道地药材质量特征及构成机制研讨停顿

《中华人民共和国中医药法》中明白定义：“道地中药材是指经过中医临床长期应用优选出来的，产在特定地域，与其他地域所产同种中药材相比，质量 和疗效更好，且质量稳定，具有较高知名度的中药材”。道地药材细致表示为药材的“优形”和“优质”[1-2]。黄璐琦院士等[3]指出道地药材的特殊质量是其基因型、特定的生态环境和栽培措施共同作用的结果。其共同塑造了道地药材区别于其他产地同类药材在外观性状、化学组成、药理作用及临床疗效方面特有的质量特征。因而，基于道地药材的性状特征、化学特征及药理药效特征表征其道地性特性，从遗传基因的多样性和分化及生态环境对道地药材质量构成的影响提示道地药材的构成机制，可为药材的消费栽培、质量控制及合理的临床应用提供科学依据。近年来，基于道地药材性状特征、化学特征和药理药效特征的仿生学技术、色谱光谱技术和生物效价检测技术等的展开，为道地药材的质量特征研讨提供了技术支撑。DNA分子标记技术和不同组学技术的展开和应用，为探求药材道地性构成的机制提供了有力的工具。基于药材的道地性成 因，本研讨总结了道地药材的性状、化学成分和药理药效等特征，对道地药材与非道地药材间、不同道地产区药材间的遗传物质差别和环境生态因子对药材道地性构成的作用中止了综述，并对道地药材的化学-生态-遗传特征的相关性剖析中止归结，以期为药材道地性的构成机制研讨提供一定的参考依据。

1中药材的道地性成因

道地药材是遗传变异和环境共同作用的结果。经过剖析不同居群药材的化学物质与遗传变异和环境生态因子的相关性，可提示药材道地性的成因[4]。黄璐琦院士等[5]指出，道地药材的实质是“同种异地”，就是说同一物种长期顺应不同的生态环境，其遗传物质发作一定的变异，构成了各自特有的遗传物质。药用植物居群间的这种遗传分化通常是由异域片断化、受距离影响的有限基因流和散布区快速扩展惹起的[6]。在异域片断化方式下，居群间的基因交流简直或完整被阻断，居群间的等位基因频率或单倍型频率差别很大或完整不同，招致不同居群药用植物存在较大的遗传分化，如苍术在不同居群间的遗传变异。在受距离影响的有限基因流方式下，居群间的基因流随着天文距离的增大而减小，居群间等位基因频率或单倍型频率的差别随着天文距离的增大而增大，使得不同居群药用植物之间的遗传分化呈现连续变异，如黄芩的遗传变异主要发作于不同居群间[3]。散布区快速扩展方式包含长距离传播和临近区域的快速扩展2种情形。经过长距离传播产生的2个居群间可能会有极端相似的等位基因频率或单倍型频率，进而构成1个药材有多个道地产区呈现的状况，如白芷有川白芷、杭白芷、亳白芷、禹白芷、祁白芷等[7]。在散布区快速扩展方式下，1个物种的散布区短时间在临近区域疾速扩展，这种状况下居群间的基因交流简直不受障碍，其等位基因频率或单倍型频率简直或完整一样，没有遗传分化，所产生的药材没有明显的道地性。另一方面，道地药材的“同种异地”，在生物学上就是指某一物种的特定居群，这里的“特定”是由一定的土壤、光照及湿度等环境生态因子所决议的。生态因子经过影响药用植物体内的生理生化反响，调控次生代谢产生物合成酶的活性，影响药材的质量，使得道地药材在性状、化学组成及药理药效和临床疗效方面显现出特有的质量特征。

2 道地药材的质量特征

2.1 道地药材的性状特征

药材的性状特征是指其具有的形、色、气、味、大小、质地、断面等特征。1994年，谢宗万[8]初次提出“辨状论质”理论，其中“状”是指药材的外观性状，“质”则是药材的内在质量，因而“辨状论质”便是对药材的外观性状中止察看，并经过剖析与总结，对药材的内在质量做出评判。“辨状论质”理论的实质是将中药特定的外观性状和某些特性与内在质量相关联。随着电子仿生学技术和人工智能技术的展开，以及光谱、色谱等其他技术伎俩在中药质量评价中的应用，“辨状论质”理论与现代科学技术相分离，为道地药材特征的定量化研讨提供了理论支撑。如凌秀华等[9]基于显微摄像技术以及计算机图像处置技术，分别构建了用于辨认川麦冬、浙麦冬和湖北麦冬3者性状和显微特征的神经网络模型，同时树立其化学成分含量与相应审定特征的联络，可用于不同道地产区麦冬及其近缘种类的图像辨认，完成了“辨状论质”中“形”的定量描画。 刘瑞新等[10]基于电子眼技术对不同产地川贝母的颜色信息中止提取，并借助化学计量学措施树立适合的辨识模型，从“辨状论质”中“色”动身完成了道地药材川贝母质量的快速辨识。Li等[11]采用电子鼻技术对陈皮不同栽培种类的18种挥发性成分中止剖析，基于“辨状论质”中“气”完成了陈皮道地药材（广陈皮）与非道地药材的鉴别。Ding等[12]采用电子舌技术对锁阳样品水提液的电信号中止采集剖析，并分离主成分剖析和线性判别剖析模型，从“辨状论质”中“味”动身完成了对8个产地锁阳的鉴别。

“辨状论质”经过对道地药材的性状特征中止定量化，处置了不同产地间药材的鉴别，并将中药的某一性状特征与其主要化学成分的含量中止关联剖析，为道地药材的性状与质量的相关性提供了一定的依据。但是，现阶段，基于“辨状论质”的中药质量评价与药效的低关联度，中药材的临床药效和 保险性难以保障，从而遭到业内外的诟病。因而，后续应树立道地药材“优形-优质-优效”相关联的研讨方式，从而为阐明道地药材构成机制奠定基础，为指导道地药材的种植消费和种类选育等提供依据。

2.2道地药材的化学特征

道地药材的化学特征是指其所含共异化学成分的结构类型、特定的药效物质及有毒成分的含量，特有的不同结构化学成分的比例，这种特定的化学成分谱及各成分的含量和比例表示了道地药材特有的化学质量，也是其发挥良好临床疗效的基本。因而，只需从道地药材化学成分定性的组成、定量的含量及特定药效物质的比例动身，才可客观精确地表征道地药材的化学特征。近年来，中药指纹图谱技术可经过应用各种色谱及光谱技术，如高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）、液相色谱-质谱联用（liquid chromatography-mass spectrum，LC-MS）、傅里叶变换红外光谱法（fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR）、气相色谱（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）、薄层色谱（thin layer chromatography，TLC）、紫外光谱（ultraviolet，UV）、核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）和太赫兹时域光谱（terahertz time-domain spectroscopy，THz-TDS），从整体上表征道地药材的化学特征，从而分辨道地产区和非道地产区的药材。如Bi等[13]采用HPLC技术对16个产地黄芪中的黄芪甲苷和毛蕊异黄酮-7-葡萄糖苷的含量中止测定，聚类结果显现产于固阳、鹤林、武川、乌拉特前等道地产区的黄芪药材聚为一类，其质量优于其他地域。Zhang等[14]采用LC-MS技术对不同产地黄花蒿中青蒿素B、青蒿素、青蒿酸和东莨菪内酯等成分的含量与空间散布中止相关性剖析，结果显现散布于中国北方的黄花蒿中青蒿素B和青蒿酸含量较高；散布于中国南方道地产区的黄花蒿中青蒿素和东莨菪内酯含量较高，防治疟疾的药用功用更强。Wang等[15]基于UV和FT-IR技术对来自8个不同地域共183份云南重楼中止剖析，并分离偏最小二乘判别剖析胜利分辨了道地产区（云南）与非道地产地的云南重楼。

道地和非道地药材的化学成分特征也表往常其次生代谢产物的差别方面。次生代谢物是植物在其生长发育和对环境的顺应过程中次生代谢产生的一类小分子有机化合物，是植物在长期进化过程中与环境相互作用的结果。植物代谢组学是对植物代谢物中止高通量、无倾向全面剖析的技术[16]，经过研讨道地和非道地药材的小分子代谢产物，对其同时中止定性、定量剖析，并找出代谢变更的规律，肯定可表征其道地性的差别化合物，可进一步明白道地药材的化学特征。如Xue等[17]采用液相色谱与电子俘获检测器联用技术、超高效液相色谱与飞行时间质谱联用技术（ultra performance liquid chromatography-time of flight mass spectrometry，UPLC-QTOF/MS）及GC-MS技术研讨发现道地产区（四川东部和湖北西部）与非道地产区厚朴中次生代谢产物存在比较大的差别，其中阿洛糖苯乙醇二糖苷、阿洛糖苯乙醇三糖苷和阿洛糖苯乙醇四糖苷等可用作厚朴的道地性判别。Lv等[18]采用UPLC-QTOF/MS胜利判别了道地产区和非道地产区的枸杞，并选择得到道地药材“中宁枸杞”的生物标记物为槲皮素和琥珀酸。胡贞贞等[19]采用GC-MS对不同产地广藿香的差别性代谢产物展开剖析，鉴别得到属于传统肇香的高要莲塘广藿香（“酮型”广藿香），并选择出能分辨各产地“醇型”广藿香的5种差别化合物，分别为β-石竹烯、去甲藿香烯醇、蓝桉醇、百秋李醇、广藿香酮。

道地药材的化学特征也体往常主要药效物质的含量及各成分之间比例的差别。色谱-质谱联用技术使得同时测定药材多种化学成分的含量成为可能，也为道地药材化学质量的表征提供了有力的工具。Zhang等[20]采用HPLC-MS对不同产地甘草中的5个单体成分（甘草苷、异甘草苷、甘草素、异甘草素和甘草酸）中止含量测定，结果显现产于道地产区内蒙古的甘草种甘草苷和甘草酸的含量显著高于非道地产区。Wang等[21]采用UPLC-MS/MS对6个产地川芎的20种活性成分中止了含量测定，发现道地产区（四川都江堰）川芎中藁本内酯和洋川芎内酯A的含量最高。Zhang等[22]采用UPLC-QTOF/MS对道地产区与非道地产区当归的化学成分中止表征，结果显现产于道地产区甘肃岷县的当归药材中洋川芎内酯I和正丁亚基邻苯二甲酰胺的含量高于非道地产区的当归药材，而阿魏酸和欧当归内酯A则刚好相反。Jin等[23]采用UPLC/QTOF-MS比较剖析不同道地产地麦冬的组成差别，分离多元统计剖析对川麦冬和浙麦冬中止分辨，最终选择出可用于区别不同道地产区麦冬的质量标记物为麦冬皂苷D和慈溪麦冬皂苷B。

中药的化学成分是中药发挥临床疗效的物质基础，也是药材质量评价的主要指标。因而，经过化学特征分辨道地产区与非道地产区、不同道地产区间的药材，可保障中药的质量和疗效，且不同产地药材间质量标记物的选择，可为药材道地性构成机制的研讨提供化学物质基础。但目前以产地为导向选择出的质量标记物缺乏与药理药效的相关性研讨，致使道地药材的化学特征难以关联其保险性和有效性，缺乏以阐释道地性药材临床应用的优越性。因而，后续应对道地药材特征性化学成分和药理药效之间的关系展开进一步剖析，选择出与药效直接相关的化合物，从而以活性和产地为共同导向给道地药材的质量控制提供措施支持。

2.3 道地药材的药理药效特征

道地药材的灵魂是优秀的临床疗效。目前常用的道地药材化学特征表征措施较难反映中药的临床疗效战争安性，亦难以有针对性地指导临床保险合理用药。因而，应用生物检测及药理学措施研讨道地药材的药效及毒性的作用规律，阐释其发挥优秀药效的机制，从生物活性、药理药效、临床疗效及作用机制多层次多角度呈现道地药材的药理药效特征，可为道地药材科学合理的临床应用提供可自创的资料。生物效应检测是指应用药物对实验体所产生的生物效应，运用特定的实验设计，反映药物有效性、保险性的一种措施，具有与中药有效性、保险性相关联的优势，是一种契合中药多成分、整体作用特性，可在一定水平上表征中药的药理药效特征[24]。生物效应检测措施可经过药效学指标和（或）毒理学指标反映中药的有效性战争安性，并可与中药的功用主治相关，从而反映中药的优劣。目前常用于中药活性评价的生物效应检测包含抗生素微生物效价检测、免疫检测技术和微量热法等。

抗生素微生物效价检测法是在适合条件下，依据量反响平行线原理设计，经过检测对照品与供试品对微生物的抑止作用，以测定供试品效价的措施。魏丽[25]采用管碟法、荧光测定法和酶联免疫吸附法 发现板蓝根对金黄色葡萄球菌的抑止作用以来源于安徽规范化种植基地的药材最强（效价值0.93 U/g），山东、甘肃、河北、河南、安徽、黑龙江和内蒙古等主产区的药材次之（效价值0.28～0.46 U/g），市场上置办的药材较差（效价值0.11～0.23 U/g）。

免疫检测技术是基于抗原和抗体特异性反响，对立原或抗体完成定性定量检测的措施，包含有酶联免疫吸附法（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）和胶体金免疫色谱法（gold immunochromatographic assay，GICA）。Zhang等[26]基于单克隆抗体制备技术和ELISA，树立了金银花中绿原酸和木犀草苷的免疫检测措施，并在此基础上采用GICA研制了绿原酸和木犀草苷胶体金免疫检测试纸条，完成了在10 min内对金银花药材的质量评价。

微量热法又称生物热活性检测技术，是能够实时、连续、在线监测生物体的生长代谢状况及在中药作用下热质变更状况的技术措施。赵艳丹等[27]采用微量热法研讨发现山西柴胡（抑菌率53.06%）和陕西柴胡（抑菌率42.86%）的抑菌活性均优于河北柴胡（抑菌率7.14%），抑菌率与柴胡皂苷a、d含量显著相关（相关系数分别为0.783、0.717），表明微量热法可作为不同产地柴胡的质量评价措施。

《中国药典》2010年版编写大纲中明白提出：“中药的质量规范要逐步由单一指标性成分定性定量测定，向活性有效成分及生物测定的综合检测过渡”。并在附录中增加了《中药生物活性测定指导准绳》；《中国药典》2015年版将《中国药典》2010年版的附录整合为通则，并沿用至《中国药典》2020年版。这阐明将生物效应检测技术应用到中药质量特征的研讨中已成为当前重要的展开趋向。因而，展开对不同产地药材间生物活性的比较，能够综合 评价药材的质量特征，从而保障药材的道地性。目前，生物效应检测技术已胜利应用于当归[28]、大黄[29-30]、丹参[31]和黄连[32]等道地药材的质量评价，但以上研讨采用的对照品大多是化学单体，对照品与化学成分复杂的被检中药材难具“同质性”。因而，李寒冰等[33]提出以道地优质药材作为生物活性评价的规范对照药材，从而保障对照品的均一性、稳定性、代表性和可延性。但是基原、环境生态因子和栽培方式等要素均会影响道地药材的质量，以道地药材作为规范对照药材评价生物活性的细致运用条件以及运用范围还有待全面且深化的研讨。

3 道地药材的构成机制

黄璐琦院士等[3]提出“道地药材的道地性越明显，其基因特化越明显”“边沿效应能促进道地药材 的构成”“道地药材的化学组成有其共同的自顺应特征”等假说 [34-37]。因而，可从道地居群和非道地居群间药材原植物的遗传物质差别及环境生态因子对药用植物作用的剖析，提示道地药材构成的机制。

3.1基于遗传特征的道地药材构成机制的研讨

道地药材“优形、优质”的质量特征是由其特有的基因组结构及其特征决议的。应用道地药材和非道地药材或不同道地产区药材基因序列的差别，可发掘“优形、优质”特征重要功用基因、树立道地药材DNA指纹图谱、阐明道地的遗传分化及对环境的顺应性，解析道地药材优秀种质资源的遗传特征，提示道地药材质量特征演化的遗传学基础，为道地药材的定向培育、栽培和消费提供科学依据。同一种药材不同产地之间在药材质量上的差别也反映在居群间的遗传特征上。目前用于道地药材遗传特征研讨的技术主要包含DNA分子标记技术及转录组和蛋白质组等组学技术，经过对不同产地药材基原植物遗传基因的比较剖析，可提示道地药材的构成机制，也可为道地药材的分子审定、遗传变异和种类选育等提供遗传信息。

3.1.1遗传变异和分化影响道地药材构成DNA 分子标记技术经过研讨DNA分子由于插入、缺失、重排、倒位、易位等机制而产生的多态性，能精准地提示道地和非道地药材基原植物遗传物质的变异。目前随机扩增DNA多态性（random amplified polymorphic DNA，RAPD）、扩增片段长度多态性（amplified fragment length polymorphism，AFLP）、限制性内切酶片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism，RFLP）、简单重复序列（simple sequence repeats，SSR）、简单重复序列区间（inter-simple sequence repeat，ISSR）、相关序列扩增加态性标记（sequence-related amplified polymorphism，SCoT）、序列特征性扩增区域（sequence characterized amplified region，SCAR）、相关序列扩增加态性（sequence-related amplified polymorphism，SRAP）、单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）和DNA条形码（DNA barcoding）等DNA分子标记技术已普遍应用于道地药材的分子鉴别、遗传背景、天文变异、环境顺应性及种类选育等方面。

多种分子标记措施在树立道地药材DNA指纹图谱方面的应用，为道地药材的鉴别及其遗传特征的表征提供了真实可行的技术伎俩。如Xu等[38]基于核糖体内第二内部转录距离区（internal transcribed spacer 2，ITS2）的DNA条形码完成了对新疆紫草、内蒙紫草和硬萼软紫草的鉴别。郑司浩等[39]对不同产地甘草基因组的重测序数据中止SNP位点剖析，最终取得了可用于鉴别新疆、内蒙古及甘肃产甘草的SNP位点。李敏等[40]采用RAPD分子标记技术对4个产地白芍的遗传多样性中止剖析，并选择到了可用于分辨4个道地产区白芍药材（浙白芍、亳白芍、山白芍和川白芍）的分子审定标记。除上述分子标记技术外，RFLP、SCoT、SRAP和DNA条形码等多种分子标记技术已用于霍山石斛[41]、射干[42]、化州柚[43]和秦艽[44]等道地药材的鉴别研讨，见表1。

道地和非道地产区药材的遗传分化是道地药材构成的遗传学基础。遗传分化越明显，道地药材与非道地产区药材的差别越明显。经过剖析道地药材的遗传分化，可提示其道地性构成的机制。 Wang等[53]基于6对叶绿体序列和5对核基因对不同产地掌叶大黄的遗传分化中止剖析，群体遗传结构剖析结果将38个居群的掌叶大黄划分为东、西2个亚群，分别与中国大黄的道地产区（青海、甘肃和四川）和非道地产区相吻合。李翠翠等[54]应用ISSR分子标记技术对来自道地产区和非道地产区地黄的栽培群体和野生群体中止遗传多样性剖析，结果表明，河南散布的野生地黄群体的遗传多性最高。周介仁等[55]基于ISSR-SRAP分子标记技术对不同产地白花前胡中止遗传多样性剖析，结果显现，华东传统产区白花前胡种质具有丰厚的遗传多样性。目前已有DNA条形码、SSR、ISSR等分子标记技术应用于白花前胡[55]、栀子[56]、艾叶[57]等道地产区药用植物的遗传多样性、遗传分化和遗传结构等遗传信息的剖析研讨中，见表2。

药用植物在与环境长期相互作用的过程中，为顺应特定的环境遗传物质发作了一定的变异。道地药材的实质是“同种异地”，是特定天文环境的产物研讨道地药材遗传物质的天文变异及其对环境的顺应性，也可提示道地药材构成的机制。如姜丹 [4]基于三段叶绿体序列（ycf4-cemA、petA-psbJ和psbA-trnH）对28个黄芩居群中止分子谱系天文研讨，结果显现黄芩的道地产区（河北承德及周边地域）至道地产区以南（秦岭淮河、山东和山西）之间有双向的基因流，道地产区以北（东北三省和内蒙古）和道地产区以南之间简直没有基因交流，黄芩的道地产区也是黄芩的来源中心和多样化中心。岑晓霞等[67]基于SRAP和ISSR分子标记技术对不同道地产区栽培麦冬的遗传关系中止研讨，聚类剖析结果显现相比四川的野生麦冬，栽培川麦冬与浙江的野生麦冬有更近的亲缘关系，而栽培浙麦冬单独聚为一类。Zhang等[68]基于matK序列对34个唐古特大黄居群的遗传结构中止研讨，结果显现唐古特大黄的居群间存在一定的天文隔离现象，其遗传距离与天文距离呈显著正相关，从而对唐古特大黄的效果组分天文变异构成了一定的影响[69]。已有采用DNA条形码对黄连[70]、尼泊尔黄堇[71]、薤白[72]等药用植物谱系天文学研讨的报道，见表3。

优秀的种质资源是道地药材构成的基础。种质资源指一切能够繁衍的具有一定种质的生物体，是含有遗传功用的资料，包含着道地药材的遗传信息。研讨道地药材特定种质资源的遗传信息，关于阐明药材的道地性，及优秀种类的培育具有重要意义。如刘倨苹等[82]采用SSR分子标记技术对不同来源杭白芷的种质资源遗传多样性中止剖析，结果显现不同来源的杭白芷种群间存在一定水平的遗传分化（遗传分化指数为0.208～0.899），但总体遗传多样性较低（平均观测杂合度为0.245，平均希冀杂合度 为0.304），呈现了严重的种质衰退问题。胡亚对等[83]采用AFLP分子标记技术对30份银杏的种质资源遗传多样性中止研讨，结果发现不同种质资源的银杏间存在不同水平的遗传差别，种质间平均遗传相似系数为0.822 2，并经过非加权组平均法聚类结果选择出与其他种质亲缘关系最远，遗传相似性最低的高特异性种质资源C16，为银杏种质资源的选育提供了依据。Song等[84]采用ISSR-SRAP分子标记技术对云南省122份倒心盾翅藤的遗传多样性中止剖析，结果显现普洱市孟连傣族拉祜族佤族自治县和德宏傣族景颇族自治州芒市2个居群的遗传多样性水平最高，可作为倒心盾翅藤种质选择及改进的优秀候选种质。此外，研讨者已将SSR、SNP、ISSR等分子标记应用于阳春砂[85]、苦玄参[86]和当归[87]等道地药材优秀种类的选育研讨中，见表4。

综上，DNA分子标记技术以生物体内一个特定的、具有代表性的DNA片段序列为研讨对象，可在基因组水平上比较道地药材与非道地药材间或不同道地产区药材间的遗传物质差别，从而为道地药材的分子审定、遗传结构、天文变异和种类选育等提供理论依据。但药材的道地性在分子水平上表示为道地药材居群内某种基因型频率的增高或降低，这通常是个质变的过程，从而招致道地药材遗传多样性或高或低，与同种其他居群的遗传分化或大或小。因而目前道地药材的分子审定研讨集中于在群体水平寻觅多数道地药材所共有的分子标记，而非某一道地居群所特有的分子标记。

3.1.2基因的转录和翻译影响道地药材的构成药用植物在道地产区和非道地产区基因的差别性表白，可招致药材的次生代谢产物发作变更，影响药材的化学特征和临床疗效。转录组学经过高通量转录组的测序和剖析，可全方位地研讨道地药材和非道地药材在特定时期的差别表白基因，进一步选择审定与道地性相关的差别表白基因，并与主要药效成分中止关联剖析，提示基因表白量与药效成分含量之间的相关性，提示药材道地性构成的内在机制。王尧龙[50]基于15个产地金银花花蕾样本的转录组数据取得了居群内35 000～60 000个SNP位点，并进一步选取67个河南产区特有的SNP位点中止选择，取得2个在道地产区河南与其他非道地产区间具有稳定差别的SNP位点，并据此树立了用于分辨道地产区和非道地产区金银花的特异性聚合酶链式反响措施。Hua等[94]采用高通量RNA测序技术对不同产地太子参的转录组中止测序和功用剖析，共取得非重复序列基因89 857条，对选择得到的29个显著差别表白基因中止基因表白水平剖析，发现道地产区江苏的太子参在碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢、脂质代谢和其他次生代谢产物的生物合成上均高于其他产地的太子参。

蛋白质作为药用植物机体代谢的直接参与者，其结构和功用变更直接影响着植物的生命活动。环境生态因子诱导了药用植物蛋白质表白的变更，进而影响次生代谢产物（常常是药效物质基础）发作质或量的变更，从而构成不同产地药材质量的差别[95]。蛋白质组学剖析是基因表白的直接反映，可对蛋白质丰度、结构、定位、修饰和活性的剖析。应用蛋白质组学技术能够经过绘制道地产区和非道地产区药用植物间的差别蛋白表白谱，选择出药用植物中参与某些关键生物过程的蛋白质，挖掘出道地药材活性成分合成通路的关键酶。华愉教等[96]采用同位素标记相对和绝对定量（tags for relative and absolute quantitation，iTRAQ）技术对不同产地的太子参中止定量蛋白质组学研讨，发现道地产区江苏的太子参中氧化恢复酶和转移酶的合成代谢、碳水化合物代谢与抗应激才干较其他产区的要强，热休克蛋白、异构酶、Rubisco大亚基分离蛋白、伴侣蛋白质以及胞腔分离蛋白中的蛋白质折叠和抗应激才干则较弱，并选择得到调理不同产地太子参蔗糖变更的2个关键蛋白（ADG1和TKTA）以及招致不同产地太子参脂肪酸差别的关键蛋白（MFP2）。Zeng等[97]对道地药材宁夏枸杞和藏药黑果枸杞成熟果实中差别蛋白表白谱中止了研讨，发现蛋白复合体BMW经过谐和花青素的合成、运输和贮存可促进黑果枸杞果实中花青素的合成和积聚，关键蛋白ABC1K1和OR经过影响质体发育可招致宁夏枸杞和黑果枸杞果实中类胡萝卜素积聚差别。Ma等[98]对不同参龄栽培人参和野生人参根中的差别蛋白表白谱中止研讨，发现参龄25年的栽培人参的蛋白质表白谱比参龄20年的更接近野生人参；栽培人参与野生人参根中与人参能量代谢、人参皂苷生物合成和胁迫反响相关的蛋白质均随着参龄的增加而增加。

由此可见，转录组学和蛋白质组学分别从功用基因和关键酶2个角度反映了药用植物关于外界刺激的内在变更，从而提示了药材道地性构成的内在机制。但是现阶段应用于药材道地性构成机制研讨的组学技术较为单一，提供的信息较为片面，缺乏以全面提示道地药材次生代谢产物差别及其质量构成的内在机制。“如何整合多组学对生物复杂性状中止研讨”也是2022年中国科学技术协会发布的10大前沿科学问题之一。因然后续应借助多组学整合剖析，选择出差别表白基因、差别表白蛋白质、差别代谢物，并经过多组学关联剖析，提示次生代谢物差别成因及其药材质量构成的内在机制，从而为探求道地药材质量构成过程提供数据支撑。

3.2 基于环境生态因子的道地药材构成机制

道地药材“优形、优质”特征的构成是其特定的遗传基因与环境共同作用的结果。在特定的生长区域，道地药材基原物种选择性地表白与其性状表型相关的基因，使其在形态结构、生理机制、遗传特性等方面表示出与非道地产区药材不同的质量特征。影响道地药材性状相关基因表白的环境生态因子既包含非生物要素，如光照、温度、水分和土壤等，也包含生物要素，如土壤微生物的菌群结构、和植物共生的微生物[99]。环境生态因子影响基因和表观遗传调控，又由于不同等位基因对环境的敏理性有比较大的差别，使得道地和非道地产区的药材 以及来源于不同道地产区的药材表示出不同的质量特征[100]。研讨环境生态因子对道地药材构成的影响，并中止中药材产地适合性剖析，可为优质中药材资源的取得和资源维护战略的制定提供科学的依据。

3.2.1非生物要素对药材道地性特征的影响植物在长期顺应环境的过程中，经过调控次生代谢产物的积聚，抵御生物、物理、化学等环境胁迫。不同的植物对环境温度、光照、水分等环境生态因子的耐受范围不同，不同的生态因子对植物体内的生理生化反响和次生代谢产物构成和积聚产生的效应也存在差别。道地药材共同的质量特征是其微效多基因与不同的生态环境综协作用的结果[101]。因而，研讨生态因子对药材道地性特征的影响是提示中药道地性成因的基础，也是展开药用植物定向栽培、进步中药材质量的关键。如Zhang等[102]在剖析环境因子对小秦艽的活性成分含量的影响时发现，小秦艽中各活性成分的含量与年平均降水量呈正相关，獐牙菜苦苷、龙胆苦苷和总环烯醚萜类化合物的含量与年平均温度呈正相关，马钱苷酸和龙胆苦苷的含量与温度时节性呈正相关，并预测出内蒙古地域最适合栽培小秦艽的区域位于阴山和大兴安岭一带。Yang等[103]对蒙古黄芪中黄芪甲苷IV、毛蕊异黄酮苷与生态因子中止相关性剖析，结果显现蒙古黄芪中黄芪甲苷IV的含量与温度和降水呈显著相关，而毛蕊异黄酮苷的积聚主要受土壤因子和日照时数的影响，并指出乌兰察布中部地域是蒙古黄芪的潜在适合散布区。Dong等[104]在剖析温度对当归代谢产物含量的影响时发现，低温（14 ℃）环境促进了当归中阿魏酸和黄酮类成分的积聚，从而招致当归在道地产区甘肃和非道地产区间的质量差别。杨芙蓉等[105]在剖析气候因子与唐古特大黄成分的 响应关系时发现，温度浮动大、日照量高且降水量少的低温区域有助于唐古特大黄中蒽醌类和多酚类物质的构成和累积，从而招致了唐古特大黄在青海-甘肃和四川2个产区的质量差别。

生擅长道地与非道地产区的同一种药材，其质量特征常常具有很大的差别。光照、温度、水分、空气、土壤作为构成环境生态条件的主要因子，与道地药材的生长发育、质量与药效密切相关。研讨与道地药材质量相关的生态环境因子，并提示二者间的相关性，可发掘道地药材构成的主导生态因子，有助于了解道地药材构成的科学内涵。但由于环境中生态因子众多，且环境可能很容易掩饰基因型的非连续变异，使药材在表型上呈现连续变异，进而使不同产地药材的质量变异变得平滑而不可检测，最终影响与道地药材构成相关的生态主导因子的确定[101]，即环境生态因子对药材次生代谢产物合成与积聚的影响是间接的。因然后续研讨应从环境生态因子与次生代谢产物之间衔接的纽带入手，应用蛋白质组学技术提示环境生态因子对道地药材药效成分合成与积聚的影响，从而更好地阐明中药材道地性构成机制。

3.2.2生物要素对药材道地性特征的影响不同地域环境中的非生物要素也招致了不同的土壤微生物群落结构。而部分长期与药用植物相互作用的土壤微生物逐步成为药用植物生命体内部不可分割的一 部分，即内生菌群[106]。一方面，道地产区的土壤微生物常常存在更多的地域专属性的菌株。如孙晓等[107]采用16S扩增子测序对内蒙古和甘肃2个道地产区锁阳的根际土壤微生物群落的组成和功用差别中止剖析，结果发现5个共有中心微生物组及可区别2个产地土壤微生物群落的6个特异性微生物标记物，为阐释锁阳2大道地产区质量变异的构成机制提供了新思绪。另一方面，道地产区的植物经过长期积聚，其内部逐步构成鲜明的微生态地域特征。如Yang等[108]对产于道地产区安徽省铜陵的牡丹以及产于非道地产区的牡丹和紫斑牡丹中止剖析，内生真菌种群的多样性剖析结果显现，道地产区安徽省铜陵牡丹中内生真菌多样性高于非道地产区牡丹和紫斑牡丹，且非道地产区牡丹和紫斑牡丹的内生真菌多样性剖析结果显现，天文环境对牡丹药材内生真菌多样性的影响大于种类间的差别。Ling等[109]基于高通量测序对不同产地当归根内生细菌和根际细菌的多样性中止比较研讨，结果显现产自道地产区（岷县梅川镇）的当归，其根内生细菌多样性高于非道地产区（武都区东江镇和渭源县会川镇），且群落组成剖析结果显现，部分当归根内生细菌可能来自根际土壤。综上，药用植物的根际微生物、内生菌等以各自不同的方式直接或间接地影响着药材的性状、生长、发育、抗性、次生代谢等过程，从而对道地产区药材质量差别的构成产生特定的影响。由于道地药材的微生物群落具有的多样性、宿主差别性、时空动摇性、菌株变异性以及定植随机性等，以及绝大多数菌种难以纯化培育的技术难题，构成目前中药微生态在道地产区药材中的应用十分局限。但与此同时，特定的道地性微生物群落也可成为道地药材的地域性标签，为道地药材产地溯源提供了一种的新思绪。

3.2.3环境生态因子与道地药材适合性散布区研讨道地药材是在特定生境下所消费的质量优、疗 效好的药材，这里的“特定生境”就是指适合道地药材消费的生态环境，换言之就是指每种道地药材都有其适合的散布区，这是植物对生态环境的顺应[110]。研讨道地药材的适合性散布区域，可为道地药材的资源维护和科学合理的种植，及道地药材消费的规划和规划提供科学的依据。目前，遥感技术（remote sensing，RS）、天文信息系统（geography information systems，GIS）和全球定位系统（global positioning systems，GPS）在内的3S技术已普遍用于道地药材生长适合性的评价。采用基于天文信息系统直接建模，或分离最大熵模型（the maximum entropy model，MaxEnt）等生态位模型的GIS建模剖析[111]可用于道地药材适合性消费和散布区的预测。如Wu等[112]采用药用植物全球产地生态适合性区划信息系统对番红花的适合性散布区中止提取及考证，结果显现中国上海崇明岛是番红花的一个潜在的引种和散布区域。Li等[113]采用MaxEnt模型和GIS系统对肉苁蓉潜在适合散布范围中止预测，结果显现额济纳旗东南部、阿拉善右旗中部和阿拉善左旗北部是最适合种植肉苁子的地域。田罗等[114]采用3S技术中的GIS和GPS技术对安徽的道地药材安苓的适合区中止了提取及考证，结果显现安苓主要适合生长地为大别山区。徐雷等[115]采用中药材产地适合性剖析天文信息系统剖析系统对湖北道地药材福白菊的生态适合区中止统计，结果显现湖北、河南、江苏、安徽4省与福白菊道地产区的生态因子高度匹合。道地药材适合性散布区域研讨对中药资源的维护具有重要意义，是完成道地药材合理规划和引种繁育的重要保障。但药材质量与气候因子关系比较复杂，土壤类型、天文特征、自然天文屏障、植被类型、物种间的关系等其他非生物因子和生物因子均影响着药材适生区。且国度气候科学数据中心的气候数据库的时间截至2010年，难以充沛反映目前药材的生态环境，因而当前道地药材产地适合性研讨主要集中在近期的适合区规划。

4 道地药材质量特征与构成机制的相关性

道地药材的质量变异是物种对不同生态环境长期顺应与自然选择的结果。环境要素是其质量变异的生态学实质，遗传要素是其质量变异的生物学实质。以道地药材的化学成分等质量特征变更为基础，中止生态-化学相关性剖析可明白构成道地药材质量变异的环境机制，如小秦艽[102]、当归[104]和唐古特大黄[105]等道地药材；中止遗传-化学相关性剖析可阐明道地药材质量变异的遗传机制。分子标记辅助育种技术基于遗传-化学相关性剖析，对与目的性状连锁的单个或多个基因中止检测、定位和跟踪，从遗传物质方面为“优形、优质”道地药材的选择提供了分子水平的参考依据，从而加速了道地药材定向育种的进程。如李柯帆等[116]采用ISSR分子标记技术关于山西不同产地酸枣中止遗传多样性剖析，并与5种主要化学成分的含量中止关联性剖析，结果选择到与酸枣5种化学成分（木兰花碱、斯皮诺素、6′′′-阿魏酰斯皮诺素、酸枣仁皂苷A以及酸枣仁皂苷B）含量发作关联的19个ISSR位点，为山西道地药材酸枣种类选育提供参考。闫国跃等[86]基于转录组数据开发苦玄参的SSR和SNP分子标记，并经过关联剖析选择与苦玄参苷含量相关联的分子标记位点，为广西道地药材苦玄参的分子辅助育种奠定良好的基础。Lu等[117]基于特异性位点扩增片段测序技术开发石斛的SNP分子标记，并选择出与石斛茎总多糖含量相关的分子标记位点，为其分子辅助育种打下基础。此外，转录组和蛋白组等技术发掘得到的与中药材药效成分合成相关的基因，为三七[118]、长春花[119]和甘草[120]等中药材优质基因的选择提供功用性分子标记，进而加快优质道地药材种类的选育。

综上，环境生态因子以及DNA分子标记与道地药材优秀性状的连锁关联，可从生态学和生物学阐明道地药材有效次生代谢物的合成机制，为寻觅优秀质量的种质资源提供依据，从而指导中药材“保险、有序”消费。但目前影响道地药材质量的关键 环境生态因子缺乏具有直接因果关系的实验和消费考证；而分子标记辅助育种技术由于药用植物遗传背景复杂、遗传群体构建难度大等局限性，在道地药材良种繁育方面的应用相比作物种类选育较迟缓。

5 结语与瞻望

道地药材是中药的质量标杆，其特殊质量的构成触及遗传背景、生态环境及消费加工等多个方面。近年来，随着现代科学技术的展开，道地药材的质量评价技术逐步完善，其构成机制也正被一步步提示。固然部分技术伎俩尚未应用于中药材的道地性研讨，但该技术在其他范畴的研讨报道为其在道地药材构成机制的研讨提供了一定的理论基础和技术支撑，在阐明道地药材构成机制的研讨发挥了重要的作用。

道地药材质量特征研讨措施的不时完善，细致包含基于性状特征的“辨状论质”，基于化学成分的指纹图谱技术、代谢组学技术和含量测定措施以及基于生物活性的生物效应检测技术等，为道地药材的真伪优劣鉴别及质量评价提供了参考依据和技术支持。目前指纹图谱技术、代谢组学技术及中药成分的含量测定等措施已普遍应用于道地药材特征性化学成分的发掘，生物效应检测技术从药材的药效和毒性方面充实了道地药材质量特征的评价措施，仿生学“辨状论质”则可基于性状特征差别对道地产区和非道地产区以及不同道地产区间的中药材中止快速鉴别。但关于成分不明白且生物活性评价难以树立的药材，其质量评价措施仍待探求。

在道地药材构成机制的研讨措施中，DNA分子标记技术在基因组水平上对道地药材与非道地药材、不同道地产区药材间遗传物质的差别中止比较，在居群和分子水平上为阐明药材道地性构成的生物学实质提供了理论依据。各组学技术在基因水平上为道地药材构成机制的研讨提供了自创，如转录组学在基因表白水平剖析的基础上为中药材“道地性”基因的发掘及次生代谢产物的构成提供了参考，蛋白质组学为道地药材关键酶的寻觅提供了理论依据。此外，3S技术为寻觅道地药材的生长适合区提供了技术支撑。但目前关于道地产区与非道地产区药材间、不同道地产区药材间差别基因的功用考证的研讨仍有缺乏，无法最终肯定差别基因与药材道地性构成的关联；且各技术尚未落实于道地药材的消费指导，使得道地药材的消费效能未能得到有效释放，不能有效满足市场供给。

本研讨从遗传变异和环境生态因子方面对道地药材的成因中止了综述，总结了道地药材的质量特征及其构成机制的研讨停顿，并对不同产地药材在化学组成及含量、遗传背景及环境因子方面间相关性剖析的结果中止了总结，可为道地药材的审定、遗传背景研讨、产区选择、种类选育、资源维护和质量调控等方面提供了一定的研讨思绪与参考。

利益抵触一切作者均声明不存在利益抵触

参考文献（略）

来 源：赵露颖，施梦瑶，张巧艳，秦路平，孙艺琦．道地药材质量特征及构成机制研讨停顿 [J]. 中草药, 2022, 53(21): 6931-6947 .