000000c5_赵润怀-中药资源生态学方法研究进展

中药资源生态学方法研究进展周应群1，2，曹海禄1，赵润怀1，*，陈士林2（1．中国药材公司，北京100195；2.中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所,北京100193）摘要：目的总结中药资源生态学方法学方面的研究进展，探讨中药资源生态学方法的研究思路。方法对生态学研究方法的发展趋势及中药资源生态学方法研究的相关文献进行分析。结果中药资源生态学方法研究已取得较大进步，但与生态学科的迅猛发展趋势还有较大差距。结论中药资源生态学科要顺应时代发展，在生态学科研究方法发展方向大的趋势下，结合本学科特点，大胆消化吸收各种先进技术，改良传统技术。关键词：中药资源；生态；遥感；TCM；土壤微生物ReviewofChineseTraditionalMedicinalEcologyMethodsZHOUYing-Qun1,2,CAOHai-Lu1,ZHAORun-Huai1,*,CHENShi-Lin2（1.ChinaNationalGroupCorp.ofTraditionalChineseMaterialMedicines,Beijing100195China2.InstituteofMedicinalPlantDevelopment,ChineseAcademyofMedicalScienceandPekingUnionMedicalCollege,Beijing100193China）ABSTRACT:OBJECTIVEToreviewthestudyonChinesetraditionalmedicinalecologymethods,anddiscussthefuturestudyidea.METHODSSomedocumentsaboutdevelopmenttrendsofEcologyandChinesetraditionalmedicinalecologymethodswereanalyzed.RESULTSThoughthestudyonChinesetraditionalmedicinalecologymethodshaveachievedgreatprogress,whichfallbehindthedevelopmentspeedofecologyscience.CONLUSIONTodevelopmenttheChinesetraditionalmedicinalecologymoremoderntechnologiesshouldbeintroduced,andmoretraditionalmethodsneedtobeimprovedtomeetthetime’sneeds,whichwasnotjustinaccordwiththedevelopmenttrendsofecologybutalsowithtraditionalChinesemedicinecharacteristics.KEYWORDS:traditionalChinesemedicinalresources;ecology;remotesensing;TCM;soil基金项目:国家科技重大专项(2009ZX09308-002)作者简介：周应群，男，药材研发主管*通讯作者：赵润怀，男，主任中药师Tel:[phone];E-mail:[e-mail]中药资源生态学，是指以中药资源为研究对象开展的生态学研究。中药资源生态学的研究对象按中药资源的来源包括植物、动物、矿物及其它，但由于药用植物在中药资源中占据了绝大多数的比例，所以，目前的中药资源生态学实际上主要是药用植物的生态学研究。中国很早就已认识到生态学对药材质量的影响。道地药材的形成，就反映了生态学对药材质量的影响。一定角度而言，生态型是道地药材形成的生物学实质，根据主导影响因子不同，又可分为气候生态型、土壤生态型、生物共栖生态型[1]。因此，中药资源生态学的研究方法首先应该与现代生态学的方法是一致的。1．生态学研究方法概述生态学科基本研究方法为野外考察和定位观测、原地实验和人工控制实验、数学模型和数量分析方法。自生态学定义提出以来，生态学经历了一个多世纪的发展。随着不断吸纳其它学科方法，利用层次观、整体观、系统学说、系统进化原理，一方面，研究方法趋向专门化，即针对不同对象和问题，设计了各种专用的方法和技术；另一方面，同时强调研究方法的系统化，表现为对各种生物系统制定出生态学综合研究方法，其主要技术发展趋势有：1）3S技术为代表的宏观定量信息获取及处理技术生态学的研究有越来越向宏观发展的趋势。对于中尺度和大尺度的生态研究，利用遥感技术（RS）可以大大提高工作效率和精度，全球定位系统(GPS)可用于经度、纬度和海拔高度的精确定位，地理信息系统(GIS)则可以作为支持，对获得的数据进行处理，从而最终为生态环境分析、规划与设计服务。2）分子生物学技术为代表的微观定量信息获取及处理技术用分子生物学的方法来研究生态学的现象，可以促进进化生态学的发展和提高进化思想在生态学研究中的位置，对于阐明生态学的机理具有重要意义。除了DNA分子代表的分子遗传学研究，化学分子为代表的行为生态学也得到了迅猛的发展。一方面生物通过化学信息物质相互传递信息，另一方面，生物体内的化学分子组合也是生物体对外界环境适应的结果，该研究在药物学研究中体现得更为明显。3）地下生态系统研究技术相对于地上生态系统的研究，地下生态系统研究还处于萌芽状态。作为影响生物体发展的两个最重要因素之一，土壤生态系统与生物体的发展息息相关。地下生态系统的研究、地下生物系统与地上生物系统的相关关系的结合是现代生态学发展的趋势之一。4）计算机辅助的数据统计分析及信息管理技术很多大规模的数据运算和系统管理都需要借助与电子计算机作为工具，如环境资源的数据库技术、生态过程的模拟模型、生态系统的数据分析均离不开计算机。地理信息系统就是建立在计算机技术基础上，以地理信息为研究对象发展起来的一门专门学科，它的数据分析仍然要依赖于强大的后台数据库作支持。目前，生态学已进入系统生态学阶段，方法学的改善是推进学科发展的重要手段，今后的研究将以野外调查工作为基础，与实验室工作相结合。开展以宏观与微观相结合的方法，把卫星遥感、全球定位系统、地理信息系统以及中国生态系统研究网络与“三微”，即微气候、微环境、和微宇宙,还有原子吸收分光仪、红外与紫外吸收光谱仪等方法结合，开展生态系统定量化研究，建立优化的生态系统模型[2，3]。2.中药资源生态学方法研究思路与普通生态学的研究目的不同，中药资源生态学除了要关注生物生存、发育、繁育问题外，还要关注植物体内所含次生代谢产物组成及与环境的关系，这样就造成本学科与普通生态学在研究方法上有所不同。因此，中药资源的生态研究除了参考普通生态学的研究方法,也需要结合本学科特点开展方法学的研究[4]。2.1建立与生态学相关的药材质量评价指标及技术体系环境对药材品质的影响是多方面的。目前，有效成分或指标性成分含量被认为是评价中药品质的重要指标,但难以客观全面地反映中药的内在品质。如药材的外观形态，药材所含的有效成分外的其它有机类成分，药材含有的无机类成分，这些都是组成药材质量的重要部分。初生代谢产物如糖类、脂类、蛋白类等就对道地药材的感官品质指标也具有显著的贡献度[5]。全面的评价环境因子的影响首先就需要全面的评价药材的品质，而这就有赖于建立一套全面的评价方法体系。目前，能够使用的方法主要包含三类：第一类，物理学方法，即外观形态观察及测量、显微鉴别等，主要定位于细胞及以上水平。其中的显微鉴别方法，常规的中药显微鉴定主要基于二维平面、定性或半定量和静态观测描述,难以全方位地表征中药组织形态结构并进行客观准确的鉴别,对研究中药特征组织细胞的空间位置关系、结构与功能和品质的关系等更是难有作为；对于道地与非道地药材，以及既无明确标示性成分也无明显组织特征可区别的近缘品种和种下等级的鉴定几乎无能为力。采用中药组织鉴定三维定量与数字可视化技术,可赋予传统形态鉴别指标以三维组织学和形态学参数,提高了中药显微鉴定的全息性、客观性和准确性,适合中药材易混淆品种特别是近缘品种、种下等级、道地与非道地药材等的鉴别,使其从形态性状评价中药品质成为可能。第二类，化学类方法，定位于分子及以下水平，涉及众多方法，包括薄层扫描、高效液相色谱、气相色谱和高效毛细管电泳等色谱法、紫外光谱、红外光谱、质谱、核磁共振(NMR)和X-射线衍射等光谱法,以及各种色谱光谱联用分析技术。其中的红外光谱方法，传统被认为只能用于药材的定性鉴别，经过孙素琴教授等人的努力，通过分析手段及思维方式上的创新，创立了中药材的“三级鉴定体系”；加上红外方法不破坏样品，可以较为全面的保留药材所含物质信息，在人参、西洋参、肉苁蓉等药材上得到了广泛的应用，为中药材品质的评价提供了一个更佳的分析平台[6]。第三类，生物学方法，主要报道的有肖小河等提出的生物效价评价方法，他提出在现行中药质控体系的基础上,借助于生物学手段，借鉴生物制剂生产质量控制管理模式,补充建立基于道地优质药材和生物效价检测的中药质量评价与质量控制方法和指标,即中药品质的生物评价与控制[7，8]。2.2中药资源生态学的研究方法策略中药资源生态学研究方法策略上，目前仍以野外实地考察为主，通过收集不同产地样品，进行分析，然后比较不同产地环境因子对药材质量的影响。受控实验及模型研究较少，受控实验目前主要采用两种方式，一种是收集不同产地种质，到一个实验地种植[9]；另一种是采取多种源多产地的交叉种植[10]，通过对不同品种药材的不同产地种植，研究其对有效成分的影响，这其中以第二种方法较好。特别是在环境因子影响不明的情况下，采用这种方法可以首先揭示影响药材品质的主导因子，在这过程中要注意的是许多植物可能会产生异地移植的不适宜性，在栽培实验时应考虑到并加以分析，特别要避免实验材料因不适而死亡。在影响因子差异的选择设计上，尽可能选取较少的因子差异，这样便于最终得到相关性很好的结果。对于栽培实验而言，如果移栽的种质比较一致，是一个成熟品种的话，其个体间遗传差异则小，在比较不同产地这个品种时，其质量影响就主要来自外部环境。但目前药用植物的种质仍然处于混乱状态，野生来源植株由于环境影响存在较大遗传多样性，栽培植株中遗传特征比较稳定的药材品种依然缺少，导致栽培实验时，无法采取同一遗传背景的材料开展比较实验，遗传物质可能在最终的药材质量指标中占有重要地位，无法明确特定环境因子的作用。在这样的情况下，可以考虑采用的是在栽培实验前比较栽培种质的遗传多样性，看看两者之间的差别是不是达到足够大的程度，尽量选择种质间差异远远大于种质内部差异的材料进行实验，其结果可靠性要高。当然在实验过程中，为了保持地块环境的均匀，最好要根据统计学原则设计栽培实验方案，以尽可能消除同一块地由于地质不一样带来的差异，一般是采取拉丁方设计，多次重复的方法。另外，对于固定样地的研究目前也是一个空白，而定位观测是生态学野外观察的重要组成部分，对于准确获取植物或动物动态生长信息具有十分重要的作用，不仅有助于阐明某些因素的作用和机制,还可作为设计生态学受控实验或生态模拟的参考或依据。药用植物很多属于濒危植物，对其濒危机制的研究及保护都需要长期的跟踪观测，虽然已提出“濒危中药资源动态监测体系构建”[11]，但这方面的工作可能更多的不在技术方面，而是在组织结构上，中药资源生态学要想得到持续的发展，定位观测站的建设就是其中必不可少的。2.3中药资源生态学的技术应用策略研究技术上，本学科的发展方向与生态学科的发展方向是一致的。宏观方面，以往主要采用样方调查及对相关气象、土壤等数据进行统计分析，未考虑到不同生态环境的影响，多比较道地产区与不同道地产区的环境差异，对影响质量的深层次生态因素少做研究。采用方法的主观性强，如群落调查时多以目视观测为主；数据的精确度差，如气象数据，实际多是设在城市的气象站获取的气象数据，与实际的气象数据有差异。近期研究侧重于野