便综合利用这种药用植物资源。在不同季节，研究人员对远志不同营养器官中的齐墩果酸型三萜皂苷含量进行了测定，发现这些化合物含量在生长季节里(4～10月)变化非常大，开花初期含量很高，初花期和初果期含量下降，在果实成熟期含量达到最高，此时根部含量可以达到干重的5.2%，叶和茎中可达到干重的1.3%。对于整个植株而言，当地上部分开始枯萎时，其皂苷成分含量达到了最低。因此，为了充分利用远志，应该在8月份收割全株［18］。类似的，也研究了柴胡BupleurumchinenseDC中柴胡皂苷含量变化。柴胡是多年生草本，主产于河北、河南、辽宁、湖北等省。柴胡是清虚热中药，用于感冒发热、寒热往来、疟疾、肝郁气滞、胸肋胀痛、脱肛、子宫脱落、月经不调等。研究人员对柴胡生长期中的柴胡皂苷含量进行测定，发现开花前期具有很高的皂苷含量，然后在花期皂苷含量急剧下降到最低含量(下降近一半)，然后在果实形成和果实成熟期持续上升，接着在枯萎又下降。所以，柴胡采收的最佳时间是果实成熟期的10月份的后20天，皂苷含量可高达总干重的2.5%［19］。