中藥何首烏全球生態(tài)適宜性分析

黃志海 徐 文 張 靖 黃 娟 白俊其 丘小惠

(廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，廣州，510006)

中藥何首烏全球生態(tài)適宜性分析

黃志海 徐 文 張 靖 黃 娟 白俊其 丘小惠

(廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，廣州，510006)

目的：何首烏Polygonummultiflorum野生資源緊缺，無法滿足市場需求，對何首烏進(jìn)行全球生態(tài)適宜性分析，為何首烏的人工栽培提供科學(xué)依據(jù)。方法：搜集何首烏道地產(chǎn)區(qū)、主產(chǎn)區(qū)及野生分布區(qū)的分布樣點(diǎn)，應(yīng)用藥用植物全球產(chǎn)地生態(tài)適宜性區(qū)劃信息系統(tǒng)(GMPGIS)系統(tǒng)對其進(jìn)行7個生態(tài)因子的聚類分析，得到何首烏全球范圍的生態(tài)適宜區(qū)和潛在人工栽培區(qū)。結(jié)果：何首烏在世界范圍的生態(tài)適宜區(qū)域總面積約為780.7萬平方千米，位于69個國家或地區(qū)，主要國家包括中國、美國、巴西、烏克蘭、法國等；何首烏在中國的主要適宜區(qū)為云南、四川、廣西、湖南、湖北、貴州等省區(qū)。不同產(chǎn)區(qū)何首烏品質(zhì)不同。結(jié)論：何首烏的全球生態(tài)適宜性區(qū)域范圍較廣，GMPGIS為何首烏的全球人工栽培提供科學(xué)依據(jù)。

何首烏；生態(tài)因子；GMPGIS；區(qū)劃

中藥何首烏為蓼科Polygonaceae蓼屬Polygonum多年生草本植物何首烏Polygonummultiflorum的干燥塊根，為大宗常用中藥，是廣東省立法保護(hù)的八大南藥品種之一，1990年版《中華人民共和國藥典》及其后各版均有收載。在臨床應(yīng)用上，何首烏分為生首烏和制首烏。生首烏味苦、澀、性平，具有潤腸、解毒、截瘧之功效；制首烏味苦、甘、澀，性溫，具有補(bǔ)肝腎、益精血、壯筋骨、烏須發(fā)之功效[1]。除了藥用價值外，何首烏還廣泛用于食品、保健、美容、化工等行業(yè)。何首烏的市場需求主要來源于野生資源。雖然何首烏在我國為一廣布種，野生資源豐富[2]，然而野生何首烏生長慢、產(chǎn)量低，過度采挖、種質(zhì)資源退化、生態(tài)環(huán)境破壞等原因造成何首烏資源緊缺。上世紀(jì)80年代，何首烏年產(chǎn)量約為1 000噸，國內(nèi)基本產(chǎn)銷平衡。2000年起，隨著市場需求增加，何首烏野生資源遭到嚴(yán)重破壞，野生何首烏的產(chǎn)量每年遞減15%左右。據(jù)估算，20世紀(jì)80年代全國何首烏的蘊(yùn)藏量在20 000噸，90年代銳減至8 000～10 000噸[3]。近年來何首烏用量已經(jīng)突破1 500噸[4]。在野生資源無法滿足需求的情況下，栽培何首烏將成為市場的主流。

本研究應(yīng)用中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所自主研發(fā)的藥用植物全球產(chǎn)地生態(tài)適宜性區(qū)劃信息系統(tǒng)(Geographic Information System for Global Medicinal Plant，GMPGIS)對何首烏進(jìn)行全球生態(tài)適宜性分析，研究影響何首烏生長分布的生態(tài)因子，在全球范圍發(fā)現(xiàn)何首烏的適宜種植區(qū)，為何首烏的全球人工栽培提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)

1.1 何首烏分布點(diǎn)數(shù)據(jù) 本研究在全球范圍共搜集384個何首烏分布位點(diǎn)信息(圖1)，主要來自于中國，位置涵蓋何首烏道地產(chǎn)區(qū)、主產(chǎn)區(qū)以及野生分布點(diǎn)，包括個17個省區(qū)300多個縣市。其中328個位點(diǎn)信息來自CVH中國數(shù)字標(biāo)本館(http://www.cvh.ac.cn/search)，54個位點(diǎn)信息來自于文獻(xiàn)[5-12]。

圖1 用于GMPGIS分析的何首烏分布點(diǎn)

1.2 生態(tài)因子數(shù)據(jù) 本研究用于何首烏藥材全球生態(tài)適宜性分析包括6個氣候數(shù)據(jù)，其中年均溫(BIO1)、最熱季均溫(BIO10)、最冷季均溫(BIO11)、年均降水(BIO12)數(shù)據(jù)來自于WorldClim全球氣候數(shù)據(jù)庫(http://www.worldclim.org/)；年均輻射(BIO20)和用于計算年均相對濕度的月均上午9時相對濕度和月均下午3時相對濕度數(shù)據(jù)來自于CliMond全球生物氣候?qū)W建模數(shù)據(jù)庫(https://www.climond.org/)；用于何首烏藥材全球生態(tài)適宜性分析的土壤數(shù)據(jù)來自全球土壤數(shù)據(jù)庫HWSD(http://www.iiasa.ac.at/)。

2 方法

GMPGIS系統(tǒng)以GIS為平臺，首先將與中藥材生長環(huán)境相關(guān)的生態(tài)因子量化成柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采用改進(jìn)歐式距離算法進(jìn)行空間聚類分析，然后對藥材適宜產(chǎn)區(qū)進(jìn)行預(yù)測。

2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 GMPGIS系統(tǒng)采用線性標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，將數(shù)值歸一化到0～100之間，在進(jìn)行相似性聚類分析前消除不同量綱的影響，公式如下：

2.2 相似性聚類分析 GMPGIS中采用的聚類分析是以每個空間柵格作為一個聚類對象，n個生態(tài)因子數(shù)值作為該柵格的聚類條件，每個柵格都可以看成n維空間中的一個點(diǎn)，因此，根據(jù)柵格間距離大小，將不同柵格進(jìn)行空間最小距離聚類，第i個柵格與第j個柵格間距離公式如下：

2.3 柵格重分類 根據(jù)距離計算結(jié)果[Mindij，Maxdij]，對柵格進(jìn)行重分類，找出與藥材道地產(chǎn)區(qū)具有最大生態(tài)相似度的區(qū)域。

3 結(jié)果與分析

3.1 何首烏生態(tài)因子分析 何首烏為多年生草本，生于山谷灌叢、山坡林下、溝邊石隙等環(huán)境，其適應(yīng)性強(qiáng)，分布范圍廣，屬半陰性植物，喜溫暖濕潤氣候，有較強(qiáng)的耐寒性；對土壤要求不高，以土層深厚、疏松肥沃、富含腐殖質(zhì)、濕潤的沙質(zhì)土壤為佳[5]?；诤问诪醯姆植键c(diǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)GMPGIS系統(tǒng)分析得到何首烏主要生長區(qū)域的生態(tài)因子數(shù)值范圍。見表1。

3.2 何首烏全球生態(tài)適宜性分析 基于何首烏的樣點(diǎn)信息，根據(jù)所獲得的生態(tài)因子值范圍，利用加權(quán)歐式距離法計算得到何首烏的最大生態(tài)相似度區(qū)域分布圖(圖2)。對計算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)何首烏全球最大生態(tài)相似度區(qū)域總面積約7 807×103km2，位于69個國家或地區(qū)。其中主要國家包括中國、美國、巴西、烏克蘭、法國等(圖3)，何首烏的最大生態(tài)相似度區(qū)域面積分別為2 490×103km2、1 492×103km2、642×103km2、358×103km2、327×103km2，所占全部面積比例分別為31.9%、19.1%、8.2%、4.6%、4.2%，其余64個國家或地區(qū)所占面積比例為32%。見圖4。

3.3 何首烏全國生態(tài)適宜性分析 何首烏在我國主要分布于貴州、四川、云南、廣東、廣西、湖南、湖北等省，此外陜西、河南、江西、安徽、浙江、江蘇、甘肅、福建、山西等省亦有少量分布[2]。GMPGIS計算結(jié)果顯示，何首烏在我國主要的生態(tài)適宜區(qū)位于云南、四川、廣西、湖南、湖北、貴州等省份(圖5和表2)。潘石玉等[13]應(yīng)用最大熵模型預(yù)測何首烏地理分布，認(rèn)為何首烏的當(dāng)代適生區(qū)主要分布于四川、重慶、陜西、廣西、云南、湖北等地境內(nèi)；陳亞[6]采用GIS直接建模法對何首烏生態(tài)適宜性進(jìn)行分析，結(jié)果表明何首烏生態(tài)適宜范圍較廣，包括廣東、廣西、云南、貴州、四川、江蘇、湖北、湖南、浙江、福建等省，地理信息系統(tǒng)與生態(tài)位模型相結(jié)合的方法與此基本相符。本研究所得何首烏在國內(nèi)的分布預(yù)測結(jié)果與何首烏自然分布情況、他人研究結(jié)果基本一致。

何首烏為廣東省立法保護(hù)的八大南藥品種之一。廣東德慶作為何首烏的道地產(chǎn)區(qū)，其栽培何首烏的歷史悠久，所栽培何首烏產(chǎn)量高、質(zhì)量好，被譽(yù)為“首烏之鄉(xiāng)”。近年來，德慶縣何首烏種植面積大幅下降，其主產(chǎn)區(qū)由南向北、由發(fā)達(dá)地區(qū)到山區(qū)轉(zhuǎn)移[2]。目前人工種植何首烏已初具規(guī)模。2005年前，僅在河南、江蘇、湖北、廣東、貴州等省開始一定規(guī)模的何首烏人工栽培[7]。貴州省從2000年開始著手地產(chǎn)中藥材GAP種植技術(shù)研究，何首烏GAP種植基地建設(shè)2004年已通過國家GAP認(rèn)證。其他產(chǎn)區(qū)如廣東、廣西、云南、四川等地也相繼出臺了何首烏人工種植計劃，并建立了一定規(guī)模的生產(chǎn)基地[3]。本研究結(jié)果提示，在何首烏適宜分布區(qū)內(nèi)多地可考慮開展何首烏的人工種植。

表1 何首烏全球范圍內(nèi)主要生長區(qū)域生態(tài)因子值

圖2 何首烏全球最大生態(tài)相似度區(qū)域分布圖

圖3 何首烏最大生態(tài)相似度區(qū)域全球主要國家分布面積

圖4 何首烏最大生態(tài)相似度區(qū)域全球主要國家分布面積比例

圖5 何首烏全國最大生態(tài)相似度區(qū)域分布圖

表2 何首烏全國最大生態(tài)相似度主要區(qū)域

4 何首烏品質(zhì)生態(tài)學(xué)研究

何首烏主要含有二苯乙烯苷類和蒽醌類成分，是其臨床功效相關(guān)的活性成分。《中華人民共和國藥典》(2015版一部)中要求生何首烏中2,3,5,4′-四羥基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷(C20H22O9)不得少于1.0%，結(jié)合蒽醌的大黃素(C15H10O5)和大黃素甲醚(C16H12O5)總量不少于0.10%[1]。多個研究對不同產(chǎn)地何首烏的有效成分含量進(jìn)行檢測，包括不同省份[6-9]，或者同一省份不同地區(qū)[10,14]，研究結(jié)果顯示，不同產(chǎn)地何首烏有效成分含量差別較大，一些產(chǎn)地何首烏樣品有效成分含量低于藥典要求[15]，表明何首烏質(zhì)量較差。除直接對有效成分進(jìn)行檢測外，嚴(yán)寒靜和房志堅[16]、羅益遠(yuǎn)等[11]對不同產(chǎn)地何首烏的無機(jī)元素含量進(jìn)行了測定，建立何首烏無機(jī)元素指紋譜；王凌暉[7]構(gòu)建了何首烏不同種質(zhì)資源的DNA指紋圖譜；李帥鋒等[8]建立不同產(chǎn)地何首烏HPLC指紋圖譜；以上研究從不同角度為何首烏藥材的質(zhì)量控制及安全性評價提供依據(jù)。

何首烏在黃河以南各省區(qū)均有分布，其分布范圍廣、產(chǎn)區(qū)較多。其中“德慶首烏”的道地性為中醫(yī)藥傳統(tǒng)所認(rèn)可，其品質(zhì)被千百年用藥實(shí)踐所證實(shí)?，F(xiàn)代研究也證實(shí)了德慶首烏的優(yōu)越性：1)蒽醌類、二苯乙烯苷等有效成分含量明顯高于其他產(chǎn)地何首烏；2)藥材生長周期短，德慶首烏栽培1～2年，而其他產(chǎn)地一般需4～5年[17]。我國不同產(chǎn)地何首烏質(zhì)量差別較大，因此，應(yīng)對不同產(chǎn)地何首烏藥材質(zhì)量及相關(guān)的生態(tài)因子進(jìn)行全面深入研究，建立不同地域藥材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在何首烏生長的生態(tài)適宜區(qū)內(nèi)篩選何首烏人工種植的較為合適產(chǎn)地，以確保何首烏臨床用藥的有效性和安全性。

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(2017-04-10收稿 責(zé)任編輯：徐穎)

Global Ecological Suitability Analysis of Polygonum Multiflorum Thunb

Huang Zhihai，Xu Wen，Zhang Jing，Huang Juan，Bai Junqi，Qiu Xiaohui

(TheSecondAffiliatedHospitalofGuangzhouUniversityofChineseMedicine，Guangzhou510006，China)

Objective:The wild resources of Polygonum multiflorum are scarce，and are unable to meet market demand.Methods:Here we collected its distribution samples in the main producing areas and applied them to Global geographic information system for medicinal plant(GMPGIS)to analyze the optimum producing area of Polygonum multiflorum worldwide.The GMPGIS used seven ecological factors to predict the suitable ecological region and potential artificial cultivation area.Results:Finally，we got the total optimum area of 780.7×104km2for Polygonum multiflorum cultivation，distributed in 69 countries and regions.The main countries are China，USA，Brazil，Ukraine，F(xiàn)rance and so on.The main producing areas in China are Yun Nan，Si Chuan，Guang Xi，Hu Nan，Hu Bei，Gui Zhou etc.Polygonum multiflorum from different areas show different quality.Conclusion:Through GMPGIS，we got a wide range of ecological suitability of Polygonum multiflorum in the world.It provides scientific basis for the artificial cultivation of this Chinese material medica.

Polygonum multiflorum;Ecological factors;GMPGIS;Zone division

廣東省中醫(yī)院專項(編號：2015KT1817)——嶺南中草藥DNA條形碼分子鑒定和生態(tài)適宜性研究；中國中醫(yī)科學(xué)院中醫(yī)藥健康服務(wù)專項(編號：ZZ0908067)——200余種嶺南中草藥DNA條形碼研究

丘小惠，研究員，研究方向：中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究，E-mail：gxhqxh@medmail.com.cn

[R282.2]

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2017.05.005