趙露穎，施夢瑤，張巧艷，秦路平，孫藝琦

道地藥材品質特征及形成機制研究進展

趙露穎，施夢瑤，張巧艷，秦路平*，孫藝琦*

浙江中醫(yī)藥大學藥學院，浙江 杭州 310053

道地藥材因其品質優(yōu)良、療效顯著，被認為是中藥界的“品質標桿”。近年來，“辨狀論質”、指紋圖譜和生物效價檢測等技術從性狀、化學成分和生物活性等方面揭示了道地藥材的品質特征。多種DNA分子標記技術從遺傳物質方面為道地藥材的鑒定提供了方法，不斷豐富的組學技術從功能基因和關鍵酶等方面為道地藥材形成機制的研究提供了理論依據。在總結道地藥材的道地性成因的基礎上，對道地藥材品質特征及形成機制的研究進展進行綜述，結合道地藥材化學-遺傳-生態(tài)的相關性分析，以期為道地藥材的生產栽培、質量控制及資源可持續(xù)利用的探究提供理論依據，為道地藥材形成機制及科學內涵的闡釋提供可借鑒的資料。

道地藥材；品質特征；形成機制；相關性分析；DNA分子標記技術

《中華人民共和國中醫(yī)藥法》中明確定義：“道地中藥材是指經過中醫(yī)臨床長期應用優(yōu)選出來的，產在特定地域，與其他地區(qū)所產同種中藥材相比，品質和療效更好，且質量穩(wěn)定，具有較高知名度的中藥材”。道地藥材具體表現(xiàn)為藥材的“優(yōu)形”和“優(yōu)質”[1-2]。黃璐琦院士等[3]指出道地藥材的特殊品質是其基因型、特定的生態(tài)環(huán)境和栽培措施共同作用的結果。其共同塑造了道地藥材區(qū)別于其他產地同類藥材在外觀性狀、化學組成、藥理作用及臨床療效方面特有的品質特征。因此，基于道地藥材的性狀特征、化學特征及藥理藥效特征表征其道地性特點，從遺傳基因的多樣性和分化及生態(tài)環(huán)境對道地藥材品質形成的影響揭示道地藥材的形成機制，可為藥材的生產栽培、質量控制及合理的臨床應用提供科學依據。近年來，基于道地藥材性狀特征、化學特征和藥理藥效特征的仿生學技術、色譜光譜技術和生物效價檢測技術等的發(fā)展，為道地藥材的品質特征研究提供了技術支撐。DNA分子標記技術和不同組學技術的發(fā)展和應用，為探索藥材道地性形成的機制提供了有力的工具?；谒幉牡牡赖匦猿梢?，本研究總結了道地藥材的性狀、化學成分和藥理藥效等特征，對道地藥材與非道地藥材間、不同道地產區(qū)藥材間的遺傳物質差異和環(huán)境生態(tài)因子對藥材道地性形成的作用進行了綜述，并對道地藥材的化學-生態(tài)-遺傳特征的相關性分析進行歸納，以期為藥材道地性的形成機制研究提供一定的參考依據。

1 中藥材的道地性成因

道地藥材是遺傳變異和環(huán)境共同作用的結果。通過分析不同居群藥材的化學物質與遺傳變異和環(huán)境生態(tài)因子的相關性，可揭示藥材道地性的成因[4]。黃璐琦院士等[5]指出，道地藥材的本質是“同種異地”，就是說同一物種長期適應不同的生態(tài)環(huán)境，其遺傳物質發(fā)生一定的變異，形成了各自特有的遺傳物質。藥用植物居群間的這種遺傳分化通常是由異域片斷化、受距離影響的有限基因流和分布區(qū)快速擴展引起的[6]。在異域片斷化模式下，居群間的基因交流幾乎或完全被阻斷，居群間的等位基因頻率或單倍型頻率差異很大或完全不同，導致不同居群藥用植物存在較大的遺傳分化，如蒼術在不同居群間的遺傳變異。在受距離影響的有限基因流模式下，居群間的基因流隨著地理距離的增大而減小，居群間等位基因頻率或單倍型頻率的差異隨著地理距離的增大而增大，使得不同居群藥用植物之間的遺傳分化出現(xiàn)連續(xù)變異，如黃芩的遺傳變異主要發(fā)生于不同居群間[3]。分布區(qū)快速擴展模式包括長距離傳播和鄰近區(qū)域的快速擴展2種情形。通過長距離傳播產生的2個居群間可能會有極其相似的等位基因頻率或單倍型頻率，進而形成1個藥材有多個道地產區(qū)出現(xiàn)的情況，如白芷有川白芷、杭白芷、亳白芷、禹白芷、祁白芷等[7]。在分布區(qū)快速擴展模式下，1個物種的分布區(qū)短時間在鄰近區(qū)域迅速擴展，這種情況下居群間的基因交流幾乎不受阻礙，其等位基因頻率或單倍型頻率幾乎或完全一樣，沒有遺傳分化，所產生的藥材沒有明顯的道地性。另一方面，道地藥材的“同種異地”，在生物學上就是指某一物種的特定居群，這里的“特定”是由一定的土壤、光照及濕度等環(huán)境生態(tài)因子所決定的。生態(tài)因子通過影響藥用植物體內的生理生化反應，調控次生代謝產生物合成酶的活性，影響藥材的品質，使得道地藥材在性狀、化學組成及藥理藥效和臨床療效方面顯示出特有的品質特征。

2 道地藥材的品質特征

2.1 道地藥材的性狀特征

藥材的性狀特征是指其具有的形、色、氣、味、大小、質地、斷面等特征。1994年，謝宗萬[8]首次提出“辨狀論質”理論，其中“狀”是指藥材的外觀性狀，“質”則是藥材的內在品質，因此“辨狀論質”便是對藥材的外觀性狀進行觀察，并通過分析與總結，對藥材的內在品質做出評判。“辨狀論質”理論的實質是將中藥特定的外觀性狀和某些特性與內在質量相關聯(lián)。隨著電子仿生學技術和人工智能技術的發(fā)展，以及光譜、色譜等其他技術手段在中藥質量評價中的應用，“辨狀論質”理論與現(xiàn)代科學技術相結合，為道地藥材特征的定量化研究提供了理論支撐。如凌秀華等[9]基于顯微攝像技術以及計算機圖像處理技術，分別構建了用于識別川麥冬、浙麥冬和湖北麥冬3者性狀和顯微特征的神經網絡模型，同時建立其化學成分含量與相應鑒定特征的聯(lián)系，可用于不同道地產區(qū)麥冬及其近緣品種的圖像識別，實現(xiàn)了“辨狀論質”中“形”的定量描述。劉瑞新等[10]基于電子眼技術對不同產地川貝母的顏色信息進行提取，并借助化學計量學方法建立適宜的辨識模型，從“辨狀論質”中“色”出發(fā)實現(xiàn)了道地藥材川貝母質量的快速辨識。Li等[11]采用電子鼻技術對陳皮不同栽培品種的18種揮發(fā)性成分進行分析，基于“辨狀論質”中“氣”實現(xiàn)了陳皮道地藥材（廣陳皮）與非道地藥材的鑒別。Ding等[12]采用電子舌技術對鎖陽樣品水提液的電信號進行采集分析，并結合主成分分析和線性判別分析模型，從“辨狀論質”中“味”出發(fā)實現(xiàn)了對8個產地鎖陽的鑒別。

“辨狀論質”通過對道地藥材的性狀特征進行定量化，解決了不同產地間藥材的鑒別，并將中藥的某一性狀特征與其主要化學成分的含量進行關聯(lián)分析，為道地藥材的性狀與品質的相關性提供了一定的依據。然而，現(xiàn)階段，基于“辨狀論質”的中藥品質評價與藥效的低關聯(lián)度，中藥材的臨床藥效和安全性難以保證，從而受到業(yè)內外的詬病。因此，后續(xù)應建立道地藥材“優(yōu)形-優(yōu)質-優(yōu)效”相關聯(lián)的研究模式，從而為闡明道地藥材形成機制奠定基礎，為指導道地藥材的種植生產和品種選育等提供依據。

2.2 道地藥材的化學特征

道地藥材的化學特征是指其所含獨特化學成分的結構類型、特定的藥效物質及有毒成分的含量，特有的不同結構化學成分的比例，這種特定的化學成分譜及各成分的含量和比例體現(xiàn)了道地藥材特有的化學品質，也是其發(fā)揮良好臨床療效的根本。因此，只有從道地藥材化學成分定性的組成、定量的含量及特定藥效物質的比例出發(fā)，才可客觀準確地表征道地藥材的化學特征。近年來，中藥指紋圖譜技術可通過應用各種色譜及光譜技術，如高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）、液相色譜-質譜聯(lián)用（liquid chromatography-mass spectrum，LC-MS）、傅里葉變換紅外光譜法（fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)T-IR）、氣相色譜（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）、薄層色譜（thin layer chromatography，TLC）、紫外光譜（ultraviolet，UV）、核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）和太赫茲時域光譜（terahertz time-domain spectroscopy，THz-TDS），從整體上表征道地藥材的化學特征，從而區(qū)分道地產區(qū)和非道地產區(qū)的藥材。如Bi等[13]采用HPLC技術對16個產地黃芪中的黃芪甲苷和毛蕊異黃酮-7-葡萄糖苷的含量進行測定，聚類結果顯示產于固陽、鶴林、武川、烏拉特前等道地產區(qū)的黃芪藥材聚為一類，其質量優(yōu)于其他地區(qū)。Zhang等[14]采用LC-MS技術對不同產地黃花蒿中青蒿素B、青蒿素、青蒿酸和東莨菪內酯等成分的含量與空間分布進行相關性分析，結果顯示分布于中國北方的黃花蒿中青蒿素B和青蒿酸含量較高；分布于中國南方道地產區(qū)的黃花蒿中青蒿素和東莨菪內酯含量較高，防治瘧疾的藥用功能更強。Wang等[15]基于UV和FT-IR技術對來自8個不同地區(qū)共183份云南重樓進行分析，并結合偏最小二乘判別分析成功區(qū)分了道地產區(qū)（云南）與非道地產地的云南重樓。

道地和非道地藥材的化學成分特征也表現(xiàn)在其次生代謝產物的差異方面。次生代謝物是植物在其生長發(fā)育和對環(huán)境的適應過程中次生代謝產生的一類小分子有機化合物，是植物在長期進化過程中與環(huán)境相互作用的結果。植物代謝組學是對植物代謝物進行高通量、無偏差全面分析的技術[16]，通過研究道地和非道地藥材的小分子代謝產物，對其同時進行定性、定量分析，并找出代謝變化的規(guī)律，確定可表征其道地性的差異化合物，可進一步明確道地藥材的化學特征。如Xue等[17]采用液相色譜與電子俘獲檢測器聯(lián)用技術、超高效液相色譜與飛行時間質譜聯(lián)用技術（ultra performance liquid chromatography-time of flight mass spectrometry，UPLC-QTOF/MS）及GC-MS技術研究發(fā)現(xiàn)道地產區(qū)（四川東部和湖北西部）與非道地產區(qū)厚樸中次生代謝產物存在比較大的差異，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樸的道地性判別。Lv等[18]采用UPLC-QTOF/MS成功判別了道地產區(qū)和非道地產區(qū)的枸杞，并篩選得到道地藥材“中寧枸杞”的生物標志物為槲皮素和琥珀酸。胡貞貞等[19]采用GC-MS對不同產地廣藿香的差異性代謝產物展開分析，鑒別得到屬于傳統(tǒng)肇香的高要蓮塘廣藿香（“酮型”廣藿香），并篩選出能區(qū)分各產地“醇型”廣藿香的5種差異化合物，分別為β-石竹烯、去甲藿香烯醇、藍桉醇、百秋李醇、廣藿香酮。

道地藥材的化學特征也體現(xiàn)在主要藥效物質的含量及各成分之間比例的差異。色譜-質譜聯(lián)用技術使得同時測定藥材多種化學成分的含量成為可能，也為道地藥材化學品質的表征提供了有力的工具。Zhang等[20]采用HPLC-MS對不同產地甘草中的5個單體成分（甘草苷、異甘草苷、甘草素、異甘草素和甘草酸）進行含量測定，結果顯示產于道地產區(qū)內蒙古的甘草種甘草苷和甘草酸的含量顯著高于非道地產區(qū)。Wang等[21]采用UPLC-MS/MS對6個產地川芎的20種活性成分進行了含量測定，發(fā)現(xiàn)道地產區(qū)（四川都江堰）川芎中藁本內酯和洋川芎內酯A的含量最高。Zhang等[22]采用UPLC-QTOF/MS對道地產區(qū)與非道地產區(qū)當歸的化學成分進行表征，結果顯示產于道地產區(qū)甘肅岷縣的當歸藥材中洋川芎內酯I和正丁亞基鄰苯二甲酰胺的含量高于非道地產區(qū)的當歸藥材，而阿魏酸和歐當歸內酯A則剛好相反。Jin等[23]采用UPLC/QTOF-MS比較分析不同道地產地麥冬的組成差異，結合多元統(tǒng)計分析對川麥冬和浙麥冬進行區(qū)分，最終篩選出可用于區(qū)別不同道地產區(qū)麥冬的質量標志物為麥冬皂苷D和慈溪麥冬皂苷B。

中藥的化學成分是中藥發(fā)揮臨床療效的物質基礎，也是藥材質量評價的主要指標。因此，通過化學特征區(qū)分道地產區(qū)與非道地產區(qū)、不同道地產區(qū)間的藥材，可保證中藥的質量和療效，且不同產地藥材間質量標志物的篩選，可為藥材道地性形成機制的研究提供化學物質基礎。但目前以產地為導向篩選出的質量標志物缺乏與藥理藥效的相關性研究，致使道地藥材的化學特征難以關聯(lián)其安全性和有效性，不足以闡釋道地性藥材臨床應用的優(yōu)越性。因此，后續(xù)應對道地藥材特征性化學成分和藥理藥效之間的關系展開進一步分析，篩選出與藥效直接相關的化合物，從而以活性和產地為共同導向給道地藥材的質量控制提供方法支持。

2.3 道地藥材的藥理藥效特征

道地藥材的靈魂是優(yōu)良的臨床療效。目前常用的道地藥材化學特征表征方法較難反映中藥的臨床療效和安全性，亦難以有針對性地指導臨床安全合理用藥。因此，應用生物檢測及藥理學方法研究道地藥材的藥效及毒性的作用規(guī)律，闡釋其發(fā)揮優(yōu)良藥效的機制，從生物活性、藥理藥效、臨床療效及作用機制多層次多角度呈現(xiàn)道地藥材的藥理藥效特征，可為道地藥材科學合理的臨床應用提供可借鑒的資料。生物效應檢測是指利用藥物對試驗體所產生的生物效應，運用特定的實驗設計，反映藥物有效性、安全性的一種方法，具有與中藥有效性、安全性相關聯(lián)的優(yōu)勢，是一種符合中藥多成分、整體作用特點，可在一定程度上表征中藥的藥理藥效特征[24]。生物效應檢測方法可通過藥效學指標和（或）毒理學指標反映中藥的有效性和安全性，并可與中藥的功能主治相關，從而反映中藥的優(yōu)劣。目前常用于中藥活性評價的生物效應檢測包括抗生素微生物效價檢測、免疫檢測技術和微量熱法等。

抗生素微生物效價檢測法是在適宜條件下，根據量反應平行線原理設計，通過檢測對照品與供試品對微生物的抑制作用，以測定供試品效價的方法。魏麗[25]采用管碟法、熒光測定法和酶聯(lián)免疫吸附法發(fā)現(xiàn)板藍根對金黃色葡萄球菌的抑制作用以來源于安徽規(guī)范化種植基地的藥材最強（效價值0.93 U/g），山東、甘肅、河北、河南、安徽、黑龍江和內蒙古等主產區(qū)的藥材次之（效價值0.28～0.46 U/g），市場上購買的藥材較差（效價值0.11～0.23 U/g）。

免疫檢測技術是基于抗原和抗體特異性反應，對抗原或抗體實現(xiàn)定性定量檢測的方法，包括有酶聯(lián)免疫吸附法（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）和膠體金免疫色譜法（gold immunochromatographic assay，GICA）。Zhang等[26]基于單克隆抗體制備技術和ELISA，建立了金銀花中綠原酸和木犀草苷的免疫檢測方法，并在此基礎上采用GICA研制了綠原酸和木犀草苷膠體金免疫檢測試紙條，實現(xiàn)了在10 min內對金銀花藥材的質量評價。

微量熱法又稱生物熱活性檢測技術，是可以實時、連續(xù)、在線監(jiān)測生物體的生長代謝情況及在中藥作用下熱量變化情況的技術方法。趙艷丹等[27]采用微量熱法研究發(fā)現(xiàn)山西柴胡（抑菌率53.06%）和陜西柴胡（抑菌率42.86%）的抑菌活性均優(yōu)于河北柴胡（抑菌率7.14%），抑菌率與柴胡皂苷a、d含量顯著相關（相關系數分別為0.783、0.717），表明微量熱法可作為不同產地柴胡的質量評價方法。

《中國藥典》2010年版編寫大綱中明確提出：“中藥的質量標準要逐步由單一指標性成分定性定量測定，向活性有效成分及生物測定的綜合檢測過渡”。并在附錄中增加了《中藥生物活性測定指導原則》；《中國藥典》2015年版將《中國藥典》2010年版的附錄整合為通則，并沿用至《中國藥典》2020年版。這說明將生物效應檢測技術應用到中藥品質特征的研究中已成為當前重要的發(fā)展趨勢。因此，開展對不同產地藥材間生物活性的比較，可以綜合評價藥材的品質特征，從而保證藥材的道地性。目前，生物效應檢測技術已成功應用于當歸[28]、大黃[29-30]、丹參[31]和黃連[32]等道地藥材的質量評價，但以上研究采用的對照品大多是化學單體，對照品與化學成分復雜的被檢中藥材難具“同質性”。因此，李寒冰等[33]提出以道地優(yōu)質藥材作為生物活性評價的標準對照藥材，從而保證對照品的均一性、穩(wěn)定性、代表性和可延性。然而基原、環(huán)境生態(tài)因子和栽培方式等因素均會影響道地藥材的品質，以道地藥材作為標準對照藥材評價生物活性的具體使用條件以及使用范圍還有待全面且深入的研究。

3 道地藥材的形成機制

黃璐琦院士等[3]提出“道地藥材的道地性越明顯，其基因特化越明顯”“邊緣效應能促進道地藥材的形成”“道地藥材的化學組成有其獨特的自適應特征”等假說[34-37]。因此，可從道地居群和非道地居群間藥材原植物的遺傳物質差異及環(huán)境生態(tài)因子對藥用植物作用的分析，揭示道地藥材形成的機制。

3.1 基于遺傳特征的道地藥材形成機制的研究

道地藥材“優(yōu)形、優(yōu)質”的品質特征是由其特有的基因組結構及其特征決定的。利用道地藥材和非道地藥材或不同道地產區(qū)藥材基因序列的差異，可挖掘“優(yōu)形、優(yōu)質”特征重要功能基因、建立道地藥材DNA指紋圖譜、闡明道地的遺傳分化及對環(huán)境的適應性，解析道地藥材優(yōu)良種質資源的遺傳特征，揭示道地藥材品質特征演化的遺傳學基礎，為道地藥材的定向培育、栽培和生產提供科學依據。同一種藥材不同產地之間在藥材品質上的差異也反映在居群間的遺傳特征上。目前用于道地藥材遺傳特征研究的技術主要包括DNA分子標記技術及轉錄組和蛋白質組等組學技術，通過對不同產地藥材基原植物遺傳基因的比較分析，可揭示道地藥材的形成機制，也可為道地藥材的分子鑒定、遺傳變異和品種選育等提供遺傳信息。

3.1.1 遺傳變異和分化影響道地藥材形成 DNA分子標記技術通過研究DNA分子由于插入、缺失、重排、倒位、易位等機制而產生的多態(tài)性，能精準地揭示道地和非道地藥材基原植物遺傳物質的變異。目前隨機擴增DNA多態(tài)性（random amplified polymorphic DNA，RAPD）、擴增片段長度多態(tài)性（amplified fragment length polymorphism，AFLP）、限制性內切酶片段長度多態(tài)性（restriction fragment length polymorphism，RFLP）、簡單重復序列（simple sequence repeats，SSR）、簡單重復序列區(qū)間（inter-simple sequence repeat，ISSR）、相關序列擴增多態(tài)性標記（sequence-related amplified polymorphism，SCoT）、序列特征性擴增區(qū)域（sequence characterized amplified region，SCAR）、相關序列擴增多態(tài)性（sequence-related amplified polymorphism，SRAP）、單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）和DNA條形碼（DNA barcoding）等DNA分子標記技術已廣泛應用于道地藥材的分子鑒別、遺傳背景、地理變異、環(huán)境適應性及品種選育等方面。

多種分子標記方法在建立道地藥材DNA指紋圖譜方面的應用，為道地藥材的鑒別及其遺傳特征的表征提供了切實可行的技術手段。如Xu等[38]基于核糖體內第二內部轉錄間隔區(qū)（internal transcribed spacer 2，ITS2）的DNA條形碼實現(xiàn)了對新疆紫草、內蒙紫草和硬萼軟紫草的鑒別。鄭司浩等[39]對不同產地甘草基因組的重測序數據進行SNP位點分析，最終獲得了可用于鑒別新疆、內蒙古及甘肅產甘草的SNP位點。李敏等[40]采用RAPD分子標記技術對4個產地白芍的遺傳多樣性進行分析，并篩選到了可用于區(qū)分4個道地產區(qū)白芍藥材（浙白芍、亳白芍、山白芍和川白芍）的分子鑒定標記。除上述分子標記技術外，RFLP、SCoT、SRAP和DNA條形碼等多種分子標記技術已用于霍山石斛[41]、射干[42]、化州柚[43]和秦艽[44]等道地藥材的鑒別研究，見表1。

表1 道地藥材的分子鑒別

Table 1 Molecular identification of genuine medicinal materials

方法植物研究結果文獻 SCAR白芷Angelica dahurica (Fisch. ex Hoffm.) Benth. et Hook. f.建立了對白芷不同產地及其混偽品臺灣獨活、狹葉當歸和濱當歸的鑒定方法45 SCoT-SCAR曼地亞紅豆杉Taxus media cv. Hicksii建立了對曼地亞紅豆杉及其同屬的紅豆杉、東北紅豆杉和密葉紅豆杉的快速鑒定方法46 cpDNA-SCAR川續(xù)斷Dipsacus asper Wall. Ex Henry建立了對川續(xù)斷和日本續(xù)斷的鑒定方法47 ISSR-SCoT射干Belamcanda chinensis (L.) DC.建立了對射干、川射干藥材及其混偽品蝴蝶花、野鳶尾、黃菖蒲的鑒定方法，其中SCoT分子標記能區(qū)分射干和川射干42 ISSR-RAPD芍藥Paeonia lactiflora Pall.對28個赤芍種群以及1個白芍種群進行聚類分析，結果均顯示將29個種群分為2類，一類是赤芍種群，另一類是白芍種群，證明ISSR和RAPD可用作赤芍和白芍的鑒定48 ISSR烏頭屬Aconitum L.建立了新疆地產準噶爾烏頭、多根烏頭、白喉烏頭、那拉提烏頭、空莖烏頭、林地烏頭、擬黃花烏頭共7個烏頭屬藥材的鑒別方法49 RFLP霍山石斛Dendrobium huoshanense C. Z. Tang et S. J. Cheng建立了霍山石斛和21種其他石斛藥材的鑒別方法41 SCoT-SRAP化州柚Citrus grandis Tomentosa建立了區(qū)分化州柚和其他柚類的鑒別方法43 cpDNA序列分析粗莖秦艽Gentiana crassicaulis Duthie ex Burk.構建了可區(qū)分云南麗江野生粗莖秦艽與其栽培品的DNA條形碼44 SNP忍冬Lonicera japonica Thunb.建立了可用于河南產地和其他產地的金銀花的鑒別方法50 SNP草珊瑚Sarcandra glabra (Thunb.) Nakai建立了對草珊瑚及其混偽品金粟蘭及己和寬葉金粟蘭的鑒別方法51 SNP人參Panax ginseng C. A. Mey.建立了對人參和西洋參的鑒定方法52

道地和非道地產區(qū)藥材的遺傳分化是道地藥材形成的遺傳學基礎。遺傳分化越明顯，道地藥材與非道地產區(qū)藥材的差異越明顯。通過分析道地藥材的遺傳分化，可揭示其道地性形成的機制。Wang等[53]基于6對葉綠體序列和5對核基因對不同產地掌葉大黃的遺傳分化進行分析，群體遺傳結構分析結果將38個居群的掌葉大黃劃分為東、西2個亞群，分別與中國大黃的道地產區(qū)（青海、甘肅和四川）和非道地產區(qū)相吻合。李翠翠等[54]應用ISSR分子標記技術對來自道地產區(qū)和非道地產區(qū)地黃的栽培群體和野生群體進行遺傳多樣性分析，結果表明，河南分布的野生地黃群體的遺傳多性最高。周介仁等[55]基于ISSR-SRAP分子標記技術對不同產地白花前胡進行遺傳多樣性分析，結果顯示，華東傳統(tǒng)產區(qū)白花前胡種質具有豐富的遺傳多樣性。目前已有DNA條形碼、SSR、ISSR等分子標記技術應用于白花前胡[55]、梔子[56]、艾葉[57]等道地產區(qū)藥用植物的遺傳多樣性、遺傳分化和遺傳結構等遺傳信息的分析研究中，見表2。

表2 道地藥材遺傳多樣性和遺傳分化等遺傳背景研究

Table 2 Genetic background of genuine medicinal materials including genetic diversity and genetic differentiation

方法植物研究結果文獻 EST-SSR梔子Gardenia jasminoides Ellis對9個不同產區(qū)栽培梔子的遺傳多樣性進行分析，結果顯示梔子栽培群體在物種水平上目前保持著較高的遺傳多樣性水平，且江西道地產區(qū)樟樹、豐城等群體表現(xiàn)出更高的遺傳多樣性水平56 ISSR艾Artemisia argyi Lévl. et Van.對不同產區(qū)艾葉進行遺傳多樣性分析，結果顯示艾葉具有極其豐富的遺傳多樣性，栽培種和野生種之間親緣關系接近、遺傳背景差異較小，其遺傳多樣性隨著緯度的變化呈現(xiàn)出一種遞進式遺傳擴散。其中，河南南部居群（包括道地產區(qū)湖北蘄春在內）多樣性最為豐富，其次為河南中西部和河南中部，北部居群遺傳多樣性最低57 RAPD芍藥對不同產地野生和栽培芍藥樣品的遺傳分化進行研究，結果發(fā)現(xiàn)野生群體的遺傳多樣性高于栽培群體，群體間遺傳分化顯著；聚類結果分為野生與栽培2大類群，在野生群體中來自多倫（赤芍的道地產區(qū)）的芍藥單獨聚為一類58 SSR降香Dalbergia odorifera T. Chen對不同產地降香個體的遺傳多樣性及遺傳結構進行分析，結果顯示降香的遺傳多樣性和遺傳分化處于中等水平，聚類結果分為4個純種群和1個混合種群59 ISSR-SCoT射干對射干、川射干藥材及其混偽品蝴蝶花、野鳶尾、黃菖蒲的遺傳多樣性進行分析，結果發(fā)現(xiàn)射干與川射干、蝴蝶花及四川鳶尾遺傳差異大，親緣關系較遠42 EST-SSR蒼術Atractylodes lancea (Thunb.) DC.對5種不同葉型茅蒼術的種質資源進行遺傳多樣性分析，結果顯示茅蒼術具有豐富的遺傳多樣性；聚類結果顯示茅蒼術分為5大類，茅蒼術的葉形性狀與遺傳背景不具有明顯的相關性60 SNP人參對不同果色的人參種質資源進行群體結構和親緣關系分析，群體結構分析結果顯示不同果色人參可分為5個亞群；親緣關系分析結果顯示對不同果色人參親緣關系較遠；遺傳分化分析結果顯示不同果色的人參間存在一定程度的遺傳分化61 AFLP半夏Pinellia ternate (Thunb.) Breit.對不同地區(qū)來源半夏栽培品的遺傳多樣性、親緣關系及種質鑒別進行研究，結果顯示浙江、江蘇等華東地區(qū)栽培半夏的遺傳特性相對獨立62 AFLP厚樸Magnolia officinalis Rehd. et Wils.對來自湖北、廣西和浙江的厚樸種源間、半同胞家系間及家系內單株間的遺傳多樣性進行分析，結果顯示湖北五峰種源遺傳多樣性水平最高，湖北五峰家系內的遺傳多樣性最豐富，存在較大的遺傳分化63 RAMP烏頭Aconitum carmichaelii Debx.對來自于四川平武、北川、安縣和青川等地的栽培烏頭居群進行了遺傳多樣性分析，結果顯示來源于平武鎖江和安縣雎水的材料多樣性相對比較豐富；聚類結果顯示全部材料可劃分為6類，且與材料的地理分布有一定關系64 ISSR明黨參Changium smyrnioides Wolff對明黨參和川明參群體遺傳多樣性、遺傳結構進行分析，結果顯示明黨參的遺傳多樣性較高，遺傳變異主要存在于不同群體間，川明參的遺傳多樣性低于明黨參；聚類分析結果表明，川明參與明黨參在DNA水平出現(xiàn)了相當的遺傳分化65 SCoT鐵皮石斛D. officinale Kimura et Migo對20份不同來源的人工栽培鐵皮石斛樣品進行遺傳多樣性分析，結果顯示不同來源的鐵皮石斛人工栽培種存在較大的遺傳差異，人工栽培鐵皮石斛的遺傳多樣性豐富66

藥用植物在與環(huán)境長期相互作用的過程中，為適應特定的環(huán)境遺傳物質發(fā)生了一定的變異。道地藥材的本質是“同種異地”，是特定地理環(huán)境的產物研究道地藥材遺傳物質的地理變異及其對環(huán)境的適應性，也可揭示道地藥材形成的機制。如姜丹[4]基于三段葉綠體序列（、和）對28個黃芩居群進行分子譜系地理研究，結果顯示黃芩的道地產區(qū)（河北承德及周邊地區(qū)）至道地產區(qū)以南（秦嶺淮河、山東和山西）之間有雙向的基因流，道地產區(qū)以北（東北三省和內蒙古）和道地產區(qū)以南之間幾乎沒有基因交流，黃芩的道地產區(qū)也是黃芩的起源中心和多樣化中心。岑曉霞等[67]基于SRAP和ISSR分子標記技術對不同道地產區(qū)栽培麥冬的遺傳關系進行研究，聚類分析結果顯示相比四川的野生麥冬，栽培川麥冬與浙江的野生麥冬有更近的親緣關系，而栽培浙麥冬單獨聚為一類。Zhang等[68]基于序列對34個唐古特大黃居群的遺傳結構進行研究，結果顯示唐古特大黃的居群間存在一定的地理隔離現(xiàn)象，其遺傳距離與地理距離呈顯著正相關，從而對唐古特大黃的功效組分地理變異造成了一定的影響[69]。已有采用DNA條形碼對黃連[70]、尼泊爾黃堇[71]、薤白[72]等藥用植物譜系地理學研究的報道，見表3。

優(yōu)良的種質資源是道地藥材形成的基礎。種質資源指一切能夠繁殖的具有一定種質的生物體，是含有遺傳功能的材料，蘊含著道地藥材的遺傳信息。研究道地藥材特定種質資源的遺傳信息，對于闡明藥材的道地性，及優(yōu)良品種的培育具有重要意義。如劉倩倩等[82]采用SSR分子標記技術對不同來源杭白芷的種質資源遺傳多樣性進行分析，結果顯示不同來源的杭白芷種群間存在一定程度的遺傳分化（遺傳分化指數為0.208～0.899），但總體遺傳多樣性較低（平均觀測雜合度為0.245，平均期望雜合度為0.304），出現(xiàn)了嚴重的種質衰退問題。胡亞平等[83]采用AFLP分子標記技術對30份銀杏的種質資源遺傳多樣性進行研究，結果發(fā)現(xiàn)不同種質資源的銀杏間存在不同程度的遺傳差異，種質間平均遺傳相似系數為0.822 2，并通過非加權組平均法聚類結果篩選出與其他種質親緣關系最遠，遺傳相似性最低的高特異性種質資源C16，為銀杏種質資源的選育提供了依據。Song等[84]采用ISSR-SRAP分子標記技術對云南省122份倒心盾翅藤的遺傳多樣性進行分析，結果顯示普洱市孟連傣族拉祜族佤族自治縣和德宏傣族景頗族自治州芒市2個居群的遺傳多樣性水平最高，可作為倒心盾翅藤種質篩選及改良的優(yōu)良候選種質。此外，研究者已將SSR、SNP、ISSR等分子標記應用于陽春砂[85]、苦玄參[86]和當歸[87]等道地藥材優(yōu)良品種的選育研究中，見表4。

綜上，DNA分子標記技術以生物體內一個特定的、具有代表性的DNA片段序列為研究對象，可在基因組水平上比較道地藥材與非道地藥材間或不同道地產區(qū)藥材間的遺傳物質差異，從而為道地藥材的分子鑒定、遺傳結構、地理變異和品種選育等提供理論依據。但藥材的道地性在分子水平上表現(xiàn)為道地藥材居群內某種基因型頻率的增高或降低，這通常是個量變的過程，從而導致道地藥材遺傳多樣性或高或低，與同種其他居群的遺傳分化或大或小。因此目前道地藥材的分子鑒定研究集中于在群體水平尋找多數道地藥材所共有的分子標記，而非某一道地居群所特有的分子標記。

3.1.2 基因的轉錄和翻譯影響道地藥材的形成 藥用植物在道地產區(qū)和非道地產區(qū)基因的差異性表達，可導致藥材的次生代謝產物發(fā)生變化，影響藥材的化學特征和臨床療效。轉錄組學通過高通量轉錄組的測序和分析，可全方位地研究道地藥材和非道地藥材在特定時期的差異表達基因，進一步篩選鑒定與道地性相關的差異表達基因，并與主要藥效成分進行關聯(lián)分析，揭示基因表達量與藥效成分含量之間的相關性，揭示藥材道地性形成的內在機制。王堯龍[50]基于15個產地金銀花花蕾樣本的轉錄組數據獲得了居群內35 000～60 000個SNP位點，并進一步選取67個河南產區(qū)特有的SNP位點進行篩選，獲得2個在道地產區(qū)河南與其他非道地產區(qū)間具有穩(wěn)定差異的SNP位點，并據此建立了用于區(qū)分道地產區(qū)和非道地產區(qū)金銀花的特異性聚合酶鏈式反應方法。Hua等[94]采用高通量RNA測序技術對不同產地太子參的轉錄組進行測序和功能分析，共獲得非重復序列基因89 857條，對篩選得到的29個顯著差異表達基因進行基因表達水平分析，發(fā)現(xiàn)道地產區(qū)江蘇的太子參在碳水化合物代謝、氨基酸代謝、能量代謝、脂質代謝和其他次生代謝產物的生物合成上均高于其他產地的太子參。

蛋白質作為藥用植物機體代謝的直接參與者，其結構和功能變化直接影響著植物的生命活動。環(huán)境生態(tài)因子誘導了藥用植物蛋白質表達的變化，進而影響次生代謝產物（往往是藥效物質基礎）發(fā)生質或量的變化，從而造成不同產地藥材品質的差異[95]。蛋白質組學分析是基因表達的直接反映，可對蛋白質豐度、結構、定位、修飾和活性的分析。利用蛋白質組學技術可以通過繪制道地產區(qū)和非道地產區(qū)藥用植物間的差異蛋白表達譜，篩選出藥用植物中參與某些關鍵生物過程的蛋白質，發(fā)掘出道地藥材活性成分合成通路的關鍵酶。華愉教等[96]采用同位素標記相對和絕對定量（tags for relative and absolute quantitation，iTRAQ）技術對不同產地的太子參進行定量蛋白質組學研究，發(fā)現(xiàn)道地產區(qū)江蘇的太子參中氧化還原酶和轉移酶的分解代謝、碳水化合物代謝與抗應激能力較其他產區(qū)的要強，熱休克蛋白、異構酶、Rubisco大亞基結合蛋白、伴侶蛋白質以及胞腔結合蛋白中的蛋白質折疊和抗應激能力則較弱，并篩選得到調節(jié)不同產地太子參蔗糖變化的2個關鍵蛋白（ADG1和TKTA）以及導致不同產地太子參脂肪酸差異的關鍵蛋白（MFP2）。Zeng等[97]對道地藥材寧夏枸杞和藏藥黑果枸杞成熟果實中差異蛋白表達譜進行了研究，發(fā)現(xiàn)蛋白復合體BMW通過協(xié)調花青素的合成、運輸和儲存可促進黑果枸杞果實中花青素的合成和積累，關鍵蛋白ABC1K1和OR通過影響質體發(fā)育可導致寧夏枸杞和黑果枸杞果實中類胡蘿卜素積累差異。Ma等[98]對不同參齡栽培人參和野生人參根中的差異蛋白表達譜進行研究，發(fā)現(xiàn)參齡25年的栽培人參的蛋白質表達譜比參齡20年的更接近野生人參；栽培人參與野生人參根中與人參能量代謝、人參皂苷生物合成和脅迫反應相關的蛋白質均隨著參齡的增加而增加。

表3 道地藥材地理變異及環(huán)境適應性研究

Table 3 Geographical variation and environmental adaptability of genuine medicinal materials

方法植物研究結果文獻 ISSR地黃Rehmannia glutinosa Libosch.對地黃栽培品種、野生群體及其近緣種樣品的親緣關系進行分析，結果顯示地黃野生群體間親緣關系與其地理分布格局并無明顯相關性54 SSR芍藥對100種芍藥種質資源間的遺傳關系進行分析，系統(tǒng)聚類結果顯示供試材料共分為3個組及3個亞組，其聚類結果與試材的地域來源關系密切73 RAPD半夏對不同產地半夏的親緣關系進行研究，結果顯示潛江半夏與恩施地區(qū)不同葉片形態(tài)的高產栽培半夏親緣關系最近，提示恩施地區(qū)的高產半夏種質資源可能來源于潛江半夏；恩施的野生半夏樣品與十堰、廬山、鐘祥的野生樣品聚為一類，表明不同產地的野生半夏仍然具有較近的親緣關系74 SRAP明黨參對明黨參的親緣關系進行研究，結果顯示明黨參不同居群間的親緣關系與其地理分布有一定的相關性75 RAPD黃花茅Anthoxanthum odoratum L.沿一個海拔梯度對阿爾卑斯山黃花茅自然居群的遺傳變異和分化進行研究，結果顯示黃花茅的遺傳分化沿海拔梯度發(fā)生，而且亞居群間的遺傳分化和它們的海拔高度（地理距離）呈正相關，提示在亞居群間的海拔高度差別可能導致黃花茅開花和生長物候期的變化，而后者限制了亞居群間的基因流，從而引起居群內的遺傳分化76 ISSR車前Plantago asiatica L.對江西、湖南、湖北等7個省份的車前種質資源的遺傳多樣性進行研究，結果顯示車前種質資源遺傳多樣性的地理差異較為明顯；野生種與栽培種基因型差異較大77 SCoT玄參Scrophularia ningpoensis Hemsl.對玄參種質資源的親緣關系進行分析，聚類結果顯示栽培玄參部分種質親緣關系與地理分布無明顯相關性；也有同一地區(qū)的種質呈現(xiàn)出一定的地域性分布規(guī)律78 ITS序列分析巴戟天Morinda officinalis How對不同產地巴戟天的群體遺傳結構進行分析，結果顯示同一省份間巴戟天樣品遺傳分化程度低、基因交流多、遺傳差異??；而四省份間廣東與福建樣品遺傳距離最小，分化少，遺傳差異小，而海南及廣西與其余省份的遺傳距離均較遠、分化程度高、遺傳變異大79 ISSR和SRAP丹參Salvia miltiorrhiza Bge.對不同產地丹參的群體遺傳結構進行分析，結果顯示臨沂和濰坊居群遺傳距離較近首先聚類，其次與菏澤遺傳距離也較近，3者可聚為一類，泰安與其他居群的親緣關系最遠聚在另一類，萊蕪居群使用標記不同而聚類結果不一致；山東丹參各居群間的遺傳距離與地理距離間具有一定的相關性80 ISSR廣藿香Pogostemon cablin (Blanco) Benth.對不同產地廣藿香的親緣關系進行研究，結果顯示肇慶和陽春的廣藿香親緣關系較近，湛江廣藿香與其他2個產地親緣關系均較遠81 cpDNA和ITS序列分析黃連屬Coptis Salisb.對栽培黃連及其野生近緣種黃連的遺傳多樣性進行分析，結果顯示與野生近緣種相比，栽培黃連的遺傳多樣性沒有明顯下降。此外，譜系分析結果顯示，相比于其他野生近緣種，峨眉黃連與栽培黃連的親緣關系更近，很可能是三角葉黃連的野生近緣種70 cpDNA和ITS序列分析尼泊爾黃堇Corydalis hendersonii Hemsl.對青藏高原特有物種尼泊爾黃堇的譜系地理學進行研究，結果顯示尼泊爾黃堇遺傳分化顯著，具有明顯的譜系地理結構，且以青藏高原中部地區(qū)的尼泊爾黃堇遺傳多樣性及遺傳分化程度最高71 cpDNA和ITS序列分析薤白Allium macrostemon Bunge對薤白的譜系地理結構進行研究，結果顯示薤白葉綠體基因遺傳多樣性低于核基因遺傳多樣性，其遺傳變異主要發(fā)生在居群間，該物種具有明顯的譜系地理結構72

表4 道地藥材種質資源評價及品種選育

Table 4 Germplasm and aimed genus chosen of genuine medicinal materials

方法植物研究結果文獻 SSR-ISSR陽春砂Amomum villosum Lour.對道地產區(qū)（廣東省陽春市）陽春砂4種己知的栽培類型長果、圓果、錦秋、仲華，以及海南砂共50份候選種質進行聚類分析，結果顯示候選種質共分7大類，并對50份候選種質進行種質評價研究，結合形態(tài)鑒定、分子鑒別、果實產量、果實質量，以及各種質的種植環(huán)境等指標，最終得到陽春砂的優(yōu)良種質85 SSR苦玄參Picria felterrae Lour.對廣西苦玄參主產區(qū)69份苦玄參種質樣本進行遺傳多樣性及親緣關系分析，并篩選與苦玄參苷含量相關聯(lián)的優(yōu)良種質基因，結果篩選到與苦玄參苷IA、IB相關的位點各5個，其中僅有1個位點與2個成分的含量均相關86 ISSR當歸Angellica sinensis (Oliv.) Diels對當歸栽培居群和野生居群的遺傳多樣性進行研究，結果發(fā)現(xiàn)了不同于當歸栽培居群基因型的當歸野生居群基因庫，為栽培居群基因型的改良及新品種的選育提供了優(yōu)良的種質基因87 SSR寧夏枸杞Lycium chinense L.對17個栽培寧夏枸杞居群178個個體的遺傳多樣性和遺傳結構進行了評價。結果顯示栽培寧夏枸杞遺傳多樣性較低，寧夏枸杞品種間基本沒有遺傳分化，品種內存在明顯的種質混雜，遺傳距離與地理距離不相關，遺傳變異主要發(fā)生在居群內個體間88 ISSR-RAPD芍藥對28個赤芍種群以及1個白芍種群的遺傳變異進行研究，遺傳變異研究結果顯示野生赤芍種群的遺傳多樣性比栽培種群高，野生赤芍種群的遺傳分化主要在種群內，栽培赤芍種群的遺傳分化主要在種群間，并結合芍藥苷與氣候因子相關性分析，篩選內蒙古為適合赤芍生長的地區(qū)48 AFLP酸橙Citrus aurantium L.對6種枳殼藥材的親緣關系進行研究，結果顯示畫紅和與同屬地的雞子橙關系密切，畫紅可能來源于雞子橙的變種或是雞子橙和其他枳殼品種形成的雜交種89 AFLP烏頭對烏頭野生居群和栽培居群的遺傳多樣性水平進行分析，結果顯示烏頭較高的遺傳多樣性，江油和青川居群表現(xiàn)出了最高的遺傳一致性，居群間的遺傳差異與地形和人為因素影響相關，與地理距離呈正相關性，鹽津和汶川居群與其他居群出現(xiàn)了明顯的遺傳分化90 RAPD桔梗Platycodon grandiflorum (Jacq.) A. DC.對桔梗栽培種質和野生種質的遺傳背景進行研究，結果顯示桔梗栽培種質在遺傳背景上為混雜群體，純系材料遺傳背景均一，不同栽培產區(qū)桔梗種質已出現(xiàn)明顯遺傳分化91 AFLP人參對5個農家類型人參的遺傳多樣性進行分析，結果顯示各農家類型之間的遺傳差異性很小，但長脖類型的人參具有相對較高的多態(tài)性，說明長脖類型內部有更多的雜合態(tài)個體，更接近野生人參92 SRAP半夏對6個不同半夏種質的生物學性狀、遺傳多樣性、產量及藥效成分進行研究和比較評價，結果發(fā)現(xiàn)赫章黑麻芋、赫章白麻芋2個資源最適宜在喀斯特溫涼氣候區(qū)推廣種植93

由此可見，轉錄組學和蛋白質組學分別從功能基因和關鍵酶2個角度反映了藥用植物對于外界刺激的內在變化，從而揭示了藥材道地性形成的內在機制。然而現(xiàn)階段應用于藥材道地性形成機制研究的組學技術較為單一，提供的信息較為片面，不足以全面揭示道地藥材次生代謝產物差異及其品質形成的內在機制?！叭绾握隙嘟M學對生物復雜性狀進行研究”也是2022年中國科學技術協(xié)會發(fā)布的10大前沿科學問題之一。因此后續(xù)應借助多組學整合分析，篩選出差異表達基因、差異表達蛋白質、差異代謝物，并通過多組學關聯(lián)分析，揭示次生代謝物差異成因及其藥材品質形成的內在機制，從而為探索道地藥材品質形成過程提供數據支撐。

3.2 基于環(huán)境生態(tài)因子的道地藥材形成機制

道地藥材“優(yōu)形、優(yōu)質”特征的形成是其特定的遺傳基因與環(huán)境共同作用的結果。在特定的生長區(qū)域，道地藥材基原物種選擇性地表達與其性狀表型相關的基因，使其在形態(tài)結構、生理機制、遺傳特性等方面表現(xiàn)出與非道地產區(qū)藥材不同的品質特征。影響道地藥材性狀相關基因表達的環(huán)境生態(tài)因子既包括非生物因素，如光照、溫度、水分和土壤等，也包括生物因素，如土壤微生物的菌群結構、和植物共生的微生物[99]。環(huán)境生態(tài)因子影響基因和表觀遺傳調控，又由于不同等位基因對環(huán)境的敏感性有比較大的差異，使得道地和非道地產區(qū)的藥材以及來源于不同道地產區(qū)的藥材表現(xiàn)出不同的品質特征[100]。研究環(huán)境生態(tài)因子對道地藥材形成的影響，并進行中藥材產地適宜性分析，可為優(yōu)質中藥材資源的獲得和資源保護策略的制定提供科學的依據。

3.2.1 非生物因素對藥材道地性特征的影響 植物在長期適應環(huán)境的過程中，通過調控次生代謝產物的積累，抵抗生物、物理、化學等環(huán)境脅迫。不同的植物對環(huán)境溫度、光照、水分等環(huán)境生態(tài)因子的耐受范圍不同，不同的生態(tài)因子對植物體內的生理生化反應和次生代謝產物形成和積累產生的效應也存在差異。道地藥材獨特的品質特征是其微效多基因與不同的生態(tài)環(huán)境綜合作用的結果[101]。因此，研究生態(tài)因子對藥材道地性特征的影響是揭示中藥道地性成因的基礎，也是開展藥用植物定向栽培、提高中藥材品質的關鍵。如Zhang等[102]在分析環(huán)境因子對小秦艽的活性成分含量的影響時發(fā)現(xiàn)，小秦艽中各活性成分的含量與年平均降水量呈正相關，獐牙菜苦苷、龍膽苦苷和總環(huán)烯醚萜類化合物的含量與年平均溫度呈正相關，馬錢苷酸和龍膽苦苷的含量與溫度季節(jié)性呈正相關，并預測出內蒙古地區(qū)最適宜栽培小秦艽的區(qū)域位于陰山和大興安嶺一帶。Yang等[103]對蒙古黃芪中黃芪甲苷IV、毛蕊異黃酮苷與生態(tài)因子進行相關性分析，結果顯示蒙古黃芪中黃芪甲苷IV的含量與溫度和降水呈顯著相關，而毛蕊異黃酮苷的積累主要受土壤因子和日照時數的影響，并指出烏蘭察布中部地區(qū)是蒙古黃芪的潛在適宜分布區(qū)。Dong等[104]在分析溫度對當歸代謝產物含量的影響時發(fā)現(xiàn)，低溫（14 ℃）環(huán)境促進了當歸中阿魏酸和黃酮類成分的積累，從而導致當歸在道地產區(qū)甘肅和非道地產區(qū)間的品質差異。楊芙蓉等[105]在分析氣候因子與唐古特大黃成分的響應關系時發(fā)現(xiàn)，溫度浮動大、日照量高且降水量少的低溫區(qū)域有助于唐古特大黃中蒽醌類和多酚類物質的形成和累積，從而導致了唐古特大黃在青海-甘肅和四川2個產區(qū)的品質差異。

生長于道地與非道地產區(qū)的同一種藥材，其品質特征往往具有很大的差異。光照、溫度、水分、空氣、土壤作為構成環(huán)境生態(tài)條件的主要因子，與道地藥材的生長發(fā)育、品質與藥效密切相關。研究與道地藥材品質相關的生態(tài)環(huán)境因子，并揭示二者間的相關性，可挖掘道地藥材形成的主導生態(tài)因子，有助于了解道地藥材形成的科學內涵。但由于環(huán)境中生態(tài)因子眾多，且環(huán)境可能很容易掩飾基因型的非連續(xù)變異，使藥材在表型上呈現(xiàn)連續(xù)變異，進而使不同產地藥材的品質變異變得平滑而不可檢測，最終影響與道地藥材形成相關的生態(tài)主導因子的確定[101]，即環(huán)境生態(tài)因子對藥材次生代謝產物合成與積累的影響是間接的。因此后續(xù)研究應從環(huán)境生態(tài)因子與次生代謝產物之間連接的紐帶入手，利用蛋白質組學技術揭示環(huán)境生態(tài)因子對道地藥材藥效成分合成與積累的影響，從而更好地闡明中藥材道地性形成機制。

3.2.2 生物因素對藥材道地性特征的影響 不同地域環(huán)境中的非生物因素也導致了不同的土壤微生物群落結構。而部分長期與藥用植物相互作用的土壤微生物逐漸成為藥用植物生命體內部不可分割的一部分，即內生菌群[106]。一方面，道地產區(qū)的土壤微生物往往存在更多的地域專屬性的菌株。如孫曉等[107]采用16S擴增子測序對內蒙古和甘肅2個道地產區(qū)鎖陽的根際土壤微生物群落的組成和功能差異進行分析，結果發(fā)現(xiàn)5個共有核心微生物組及可區(qū)別2個產地土壤微生物群落的6個特異性微生物標記物，為闡釋鎖陽2大道地產區(qū)品質變異的形成機制提供了新思路。另一方面，道地產區(qū)的植物經過長期積累，其內部逐漸形成鮮明的微生態(tài)地域特征。如Yang等[108]對產于道地產區(qū)安徽省銅陵的牡丹以及產于非道地產區(qū)的牡丹和紫斑牡丹進行分析，內生真菌種群的多樣性分析結果顯示，道地產區(qū)安徽省銅陵牡丹中內生真菌多樣性高于非道地產區(qū)牡丹和紫斑牡丹，且非道地產區(qū)牡丹和紫斑牡丹的內生真菌多樣性分析結果顯示，地理環(huán)境對牡丹藥材內生真菌多樣性的影響大于品種間的差異。Ling等[109]基于高通量測序對不同產地當歸根內生細菌和根際細菌的多樣性進行比較研究，結果顯示產自道地產區(qū)（岷縣梅川鎮(zhèn)）的當歸，其根內生細菌多樣性高于非道地產區(qū)（武都區(qū)東江鎮(zhèn)和渭源縣會川鎮(zhèn)），且群落組成分析結果顯示，部分當歸根內生細菌可能來自根際土壤。綜上，藥用植物的根際微生物、內生菌等以各自不同的方式直接或間接地影響著藥材的性狀、生長、發(fā)育、抗性、次生代謝等過程，從而對道地產區(qū)藥材品質差異的形成產生特定的影響。由于道地藥材的微生物群落具有的多樣性、宿主差異性、時空波動性、菌株變異性以及定植隨機性等，以及絕大多數菌種難以純化培養(yǎng)的技術難題，造成目前中藥微生態(tài)在道地產區(qū)藥材中的應用十分局限。但與此同時，特定的道地性微生物群落也可成為道地藥材的地域性標簽，為道地藥材產地溯源提供了一種的新思路。

3.2.3 環(huán)境生態(tài)因子與道地藥材適宜性分布區(qū)研究 道地藥材是在特定生境下所生產的質量優(yōu)、療效好的藥材，這里的“特定生境”就是指適宜道地藥材生產的生態(tài)環(huán)境，換言之就是指每種道地藥材都有其適宜的分布區(qū)，這是植物對生態(tài)環(huán)境的適應[110]。研究道地藥材的適宜性分布區(qū)域，可為道地藥材的資源保護和科學合理的種植，及道地藥材生產的規(guī)劃和布局提供科學的依據。目前，遙感技術（remote sensing，RS）、地理信息系統(tǒng)（geography information systems，GIS）和全球定位系統(tǒng)（global positioning systems，GPS）在內的3S技術已廣泛用于道地藥材生長適宜性的評價。采用基于地理信息系統(tǒng)直接建模，或結合最大熵模型（the maximum entropy model，MaxEnt）等生態(tài)位模型的GIS建模分析[111]可用于道地藥材適宜性生產和分布區(qū)的預測。如Wu等[112]采用藥用植物全球產地生態(tài)適宜性區(qū)劃信息系統(tǒng)對番紅花的適宜性分布區(qū)進行提取及驗證，結果顯示中國上海崇明島是番紅花的一個潛在的引種和分布區(qū)域。Li等[113]采用MaxEnt模型和GIS系統(tǒng)對肉蓯蓉潛在適宜分布范圍進行預測，結果顯示額濟納旗東南部、阿拉善右旗中部和阿拉善左旗北部是最適宜種植肉蓯子的地區(qū)。田羅等[114]采用3S技術中的GIS和GPS技術對安徽的道地藥材安苓的適宜區(qū)進行了提取及驗證，結果顯示安苓主要適宜生長地為大別山區(qū)。徐雷等[115]采用中藥材產地適宜性分析地理信息系統(tǒng)分析系統(tǒng)對湖北道地藥材福白菊的生態(tài)適宜區(qū)進行統(tǒng)計，結果顯示湖北、河南、江蘇、安徽4省與福白菊道地產區(qū)的生態(tài)因子高度匹合。道地藥材適宜性分布區(qū)域研究對中藥資源的保護具有重要意義，是實現(xiàn)道地藥材合理布局和引種繁育的重要保障。但藥材品質與氣候因子關系比較復雜，土壤類型、地理特征、自然地理屏障、植被類型、物種間的關系等其他非生物因子和生物因子均影響著藥材適生區(qū)。且國家氣象科學數據中心的氣候數據庫的時間截至2010年，難以充分反映目前藥材的生態(tài)環(huán)境，因此當前道地藥材產地適宜性研究主要集中在近期的適宜區(qū)規(guī)劃。

4 道地藥材品質特征與形成機制的相關性

道地藥材的品質變異是物種對不同生態(tài)環(huán)境長期適應與自然選擇的結果。環(huán)境因素是其品質變異的生態(tài)學實質，遺傳因素是其品質變異的生物學實質。以道地藥材的化學成分等品質特征變化為基礎，進行生態(tài)-化學相關性分析可明確造成道地藥材品質變異的環(huán)境機制，如小秦艽[102]、當歸[104]和唐古特大黃[105]等道地藥材；進行遺傳-化學相關性分析可闡明道地藥材品質變異的遺傳機制。分子標記輔助育種技術基于遺傳-化學相關性分析，對與目標性狀連鎖的單個或多個基因進行檢測、定位和跟蹤，從遺傳物質方面為“優(yōu)形、優(yōu)質”道地藥材的篩選提供了分子水平的參考依據，從而加速了道地藥材定向育種的進程。如李柯帆等[116]采用ISSR分子標記技術對于山西不同產地酸棗進行遺傳多樣性分析，并與5種主要化學成分的含量進行關聯(lián)性分析，結果篩選到與酸棗5種化學成分（木蘭花堿、斯皮諾素、6′′′-阿魏酰斯皮諾素、酸棗仁皂苷A以及酸棗仁皂苷B）含量發(fā)生關聯(lián)的19個ISSR位點，為山西道地藥材酸棗品種選育提供參考。閆國躍等[86]基于轉錄組數據開發(fā)苦玄參的SSR和SNP分子標記，并通過關聯(lián)分析篩選與苦玄參苷含量相關聯(lián)的分子標記位點，為廣西道地藥材苦玄參的分子輔助育種奠定良好的基礎。Lu等[117]基于特異性位點擴增片段測序技術開發(fā)石斛的SNP分子標記，并篩選出與石斛莖總多糖含量相關的分子標記位點，為其分子輔助育種打下基礎。此外，轉錄組和蛋白組等技術挖掘得到的與中藥材藥效成分合成相關的基因，為三七[118]、長春花[119]和甘草[120]等中藥材優(yōu)質基因的篩選提供功能性分子標記，進而加快優(yōu)質道地藥材品種的選育。

綜上，環(huán)境生態(tài)因子以及DNA分子標記與道地藥材優(yōu)良性狀的連鎖關聯(lián)，可從生態(tài)學和生物學闡明道地藥材有效次生代謝物的合成機制，為尋找優(yōu)良品質的種質資源提供依據，從而指導中藥材“安全、有序”生產。但目前影響道地藥材品質的關鍵環(huán)境生態(tài)因子缺乏具有直接因果關系的實驗和生產驗證；而分子標記輔助育種技術由于藥用植物遺傳背景復雜、遺傳群體構建難度大等局限性，在道地藥材良種繁育方面的應用相比作物品種選育較遲緩。

5 結語與展望

道地藥材是中藥的品質標桿，其特殊品質的形成涉及遺傳背景、生態(tài)環(huán)境及生產加工等多個方面。近年來，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，道地藥材的質量評價技術逐步完善，其形成機制也正被一步步揭示。雖然部分技術手段尚未應用于中藥材的道地性研究，但該技術在其他領域的研究報道為其在道地藥材形成機制的研究提供了一定的理論基礎和技術支撐，在闡明道地藥材形成機制的研究發(fā)揮了重要的作用。

道地藥材品質特征研究方法的不斷完善，具體包括基于性狀特征的“辨狀論質”，基于化學成分的指紋圖譜技術、代謝組學技術和含量測定方法以及基于生物活性的生物效應檢測技術等，為道地藥材的真?zhèn)蝺?yōu)劣鑒別及品質評價提供了參考依據和技術支持。目前指紋圖譜技術、代謝組學技術及中藥成分的含量測定等方法已廣泛應用于道地藥材特征性化學成分的挖掘，生物效應檢測技術從藥材的藥效和毒性方面充實了道地藥材品質特征的評價方法，仿生學“辨狀論質”則可基于性狀特征差異對道地產區(qū)和非道地產區(qū)以及不同道地產區(qū)間的中藥材進行快速鑒別。但對于成分不明確且生物活性評價難以建立的藥材，其質量評價方法仍待探索。

在道地藥材形成機制的研究方法中，DNA分子標記技術在基因組水平上對道地藥材與非道地藥材、不同道地產區(qū)藥材間遺傳物質的差異進行比較，在居群和分子水平上為闡明藥材道地性形成的生物學本質提供了理論依據。各組學技術在基因水平上為道地藥材形成機制的研究提供了借鑒，如轉錄組學在基因表達水平分析的基礎上為中藥材“道地性”基因的挖掘及次生代謝產物的形成提供了參考，蛋白質組學為道地藥材關鍵酶的尋找提供了理論依據。此外，3S技術為尋找道地藥材的生長適宜區(qū)提供了技術支撐。但目前對于道地產區(qū)與非道地產區(qū)藥材間、不同道地產區(qū)藥材間差異基因的功能驗證的研究仍有不足，無法最終確定差異基因與藥材道地性形成的關聯(lián)；且各技術尚未落實于道地藥材的生產指導，使得道地藥材的生產效能未能得到有效釋放，不能有效滿足市場供給。

本研究從遺傳變異和環(huán)境生態(tài)因子方面對道地藥材的成因進行了綜述，總結了道地藥材的品質特征及其形成機制的研究進展，并對不同產地藥材在化學組成及含量、遺傳背景及環(huán)境因子方面間相關性分析的結果進行了總結，可為道地藥材的鑒定、遺傳背景研究、產區(qū)篩選、品種選育、資源保護和品質調控等方面提供了一定的研究思路與參考。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Research progress on quality characteristics and formation mechanism of genuine medicinal materials

ZHAO Lu-ying, SHI Meng-yao, ZHANG Qiao-yan, QIN Lu-ping, SUN Yi-qi

College of Pharmaceutical Science, Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou 310053, China

Genuine medicinal materials have been recognized as “quality models” due to its excellent quality and remarkable curative effect. In recent years, “quality assessment based on feature identification”, fingerprints and biological potency detection technology have revealed the quality characteristics of genuine medicinal materials from the aspects of characters, chemical components and bioactivities. Various DNA molecular marker techniques provided methods for the identification of genuine medicinal materials from the aspect of genetic material. An increasing variety of omics technologies provided a theoretical basis for the geoherbalism formation of genuine medicinal materials from the aspects of functional genomics and key enzymes. On the basis of biological causes of genuine medicinal materials, research progress on quality characteristics and forming mechanism of genuine medicinal materials was summarized in this paper, combined with correlation analysis of chemical-genetic-ecological correlation, so as to provide a theoretical basis for the cultivation, quality control and sustainable utilization of genuine medicinal materials, and also provide further data for geoherbalism formation and scientific connotation of genuine medicinal materials.

genuine medicinal materials; quality characteristics; geoherbalism formation; correlation analysis; DNA molecular marker technique

R282.23

A

0253 - 2670(2022)21 - 6931 - 17

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.21.032

2022-08-11

浙江省重點研發(fā)項目（2021C04029）；2021年校級科研項目（752219F00117）

趙露穎（1998—），女，碩士研究生，研究方向為生藥活性物質基礎及其品質評價。E-mail: zly_zcmu@163.com

秦路平，教授，研究方向為中藥品質評價和資源開發(fā)利用。E-mail: lpqin@zcmu.edu.cn

孫藝琦，講師，研究方向為中藥品質評價和資源開發(fā)利用。E-mail: syq1989918@163.com

[責任編輯 崔艷麗]