药用植物栽培学2-3.ppt

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第三节药用植物产量与品质形成,生物产量指全生育期内通过光合作用和吸收作用，即通过物质和能量的转化所生产和积累的各种有机物的总量。

生物产量通常不包括根系（根和根茎类除外）。

经济产量指目标产品的收获量。

药用植物中可供直接药用或供制药工业提取原料的药用部位产量为经济产量。

经济产量占生物产量的比例，即生物产量转化为经济产量的效率，称为经济系数或收获指数。

经济产量生物产量经济系数,根和根茎类,1牛膝2丹参3地黄4何首乌5人参,全草类,1蒲公英2淫羊藿3荆芥4穿心莲5薄荷6麻黄,果实、种子类,1五味子2豆蔻3山茱萸,花类,皮类,1杜仲2肉桂3厚朴,菘蓝,何首乌,同一药用植物，因栽培的目不同，经济产量的概念也不同。

如植物忍冬的花蕾作为收获对象时，可得到中药材金银花；藤为收获对象则得到中药材忍冬藤。

葫芦科植物栝楼，雄株以根为收获对象，得到药材天花粉；雌株以果实为收获对象，果实的不同组织为不同用途的药材瓜蒌、瓜蒌皮、瓜蒌仁。

药用植物的产量是指单位土地面积上药用植物群体的产量，即由个体产量和个体数量构成。

由于药用植物种类不同，构成产量的因素各异。

单位土地面积上的药用植物产量随产量构成各因素而变化（下表）。

干物质积累动态是Logistic曲线（S形曲线）模式，经历缓慢增长期、指数增长期、直线增长期和减慢停止期。

相对生长率（RGR）:

即单位时间内单位重量植株的重量增加值.净同化率（NAR）。

表示单位叶面积在单位时间内的干物质增长量。

叶面积比率（LAR）。

叶面积与植株干重之比（L/W）称叶面积比率，即单位干重的叶面积。

植物生长率（CGR）。

又叫做群体生长率，表示单位时间、单位土地面积上所增加的干物重。

药用植物产量取决于叶面积指数，叶面积指数随药用植物种类、生育时期、种植密度及栽培环境等变化。

二、药用植物品质及其形成,

（一）药用植物品质的内涵药用植物品质关系到中药质量及临床疗效。

评价指标：

一是化学成分，主要指药用成分或活性成分的多少，以及有害物质如化学农药、有毒金属元素的含量等；二是物理指标，主要是指产品的外观性状，如色泽、质地、大小、整齐度和形状等。

1化学成分药用植物的功效是由所含的有效成分或叫活性成分作用的结果。

活性成分含量、各种成分的比例等是衡量药用植物产品质量的主要指标。

中药防病治病的物质基础是其所含化学成分，目前已明确的药用化学成分种类有：

糖类、苷类、木质素类、萜类、挥发油、鞣质类、生物碱类、氨基酸、多肽、蛋白质和酶、脂类、有机酸类、树脂类、植物色素类及无机成分等。

（1）糖类和苷类。

糖类（carbohydrates）是植物光合作用的初生产物，它可作为植物的贮藏养料和骨架。

在新陈代谢中，糖可以合成植物中的绝大部分成分。

山药、大枣、地黄、黄精这些具有滋补、强壮作用的药材均含有大量的糖类。

许多糖类及由糖和非糖物质结合生成的苷类（glycoside）具有重要的生理活性。

按照糖基个数，分为单糖、低聚糖和多糖三类。

D-木糖D-核糖L-阿拉伯糖,按苷键原子分类：

氧苷、硫苷、氮苷、碳苷。

按苷元类型：

黄酮苷、蒽醌苷、香豆素苷按植物体内存在状态：

原生苷、次生苷按苷特殊性：

皂苷按生理作用：

强心苷按糖的种类和名称：

木糖苷、葡萄糖苷按单糖基的数目：

单糖苷、双糖苷按糖链的数目：

单糖链苷、双糖链苷、三糖链苷,红景天苷（醇苷）,苦杏仁苷（氰苷）,

（2）皂苷类。

皂苷类（saponins）化合物的水溶液，经振摇后产生持久性像肥皂样的泡沫而得名。

根据皂苷配基的结构分为三萜皂苷（triterpenesaponins）和甾体皂苷（steroidsaponins）两大类。

三萜皂苷主要分布在豆科、五加科、毛茛科、伞形科、葫芦科、鼠李科和报春花科等植物中。

甾体皂苷是一类以螺甾烷为糖苷配基的皂苷类化合物，主要分布于薯蓣科、百合科、玄参科和龙舌兰科等植物中。

毛地黄皂苷,（3）强心苷类（cardiacglycoside）是药材中具有强心作用的甾体苷类化合物。

地高辛、西地兰、毛地黄毒苷等化合物的制剂已广泛应用于临床，用于治疗充血型心力衰竭及节律障碍等心脏疾病。

该类化合物主要分布于夹竹桃科、玄参科、百合科、十字花科、毛茛科、萝摩科和卫矛科等植物中。

（4）生物碱类（alkaloids）是一类存在于天然生物界中含氮原子的碱性有机化合物。

生物碱广泛分布于植物界约100余科的植物中。

麻黄碱具有松弛支气管平滑肌、收缩血管、兴奋中枢神经的作用，临床用于治疗哮喘。

小檗碱分布于黄连、黄柏、十大功劳及三棵针等植物中，具有抗菌、消炎作用，用于治疗肠道感染、菌痢等。

长春花的长春碱、长春新碱具有抗肿瘤作用。

秋水仙碱,麻黄碱,（5）醌类（quinones）主要有苯醌、萘醌、菲醌、蒽醌四种基本母核。

大黄中含有的二蒽酮番泻苷类成分经肠道细菌的生物转化生成大黄酸蒽酮，具有极强的泻下作用。

从紫草获得的紫草素和异紫草素等萘醌类衍生物，具有止血、抗炎、抗菌、抗病毒及抗癌作用。

从丹参根中提取的菲醌类化合物丹参醌类成分具有抗菌、扩张冠状动脉作用。

（6）香豆素类（coumarines）是邻羟基桂皮酸的内酯，具有芳香气味。

主要分布在伞形科、豆科、菊科、芸香科、茄科、瑞香科及兰科等植物中。

如补骨脂内酯具有光敏活性作用，用于治疗白斑病。

奥斯脑具有抑制乙型肝炎表面抗原的药理活性。

海棠果内酯具有很强的抗凝血作用。

滨蒿内酯是生药茵陈蒿平肝利胆、松弛平滑肌的主要活性成分。

（7）黄酮类（flavononids）主要分布于高等植物的水龙骨科、银杏科、小檗科、豆科、芸香科、唇形科、菊科和鸢尾科中，在低等植物中少见。

许多黄酮类化合物具有极强的生物活性。

银杏双黄酮、槲皮素、葛根素、芦丁等均具有扩张血管作用，用于治疗冠心病。

山楂黄酮、山柰酚等具有降低血脂及胆固醇作用。

异甘草糖苷配基及大豆素具有解除平滑肌痉挛作用。

黄芩苷、水飞蓟素有很强的保肝作用，用于治疗急性、慢性肝炎、肝硬化及多种中毒性肝损伤。

从南美产药用植物Verbena分离到一种双黄酮类化合物，具有增强脑神经成长因子（NGF）活性的药理作用，有望开发治疗老年痴呆症的药物。

（8）萜类和挥发油。

萜类化合物（terpenoids）是以异戊二烯为基本单位的聚合体及其衍生物。

萜类化合物种类繁多，自然界已经发现约22000种。

包括单萜类、倍半萜类、二萜类等）。

单萜类的含氧衍生物（醇类、醛类、酮类）具有较强的香气和生物活性，是医药、食品和化妆品工业的重要原料，常用作芳香剂、防腐剂、矫味剂、消毒剂及皮肤刺激剂。

倍半萜类化合物具有挥发性，多以醇、酮、内酯、苷类和生物碱形式存在。

倍半萜内酯类化合物具有抗炎、解痉、抑菌、强心、降血脂、抗原虫和抗肿瘤等药理活性。

黄花蒿中分离到的青蒿素具有很强的抗疟原虫生物活性，临床用于治疗恶性疟疾。

二萜类广泛分布于植物分泌的乳汁、树脂中，松柏科植物多含有二萜类化合物，紫杉醇（taxol）是从红豆杉等植物中分离到的抗肿瘤化合物，临床上用于治疗卵巢癌、乳腺癌和肺癌。

开链单萜,无环倍半萜,链状二萜,环状二萜,二倍半萜,挥发油（volatileoils）又称精油，是一种常温下具有挥发性、可随水蒸气蒸馏、与水不相混溶的油状液体。

大多数挥发油具有芳香气味。

挥发油主要分布于松科、柏科、马兜铃科、木兰科、芸香科、蔷薇科、伞形科、唇形科、菊科及姜科等植物中。

存在于腺毛、油室、油细胞或油管中。

挥发油所含成分复杂，主要由萜类（单萜、倍半萜）、芳香族化合物、脂肪族化合物组成。

樟脑油含樟脑约50%。

薄荷油含薄荷醇约8%。

桂皮醛存在于桂皮油中，甲基丁香酚占细辛挥发油的51%，茴香醚为八角茴香油和茴香油中的主成分。

（9）其他成分。

木脂素（lignans）是由苯丙素氧化聚合形成的一类化合物，有二聚物、三聚物或四聚物。

五味子中含有的五味子素甲及其同系物是一类联苯环辛烯类木脂素，具有保肝、降低血清谷丙转氨酶的药理作用。

临床上用于治疗慢性肝炎。

五味子酚具有抗脂质过氧化和清除氧自由基作用，五味子素醇甲具有中枢神经镇静作用。

环烯醚萜（iridoids）是单萜类化合物。

山栀子主要成分栀子苷和京尼平苷具有显著的生物活性，京尼平苷具有泻下作用和促进胆汁分泌的利胆作用。

地黄的降血糖的活性成分为梓醇，该化合物还具有利尿和缓下功效。

药材中所含的药效成分有的23种，有的含多种。

有些成分含量虽微，但生物活性很强。

含有多种药效成分的药材，其中必有一种起主导作用，其他是辅助作用。

每种药材所含成分的种类及其比例是该种药材特有药理作用的基础，单纯关注药效成分种类不看比例是不行的。

药材的药效成分种类、比例、含量等都受环境条件的影响，是在特定的气候、土质、生态等环境条件下的代谢（含次生代谢）产物。

有些药用植物的生境独特，我国虽然幅员广大，但完全相同的生境不多，这可能就是药材道地性的成因之一。

在栽培药用植物时，特别是引种栽培时，必须检查分析成品药材与常用药材或道地药材在成分种类上，各类成分含量比例上有无差异。

这也是衡量栽培或引种是否成功的一个重要标准。

2农药残留物与重金属等外源性有害物质栽培药用植物有时需使用农药，虽然药用器官禁用，但也应检查有无化学农药残留。

残留物超过规定者禁止作为药材。

目前，我国规定禁止使用的农药及农药（BHC、DDT等）、重金属（Pb、Cd、Hg、Cu、As）的安全限量见附录4和附录5。

3色泽色泽是药材的外观性状之一，每种药材都有自己的色泽特征。

许多药材本身含有天然色素成分，有些药效成分本身带有一定的色泽特征。

不同质量的药材采用同种工艺加工或相同质量的药材采用不同工艺加工，加工后的色泽，不论是整体药材外观色泽，还是断面色泽，都有一定的区别。

所以色泽又是区别药材质量好坏，加工工艺优劣的性状之一。

4质地、大小与形状药材的质地既包括质地构成（如肉质、木质、纤维质、革质和油质等），又包括药材的硬韧度（如体轻、质实、质坚、质硬、质韧、质柔韧（润）及质脆等）。

坚韧程度、粉质状况，是区别等级高低的特征性状。

药材的大小，通常用直径、长度等表示，绝大多数药材个大者为最佳，小者等级低下。

个别药材（如平贝母）有规定标准的，超过规定的平贝母列为二等。

药材的形状是传统用药习惯遗留下来的商品性状，如整体的外观形状（块状、球形、心形、肾形、圆柱形及圆锥状等），纹理情况，有无抽沟、弯曲或卷曲、突起或凹陷等。

用药材大小和形状进行分等是传统方法。

将药效成分与外观性状结合起来分等分级才更为科学。

（二）药用植物品质形成的生理生化基础,品质则取决于所形成的特定物质，并随种质、品种类型和环境条件而有很大变化。

这是由系统发育过程中生理生化作用所形成的机能决定的。

药用植物产品器官多样，化学成分亦多种多样，结构复杂，效用各异，其品质和产量都是通过生长发育和代谢活动及其他生理生化过程实现的。

初生代谢产物（primarymetabolites）通过体内一系列酶的作用使光合产物转化，形成结构复杂的次生代谢产物（secondarymetabolites）。

药用植物活性成分绝大多数为次生代谢产物。

途径有四条：

莽草酸、氨基酸、乙酸、甲瓦龙酸产生的代谢产物，亦有混合途径。

药用植物代谢类型可分为糖类与蛋白质类。

含鞣质、油脂、树脂及树胶等的多为糖类代谢类型；含生物碱等的多为蛋白质类代谢类型。

药用植物品质形成决定于代谢途径。

代谢活动是在酶的控制下进行的，也就是由植物个体的遗传信息，通过转录和转译生成的酶来决定其代谢途径与能力。

这一过程与外界环境条件有密切关系。

如栽培中增加磷、钾和创造湿润环境，可促进糖类代谢过程，提高油脂等物质累积；氮素营养和适度干旱条件，促进蛋白质和氨基酸转化，加速生物碱等有效成分的积累。

（三）影响药用植物品质形成的因素,1对药材外观性状、质地和气味的影响因素药材的色泽、形状、质地及气味等是鉴别药材品质的重要内容，是由药用植物种类、品种的遗传性和外界环境条件决定的。

例如内蒙古梁外、巴盟等地的甘草有光泽，粉性足，断面光滑而味甜，质量佳；而新疆阿克苏、库尔勒等地的胀果甘草无光泽，粉性差，味先甜而后苦，质量较次。

多年生药用植物的品质与栽培年限关系也很密切。

如黄芪根67年生品质好；芍药34年采收为佳。

采收季节、时间也极重要。

2有效成分积累的影响因素

（1）遗传物质每种植物都有其独特的生物发育节律，植物遗传差异是造成其品质变化的内因。

我国忍冬属植物有98种，其中有10多种植物的花蕾作为金银花用，含有绿原酸、异绿原酸等多种有效成分，但由于药用植物种类不同，其有效成分各异。

不同种忍冬金银花药材主要化学成分分析（%）植物名忍冬红腺忍冬山银花毛花柱忍冬绿原酸6.012.613.283.4总黄酮2.140.671.480.52,

（2）生长年限药用植物体内有效成分的形成和积累也与生长年限密切相关。

一年生甘草的根长2580cm，根部直径1.512.0mm；第二年增长最快、增重为第一年的160%左右；第三年实生根重量、长度、直径增长较明显，甘草酸、水溶性浸出物符合药典标准，甘草宜在第三年秋季采收。

（3）物候期药用植物体内有效成分的累积，不仅随不同株龄有很大变化，而且随季节、物候期而变化。

地上部分入药的，以生长旺盛的花蕾、花期有效成分积累高；地下部分入药的，休眠期积累高。

（4）不同器官与组织不同部位的有效成分积累规律不同。

如薄荷主要有效成分是薄荷醇、薄荷酮等挥发油类以及黄酮类成分；栽培薄荷以获得薄荷醇型（或薄荷醇+薄荷酮型）为主。

经测定，不同部位叶片中精油成分差异很大，茎上部至下部叶含薄荷醇量逐渐增高，而薄荷酮含量逐渐减少。

（5）环境条件当归主要有效成分挥发油，在半干旱、凉爽和多光的甘肃的“岷归”达0.65%。

而在少光潮湿的四川汉源的“川归”为0.25%，丽江“云归”居中为0.59%。

可见地理环境的影响明显。

甘肃岷县当归GAP种植基地,药用植物各种生化反应的原料（物质、能量和信息）部分来自空气，受气温、光照、水分等因素影响；另一部分则由植物根系从土壤中吸取，“地质背景系统”（GBS）制约着其的分布、生长发育、产量及品质。

环境条件对品质的影响是复杂的，在不同生态因子作用下，活性物质变化与生态因子影响植物的代谢过程密切相关。

因此，深入研究掌握各种生态因子，特别是主导生态因子对药用植物代谢过程的作用关系，创造适宜的环境条件，对提高中药材品质意义重大。

（6）栽培技术与采收加工药用植物野生人工栽培，由于环境条件的改善，植株生长发育良好，为其活性成分的形成、转化和积累提供了良好条件，利于优质、高产。

如青蒿在海拔600m以下、阳光充足、土壤肥力较高的砂质土栽培，比野生青蒿植株高大，叶片中青蒿素含量高。

在同一环境不同播期种植青蒿，青蒿素含量存在差异；说明栽培技术对品质的影响。

在药用植物栽培中，合理施肥也与产品品质关系密切。

同种药用植物在不同产地，植株体内各器官积累N、P、K的数量不同。

河南省沁阳山药（怀山药）各器官N含量均在根茎膨大盛期最高；而山西省平遥山药，根茎N含量最高在叶枯期。

近年来，合理应用微肥技术受到重视。

如栽培党参，施用Mo、Zn、Mn、Fe等微肥，比对照增产5%17%，多糖等有效成分有效提高，其中以Zn肥对其内在品质影响最为显著。

适时采收与合理加工对内在质量的提高。

例如，麻黄碱主要存在于麻黄地上部分草质茎中，木质茎含量很少，采收时应割草质茎。

采收时间与气候关系密切。

雨季后生物碱含量大幅下降。

采收时间各地不一致，根据当地当年气温、降雨量、光照等情况决定。

采收后干燥方法的选择石菖蒲根茎宜采用间断晒干或阴干法，挥发油1.6%以上，而烘干法（60以下）挥发油1.4%左右。

天麻采收春、冬季，冬麻比春麻质量优。

鲜天麻直接烘干（或晒干），天麻素明显减少，蒸制加工后干燥，天麻素含量升高。

因此天麻蒸制为优。

随着药用植物品质形成及影响因素不断被揭示，人们将能够通过创造适宜的条件，调节或控制药用成分的形成、转化与积累过程，达到有效提高中药材质量的目的。