中藥黃芩資源研究進展

王文濤，陳 瑞，曹 瑤，曹曉燕

(陜西師范大學 西北瀕危藥材資源開發(fā)國家工程實驗室，藥用資源與天然藥物化學教育部重點實驗室，陜西 西安 710119)

黃芩以唇形科植物黃芩ScutellariabaicalensisGeorgi的干燥根入藥，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》。具有清熱燥濕、瀉火解毒、止血、安胎的功效[1]。天然野生黃芩在我國北方地區(qū)廣泛分布，目前栽培黃芩產(chǎn)量最大產(chǎn)區(qū)的集中在山西和陜西兩省，尤其是山西運城和陜西商洛栽培面積最大。黃芩炮制歷史悠久，傳統(tǒng)的炮制品種眾多，目前僅有黃芩片、酒黃芩和黃芩炭在臨床上應用比較廣泛[2]。黃芩有效成分為黃酮類，還包括其他的酚酸類、苯乙醇、甾醇等物質(zhì)[3]。黃芩藥理活性廣泛，包括抗腫瘤、抗氧化、抗炎、抗微生物、抗衰老、保肝等多種藥理作用[4]。

1 黃芩質(zhì)量影響因素

中藥作為一種特殊的商品，對其質(zhì)量的要求要高于其他農(nóng)產(chǎn)品。影響中藥質(zhì)量的因素眾多，從藥材種植生產(chǎn)的源頭到最終飲片、提取顆粒、中成藥等成品的形成過程中，任何一個環(huán)節(jié)的變化都可能造成其最終質(zhì)量和療效的差別。概括來說，影響黃芩藥材質(zhì)量的因素有產(chǎn)地、種子種苗、播種及采收時間、環(huán)境因子、生長年限、野生與栽培、種植方式、炮制加工方法等[5]。

1.1 產(chǎn)地

野生黃芩廣泛分布于我們北方地區(qū)，根據(jù)筆者實地調(diào)研走訪發(fā)現(xiàn)，目前，栽培黃芩最大產(chǎn)區(qū)在山西、陜西兩省，主要分布在陜西南部和山西南部交匯地區(qū)，其中山西運城和陜西商洛栽培面積以及產(chǎn)量最大，已經(jīng)成為全國栽培黃芩新的主產(chǎn)區(qū)。由于不同產(chǎn)地地理、氣候和生長環(huán)境的不同，所產(chǎn)黃芩的質(zhì)量差別顯著。馬嘉等[6]通過HPLC測定黃芩中黃芩苷的含量，發(fā)現(xiàn)河北>內(nèi)蒙>甘肅>山西>安徽，其中安徽所產(chǎn)黃芩的黃芩苷含量最低，不能達到藥典標準。黃芩苷在根、莖和葉中均有分布且含量差異明顯，根中黃芩苷的含量(5.24%)分別是莖 (0.07% )和葉中含量( 0.18% ) 的74.9倍和29.1倍，驗證了傳統(tǒng)以來黃芩以根入藥的科學性和合理性；在同一地方的在不同的生長環(huán)境下，黃芩中的黃芩苷含量間具有顯著性差異，發(fā)現(xiàn)黃芩苷含量最高的生境是在林緣，最低的是在溪邊和路邊[7]。李云靜等[8]采用HPLC測定了不同產(chǎn)地的16批黃芩藥材中5種黃酮類成分含量，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地黃芩苷含量差異明顯。

1.2 生態(tài)因子

張永剛等[9]研究了環(huán)境因子和黃芩活性成分之間的關系。發(fā)現(xiàn)土壤含水量、相對濕度是影響黃芩苷含量的重要環(huán)境因子；大氣壓力、大氣溫度是影響黃芩素含量的重要環(huán)境因子。邵璽文等[10～11]通過研究黃芩葉片凈光合速率日變化及其與環(huán)境因子的相互關系，發(fā)現(xiàn)黃芩凈光合速率日變化主要受氣孔限制，影響黃芩凈光合速率的主要環(huán)境因子是大氣CO2濃度。黃芩生長環(huán)境的生態(tài)因子和其次生代謝產(chǎn)物積累的相關性綜合效應分析，發(fā)現(xiàn)黃芩中大多數(shù)化學成分隨緯度增加含量降低，隨溫度升高含量增加，土壤中過高的無機元素含量反而會使黃芩中化學成分的積累受阻[12]。黃芩生長受多方面因素控制，種源及水分都對黃芩植株產(chǎn)生較大影響，其中折干率、根長、根粗等主要受種源影響，地上長勢受水分影響，根產(chǎn)量受干旱脅迫會增加[13]。

1.3 采收時間與生長年限

黃芩藥材質(zhì)量與其采收時間和生長年限關系密切。龐溢媛等[14]以不同年限不同采收期黃芩為材料，通過代謝組學手段檢測黃芩化學成分種類和含量的動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)不同時間采收時黃芩，其化學成分含量差異明顯；黃芩素等黃酮苷元類成分，采收時間應為5月，黃芩苷等黃酮苷類成分，采收時間應在7～8月。盛琳等[15]采用HPLC法測定陜西商洛不同年限不同生長期黃芩中黃芩苷含量，發(fā)現(xiàn)在黃芩生長第二年11月份黃芩苷含量最高，在第三年11月份達黃芩根干重及黃芩苷總量最高。繆曉素等[16]通過測定黃芩中5種黃酮類成分的含量，研究不同栽培年限及采收時期的黃芩有效成分的變化，發(fā)現(xiàn)5～7月含量最高；兩年和三年生黃芩成分含量變化規(guī)律相近，三年生黃芩藥材有效成分含量提高不明顯。郭玲玲等[17]利用HPLC方法同時測定陜西地區(qū)不同生長年限的栽培黃芩和野生樣品中9個化學成分含量，發(fā)現(xiàn)隨著生長年限的增長，其黃芩苷、野黃芩苷、野黃芩素、漢黃芩苷的含量呈上升趨勢，黃芩素和漢黃芩素的含量呈下降趨勢。上述的研究表明黃芩采收時期符合“知母黃芩全年刨，唯有春秋質(zhì)量高”的經(jīng)驗認識。

1.4 其他因素

在黃芩生長過程中，人工摘掉黃芩花能夠提高藥材產(chǎn)量和有效成分的含量，在實際生產(chǎn)上可以通過打花處理來提高黃芩產(chǎn)量和質(zhì)量[18]。劉容秀等[19]通過記錄割秧處理黃芩的生長指標以及測定黃芩地上和地下部分的有效成分含量，發(fā)現(xiàn)割秧處理后的黃芩藥材和莖葉的產(chǎn)量及活性成分含量都有明顯的提高。此外，氮磷鉀配施能使黃芩株高、根直徑、根干重和產(chǎn)量的明顯增加[20]。

2 黃芩的道地性研究

道地藥材是中醫(yī)藥的一大特色，已成為優(yōu)質(zhì)中藥材的代名詞?！吨腥A人名共和國中醫(yī)藥法》將經(jīng)過中醫(yī)臨床長期應用優(yōu)選出來的，產(chǎn)在特定區(qū)域，與其他地區(qū)所產(chǎn)同種中藥材相比，品質(zhì)和療效更好，且產(chǎn)量穩(wěn)定，具有較高知名度的中藥材稱為道地藥材。目前普遍認為黃芩的道地產(chǎn)區(qū)在河北承德及其周邊地區(qū)，所產(chǎn)的“熱河黃芩”聞名中外。很多科研工作者利用現(xiàn)代科學手段，對黃芩道地性進行了大量的研究。姜丹[21]以28個野生居群的黃芩為材料，利用群體遺傳學和分子譜系地理學的理論方法，結(jié)合統(tǒng)計學知識分析，發(fā)現(xiàn)研究結(jié)果支持“熱河黃芩”為黃芩道地產(chǎn)區(qū)的傳統(tǒng)認識，并且推測黃芩的道地產(chǎn)區(qū)(承德地區(qū))是黃芩的起源中心和多樣化中心；提出黃芩道地性應該是黃芩自身的基因型與其生存的環(huán)境相互作用而形成的，即黃芩表型=基因型+環(huán)境飾變。王丹等[22]利用HPLC指紋圖譜方法，對不同產(chǎn)地黃芩中化學成分檢測分析發(fā)現(xiàn)道地黃芩與非道地黃芩的指紋譜輪廓特征差異明顯，可以將其用于黃芩藥材道地與非道地鑒別區(qū)分的依據(jù)。吳再旺等[23]通過酵母致小鼠發(fā)熱模型研究黃芩的解熱作用以及二甲苯致小鼠耳廓腫脹模型研究黃芩的抗炎作用，發(fā)現(xiàn)道地黃芩解熱和抗炎作用要優(yōu)于非道地黃芩。黃芩解毒作用研究中也發(fā)現(xiàn)道地黃芩的解毒效用要優(yōu)于非道地黃芩[24]。以此發(fā)現(xiàn)，道地黃芩在地理分布、化學成分、藥理作用方面體現(xiàn)了與非道地黃芩的區(qū)別。

3 黃芩種質(zhì)遺傳多樣性的研究

3.1 黃芩近緣種的研究

全世界黃芩屬植物有300多種，黃芩S.baicalensis為其中廣布種之一?！吨袊参镏尽肥蛰d黃芩屬植物102種，50變種，其中可藥用的有30種，17變種[25]。2015版《中國藥典》收載黃芩屬藥用植物僅有黃芩和半枝蓮兩種，在我國部分地區(qū)和民間有利用黃芩近緣種替代黃芩的傳統(tǒng)，主要包括甘肅黃芩S.rehderiana，黏毛黃芩S.viscidula，麗江黃芩S.likiangensis，川黃芩S.hypericifolia，滇黃芩S.amoena，韌黃芩S.tenax等。由于應用范圍比較局限，相關的研究較少，這些品種還沒有得到廣泛的開發(fā)利用。表1列舉了我國黃芩代用品的主要種類，分布區(qū)以及功效。

近年來，隨著黃芩野生資源破壞減少，加之黃芩需求量的不斷增大，尋找黃芩代用品和尋找新藥源成為解決黃芩資源短缺的途徑之一。根據(jù)肖培根提出的藥用植物親緣學，認為藥用植物親緣關系越近，其外觀性狀和化學成分相似度越高。目前，在黃芩近緣植物的相關研究受到越來越多的關注。劉美蘭等[26]應用反向高效液相色譜法測定了黃芩S.baicalensis、粘毛黃芩S.viscidula、甘肅黃芩S.rehderiana、滇黃芩S.amoena、韌黃芩S.tenax、川黃芩S.hypericifolia和麗江黃芩S.likiangensis7種植物中黃芩苷和漢黃芩苷的含量，發(fā)現(xiàn)基源不同的黃芩間含量差異明顯，其中黃芩苷含量滇黃芩S.amoena>甘肅黃芩S.rehderiana>黃芩S.baicalensis>韌黃芩S.tenax>粘毛黃芩S.viscidula>川黃芩S.hypericifolia>麗江黃芩S.likiangensis。蘇薇薇[27～29]等通過研究黃芩與黃芩代用品之間的關系，發(fā)現(xiàn)黃芩與常用的地方代用品黃芩親緣關系較近，其中甘肅黃芩S.rehderiana、粘毛黃芩S.viscidula、麗江黃芩S.likiangensis可以考慮替代正品使用。張琳琳[30]應用GIS技術和Maxent模型對并頭黃芩S,scordifolia、粘毛黃芩S.viscidula、甘肅黃芩S.rehderiana、滇黃芩S.amoena、麗江黃芩S.likiangensis分別進行了潛在分布預測和適宜性評價，結(jié)果顯示，并頭黃芩S,scordifolia和粘毛黃芩S.viscidula主要分布在內(nèi)蒙古、陜西、山西和河北等省，甘肅黃芩S.rehderiana、滇黃芩S.amoena和麗江黃芩S.likiangensis分布具有明顯的地理區(qū)域化分布特征；另外發(fā)現(xiàn)，影響黃芩和上述5中黃芩屬藥用植物分布區(qū)的主要環(huán)境因子并不一致，推測黃芩及上述5種黃芩屬藥用植物在系統(tǒng)演化、潛在分布區(qū)和外觀形態(tài)構造方面的差異主要是由于環(huán)境因子的不同而造成的。馬林等[31]通過測定不同基源的7種黃芩中黃芩苷和漢黃芩苷含量，發(fā)現(xiàn)7種黃芩均含有這兩種有效成分，其中黃芩中黃芩苷和漢黃芩苷含量最高，藥材質(zhì)量也最好。

3.2 黃芩遺傳多樣性研究

筆者在全國實地調(diào)研黃芩種植的過程中，觀察到黃芩在植物外觀形態(tài)上差異明顯，如黃芩花色有紫花、白花之分；其莖稈有青色、紫色之別；在株高、分枝數(shù)、葉子大小、側(cè)根數(shù)等方面差別也很明顯。發(fā)現(xiàn)黃芩種內(nèi)存在十分顯著的遺傳變異現(xiàn)象，從DNA分子水平對不同種源黃芩間進行研究，對于了解黃芩的遺傳背景、闡明其親緣關系以及指導黃芩新品種的選育甚至分子設計育種方面都具有十分重大的意義。已有相關科研人員利用DNA分子標記技術對黃芩種質(zhì)資源進行了研究。馮學鋒等[32]利用RAPD分析方法，對13個居群的黃芩和并頭黃芩S.scordifolia進行遺傳多樣性分析，首次在分子水平上證明黃芩的道地性與遺傳變異和地理環(huán)境有關。楊全等[33]利用AFLP方法，對栽培黃芩外觀性狀變異類型進行了多態(tài)性分析，聚類分析將其劃分為4類；綜合分析發(fā)現(xiàn)，在DNA分子水平上的分析結(jié)果與其外觀性狀的分類特征大體相吻合，即形態(tài)變異中葉子大的聚為一類，葉子小的聚為一類；莖分枝多的聚為一類、莖分枝少的聚為一類；栽培黃芩在外觀性狀變異類型中存在較高多態(tài)性，有著豐富遺傳多樣性。

4 黃芩繁育技術的研究

4.1 種子繁殖

筆者在全國主要黃芩產(chǎn)區(qū)采樣期間調(diào)研發(fā)現(xiàn)，黃芩種子繁殖栽培技術包括直播法和育苗移栽法。直播法在全國黃芩種植中普遍使用，尤其在山西、陜西、河北等地應用最為廣泛。不同地區(qū)其播種時間也各有不同，普遍都在降水較多，氣溫偏暖時進行播種，以利于種子的萌發(fā)和藥苗的生長，一般在春秋兩季進行。直播法種植時，不同的播種時間對黃芩根部有效成分含量有顯著影響[34]。所以選擇適合某一地區(qū)的播種時間，對于保障黃芩質(zhì)量和提高產(chǎn)量有著重要的意義。育苗移栽法主要在甘肅、山東等地使用，實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)當?shù)胤N植的其他藥材品種如黨參、黃芪、當歸、丹參等也都采用和黃芩相似的育苗移栽方法，即都是第一年用種子在育苗地里進行育苗，第二年播種期將種苗移栽到提前整理好另一塊地里面，使其繼續(xù)生長一年后采收做藥用。結(jié)合當?shù)卮蠖酁樯狡潞档兀杲涤炅枯^少的特點。筆者推測采用育苗移栽法種植黃芩，主要是由于當?shù)貍鹘y(tǒng)的作物繁育習慣以及地理氣候特征決定的。有學者試驗認為黃芩移栽法的種植方式好于直播法，其具有種子用量少、黃芩藥材品質(zhì)好的優(yōu)點[35]。也有學者研究認為移栽法種植的黃芩藥材品相差、支根多、質(zhì)量差，而直播種植的根粗壯、條直長、質(zhì)量好、產(chǎn)量高[36]。

4.2 扦插繁殖

黃芩扦插繁殖是指將優(yōu)良高產(chǎn)母株上剪取的莖梢，插入適宜的扦插基質(zhì)中育苗，然后將種苗移栽到大田里進行種植的方法。王晶等[37]配制不同濃度的IAA和NAA，浸泡取自不同位置的黃芩插穗3 h后扦插于混合基質(zhì)中，室溫下培育使其生根，探索了黃芩扦插生根技術，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：黃芩插穗切口處在激素誘導下膨大并生出根；IAA和NAA都可促進黃芩誘導插穗生根，對黃芩莖梢生根的促進作用IAA要優(yōu)于NAA；IAA50 mg·L-1時插穗平均生根率達65.0%，比對照高42.5%，生根率較高；就不同切取位置：IAA100 mg·L-1時30.0%(節(jié)上)>0(節(jié)間)，IAA50 mg·L-1時75.0%(節(jié)上)>55.0%(節(jié)間)，IAA25 mg·L-1時50.0%(節(jié)上)>40.0%(節(jié)間)，即從節(jié)上剪切的插穗的生根能力強于從節(jié)間切取的。

4.3 分根繁殖

分根繁殖作為一種無性繁殖方法，能夠保留黃芩親本的優(yōu)良性狀。一般在采收期選用品相好、產(chǎn)量大的黃芩植株，用剪刀將根和根莖分開，留根供藥用，選擇有芽眼的根莖作繁殖材料埋入土中進行繁殖。蔣傳中等[38]研究發(fā)現(xiàn)，分根法繁殖黃芩不用經(jīng)過特殊處理就能正常發(fā)芽出苗，具有簡單、環(huán)保、實用的特點；用生長素處理過后，其地上部分枝葉比較繁茂。分根繁殖法栽培黃芩發(fā)苗率較高、生長周期短、黃芩植株生長旺盛，可作為一種新的黃芩繁育方式加以推廣。

4.4 組織培養(yǎng)

早在20世紀80年代，日本學者以黃芩莖為材料接種到LS培養(yǎng)基，得到了愈傷組織[39]。賀美忠[40]用黃芩莖段作為外植體進行愈傷組織誘導及分化培養(yǎng)，確定黃芩愈傷組織誘導培養(yǎng)基為MS+6BA 1.0 mg·L-1+NAA0.5 mg·L-1，促進黃芩愈傷組織分化的最佳培養(yǎng)基為MS+6BA 0.5 mg·L-1+NAA0.5 mg·L-1。周萍等[41]通過測定黃芩不同器官和愈傷組織中總黃酮的含量，發(fā)現(xiàn)愈傷組織中含量最高，達到42%。吳曉玲等[42～44]采用通過在MS培養(yǎng)液中添加不同激素組合對黃芩細胞進行懸浮培養(yǎng)，檢測懸浮培養(yǎng)過程中黃芩細胞次生代謝物總黃酮含量變化，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基配方為MS+2，4 - D 0 .5 mg·L-1+6 - BA 1.0 mg·L-1時，黃芩細胞生長量和次生代謝產(chǎn)物總黃酮產(chǎn)量較高，這為利用黃芩懸浮細胞培養(yǎng)技術進行大規(guī)模工廠化生產(chǎn)黃芩總黃酮提供了參考。利用組織培養(yǎng)技術對黃芩進行多倍體誘導，發(fā)現(xiàn)秋水仙堿浸泡帶綠芽的愈傷組織或者在培養(yǎng)基添加秋水仙堿，可以誘發(fā)黃芩多倍體產(chǎn)生[45～46]。經(jīng)品系選育，得到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的四倍體黃芩新品系D20，其藥材產(chǎn)量、黃芩苷總量都顯著高于普通二倍體黃芩。2006年D20引入甘肅省渭源縣種植，經(jīng)田間試驗調(diào)查，發(fā)現(xiàn)四倍體黃芩D20在抗病性、 適應性、綜合產(chǎn)量、化學成分含量等方面均優(yōu)于當?shù)仄胀ǘ扼w黃芩，綜合性狀優(yōu)良[47]。目前，多倍體育種已成為藥材新品種選育的一種重要方法，其發(fā)展前景廣闊。

5 結(jié)語

黃芩質(zhì)量影響因素的研究對于闡明高品質(zhì)道地藥材的形成，保證黃芩安全，穩(wěn)定，有效的應用有著十分重要的意義。筆者認為，高品質(zhì)藥材的評價標準，應當建立以臨床療效為核心，結(jié)合外觀性狀、內(nèi)部化學成分含量評價，制定中藥材生產(chǎn)，產(chǎn)地加工和炮制，中成藥生產(chǎn)等全過程的質(zhì)量評價體系。然后在評價體系指導下，嚴格控制黃芩藥材生產(chǎn)中各個影響因子，包括道地性藥材種植基地的選擇，優(yōu)質(zhì)種源的選育和供應，科學簡便的田間管理技術，合理的采收、播種時間，考究的產(chǎn)地加工與炮制，精密的工廠生產(chǎn)等。同時，依據(jù)肖培根院士提出的藥用植物親緣學關系，研究黃芩近緣種的開發(fā)和利用，為黃芩資源保護和開發(fā)新藥源提供資源保障。還應當應用先進的現(xiàn)代科學技術，大力研究黃芩藥用物質(zhì)基礎以及藥理作用的研究，促進產(chǎn)學研一體化，推動黃芩生產(chǎn)向現(xiàn)代化，國際化方向發(fā)展。