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作者：曾燕 郭蘭萍 楊光 陳保冬 王繼永 黃璐琦 單位：北京師范大學資源學院 中國中醫科學院中藥研究所 中國科學院生態環境研究中心 中國藥材公司

皂苷(saponins)是許多藥用植物中大量存在的一種次生代謝產物，在很多藥用植物體內作為結構性成分出現，是中藥材重要的藥效成分。然而，藥用植物體內的皂苷是動態變化的，很多環境因子如氣候、光照、溫度、濕度和土壤肥力、栽培方式等都能影響植物皂苷含量和組成。研究表明，外部環境的突發改變，如光照溫度的變化等會誘發皂苷的合成。在生產上，如何利用環境因子的改變增加藥用植物皂苷含量，從而獲得高皂苷含量的優質中藥材，是中藥現代農業的重要研究方向。本文介紹了各種環境因子對皂苷含量的影響，以期為采取相應的農藝措施提高藥材中皂苷含量，生產出優質藥材提供指導［1-3］。

1產地的影響

同種藥用植物有不同的分布區或產區，無論外觀形狀還是藥材質量都有差異，自古以來人們很重視藥材的產地來源，是否為道地產區來源的藥材是藥材優劣的一個評價指標。同樣，來源于不同產區的同種中藥材，其含有的特定的藥效成分皂苷含量就可能不同，包括皂苷總含量和皂苷組成。三七Panaxnotoginseng(Burk．)F．H．Chen是一種中國獨有的重要中藥材，栽培歷史超過600年，目前都是栽培品種。以前云南和廣西是三七的主要分布區，現在主要在云南栽培。傳統上認為云南文山是三七的道地產區，低緯度高海拔的特殊環境是形成云南文山道地三七的重要生態因素［4］。對云南和廣西三七進行皂苷含量的比較分析，發現云南三七皂苷含量比廣西高［5］。張之申等［6］對云南、廣西、貴州等產地的三七進行了藥材的商品性狀評價，認為云南三七質量明顯比廣西和貴州產三七要好，造成這種差異的原因可能是不同產區土壤中常量及微量元素不同。崔秀明等［7］發現，不同產區的土壤背景和三七皂苷含量具有相關性，土壤類型不同，三七皂苷含量有明顯差異，皂苷含量最高的火山巖紅壤，可能是與該類土壤中含大量的沸石有關。碳酸鹽巖黃紅壤皂苷含量較低，文山州三七分布最廣的泥質巖黃紅壤三七總皂苷居中，平均總皂苷含量達7.46%。從而認為，選擇適宜的土壤類型栽培三七是提高三七內在質量的有效措施。同時人參屬的其他幾個重要的藥用植物如人參和西洋參也有類似的情況。如不同地區所產西洋參在各個皂苷成分的相對比值存在一定的差異，這種差異是因為產區存在的不同環境背景造成的，對比美國馬里蘭地區2個不同區域的野生和栽培西洋參，發現其中5個皂苷成分的相對比例相差很大，甚至可以形成不同的化學型［8］。也有研究表明韓國產人參質量優于其他國家人參，從而認為產地的不同導致的質量差異［9］。

三島柴胡(saikosaponin)在日本也做中藥柴胡用。日本的霜川等發現，從不同產地引種來的栽培1年生的三島柴胡，皂苷含量不同。日本的山口、靜崗所產的皂苷含量高，香川所產的含量低［10］。可能由于靜崗所產三島柴胡植物葉面大，光合能力強的原因［11］，這些植株特性的差異應該和不同區域的環境氣候很有很大關系。盾葉薯蕷DioscoreazingiberensisC．H．Wright是我國特有種和重要的醫藥原料。朱延鈞等(1998)對湖北武當山地區分布在不同海拔高度的藥用植物盾葉薯蕷中的薯蕷皂苷配基進行了相關性分析，發現150～450m層次內的平均含量為2.9%，451～750m層次的平均含量為3.54%，750m以上的平均含量為3.20%。3個海拔層次中，其海拔451～750m層次內生長的盾葉薯蕷皂苷配基含量最高。因此，在野生狀態下，不同海拔高度與盾葉薯蕷根莖中的皂苷配基含量有一定相關性［12］。李鈞敏等調查發現，一年生盾葉薯蕷的枝、莖、根等器官中的皂苷含量隨海拔高度的升高，含量有下降的趨勢，其中根部總皂苷含量與海拔高度之間存在及顯著負相關，同時坡向的不同，居群的不同，其某些器官中的總皂苷含量也可以達到顯著差異。同時調查了土壤因子對夏臘梅總皂苷的影響，發現土壤中P含量對夏臘梅葉片總皂苷含量起負相關作用，土壤N、有機質、土壤pH均起正相關作用［13］。

絞股藍FiveleafgynostemmaHerb是菊科植物多年生藥用植物。張濤等對我國10個省區的絞股藍中的皂苷含量進行了比較分析，發現絞股藍根部皂苷含量變化范圍為0.68%～7.75%，莖部皂苷含量變化范圍為1.02%～4.65%，葉部中皂苷含量變化范圍為2.03%～6.86%，認為地區差異導致的環境因子多樣性是皂苷含量差異的主要原因［14］。藥用植物對生境條件的應答導致的植物器官中皂苷含的升高或減少，這一現象的調節機制尚不清楚。假馬齒莧BacopamonnieriPenn．是印度的一種傳統草藥，具有安神、強心、利尿的作用，地上部分含量有大量的皂苷。研究者對24個假馬齒莧進行基因多樣性分析，樣品采集于印度的不同地區，其中只有一種來源于較遠的馬來西亞。不同氣候地區的樣品，其外部形態差異很大，包括生長率、葉的大小、花色，其地上部的三萜皂苷也隨之而變化。然而，隨機擴增DNA多態性分析表明，這些不同表型和化學型的植物基因有超過80%的相似性，表明這些樣品低水平的生物多樣性，這主要是因為植物繁殖的營養模式和生境環境的相似性的交互作用造成的，因為所有這些植物都生長在近水域的地方［15］。與此相反，應用隨機擴增DNA多態性分析(AFLP)對來自于云南省同一個栽培場地的17個隨機3年生三七樣品進行分析，發現其具有很高的遺傳多樣性。這些基因上的多樣性導致了皂苷含量(包括皂苷風度和單個皂苷間的比例)的變化，這些皂苷包括人參皂苷、三七皂苷和絞股藍皂苷(ginsenosides，notoginsenosidesandgypenosides)。對于這種具有悠久栽培歷史的植物，了解其生物多樣性是很有意義的。要實現這一目的，就要求對植物中的皂苷進行系統分析，把同一基因的品種種植在不同地理區域;或把不同基因品種栽培在同一地塊上［16］。

2采收期的影響

中藥材的采收時間和藥材質量有密切的關系。因為藥材在其生長發育的不同時期其藥用部位所含有的有效成分各不相同。孫思邈《千金要方》云:“早則藥勢未成，晚則盛時已歇。”《千金翼方》也謂:“夫藥采取，不知時節，不以陰干，雖有藥名，終無藥實，故不依七時采取，與朽木不殊，虛費人工，卒無裨益”。強調了藥材采收期對于保證藥材質量的重要性［17］。采收期包括對藥材的不同生長階段的采收時間及藥材不同生長年限的采收時間。開展藥材采收期的對比研究不僅僅是為了選取最好的藥材原料，也是為合理的采收時間提供一個理論依據，從而采用一種可持續的方法去采收日益減少的藥用資源。由于過度采挖，很多野生藥用資源正處于瀕危階段，如遠志PolygalatenuifoliaWilld．藥材用量增大，其野生資源日益緊張。為了緩解這種局面，一些研究人員已經著手開展遠志的栽培技術研究，同時分析遠志各個植物器官中有效成分的含量，以便綜合利用這種藥用植物資源。在不同季節，研究人員對遠志不同營養器官中的齊墩果酸型三萜皂苷含量進行了測定，發現這些化合物含量在生長季節里(4～10月)變化非常大，開花初期含量很高，初花期和初果期含量下降，在果實成熟期含量達到最高，此時根部含量可以達到干重的5.2%，葉和莖中可達到干重的1.3%。對于整個植株而言，當地上部分開始枯萎時，其皂苷成分含量達到了最低。因此，為了充分利用遠志，應該在8月份收割全株［18］。類似的，也研究了柴胡BupleurumchinenseDC中柴胡皂苷含量變化。柴胡是多年生草本，主產于河北、河南、遼寧、湖北等省。柴胡是清虛熱中藥，用于感冒發熱、寒熱往來、瘧疾、肝郁氣滯、胸肋脹痛、脫肛、子宮脫落、月經不調等。研究人員對柴胡生長期中的柴胡皂苷含量進行測定，發現開花前期具有很高的皂苷含量，然后在花期皂苷含量急劇下降到最低含量(下降近一半)，然后在果實形成和果實成熟期持續上升，接著在枯萎又下降。所以，柴胡采收的最佳時間是果實成熟期的10月份的后20天，皂苷含量可高達總干重的2.5%［19］。#p#分頁標題#e#

決定藥材最佳采收期的，除了考慮有效成分含量外，還要考慮其他因素，如總產量等因素。牛膝AchyranthusbidentataBlume是傳統的中藥材，具有抗炎、抗風濕的功能，其齊墩果酸型三萜皂苷主要在營養器官中分布，苷元含量最高時是在8月份，此時根部為7.76%，莖部為4.09%，葉部4.13%。到8月下旬時，植物進入生殖生長期，皂苷含量在花期和果期開始下降，9月的盛果期降到了最低值(1.03%)。同時，莖中的皂苷含量也顯著地下降(4.09%～2.76%)，然而在盛果期又增加到7.73%。結果說明，皂苷含量下降和植物的生殖發育有關。暗示為了得到最大質量的根部，可以去掉花從而抑制植物生殖器官的生長發育。在果實逐漸成熟過程中，根部皂苷的總量又逐漸增加，當到地上部分開始枯萎的10月份，期含量到達2.95%，然后趨于穩定，11月時葉片中的皂苷含量非常低(0.06%)。雖然8月份牛膝根部具有最高含量的皂苷，但11月生物量最大，所以11月采收更好［20］。基隆山藥DioscoreapseudojaponicaYamamoto是臺灣的一種多年生藥用植物，能補脾胃、益肺腎，是一種很好的滋補品。其中薯蕷皂苷是其重要的有藥效成分。三月栽培，然后從11月到次年的3月采收。不同時間采收的基隆山藥，其皂苷含量變化非常大，在收獲期的5個月，每個月對基隆山藥各個器官(葉、肉質塊莖、塊莖皮層和莖)皂苷含量進行測定，發現從11月到次年的1月，皂苷含量是增加的;然后皂苷含量開始下降，直到春節來臨。在1月份，皂苷含量最高，到3月含量下降［21］。

藥用植物皂苷在生長期除了受到季節變化的影響外，生長年限也是影響皂苷含量的一個重要因素。一般來說，隨著植物生長年限的增加，其皂苷含量也增加。例如，從1年生到5年生，人參和西洋參的總皂苷含量一般是增加的［22］。但是，并不能說所有植物的根中的皂苷含量和生長年限具有很強的相關性。比如遠志P．tenuifolia其根部皂苷含量隨著根的生長年限而持續下降，而含量最高的是1年生的遠志根［18］。日本的霜川等發現，三島柴胡根中的柴胡皂苷，柴胡皂苷a，d他和柴胡總皂苷(除了柴胡皂苷c外)，都是1年的根比2年根含量高。可能是由于一年生柴胡根中的皮層的厚角組織所占的比例高的原因，而皂苷主要在厚角組織內［23］，但考慮到生物量的問題，還是認為采收，3年生的柴胡具有最高的經濟效益［19］。總之，植物不同部位中皂苷含量隨植物的發育階段，以及不同的生長年限，其含量呈現持續的變化。不同的植物根中皂苷隨季節變化的波動的模式有所不同，其皂苷含量或出現增加或出現下降。不光是藥用植物皂苷成分受到了采收期的影響，其他的很多藥用植物都有類似的情況，如麻黃秋季時麻黃堿含量最高，槐花在花蕾時蘆丁含量最高，青蒿中青蒿素含量花蕾出線的7，8月份最高等。中藥材的采收很注意采收的時間，這是中藥學的基本研究內容，正所謂“三月茵陳四月蒿，五月六月當柴燒”，采收時間的不恰當，可能導致藥材適量達不到要求，甚至沒有治療作用。

3氣候和土壤因子的影響

光照和溫度是影響藥用植物生長發育的最重要環境因子，光照對藥用植物生理生化都有重要的影響。光的可利用度、強度和光質都能影響藥用植物皂苷的含量。黃芩中含有的黃芩苷是其重要的藥效成分。陳順欽等研究了光照對黃芩懸浮細胞中黃芩苷的積累及相關基因表達的影響，發現光照對黃芩懸浮細胞中有效成分的積累有顯著的促進作用，與黑暗條件相比，細胞生長13d后黃芩苷含量顯著增加了7倍之多，PAL基因在光照條件下的轉錄水平高于在黑暗條件，從而認為光誘導對黃芩懸浮細胞中有效成分的積累有顯著促進作用，光誘導刺激了與有效成分的積累相關基因的表達［24］。西洋參中含有人參皂苷成分是主要的藥效成分。西洋參原產于美國北部到加拿大南部一帶，現在世界各地很多地方都有栽培。Fournier等研究了西洋參中皂苷含量受光照的影響，發現隨著季節的變化，林下的西洋參受到的光照強度發生了變化，假如增加的太陽輻射不高于先前的自然情況下光照的35%，則西洋參暴露在太陽光中時間越長，其根部人參皂苷含量越高(1，2年生分別增加了48%，62%)。太陽光照射超過36%，不僅將導致人參皂苷積累的減少，還將導致植物的光抑制。光質，也就是紅光、遠紅外光和不同的紅光和遠紅外光的比率，都顯著地影響了2年生西洋參個體中人參皂苷的含量(Rd，Rc和Rg1)［25］。崔秀明等認為，光照時數和光照強度是影響三七皂苷含量的主導因子。在一定范圍內，光照強度增加，氣溫和土壤溫度也隨之增加，三七皂苷含量先增加后降低。說明合理的遮蔭透光度不僅影響三七的產量，而且影響三七質量。因此，通過調整遮蔭棚透光度是提高三七產量和質量的重要措施［4］。

在自然情況下，一般光照強度的增加也伴隨著環境溫度的增加，這兩個因素往往同時對藥用植物的皂苷成分產生影響。日本的霜川等發現，高溫不利于柴胡皂苷d的積累，其他皂苷卻變化不明顯，這可能是低溫有利于光合產物向根部運轉，使得根量增加，從而增加柴胡皂苷含量［26］。Jochum等在溫室內開展研究增加5℃的溫度對西洋參生長和皂苷含量的影響。結果發現，由于溫度的增加，西洋參根部皂苷含量顯著增加了，但是由于受溫度脅迫的影響，西洋參總生物量和根部生物量顯著減少，從而導致總的人參皂苷產量沒有發生變化［27］。我們在藥材生產的時候，當采用脅迫措施來提高藥材質量時，應該同時考慮總產量和藥材有效成分含量，確定適度的脅迫，從而獲得最高的經濟效益。其他的，如土壤因子對藥用植物皂苷也有很重要的影響。土壤因子和栽培區域有關，因為栽培區域不同，其土壤背景差異肯能很大，土壤中的營養元素和微生態環境就可能有差異，這些因素都可能對藥用植物的皂苷成分產生影響，相關的一些研究實例已在前面闡述［6-7，13］。

4栽培措施的影響

栽培措施主要指藥材栽培過程中，在既定的土壤背景和環境區域內，使用一定的農藝措施，對栽培過程中各種影響藥用植物生長的因素進行人為控制，優化藥材生產環境，從而提高藥材質量的一種方法。眾所周知，藥用植物次生代謝產物是對環境脅迫的一種反應，栽培過程中的農藝措施，如遮蔭、搭棚等方法，水分和養分供給量等都能影響藥用植物的生長條件，使得藥用植物生長中的光照、溫度、水分、養分等發生變化，從而影響藥用植物的藥用成分。許多藥用植物生長在熱帶地區，該地區基本營養不充足，特別是氮和磷肥。有機肥可以增加土壤肥力，但是有機肥較缺乏，但可以用化肥來彌補。總序天冬AsparagusracemosusWilld是一種產于印度的藥用植物，在印度常用于治療胃潰瘍和傳染性疾病，這種植物含有甾體的呋喃固醇皂苷和螺甾烷醇皂苷。研究者研究了氮、磷和鉀肥對總序天冬的影響，發現使用不同肥力的化肥，能使其根部天冬皂苷含量增加了1.66～1.75倍［28］。崔秀明等研究發現，一定范圍內，隨著土壤速效K含量的增加，三七總皂苷含量有增高的趨勢，這可能與三七對K需要量較大有關［7］。#p#分頁標題#e#

化肥對栽培藥材如柴胡中柴胡皂苷含量的影響也有研究。研究人員以2年生柴胡為材料，采用不同N肥(0.15或0.3g•kg－1)和P肥(0.2或0.4g•kg－1)的配比對柴胡藥材產量和柴胡皂苷a及柴胡皂苷b的影響，結果發現，和不施加肥料相比，使用低劑量的N和P肥均顯著地增加了總柴胡皂苷總產量。當N和P肥同時施加時，皂苷含量增加得最多。當在施加高肥力時，皂苷總量反而減少。Ndamba等在一種商陸科藥用植物Phytolaccadodecandra上的實驗也發現，牛糞和灌溉的聯合使用可以得到最高的漿果和皂苷產量［29］。由此可見，優化肥料之間的配比是促進藥用植物生長，增加總皂苷量的重要農藝措施，同時需要考慮過度施肥的有害性，所以土壤背景的調查及實驗過程總結出來的肥料的指導用量，這對于藥用植物的栽培管理非常重要［30］。研究人員考察了肥料和水脅迫聯合使用對柴胡皂苷的影響，發現適量的水脅迫增加了柴胡皂苷a和b的含量，但是減少了根部生物量。相反，和供水正常的比較，高強度水脅迫導致皂苷含量減少了約70%。然而，研究中發現供水和供肥處理存在一明顯的交互作用。通過優化N和P肥的使用量，可以部分消除水脅迫帶來的負面影響。這些結果提示我們這種可能性，在藥材栽培過程中，考慮到土壤背景的情況下，需要一個合理的施肥量，通過合理的水肥控制，優化農業管理措施，這就可以實現增加皂苷總產量［30］。

光照、土壤營養、植物激素、施肥量等諸多因素對藥用植物的品質形成都有交互影響，但這些因素的綜合效益卻研究的較少。魏云潔等在人參上開展過相關的研究，他們選取土壤有機質、玉米素(2ea)、PP333、復合葉肥、光照共5個因素，每個因素5個水平，考察了這些因素水平對人參中人參皂苷含量的影響，結果發現，各因素對皂苷合成與積累的貢獻率為:玉米素(2ea)＞土壤養分＞葉肥＞光照＞PP333。根據這些因素的綜合影響，結合產量性狀、經濟投入和田間工作量，確定了提高人參皂苷含量的適宜農藝措施，即:土壤有機質含量＞6.53%，蔭棚透光率＞22%;田間管理中，在展葉、綠果和紅果期各葉面施1次400g•mL－1的zea和200倍液(5g•kg－1)的復合葉肥。利用這些研究，為高品質的人參適宜栽培模式提供了技術支持［31］。其他的一些傳統的農藝措施，常用來優化農作物生長的方法，如剪枝、打頂、摘心等，有時這些方法對中藥材生產也有一定的好處。如日本的霜川等發現，對1年生和2年生的三島柴胡進行摘心處理，這種農藝措施會抑制生殖生長，促進營養生長和光合產物向根部運輸，增加了根部生物量，雖然皂苷含量沒有發生變化，但柴胡皂苷總產量增加［10］。通過合理的農藝設施，把藥用植物暴露在一個可控的環境下，刺激皂苷的合成，或許可作為高產栽培的一種方法。野生藥材具有較好的質量，現在很多栽培的藥材質量都較差，如何通過適當的農藝措施，開展優質中藥材的栽培呢?受以上研究實例的啟發，我們或許可以通過對栽培藥材采取一些合適的栽培措施，從而得到高含量有效成分的優質藥材。

5結語與展望

藥用植物次生代謝產物具有其各種化學生態學功能，這些固有的或被誘導的次生代謝產物受藥用植物自身生理和各種環境因子的影響，如本文所提及的產地、生長年限、光照、溫度、土壤因子和栽培措施對藥用植物皂苷成分的影響。在明確這些環境因子對藥用植物皂苷成分的影響的基礎上，我們就可以采取一些農藝措施，在適當的時候采取適當的方法，就可以獲得質量較優的中藥材原料。由于產區的不同，藥用植物皂苷含量有所差異。特定的產區，其環境氣候因子比較獨特，具體的因子如溫度、光照、土壤肥力等因素交錯影響藥用植物皂苷成分，所以這個過程是極其復雜的。環境因子改變時，特別是當藥用植物遇到一些脅迫時，其皂苷含量會增加，說明誘導產生的皂苷可能參與到植物對抗逆境條件中來［32］。在藥用植物的繁殖期，植物器官中的皂苷含量增加，這可能是應對此時容易出現有害因子而增加的，如害蟲和不良氣候的出現，這樣也是為了植物繁育后代，從而認為這些皂苷具有化學保護功能［21］。實際上，在自然環境中，藥用植物所面對的各種環境因子常常同時出現，植物對外部環境條件變化產生應對，從而導致其皂苷成分的波動，這些現象的分子機制還不清楚。植物皂苷的生物合成過程很復雜，這涉及到不同分子水平上的復雜的調節過程［33-34］。由于這些因素的復雜性，從而很難從單因素的實驗去說明某個因子的作用，從而很難對這些現象提供一種通用的解釋方法。為了保證中藥材質量，科學合理的采收期研究是必要的。很多情況下，藥用植物皂苷成分的積累和植物生長發育階段緊密相關，但綜合考慮藥材產量、用藥部分，經濟投入等因素，所以有時并不是皂苷含量最高時對藥材進行采收最為合理。

隨著人們對中藥材資源的需求日益增加，野生藥用資源日益減少，而栽培藥材質量和產量都難以滿足需求，人們需要完善現有的栽培技術，從質量和產量上下手，利用相關技術，提高產量的同時，保證藥材質量。應用環境因子對藥材有效成分的影響的知識，控制環境脅迫用于優化中藥材的生產，這種方法具有良好的應用前景。