光对中药植物生长发育的影响由光质、光强、光照时间的对比关系构成,它们各有其空间和时间的变化规律,且随着不同的地理条件和不同的时间而变化。
太阳辐射连续光谱,可分为红外光、可见光和紫外光三个光谱区。不同波长的光质,对植物生长发育影响不一。红外光谱区辐射具有促进植物茎延长生长的作用。可见,光谱区辐射既有热效应,又有光效应,对植物的光合作用和生长发育、动物的视觉等都具有重要作用。紫外光谱区辐射对病菌和病毒都有杀灭作用,对生物体也有一定影响,能引起植物的日灼、生长停止和蛋白质凝固等。
光对植物的生态习性有着重要影响,在不同光照强度下,形成了阳生、阴生和耐阴性三种类型。阳生植物指在强光照条件下生长发育健壮的植物,多分布于旷野、向阳坡地等,如蒲公英、甘草、麻黄、黄芩、红花、芍药等;阴生植物是在微弱光照条件下生长发育健壮的植物,多生于潮湿、背阴或密林之下,如人参、三七、黄连、细辛等;耐阴植物介于阳性植物和阴性植物之间,在光照良好和稍有荫蔽的条件下均可正常生长,如麦冬、侧柏、桔梗、党参、沙参等。
光照时间主要影响中药植物花芽分化、开花结实、地下贮藏器官的发育、休眠等,根据植物对日照长短的适应可分为长日照、短日照和中日照三类。光周期决定了植物的地理分布和生长季节,低纬度地区日照时间较短,分布的植物种类多为短日照植物;高纬度地区日照时间较长,分布的植物种类多为长日照植物;在中纬度地区将混合分布着长日照植物和短日照植物。
药用植物的光合作用、呼吸作用、组成等均离不开水分。一般植物的含水量占鲜重的70%~90%,水生植物含水量最高可达鲜重的90%以上,肉质植物的含水量约为90%,草本植物的含水量一般为80%,木本植物约为70%。可见,水分是植物生长发育必不可少的条件之一,直接影响其生长发育,根据植物对水分的适应能力和适应方式划分为旱生、中生、湿生和水生等类型。
中药植物在不同的生长发育阶段对水分的需求也不同。一般前期需水量少,中期需水量多,后期需水量居中。另外,植物的需水量还受气候条件和栽培措施的影响。低温、多雨时需水量减少;反之,高温、干旱时需水量增加。此外,植物在严重缺水时造成的干旱及长期阴雨天气导致田间水分过多时均会对植物的生长发育造成严重影响,甚至死亡。植物对水分最敏感的时期,称为需水临界期,该时期如果水分亏缺,将造成药材产量的损失和品质的下降,后期也不能弥补。因此,应根据中药植物不同生长发育时期的需水规律、气候条件、土壤水分状况,适时、合理地灌溉和排水,以确保中药材产量及质量的稳定、优良。
不同的中药植物类群,分布的地理格局与温度条件密切相关。如人参与三七为同属植物,但其生理生化和生长发育过程对温度具有不同的适应范围,从而形成南北不同的分区。中药植物种类繁多,对温度的要求也各不相同,但每种植物对温度都有最佳的适应范围,即最适点、最低点和最高点,称为温度三基点。超过两个极限温度范围,都会对植物造成影响。如人参的适宜生长温度是10~34℃,超过这一温度,叶片将会被灼伤以致枯死。
每种中药植物较为恒定的温度条件是与分布区相联系的,根据中药植物对温度的不同要求,可分为以下4类。
1.耐寒植物 一般能耐-2~-1℃的低温,短期内可忍耐-10~-5℃低温,最适同化作用温度为15~20℃,如人参、百合、平贝母、大黄、羌活。根茎类药材在冬季地上部分枯死后,地下部分越冬仍能耐0℃以下,甚至-10℃的低温。
2.半耐寒植物 这类植物通常能耐短时间-2~-1℃的低温,最适同化作用温度为17~23℃,如枸杞、菘蓝、知母等。
3.喜温植物 植物的生长发育过程中均需要较高的温度,如种子萌发、幼苗生长、开花结果时期等。这类植物如花期气温低于10~15℃则不宜授粉或易落花、落果等。同化作用最适温度一般为20~30℃,如忍冬、颠茄、枳壳、川芎等。
4.耐热植物 生长发育时期要求温度较高,个别植物甚至可在40℃下正常生长,同化作用最适温度一般在30℃左右。
温度对植物生长的影响极为复杂。许多中药植物种子的萌发需要低温处理,有的甚至需要高温和低温交替作用才能萌发,如西洋参种子需要高、低温交替处理方能萌发。菘蓝秋播或春播太早,当归、白芷秋播过早,均会引起开花结籽,造成根部空心不能药用。各种器官的生长对温度的要求也不相同。根在地温20℃左右的春秋季节生长迅速,而炎热的夏天较慢。低温对中药植物的开花有促进作用(即春化作用),如当归、白芷、牛蒡、菘蓝等都需要经过一段时间低温春化,才能开花结实。需要春化的植物有一年生植物、大多数两年生植物及一些多年生植物。如当归的栽培,应根据栽培目的合理控制春化的温度及时期,若采收药材则要防止早期抽薹,若要采种则要进行低温春化处理,促使其开花结实。
土壤是植物赖以生存的物质基础,是中药植物生长发育所必需的水、肥、气、热的供应者。除了少数寄生、水生植物外,大多中药植物均生长在土壤中。它由液体、气体、固体三部分组成,按质地将其分为沙土、黏土和壤土。沙土通气透水性能好、土温变化快,但保水、保肥能力差,有些中药植物适合在沙土上生长,如珊瑚菜、甘草、麻黄等。黏土土壤结构致密、耕作阻力大、通气透水能力差,但保水、保肥能力强,适宜在黏土上种植的中药植物较少,如泽泻等。壤土是最优良的土质,其性质介于沙土和黏土之间。土质疏松、透水良好,保水、保肥能力又较强,适宜种植的中药植物种类较多,特别是根和根茎类中药材适宜在此土壤上种植,如地黄、当归、丹参、黄连等。
土壤肥力是指土壤供给植物正常生长所需的水、肥、气、热的能力。按其来源不同分为自然肥力和人为肥力。自然肥力是土壤原有的肥力;人为肥力是在自然土壤的基础之上,通过耕作、施肥、改良、种植等措施人为创造出来的肥力;两者在栽培植物当季产量上的综合表现,称为土壤的有效肥力。中药植物产量的高低与土壤的有效肥力密切相关,需要根据中药植物的需肥规律和土壤的肥力状况,科学地调整中药植物与土壤的关系,通过相应的耕作改土、灌溉施肥及调整种植方式等,达到用地、养地相结合的生产目的。
土壤水分是植物生存和发展的必要条件。当土壤相对含水量为80%时,人参根增重快,生长健壮,药材产量高、质量好;土壤相对含水量在60%以下时,人参根生长缓慢,并有烧须现象发生;土壤过湿(相对含水量100%)则烂根现象严重。细辛适宜生长的土壤相对含水量为40%~50%,砂仁开花要求土壤含水量为22%~25%。土壤酸碱性对土壤肥力、土壤微生物的活动、土壤有机质的分解、土壤营养元素的释放等有很大影响。中药植物对土壤的酸碱度都有一定的要求。多数适宜在微酸性或中性土壤上生长,但也有比较耐酸的植物,如荞麦、肉桂、黄连、槟榔等,而有些中药植物则比较耐碱,如红花、甘草、枸杞、土荆芥等。
影响中药资源分布的生物因素主要包括种群因素和群落因素。
1.种群因素对中药资源分布的影响 种群是同一物种占有一定空间和一定时间的个体集合群。每个物种都有自己特有的空间范围,即分布区。植物分布区的形状和大小主要是受种系发生的年龄、繁殖和传播的能力,以及自然环境条件或人类活动的影响,地理的隔离和障碍也有很大的作用。
中药资源物种之间相互作用形成种间关系,种间关系是物种进化、群落演替的基础和表征,基本类型可以分为正相互作用和负相互作用。正相互作用按其作用程度分为偏利共生、原始协作和互利共生三类。负相互作用包括竞争、寄生和偏害等。例如,菟丝子常攀缘于豆科植物,吸收寄主的营养,继续迅速蔓生;冬虫夏草是麦角菌科真菌寄生在蝙蝠蛾科昆虫幼虫上的子座及幼虫尸体的复合体。
2.群落因素对中药资源分布的影响 生物群落是指在一定时间和空间内分布各物种的种群集合,包括动物、植物、微生物等各个物种的种群,共同组成生态系统中有生命的部分。居住在一个地区的一切生物所组成的共同体,它们彼此通过各种途径相互作用和相互影响,是不同种群之间通过种间关系(互利共生、竞争、寄生、捕食等)形成的有机整体。
在自然群落中,多种群群落更为普遍,群落内的种群成分按照自身的生理生态特性占据一定的空间,执行一定的生态功能。优势种、建群种对群落的性质和结构有显著的决定作用,一般分布在群落的最上层。如在落叶阔叶林中,群落的垂直结构可分为乔木层、灌木层、草本层和地被层,苍术、芍药、九节菖蒲等分布在草本层中,而杜仲、厚朴等高大乔木则分布于乔木层中,还有一些特殊的植物,如北五味子、中华猕猴桃等藤本植物,依附于乔木向上生长,称为层间植物。中药植物群落是具有特定药效的植物群落。
随着经纬度、海拔高度和温度的变化,中药植物群落分布具有一定的地带性,可分为水平地带性、垂直地带性和分布过渡带。
(1)水平地带性 主要包括热量变化所形成的纬向地带性和水分变化引起的海洋至大陆的径向地带性;纬向地带性,从南向北形成了各个热量带,每一个带从东向西延伸又由北向南更替。与此相应,各种植被也呈带状分布,所有植物都有一定的分布范围,如杜仲主要分布于长江以南的部分地区、长江中游及秦巴山地等,超出这些区域,杜仲在自然界将会消失。经向地带性,以水分条件为主导因素,引起植被分布由沿海向内陆发生更替。例如,在我国温带地区,沿海空气湿润,降水量大,分布夏绿阔叶林;离海较远的地区,降水减少,旱季加长,分布着草原植被;到了内陆,降水量更少,气候极端干旱,分布着荒漠植被。
(2)垂直地带性 海拔高度不同导致植被成带状分布,一般山体愈高,垂直分布的类型越多,种类的构成也越复杂;从低温山地到高温山地,中药植物的垂直分布带谱由简变繁,垂直带的高度也逐渐由高到低。
(3)分布过渡带 两个不同群落交界的区域,在此地带中,生物生活的环境条件往往与两群落的核心区域明显区别。例如,在森林和草地的交界处,林缘风速较大,水分蒸发加快,故较为干燥,太阳的辐射也强。
中药资源品质是中医药治病的基础,目标产品是中药材。影响中药资源品质的自然环境包括气候条件、地理条件等方面。从生物学角度看,药材品质是基因型与环境相互作用的结果。
1.光照对中药资源品质的影响 中药材活性成分多属于次生代谢产物,光照不仅影响植株的形态建成,导致中药材外观性状与显微结构发生变化,也在一定程度上决定着生物产量与活性成分含量。光照的影响主要体现在光照强度、光照时间和光质等因素。
(1)光照强度 不同的中药植物对光照强度有着不同的要求,可分为阳生植物、阴生植物和中间类型的耐荫植物。阳生植物和阴生植物对于光照的需求不同。以三萜皂苷的合成为例,人参为阴生植物,在5%和20%透光棚下,人参根中皂苷含量随着淀粉含量的增加而增加,并达到最大值;在35%和50%的透光棚下,人参根中皂苷含量随着淀粉含量的增加而下降;只有荫棚的透光率保持在20%时,人参中的皂苷含量才表现为最高;叶片中皂苷含量以在15%透光棚下最高。与之相反,阳生植物对光照的需求较高,光强较大时三萜皂苷的合成较为旺盛,当相对照度在65%或70%左右时绞股蓝体内的总皂苷含量最高,当低于50%或高于85%时,其总皂苷含量均呈降低趋势。
(2)光照时间 光照时间对中药植物活性成分的合成与积累也有影响。以西洋参总皂苷对产地主要气候因子做回归分析,发现日照时间是影响中国西洋参总皂苷生物合成的主要气候因子,如皖西人工种植的西洋参,在海拔530~850m,由于年日照时数随着海拔高度逐渐增加,其总人参皂苷含量呈线性增加,由6.75%上升到8.72%;在海拔850~1000m,由于形成了强云雾带,年日照时数大为减少,总人参皂苷表现为海拔升高100m含量降低1.38%;在海拔1000m以上时,云雾较少,年日照数有显著增加;海拔1160m时,总人参皂苷含量高达8.60%。对不同产地三七的研究中也得出相似的结果,日照时数高的产区所产三七中皂苷成分较高。
(3)光质 光质受纬度海拔高度及季节的影响,对植物活性成分的积累亦有影响。一般情况下,短波光随着纬度的增加而减少,随着海拔高度的提高而增加。在时间变化上,冬季长波光增多,夏季短波光增多。如紫花洋地黄中的苷积累不仅受光照强度影响,也受光谱中成分的影响,紫外光照射能促进叶中苷的积累。有报道称,紫外光照射可促进曼陀罗生物碱含量的提高。
2.温度对中药资源品质的影响 植物体内的各种代谢活动需要众多催化酶的参与,光合作用的暗反应为酶促反应,不同的酶有着各自的催化适温,温度的改变能影响植物体内酶的活性和生化反应的速度,从而影响植物的生长发育和有效成分的形成。光合作用有温度三基点,因植物种类不同而有很大差异,C 4 植物的光合最适温度一般在40℃左右,而C 3 植物在25℃左右。温度过低可导致膜脂相变、叶绿体超微结构破坏及酶的钝化,从而抑制了植物生长,引起某些代谢中间产物的积累;高温可能会引起膜脂和酶蛋白的热变性,加强光呼吸和暗呼吸。气温的适度升高对多数植物的生长发育及活性成分积累有利。颠茄、秋水仙、欧乌头、紫花洋地黄和欧薄荷等植物有效成分含量都与年平均温度呈正相关。毒芹在苏格兰并不产生有毒性的毒芹碱,欧乌头的根在寒冷气候条件下栽培可渐变为无毒,而生长在温暖的地中海地区则具有一定毒性。
3.降水量对中药资源品质的影响 降水量包括降雨量和降雪量,它与环境的湿度和土壤含水量密切相关。如同一地区不同的年份洋地黄叶中苷的积累变化,很大程度上与降水量相关:有研究发现,在生长期,洋地黄叶中苷的积累和产量提高的先决条件之一是湿度不能过高。栽培在刚果的香茅在雨季挥发油含量约为0.2%,在旱季则为0.3%,但并非所有植物都需要干旱的环境,一些植物如缬草根和芫荽果实中的挥发油、白芥种子中的脂肪油和白芥子苷都随雨量的增加而增加。干旱的气候条件也会造成野生药材产量的下降,如甘肃武都、云南丽江、四川所产当归挥发油含量分别为0.66%、0.50%、0.25%,其中武都属半干旱气候环境,多光干燥环境使得当归挥发油含量较高,而四川环境为少光潮湿,所以挥发油含量较低。
4.其他间接条件对中药资源品质的影响 海拔高度和地球纬度主要通过影响光照条件和气温对中药植物产生影响。不同的纬度和海拔高度导致温度、湿度、光照、气压、紫外线辐射、风速等综合环境资源要素的变化。因海拔高度差异而发生的环境胁迫必然对植物的生长发育产生影响,多数植物会以代谢产物含量和分布部位的变化产生生理补偿效应,如西洋参中的总糖与还原糖含量随海拔高度的升高而增加,而总皂苷含量在海拔600~850m含量显著下降,在1000m以上含量又显著回升。云南红豆杉分布的海拔高度与其林木枝叶紫杉烷的含量高低具有高度的相关性。原产于青海高原带的山莨菪植株当海拔高度分别为2400m、2600m、2800m时,其山莨菪碱含量分别为0.109%、0.146%、0.196%。进一步研究表明,山茛菪地上部分中的樟柳碱和东莨菪碱含量随着海拔的升高而升高,山莨菪碱和阿托品含量则呈抛物线变化,中间低、两头高;地下部分中的樟柳碱含量随海拔的升高而升高,东莨菪碱、山莨菪碱和阿托品含量则呈抛物线变化,前两者的含量是中间高、两边低,后者含量变化与地上部分类似。热带植物含生物碱的平均分子量和含挥发油的比重均比温带植物低。
温带植物在温和湿润的条件下,产生的脂肪油含较多不饱和脂肪酸,有较高的碘价;在高纬度地区,脂肪酸中癸酸、辛酸、正己酸、月桂酸、豆蔻酸几乎找不到。热带植物含生物碱的平均分子量和含挥发油的比重均比温带植物低。酒石酸主要在南方植物的果实中形成,而苹果酸主要在北方植物果实中形成。松脂酸为松柏目树脂中典型的酸,主要形成于北方高纬度的植物或南方的高等植物中。
1.土壤质地对中药资源品质的影响 土壤质地是指土壤中各级土粒含量的相对比例及其所表现的土壤砂黏性质,它是土壤较稳定的自然属性,影响着土壤一系列物理与化学性质,包括土壤结构、孔隙状况、保肥性、保水性、耕性等。根据土壤中砂粒、粉粒和黏粒含量,可划分为沙土类、壤土类和黏土类三大质地类型。不同土壤类型中结构和理化性质的差异,引起土壤中的水、气、热、养分和通透性也不同,这些差异通过影响植物的呼吸作用而影响植物根压的变化,从而直接影响了根系从土壤中吸收水分和矿物质,造成植物药材中化学成分含量的变化。如甘草是钙质土壤的指示植物,据分析,土壤环境对于甘草中甘草酸含量存在影响,在各种土壤环境中生长的野生甘草的甘草酸含量依次为栗钙土>棕钙土>风沙土>盐碱化草甸土>次生盐碱化草甸土>碳酸盐黑钙土;薄荷生长在砂质土壤中,生物碱含量高;金银花最适合的土壤类型是中性或稍偏碱性的砂质土壤,且要求土壤的交换性较好。
2.土壤肥力对中药资源品质的影响 土壤肥力与中药材产量高低、品质优劣密切相关。土壤有机质是土壤肥力的重要组成部分,土壤有机质在土壤中经过一系列的转化亦可分解出作物所需的矿质元素,为作物生长提供养分。土壤中氮元素增加常可提高茄科植物生物碱的积累,氨态的氮肥施用能促进颠茄生物碱的合成,施用碳酸铵可使生物碱积累获得最大效益。对影响杜仲有效成分的主导土壤因子进行筛选,得出杜仲叶中绿原酸含量主要受土壤有机质影响,芦丁含量的主要影响因子是土壤全磷、有机质,槲皮素含量的主导因子主要为有机质、有效磷等,山柰酚含量的最大影响因子为有机质。药用白菊花活性成分总体影响最大的因子为速效磷和速效钾含量,其次为脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性和有机质含量。
3.土壤微量元素对中药资源品质的影响 土壤矿质元素作为植物的“营养库”,现已确定碳、氧、氢、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、硼、锌、铜、钼、氯、镍17种元素为植物的必需元素。它们既是细胞结构物质的组成成分,又可参与调节酶的活动,起电化学作用和渗透调节作用。各种药材的有效成分含量,甚至同一种药材的道地性与非道地性均受土壤矿质元素的控制。每种药材都具有其特征的微量元素,而同种产品因产地不同也存在差异。如不同产地的天麻中铷、锰、钴、锂、钼等元素含量不同,优质天麻中含较高的铷、锰,这与天麻道地药材产区土壤中微量元素分布一致。钼、锰、锌、硼对当归均有一定的增产效果,其中钼作用最大,施加钼、锰微肥能提高当归中挥发油、多糖、阿魏酸含量。乌头品质与土壤中磷、铜、铁、锌的含量也具有极其密切的关系。
4.土壤酸碱性对中药资源品质的影响 土壤酸碱度不仅直接影响植物生理活动,还通过微生物的活动、土壤有机质的分解、土壤营养元素的释放等,间接影响植物的生长发育。如益母草中生物碱含量与土壤的pH值呈正相关,产于碱性土壤的北方地区生物碱含量约为产于酸性土壤的南方地区的两倍。木通适宜于偏酸性环境下生长,有利于有效物质的积累。
5.栽培土壤环境恶化对中药资源品质的影响 中药植物栽培中存在一个突出问题,即连作障碍。对于多年生或连作中药植物,由于耕作、施肥、灌溉等方式固定不变,会导致土壤理化性质恶化,肥力降低,有毒物质积累,有机质分解缓慢,有益微生物种类和数量减少。因此,土壤环境恶化是中药植物栽培无法回避的问题,一般可借助常规的轮作倒茬解决。中药植物根际土壤的恶化,通常是由多个因素引起。如养分胁迫对植物造成生理伤害,导致植物生理代谢的异常变化和根系原生质膜透性的增加,从而促进了分泌物的大量分泌,这些根系分泌物的大量增加又可能引起植物自毒作用,同时改变土壤微生物群落结构及土壤pH值,引起土壤理化性质的改变。对人参连作障碍的综合分析发现,土壤病害占35%,线虫占16%,营养缺乏占12%,土壤酸化占7%,土壤物理性状变坏占5%,盐分积累占5%,其他占3%,不明原因占17%。由此可见,中药植物土壤环境恶化通常表现为土壤环境的全面改变,对其治理应采取多种手段的综合治理策略。在生产实践中,应根据中药植物根际土壤环境恶化的具体表现,不但要有针对性地选用土壤环境治理措施,还要考虑到中药植物根际土壤恶化的系统表现,综合利用各种土壤环境治理措施,对土壤环境进行综合治理。同时,针对中药植物的栽培生理学特点,制定合理的种植制度和土壤耕作制度,实施科学的田间管理,如采用客土栽植、秋天深翻、调整播期、合理布局、高温闷晒、嫁接技术,结合间作、套作、立体经营等种植制度,作为克服中药植物栽培过程中土壤环境恶化的长期而重要的措施。
农药残留和重金属超标是土壤环境污染影响中药材品质的另一重要方面,是影响药材安全性的重要因素,也是影响药材出口的主要制约因素之一。随着工业的快速发展,废水废料的排放,土壤中的重金属逐渐超出土壤的负载能力,引起了土壤重金属含量部分超标,从而间接导致药材重金属含量超标。此外,为片面求取高产量,部分地区大量使用农药等,在土壤中长期保留并逐渐被中药植物富集,导致药材农药残留超限。
6.土壤微生物对中药资源品质的影响 在高等绿色植物根系范围以内,生活着大量的微生物,它们和高等植物的生活有着密切的联系,绝大部分的植物养料要先经过微生物的分解和转化,才能变成植物可以直接吸收的状态,为植物提供生长发育所必需的营养。因此土壤微量元素与植物营养密切相关。在农业生产中,有益微生物的施用已经成为提高作物产量与品质的有力措施。
影响中药资源品质的生物因素包括动物、植物、微生物,以及生物之间的各种关系,如生态关系-营养关系(寄生、共生、竞争、捕食等);化学相互关系,如生物之间通过挥发性分泌物互相产生影响;机械关系,如附生植物、藤本植物、绞杀植物、动物的共栖等。各种生物之间的关系极为复杂,通常包括互惠、偏利、偏害、中性等类型,主要有食物、捕食者、寄生物和病原微生物。环境(内环境和外环境)生物因子的变化将引起药用动植物代谢和抗性的变化,从而影响中药资源的品质。
1.群落环境对中药植物品质的影响 同种中药植物生存的群落环境不同,其药效成分的类型、量也不尽相同。植物群落决定着物种的生存、演替和变异等,对中药材品质也有影响。红松林和针阔叶混交林下刺五加整体的紫丁香苷含量相近,但均显著高于落叶松林下的刺五加。红松林下和针阔混交林下更适宜种植以获得紫丁香苷为目的的刺五加种群。根据蛇床果实中香豆素成分与生境类型的相关性,可将蛇床分为3个类型:分布于福建、浙江、江苏等亚热带常绿阔叶林区域的以蛇床子素和线型呋喃香豆素为主要成分的化学型;分布于辽宁、黑龙江、内蒙古等温带针阔叶混交林区域的以角型呋喃香豆素为主要成分的化学型;分布于河南、河北、山西等暖温带落叶阔叶林区域的蛇床子素、线型和角型呋喃香豆素共存的过渡类型。
2.内生真菌对中药植物品质的影响 植物内生真菌是指在植物体内完成其生活史的部分或全部,生长于植物组织细胞间,分布于根、茎、叶和种子中,但又不引起任何病证的微生物。内生真菌是植物内环境重要的组成部分,与植物长期共进化过程中形成了一种稳定的互利共生关系,具有促进植物生长、增强抗性和其他生物活性,使植物具备了优良的抗逆性和生长特性;尤其是内生真菌能够显著促进中药植物次生代谢物的生物合成。中药植物内生真菌具有丰富的生物多样性,在中药植物不同生长期,由于其生理状态及气候条件的变化,影响内生真菌的种群和分布,而这种种群结构的动态变化显著影响中药植物的生长与代谢。内生真菌能够产生一类可诱导中药植物细胞生物合成次生代谢产物的物质,称之为内生真菌诱导子,属于外源性诱导子。内生真菌诱导子作为一种特定的化学信号,在中药植物与微生物的相互作用中,可以快速、专一和选择性地诱导中药植物代谢过程中特定基因的表达,进而活化特定次生代谢途径,调控中药植物活性成分的生物合成。目前,利用内生真菌诱导子调控中药植物有效成分合成与积累的报道,几乎涉及天然产物的所有种类,包括生物碱类、萜类、皂苷、黄酮类、多糖、蛋白质及肽类等。如从明党参植株中共分离到8属116株内生真菌,利用内生真菌诱导子使明党参细胞中多糖的产量提高了38.01%。将内生真菌黑曲霉和米曲霉诱导子分别与黄芩毛状根共培养,结果黄芩苷的产量从7.64%分别增至9.18%和8.81%。利用内生真菌Rhizoctonia sp1诱导子处理茅苍术悬浮培养细胞,苍术素的产量比对照提高了48.3%。
综上所述,影响中药资源品质的自然因素众多。一方面,各个生态因子不是孤立或恒定地发挥作用,而是彼此相互联系、相互促进、相互制约,环境中任何一个单因子的变化,必将引起其他因子发生不同程度的变化,即对中药资源起作用的是生态环境中各因子的综合作用;另一方面,在各个生态因子中,其中一个或两个因子,在一定条件下,起着主导作用,即该主导因子改变时就会引起所有生态因子的重大改变,而形成另一个生态类型。
在中医药长久的发展历史中,已认识到生态学对药材质量的影响,如道地药材的形成就反映了生态因子对药材质量的影响,是基因型与环境之间相互作用的产物。优良品种遗传基因是形成道地药材的内在因素,而特定的生态环境条件是构成道地药材最重要的外在因素。由中药资源学与生态学相互融合所产生的中药资源生态学是一门新的交叉学科,它是研究中药资源与所在的自然环境、中药资源与其他生物之间相互关系,以及人类对中药资源影响的一门学科。在进行中药资源生态学研究时需要注意:首先,中药资源的药效物质基础是中药材中能实现该中药功效和性能的一系列化学成分,因此,不同于农作物和经济作物主要追求快繁、高产的生产目的,中药资源的药效学属性,决定了其生产质量与产量并重的特点,甚至对质量的要求超过产量,这使中药资源生态学在研究目的、方法及内容上均与普通生态学有所不同;其次,中药材药效质量的物质基础主要是小分子的次生代谢产物,追求质量的特点使其对生态学研究不止关注药材的中药资源学生长发育,更关注代表着药效属性的次生代谢产物的积累;最后,以种群生态学的研究方法对道地药材的形成进行研究,是中药资源学的研究重点和难点。