中药黄芩资源研究进展

王文涛，陈 瑞，曹 瑶，曹晓燕

(陕西师范大学 西北濒危药材资源开发国家工程实验室，药用资源与天然药物化学教育部重点实验室，陕西 西安 710119)

黄芩以唇形科植物黄芩ScutellariabaicalensisGeorgi的干燥根入药，始载于《神农本草经》。具有清热燥湿、泻火解毒、止血、安胎的功效[1]。天然野生黄芩在我国北方地区广泛分布，目前栽培黄芩产量最大产区的集中在山西和陕西两省，尤其是山西运城和陕西商洛栽培面积最大。黄芩炮制历史悠久，传统的炮制品种众多，目前仅有黄芩片、酒黄芩和黄芩炭在临床上应用比较广泛[2]。黄芩有效成分为黄酮类，还包括其他的酚酸类、苯乙醇、甾醇等物质[3]。黄芩药理活性广泛，包括抗肿瘤、抗氧化、抗炎、抗微生物、抗衰老、保肝等多种药理作用[4]。

1 黄芩质量影响因素

中药作为一种特殊的商品，对其质量的要求要高于其他农产品。影响中药质量的因素众多，从药材种植生产的源头到最终饮片、提取颗粒、中成药等成品的形成过程中，任何一个环节的变化都可能造成其最终质量和疗效的差别。概括来说，影响黄芩药材质量的因素有产地、种子种苗、播种及采收时间、环境因子、生长年限、野生与栽培、种植方式、炮制加工方法等[5]。

1.1 产地

野生黄芩广泛分布于我们北方地区，根据笔者实地调研走访发现，目前，栽培黄芩最大产区在山西、陕西两省，主要分布在陕西南部和山西南部交汇地区，其中山西运城和陕西商洛栽培面积以及产量最大，已经成为全国栽培黄芩新的主产区。由于不同产地地理、气候和生长环境的不同，所产黄芩的质量差别显著。马嘉等[6]通过HPLC测定黄芩中黄芩苷的含量，发现河北>内蒙>甘肃>山西>安徽，其中安徽所产黄芩的黄芩苷含量最低，不能达到药典标准。黄芩苷在根、茎和叶中均有分布且含量差异明显，根中黄芩苷的含量(5.24%)分别是茎 (0.07% )和叶中含量( 0.18% ) 的74.9倍和29.1倍，验证了传统以来黄芩以根入药的科学性和合理性；在同一地方的在不同的生长环境下，黄芩中的黄芩苷含量间具有显著性差异，发现黄芩苷含量最高的生境是在林缘，最低的是在溪边和路边[7]。李云静等[8]采用HPLC测定了不同产地的16批黄芩药材中5种黄酮类成分含量，发现不同产地黄芩苷含量差异明显。

1.2 生态因子

张永刚等[9]研究了环境因子和黄芩活性成分之间的关系。发现土壤含水量、相对湿度是影响黄芩苷含量的重要环境因子；大气压力、大气温度是影响黄芩素含量的重要环境因子。邵玺文等[10～11]通过研究黄芩叶片净光合速率日变化及其与环境因子的相互关系，发现黄芩净光合速率日变化主要受气孔限制，影响黄芩净光合速率的主要环境因子是大气CO2浓度。黄芩生长环境的生态因子和其次生代谢产物积累的相关性综合效应分析，发现黄芩中大多数化学成分随纬度增加含量降低，随温度升高含量增加，土壤中过高的无机元素含量反而会使黄芩中化学成分的积累受阻[12]。黄芩生长受多方面因素控制，种源及水分都对黄芩植株产生较大影响，其中折干率、根长、根粗等主要受种源影响，地上长势受水分影响，根产量受干旱胁迫会增加[13]。

1.3 采收时间与生长年限

黄芩药材质量与其采收时间和生长年限关系密切。庞溢媛等[14]以不同年限不同采收期黄芩为材料，通过代谢组学手段检测黄芩化学成分种类和含量的动态变化，发现不同时间采收时黄芩，其化学成分含量差异明显；黄芩素等黄酮苷元类成分，采收时间应为5月，黄芩苷等黄酮苷类成分，采收时间应在7～8月。盛琳等[15]采用HPLC法测定陕西商洛不同年限不同生长期黄芩中黄芩苷含量，发现在黄芩生长第二年11月份黄芩苷含量最高，在第三年11月份达黄芩根干重及黄芩苷总量最高。缪晓素等[16]通过测定黄芩中5种黄酮类成分的含量，研究不同栽培年限及采收时期的黄芩有效成分的变化，发现5～7月含量最高；两年和三年生黄芩成分含量变化规律相近，三年生黄芩药材有效成分含量提高不明显。郭玲玲等[17]利用HPLC方法同时测定陕西地区不同生长年限的栽培黄芩和野生样品中9个化学成分含量，发现随着生长年限的增长，其黄芩苷、野黄芩苷、野黄芩素、汉黄芩苷的含量呈上升趋势，黄芩素和汉黄芩素的含量呈下降趋势。上述的研究表明黄芩采收时期符合“知母黄芩全年刨，唯有春秋质量高”的经验认识。

1.4 其他因素

在黄芩生长过程中，人工摘掉黄芩花能够提高药材产量和有效成分的含量，在实际生产上可以通过打花处理来提高黄芩产量和质量[18]。刘容秀等[19]通过记录割秧处理黄芩的生长指标以及测定黄芩地上和地下部分的有效成分含量，发现割秧处理后的黄芩药材和茎叶的产量及活性成分含量都有明显的提高。此外，氮磷钾配施能使黄芩株高、根直径、根干重和产量的明显增加[20]。

2 黄芩的道地性研究

道地药材是中医药的一大特色，已成为优质中药材的代名词。《中华人名共和国中医药法》将经过中医临床长期应用优选出来的，产在特定区域，与其他地区所产同种中药材相比，品质和疗效更好，且产量稳定，具有较高知名度的中药材称为道地药材。目前普遍认为黄芩的道地产区在河北承德及其周边地区，所产的“热河黄芩”闻名中外。很多科研工作者利用现代科学手段，对黄芩道地性进行了大量的研究。姜丹[21]以28个野生居群的黄芩为材料，利用群体遗传学和分子谱系地理学的理论方法，结合统计学知识分析，发现研究结果支持“热河黄芩”为黄芩道地产区的传统认识，并且推测黄芩的道地产区(承德地区)是黄芩的起源中心和多样化中心；提出黄芩道地性应该是黄芩自身的基因型与其生存的环境相互作用而形成的，即黄芩表型=基因型+环境饰变。王丹等[22]利用HPLC指纹图谱方法，对不同产地黄芩中化学成分检测分析发现道地黄芩与非道地黄芩的指纹谱轮廓特征差异明显，可以将其用于黄芩药材道地与非道地鉴别区分的依据。吴再旺等[23]通过酵母致小鼠发热模型研究黄芩的解热作用以及二甲苯致小鼠耳廓肿胀模型研究黄芩的抗炎作用，发现道地黄芩解热和抗炎作用要优于非道地黄芩。黄芩解毒作用研究中也发现道地黄芩的解毒效用要优于非道地黄芩[24]。以此发现，道地黄芩在地理分布、化学成分、药理作用方面体现了与非道地黄芩的区别。

3 黄芩种质遗传多样性的研究

3.1 黄芩近缘种的研究

全世界黄芩属植物有300多种，黄芩S.baicalensis为其中广布种之一。《中国植物志》收载黄芩属植物102种，50变种，其中可药用的有30种，17变种[25]。2015版《中国药典》收载黄芩属药用植物仅有黄芩和半枝莲两种，在我国部分地区和民间有利用黄芩近缘种替代黄芩的传统，主要包括甘肃黄芩S.rehderiana，黏毛黄芩S.viscidula，丽江黄芩S.likiangensis，川黄芩S.hypericifolia，滇黄芩S.amoena，韧黄芩S.tenax等。由于应用范围比较局限，相关的研究较少，这些品种还没有得到广泛的开发利用。表1列举了我国黄芩代用品的主要种类，分布区以及功效。

近年来，随着黄芩野生资源破坏减少，加之黄芩需求量的不断增大，寻找黄芩代用品和寻找新药源成为解决黄芩资源短缺的途径之一。根据肖培根提出的药用植物亲缘学，认为药用植物亲缘关系越近，其外观性状和化学成分相似度越高。目前，在黄芩近缘植物的相关研究受到越来越多的关注。刘美兰等[26]应用反向高效液相色谱法测定了黄芩S.baicalensis、粘毛黄芩S.viscidula、甘肃黄芩S.rehderiana、滇黄芩S.amoena、韧黄芩S.tenax、川黄芩S.hypericifolia和丽江黄芩S.likiangensis7种植物中黄芩苷和汉黄芩苷的含量，发现基源不同的黄芩间含量差异明显，其中黄芩苷含量滇黄芩S.amoena>甘肃黄芩S.rehderiana>黄芩S.baicalensis>韧黄芩S.tenax>粘毛黄芩S.viscidula>川黄芩S.hypericifolia>丽江黄芩S.likiangensis。苏薇薇[27～29]等通过研究黄芩与黄芩代用品之间的关系，发现黄芩与常用的地方代用品黄芩亲缘关系较近，其中甘肃黄芩S.rehderiana、粘毛黄芩S.viscidula、丽江黄芩S.likiangensis可以考虑替代正品使用。张琳琳[30]应用GIS技术和Maxent模型对并头黄芩S,scordifolia、粘毛黄芩S.viscidula、甘肃黄芩S.rehderiana、滇黄芩S.amoena、丽江黄芩S.likiangensis分别进行了潜在分布预测和适宜性评价，结果显示，并头黄芩S,scordifolia和粘毛黄芩S.viscidula主要分布在内蒙古、陕西、山西和河北等省，甘肃黄芩S.rehderiana、滇黄芩S.amoena和丽江黄芩S.likiangensis分布具有明显的地理区域化分布特征；另外发现，影响黄芩和上述5中黄芩属药用植物分布区的主要环境因子并不一致，推测黄芩及上述5种黄芩属药用植物在系统演化、潜在分布区和外观形态构造方面的差异主要是由于环境因子的不同而造成的。马林等[31]通过测定不同基源的7种黄芩中黄芩苷和汉黄芩苷含量，发现7种黄芩均含有这两种有效成分，其中黄芩中黄芩苷和汉黄芩苷含量最高，药材质量也最好。

3.2 黄芩遗传多样性研究

笔者在全国实地调研黄芩种植的过程中，观察到黄芩在植物外观形态上差异明显，如黄芩花色有紫花、白花之分；其茎秆有青色、紫色之别；在株高、分枝数、叶子大小、侧根数等方面差别也很明显。发现黄芩种内存在十分显著的遗传变异现象，从DNA分子水平对不同种源黄芩间进行研究，对于了解黄芩的遗传背景、阐明其亲缘关系以及指导黄芩新品种的选育甚至分子设计育种方面都具有十分重大的意义。已有相关科研人员利用DNA分子标记技术对黄芩种质资源进行了研究。冯学锋等[32]利用RAPD分析方法，对13个居群的黄芩和并头黄芩S.scordifolia进行遗传多样性分析，首次在分子水平上证明黄芩的道地性与遗传变异和地理环境有关。杨全等[33]利用AFLP方法，对栽培黄芩外观性状变异类型进行了多态性分析，聚类分析将其划分为4类；综合分析发现，在DNA分子水平上的分析结果与其外观性状的分类特征大体相吻合，即形态变异中叶子大的聚为一类，叶子小的聚为一类；茎分枝多的聚为一类、茎分枝少的聚为一类；栽培黄芩在外观性状变异类型中存在较高多态性，有着丰富遗传多样性。

4 黄芩繁育技术的研究

4.1 种子繁殖

笔者在全国主要黄芩产区采样期间调研发现，黄芩种子繁殖栽培技术包括直播法和育苗移栽法。直播法在全国黄芩种植中普遍使用，尤其在山西、陕西、河北等地应用最为广泛。不同地区其播种时间也各有不同，普遍都在降水较多，气温偏暖时进行播种，以利于种子的萌发和药苗的生长，一般在春秋两季进行。直播法种植时，不同的播种时间对黄芩根部有效成分含量有显著影响[34]。所以选择适合某一地区的播种时间，对于保障黄芩质量和提高产量有着重要的意义。育苗移栽法主要在甘肃、山东等地使用，实地调研发现当地种植的其他药材品种如党参、黄芪、当归、丹参等也都采用和黄芩相似的育苗移栽方法，即都是第一年用种子在育苗地里进行育苗，第二年播种期将种苗移栽到提前整理好另一块地里面，使其继续生长一年后采收做药用。结合当地大多为山坡旱地，年降雨量较少的特点。笔者推测采用育苗移栽法种植黄芩，主要是由于当地传统的作物繁育习惯以及地理气候特征决定的。有学者试验认为黄芩移栽法的种植方式好于直播法，其具有种子用量少、黄芩药材品质好的优点[35]。也有学者研究认为移栽法种植的黄芩药材品相差、支根多、质量差，而直播种植的根粗壮、条直长、质量好、产量高[36]。

4.2 扦插繁殖

黄芩扦插繁殖是指将优良高产母株上剪取的茎梢，插入适宜的扦插基质中育苗，然后将种苗移栽到大田里进行种植的方法。王晶等[37]配制不同浓度的IAA和NAA，浸泡取自不同位置的黄芩插穗3 h后扦插于混合基质中，室温下培育使其生根，探索了黄芩扦插生根技术，结果发现：黄芩插穗切口处在激素诱导下膨大并生出根；IAA和NAA都可促进黄芩诱导插穗生根，对黄芩茎梢生根的促进作用IAA要优于NAA；IAA50 mg·L-1时插穗平均生根率达65.0%，比对照高42.5%，生根率较高；就不同切取位置：IAA100 mg·L-1时30.0%(节上)>0(节间)，IAA50 mg·L-1时75.0%(节上)>55.0%(节间)，IAA25 mg·L-1时50.0%(节上)>40.0%(节间)，即从节上剪切的插穗的生根能力强于从节间切取的。

4.3 分根繁殖

分根繁殖作为一种无性繁殖方法，能够保留黄芩亲本的优良性状。一般在采收期选用品相好、产量大的黄芩植株，用剪刀将根和根茎分开，留根供药用，选择有芽眼的根茎作繁殖材料埋入土中进行繁殖。蒋传中等[38]研究发现，分根法繁殖黄芩不用经过特殊处理就能正常发芽出苗，具有简单、环保、实用的特点；用生长素处理过后，其地上部分枝叶比较繁茂。分根繁殖法栽培黄芩发苗率较高、生长周期短、黄芩植株生长旺盛，可作为一种新的黄芩繁育方式加以推广。

4.4 组织培养

早在20世纪80年代，日本学者以黄芩茎为材料接种到LS培养基，得到了愈伤组织[39]。贺美忠[40]用黄芩茎段作为外植体进行愈伤组织诱导及分化培养，确定黄芩愈伤组织诱导培养基为MS+6BA 1.0 mg·L-1+NAA0.5 mg·L-1，促进黄芩愈伤组织分化的最佳培养基为MS+6BA 0.5 mg·L-1+NAA0.5 mg·L-1。周萍等[41]通过测定黄芩不同器官和愈伤组织中总黄酮的含量，发现愈伤组织中含量最高，达到42%。吴晓玲等[42～44]采用通过在MS培养液中添加不同激素组合对黄芩细胞进行悬浮培养，检测悬浮培养过程中黄芩细胞次生代谢物总黄酮含量变化，发现培养基配方为MS+2，4 - D 0 .5 mg·L-1+6 - BA 1.0 mg·L-1时，黄芩细胞生长量和次生代谢产物总黄酮产量较高，这为利用黄芩悬浮细胞培养技术进行大规模工厂化生产黄芩总黄酮提供了参考。利用组织培养技术对黄芩进行多倍体诱导，发现秋水仙碱浸泡带绿芽的愈伤组织或者在培养基添加秋水仙碱，可以诱发黄芩多倍体产生[45～46]。经品系选育，得到高产、优质的四倍体黄芩新品系D20，其药材产量、黄芩苷总量都显著高于普通二倍体黄芩。2006年D20引入甘肃省渭源县种植，经田间试验调查，发现四倍体黄芩D20在抗病性、 适应性、综合产量、化学成分含量等方面均优于当地普通二倍体黄芩，综合性状优良[47]。目前，多倍体育种已成为药材新品种选育的一种重要方法，其发展前景广阔。

5 结语

黄芩质量影响因素的研究对于阐明高品质道地药材的形成，保证黄芩安全，稳定，有效的应用有着十分重要的意义。笔者认为，高品质药材的评价标准，应当建立以临床疗效为核心，结合外观性状、内部化学成分含量评价，制定中药材生产，产地加工和炮制，中成药生产等全过程的质量评价体系。然后在评价体系指导下，严格控制黄芩药材生产中各个影响因子，包括道地性药材种植基地的选择，优质种源的选育和供应，科学简便的田间管理技术，合理的采收、播种时间，考究的产地加工与炮制，精密的工厂生产等。同时，依据肖培根院士提出的药用植物亲缘学关系，研究黄芩近缘种的开发和利用，为黄芩资源保护和开发新药源提供资源保障。还应当应用先进的现代科学技术，大力研究黄芩药用物质基础以及药理作用的研究，促进产学研一体化，推动黄芩生产向现代化，国际化方向发展。