黃芩質量形成影響因素的研究進展

韓志超 ，梁運江，賽春梅

1.濟寧醫學院藥學院，山東 日照 276826

2.延邊大學農學院，吉林 延吉 133002

黃芩為唇形科植物黃芩ScutellariabaicalensisGeorgi 的干燥根，具有清熱燥濕、瀉火解毒、止血、安胎的功效。黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素、漢黃芩素等成分是黃芩的主要藥效物質基礎[1]。黃芩是我國常用的大宗藥材，多地均大量栽培，山西、河北、內蒙古和山東等是黃芩的道地產區[2]。然而由于黃芩的栽培管理技術不合理，種質資源混雜、退化嚴重，導致黃芩藥材的質量差異較大[3]。種質及生態環境對黃芩的質量形成具有顯著影響，研究種質及生態環境與黃芩質量形成的相關性，對指導黃芩栽培具有重要意義。

道地藥材是指經過中醫臨床長期應用優選，產在特定地域，與其他地區所產同種中藥材相比，品質和療效更好，且質量穩定，具有較高知名度的中藥材，其最基本的內涵為中藥材質量優良[4]。道地性是中藥材特有的、客觀存在的性質，《神農本草經》：“土地所出，并各有法”，《本草經集注》：“案諸藥所生，皆的有境界”，《新修本草》：“離其本土，則質同而效異”，均對中藥材的道地性做了闡述，已有大量研究證實了不同產地的同種中藥材的藥效物質基礎存在較大差異[5-7]。生態環境主導型、生物物種主導型、生產技術主導型、人文傳統主導型、多因子關聯決定型是道地藥材形成的5 種基本模式。其中，生態環境和生物物種主導型是藥材道地性形成的主要模式，生態環境和遺傳基因是影響并控制中藥原植物次生代謝的主要因素。

藥材中起防治疾病作用的藥效物質基礎大部分為次生代謝產物[8]。植物體內的物質代謝過程可分為初生和次生代謝。初生代謝又稱一次代謝，初生代謝產物（如糖類、脂類、蛋白質和核酸等）是植物維持正常生存所必需的物質。次生代謝也稱二次代謝，是指一些初生代謝產物在一定條件下，進一步經歷不同的代謝過程，生成生物堿類、苯丙素類、黃酮類、萜類和皂苷等的過程。雖然植物次生代謝在維持生命活動中不起主要作用，但大多數次生代謝產物具有特殊、顯著的生理活性。本文主要對近年來黃芩質量形成與種質、氣候及土壤因子的相關性方面的研究進展進行綜述，并在此基礎上對未來黃芩質量形成影響因素的研究重點提出幾點思考，為指導黃芩栽培，進一步建立科學的栽培模型提供參考。

1 種質對黃芩質量形成的影響

1.1 種質影響中藥品質的理論基礎

“種質”一詞由德國學者魏斯曼提出[9]，是指決定生物性狀遺傳（種性）性，并將其遺傳信息從親代傳遞給后代的遺傳物質，也稱基因，往往存在于特定的品種中。種質是調控藥用植物次生代謝、決定中藥質量的根本原因。

誘導子調控基因的選擇性表達是植物次生代謝產物合成與積累的重要途徑。誘導子是指能誘導植物防衛反應的因子，當植物受到某種因子刺激時，會合成具有抵抗該因子活性的次生代謝產物，即為誘導子。在植物誘導過程中，誘導子通過調節關鍵酶基因及轉錄因子表達，實現次生代謝產物的合成與積累。目前，關于誘導子的作用機制并不明確，普遍認為包括信號識別、信號轉導及基因表達3 個主要環節：（1）細胞膜上的特異性受體識別并結合誘導子；（2）細胞膜的通透性和流動性增強，離子跨膜運輸方式發生改變，Ca2+、H+內流，Cl?、K+外流，使膜電位發生改變，激活細胞中相關酶的活性及蛋白質磷酸化，導致第2 信使形成，如G 蛋白、活性氧、磷酸肌醇、水楊酸和茉莉酸等，第2 信使把信號傳遞至細胞核，激活轉錄因子；（3）激活特異性基因，導致特定基因表達，進而調節次生代謝產物的合成與積累[10-12]。研究表明，種質對中藥材的質量形成具有顯著影響[13-15]。

1.2 黃芩主要黃酮類成分的合成途徑

黃酮類成分為黃芩重要的質量評價指標[1]。黃酮的經典合成途徑為植物光合作用的碳同化產物經糖酵解途徑和磷酸戊糖途徑生成莽草酸，由莽草酸途徑代謝而來的苯丙氨酸在苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）的催化下，生成肉桂酸，繼續由肉桂酸-4-羥化酶（cinnamate-4-hydroxylase，C4H）催化，生成對香豆酸，繼續在4-香豆酰輔酶A 連接酶（4-coumarate coenzyme A ligase，4CL，CLL-1 是4CL 的異構體）的作用下，產生對香豆酰輔酶A。查耳酮合成酶（chalcone synthetase，CHS）催化對香豆酰輔酶A 和丙二酰輔酶A（來源于三羧酸循環）聚合生成柚皮素查耳酮，繼而經查耳酮異構酶（chalcone isomerase，CHI）催化，產生黃烷酮類骨架化合物柚皮素。最后，柚皮素在黃酮合成酶（flavone synthase，FNS）的催化下生成黃酮[16-17]。

黃芩體內重要黃酮的生物合成途徑已被基本闡明。主要存在2 條途徑，地上部分的經典合成途徑和根特異合成途徑。地上部分黃酮經典合成途徑生成芹菜素，繼而經黃酮6 位羥化酶（flavone 6-hydroxylase，F6H）催化，生成野黃芩素，野黃芩素在黃芩素-7-O-葡萄糖醛酸轉移酶（UDP-glucuronate: baicalein 7-Oglucuronosyltransferase，UBGAT）作用下轉化為野黃芩苷。根特異黃酮合成途徑起始于肉桂酸，肉桂酸在肉桂酰輔酶A連接酶（4-cinnamate coenzyme A ligase，4CL，CLL-7 是4CL 的異構體）的催化下生成肉桂酰輔酶A，繼續在松屬素查耳酮合成酶的催化下生成松屬素查耳酮，繼續在查耳酮異構酶的催化下生成松屬素。松屬素經由黃酮合成酶催化生成白楊素，白楊素經由黃酮6 位羥化酶催化生成黃芩素，黃芩素在黃芩素- 7-O-葡萄糖醛酸轉移酶作用下轉化為黃芩苷；白楊素經由F8H 催化生成去甲漢黃芩素，去甲漢黃芩素在8 位氧甲基轉移酶（O-methyl trans-ferase，OMT）的催化下生成漢黃芩素，漢黃芩素在黃芩素-7-O-葡萄糖醛酸轉移酶作用下轉化為漢黃芩苷[17-20]。見圖1。

圖1 黃芩次生代謝產物生物合成途徑示意圖Fig.1 Schematic diagram of biosynthetic pathways used to generate secondary metabolites in Scutellariae Radix

黃芩黃酮合成途徑中的基因過表達，可以促進黃芩黃酮類藥效物質基礎的積累[21-22]。通過在異源宿主（如微生物和其他植物）體內表達黃芩黃酮合成途徑中的關鍵基因，可以重構黃芩黃酮類藥效物質基礎的合成途徑，拓展黃芩重要黃酮的來源[23-24]。

諸多研究表明，種質不同黃芩藥效物質基礎的含量特性不同，如表1 所示，山西和河北2 個道地產區黃芩的質量優于其他種源的黃芩[25-42]。但是，關于黃芩非黃酮藥效物質基礎生物合成途徑中相應關鍵酶基因功能的研究略有不足，同時，相應的誘導子調控機制仍需進一步闡明。

表1 不同種源黃芩的生長特性和次生代謝產物含量Table 1 Growth characteristics and content of secondary metabolites of Scutellariae Radix from different provenances

2 生態環境對黃芩質量形成的影響

2.1 生態環境影響中藥品質的理論基礎

次生代謝是植物在生長發育的過程中，與生長環境中各種生物和非生物因素相互作用的結果。一般認為，環境脅迫是開啟植物次生代謝的信號，適度的脅迫能促進植物次生代謝產物的合成與積累，協調植物與生態環境的關系，提高植物自我保護和生存競爭的能力。蛋白質合成由核酸的適應性表達控制，并影響植物次生代謝途徑中的酶系統，生態環境的改變通過作用于信使系統改變核酸的適應性表達，最終影響植物次生代謝產物的產生與積累。與初生代謝相比，次生代謝與生態環境的相關性和對應性更強[43-46]。因此，生態環境對中藥藥效物質基礎具有顯著影響。

中藥藥效物質基礎與生態環境存在相關性。研究發現，生物堿類化合物與土壤有機質和溫度存在相關性，黃酮類化合物與土壤質地、土壤pH、氣候和海拔存在相關性，皂苷類化合物與氣候和海拔存在相關性，揮發油類化合物與土壤質地和土壤pH存在相關性，甾醇類化合物與氣候和溫度存在相關性，有機酸類化合物與土壤質地存在相關性，氨基酸類化合物與土壤pH、氣候和溫度存在相關性，三萜類化合物與土壤質地、土壤pH、降水量和海拔存在相關性[47]。

2.2 氣候因子對黃芩質量形成的影響

氣候是影響黃芩藥效物質基礎積累的重要因素。黃芩的代謝活動受光照、溫度和水分等諸多因素的影響[48]。經Maxent 模型驗證，周國富等[49]發現黃芩苷含量與等溫性負相關，而黃芩素含量與溫度季節變化、降水變異系數正相關。王祎等[50]的研究表明，黃芩苷含量與年平均氣溫、年平均降水量存在正相關，而與年平均日照時數間存在負相關。在各因子中，年平均降水量對黃芩苷含量的影響最大。郭蘭萍等[51]研究揭示了黃芩苷含量與年平均氣溫、年平均降水量間的相互關系為正相關。肖雁青等[52]研究發現，北京西部山地黃芩的黃芩苷和漢黃芩苷含量與年均溫、年均降水量負相關，與年均太陽輻射量正相關。

張永剛等[53]研究發現，土壤含水量和光合有效輻射是影響黃芩光合作用的重要環境因子。其中，土壤含水量是對黃芩苷含量影響最大的環境因子，光合有效輻射是對黃芩素含量影響最大的環境因子。分析認為，光合有效輻射的變化，使黃芩光合電子傳遞系統受到影響，進而影響抗氧化代謝的平衡，產生活性氧。而黃芩素被用于清除活性氧，進而影響黃芩素的積累。作為黃芩苷的苷元部分，黃芩素的變化會影響黃芩苷的產生與積累。

影響黃芩葉片凈光合速率的環境因子有大氣溫度、空氣相對濕度、光合有效輻射、大氣CO2濃度、葉片溫度。交互作用下，各環境因子與黃芩葉片凈光合速率的關系不同。大氣溫度對黃芩葉片凈光合速率的直接作用最大，其通過大氣CO2濃度、葉片溫度、空氣相對濕度對黃芩葉片凈光合速率的作用為負向；空氣相對濕度對黃芩葉片凈光合速率的直接作用雖然較大，但被大氣溫度的負向作用所掩蓋，使其與黃芩葉片凈光合速率的正相關關系不顯著；葉片溫度與黃芩葉片凈光合速率的直接作用關系為負相關；光合有效輻射與黃芩葉片凈光合速率極顯著正相關；大氣CO2濃度與黃芩葉片凈光合速率呈極顯著正相關[54]。光合作用是植物物質積累與生理代謝的基本過程，是植物品質形成的重要生理生化過程，是評價植物生產能力及分析環境因素對植物生長和代謝的影響的重要手段之一。黃芩光合作用的改變，必然會影響黃芩藥效物質基礎的產生與積累。

2.3 土壤因子對黃芩質量形成的影響

2.3.1 土壤物理性質對黃芩質量形成的影響 黃芩的良好生長對土壤質地等有一定要求。栽培黃芩時，應選擇排水良好、土層深厚、肥沃的砂質土壤，不宜選擇地勢低洼、排水不良、質地黏重的土壤[55-56]。

土壤含水量是影響黃芩藥效物質基礎的重要因素[57]。在聚乙二醇模擬干旱脅迫條件下，黃芩素通過過氧化物酶清除細胞內過氧化氫，使過氧化氫含量穩定，避免氧化損傷[58]。伍翀等[59]研究發現，土壤缺水會影響黃芩體內過氧化氫清除系統相關酶基因的表達。缺水狀態下，黃芩素含量顯著升高，與抗壞血酸過氧化物酶基因轉錄水平的變化趨勢一致。黃芩素具有抗氧化活性，能夠在過氧化物酶的作用下參與清除過氧化氫，而維生素C 作為一種重要的抗氧化劑，與黃芩素在過氧化氫清除系統中存在競爭關系。干旱脅迫下，維生素C 在過氧化氫清除系統中起主要作用，抑制黃芩素對過氧化氫的清除，使黃芩素含量升高。

張向東等[60]通過設置不同土壤容重水平模擬不同緊實度的土壤，探討土壤緊實脅迫對黃芩生長發育及質量形成的影響。研究發現，土壤緊實脅迫對黃芩的生長發育有抑制作用，隨著土壤緊實度的增加，黃芩的株高、莖粗、鮮莖質量、干莖質量、蘆頭、最大根長、鮮根質量、干根質量呈現遞減趨勢；土壤緊實脅迫不利于黃芩苷的產生與積累；土壤緊實脅迫對黃芩的生理代謝有一定影響，隨著土壤容重的增加，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性、過氧化物酶活性、過氧化氫酶（catalase，CAT）活性、丙二醛含量呈現遞增趨勢，根系活力、可溶性蛋白含量、葉綠素含量呈現遞減趨勢。可能是由于黃芩植株在土壤緊實脅迫狀態下，膜脂的氧化程度加強，細胞膜的傷害程度加重。雖然SOD、過氧化物酶、CAT 等保護酶的活性有一定程度的增強，但難以加速活性氧等自由基的清除，導致活性氧大量累積，引發細胞膜脂質過氧化，加重細胞膜的損傷。

2.3.2 氮對黃芩質量形成的影響 氮是植物生長發育所必需的大量營養元素，參與植物體內諸多重要的生理生化反應和物質代謝過程，是限制植物生長和形成產量的首要因素。氮是葉綠素和蛋白質等大分子物質的基本組成部分，與植物光合作用密切相關。缺氮會損害葉綠體的大小、組成和功能，減少葉綠體色素含量和卡爾文循環相關酶的合成。研究表明，低氮狀態下，植物的CO2凈同化率和光合作用的量子產量都有所下降。也有研究表明，缺氮會下調光系統II 的光化學反應，降低光系統II 電子傳遞的量子產率和最大光化學效率[61]。

不同的供氮水平及氮素的不同形態，對中藥的生長發育及質量形成具有明顯的影響[62-65]。氮既可以影響植物體內含氮次生代謝產物（如生物堿、非蛋白質氨基酸等）的合成與積累，又能影響非含氮次生代謝產物（如酚類、萜烯、類黃酮、鞣酸等）的合成與積累[66]。適度供氮可以提高中藥材中含氮次生代謝產物的量：以生物堿為例，適當的氮素水平可以增加生物堿合成前體所需的氮源，并且根據碳素-營養平衡假說，施氮會降低碳氮比，使生物堿水平升高。施氮對不同非含氮次生代謝產物的影響不同：施氮通常會降低中藥中酚酸類物質的量，該變化主要與酚酸類物質合成途徑中的酶活性及前體化合物有關。首先，施氮會導致合成酚酸類物質關鍵酶的活性降低，其次，苯丙烷類及其衍生化合物等酚酸類物質通過莽草酸合成途徑合成，與蛋白質合成競爭同一前體物質——苯丙氨酸，施氮后，植物將更多能量用于加速生長發育，合成大量蛋白質，使苯丙氨酸濃度降低，導致酚類物質合成受到抑制。而萜類物質通過甲羥戊酸合成途徑合成，可水解單寧的合成前體為五倍子酸，二者與蛋白質合成不存在競爭關系，因此，施氮對萜類及可水解的單寧等非含氮次生代謝產物的影響與酚類物質不同[67]。

不同的氮素水平對黃芩的影響不同。孫晉鑫等[68]在大田試驗的基礎上，設置0、60、120、180 kg/hm24 種施氮量處理，研究不同施氮量對黃芩的影響。結果表明，隨著施氮量的增加，黃芩的生長發育指標、氮素累積量、黃芩苷含量呈先升高后降低的趨勢。其中，株高、根長、根粗、地上部干質量、根部干質量、地上部氮素累積量、根部氮素積累量在施氮量120 kg/hm2時最大，且施氮處理下，以上指標均大于不施氮處理；黃芩苷含量在施氮量60 kg/hm2時最大，且施氮量180 kg/hm2時，黃芩苷含量低于不施氮處理。表明試驗地黃芩最佳施氮量為純氮量120 kg/hm2。趙金楠[69]也得出相似的研究結果。

不同的氮素形態對黃芩的影響不同。趙麗莉等[70]研究發現硝態氮與銨態氮的不同配比對黃芩種子發芽率、幼苗株高、SOD 活性、過氧化物酶活性、硝酸還原酶活性的影響不同。在硝態氮與銨態氮的比例為3∶1 時，黃芩種子發芽率和幼苗株高最高，SOD、過氧化物酶和硝酸還原酶活性最強，表明此種氮素配比最適宜黃芩的生長發育。

2.3.3 氮、磷、鉀交互對黃芩質量形成的影響 磷和鉀是植物生長發育所必需的大量營養元素。磷既是植物體內許多大分子物質及重要有機化合物的結構組分，同時又以多種方式參與植物體內諸多代謝過程；鉀不僅在植物的生物化學和生物物理反應方面發揮重要作用，而且對植物體內的能量轉化和同化產物運輸也有促進作用。研究發現，氮、磷、鉀交互對黃芩的生長發育及質量形成有明顯影響[71-72]。

根據翟彩霞等[73]的研究結果可知，氮、磷、鉀配施更有利于提高黃芩的產量與質量，3 者對黃芩產量影響的大小順序依次為氮、磷、鉀，對黃芩苷含量影響的大小順序依次為氮、鉀、磷。張燕等[74]研究發現，氮、磷、鉀不同比例配施對黃芩的產量、生長指標、生理指標、生物量分配及黃芩苷含量的影響不同。復肥型處理的黃芩的各項指標高于單肥型和不施肥處理的黃芩，且在復肥型處理的黃芩中，營養平衡型優于營養失調型。磷是限制黃芩生長發育的主要元素，復肥型中，磷與氮合理配施能夠有效提高磷的肥效。

曹鮮艷等[75]在田間試驗的基礎上，采用3 因素2 次飽和D-最優設計，分別以黃芩產量和黃芩苷含量為因變量，以氮、磷、鉀施用量為自變量，建立回歸模型。因子主效應分析表明，對黃芩產量和黃芩苷含量影響的大小依次為磷、氮、鉀。單因子效應分析表明，在一定范圍內，黃芩產量隨施氮、磷量的增加而增加，并趨于平緩；隨施鉀量增加的變化不明顯。黃芩苷含量隨磷施用量的增加呈上升趨勢，并趨于平緩；隨氮、鉀施用量的增加呈先下降后上升趨勢。因子互作效應分析表明，氮、磷、鉀間存在明顯的交互作用。

黃芩在生長發育的不同時期對氮磷鉀的需求特性有較大差異。黃芩整個生育期對氮、磷、鉀需求量的大小依次為鉀、氮、磷。黃芩在出苗期對氮的需求最為迫切，在形態器官建成期對鉀的需求最為迫切，在花果期對磷的需求最為迫切[76]。

課前預習的學習相較于課堂學習，具有較大的隨意性，從哪開始，怎么開始，如何預習，都是能夠由學生來主導的，不會受到教師和同學的影響。學生在一個尤為自由的學習狀態和環境中，在發現問題時，通過動腦和動手，對發現的問題進行獨立解決，這個過程的不斷反復，就是學生自主、獨立學習的過程，有效培養學生獨立思考和探究學習的習慣。

2.3.4 土壤微量營養元素對黃芩質量形成的影響土壤微量無機元素與中藥質量形成的密切相關[77]。無機元素不僅會影響植物根系的營養活動，而且會影響植物體內的生理生化反應及物質代謝過程，進而影響植物體內各種化學成分的生物合成，最終影響中藥藥效物質基礎的產生與積累[78-79]。已有研究表明，土壤微量無機元素對黃芩的質量形成有影響[80]。

郭蘭萍等[51]研究發現，土壤中無機元素、黃芩體內化學成分、黃芩體內無機元素間具有復雜的相互作用關系，3 者不僅各自歸屬于相對獨立的系統，并且彼此密切關聯形成了復雜的動態平衡網絡。黃芩對土壤中無機元素的吸收具有協同作用。土壤中無機元素種類和含量的不同對黃芩體內次生代謝產物的影響不同：土壤中鎂、錳、鉻、鐵對黃芩體內次生代謝產物的影響較大；土壤中除鎂、鈣外，多種無機元素含量過高均對黃芩體內次生代謝產物的積累不利。土壤中無機元素種類和含量的不同對黃芩體內無機元素的影響不同：土壤中鉻、鎂、鍶對黃芩體內無機元素的影響較大；黃芩體內鈣、銅、磷的含量與土壤中相應無機元素的含量顯著正相關，而鉻、鐵、鉀、鎂、錳、鍶、鋅的含量在黃芩體內與土壤中沒有顯著的相關性；黃芩體內鉻、銅、鐵、鉀、錳、磷、鍶、鋅的含量與土壤中其他無機元素的含量顯著相關，且黃芩體內銅、鉀、鋅的含量與土壤中多種無機元素的含量具有相關性，說明黃芩體內某一無機元素的產生與積累不僅與土壤中該無機元素有關，且與土壤中其他無機元素同樣有關。

宮福雨等[81]研究發現，有效鉀、有效錳、有效銅是土壤中影響黃芩次生代謝產物含量的主要無機元素。有效錳、有效鈣與黃芩苷含量顯著正相關；有效錳、有效銅是土壤中直接影響黃芩苷含量的主要無機元素，其中有效錳對黃芩苷含量的直接影響作用最大，并且有效錳與堿解氮間的相互作用同樣對黃芩苷的積累有利。堿解氮、有效鉀是土壤中主導漢黃芩苷積累的主要無機元素，其中有效鉀與漢黃芩苷含量顯著正相關，并且對漢黃芩苷含量的直接影響作用最大；有效鉀與堿解氮間的交互作用大于堿解氮單因素對漢黃芩苷積累的直接抑制作用，提高漢黃芩苷含量。有效鉀、有效銅、有效鈣是影響黃芩素含量的主要土壤無機元素，均與黃芩素含量呈顯著正相關關系，并且直接影響作用的絕對值由大到小依次為有效鈣、有效銅、有效鉀。有效鉀是影響黃芩漢黃芩素含量的主要土壤無機元素。

2.3.5 土壤酶對黃芩質量形成的影響 土壤酶是土壤中一類具有蛋白質性質和生物催化功能的大分子活性物質，是土壤中微生物代謝、植物根系分泌和動植物殘體分解的產物。作為土壤中多種生理和生化反應的生物催化劑，土壤酶在土壤生態系統中的能量循環和物質轉化過程中發揮著重要作用，是土壤生態系統的重要組成部分。土壤酶參與了土壤有機質的分解和腐殖質的形成等過程，既是土壤生態系統中有機物轉化的執行者，又是植物的活性營養元素庫，是土壤質量和土壤生物活性的綜合體現[82-84]。土壤酶的種類與活性受土壤性質和環境的綜合影響，可以代表土壤生態系統中物質代謝的旺盛程度，并在一定程度上反映植物對營養元素的吸收利用情況[85-87]。已有研究證實，栽培藥用植物會對土壤酶的種類與活性產生一定影響，但是針對此類影響機制，及土壤酶與藥用植物體內藥效物質基礎產生與積累關系的研究較為匱乏[88-90]。

彭曉邦等[91]為探究種植黃芩對黃芩根際土壤酶活性的影響，測定分析了3 種黃芩種植地（黃芩連作3 年地、黃芩連作4 年地、黃芩/小麥輪作地）及荒地的土壤CAT、脲酶和蔗糖酶活性的變化趨勢。結果表明，土壤CAT 和脲酶活性的變化趨勢基本一致，均表現為：黃芩連作3 年地＞黃芩連作4年地＞黃芩/小麥輪作地＞荒地。土壤蔗糖酶活性的變化趨勢表現為黃芩/小麥輪作地＞黃芩連作4 年地＞黃芩連作3 年地＞荒地，且連作年限對黃芩根際土壤蔗糖酶活性的影響不顯著。黃芩的種植會提高土壤酶活性，3 種黃芩種植地的3 種土壤酶活性均大于荒地土壤。

目前而言，關于黃芩與土壤酶相互作用關系的研究較少，而針對土壤酶與黃芩藥效物質基礎產生與積累關系的研究則更為匱乏。

2.3.6 根際微生物對黃芩質量形成的影響 根際的概念由德國學者Hitner 在1904 年首次提出，根際指的是植物根系周圍受根系影響的區域，該區域生存著受植物根系釋放的化學物質影響的獨特微生物種群[92]。根際是植物與外界環境進行物質與能量交換的主要場所，是地球上物質代謝、能量循環、信息交換最活躍的界面之一，是植物-微生物-土壤相互密切作用的一個復雜生態系統。存在于植物根際土壤的微生物為根際微生物。

根際微生物具有強烈的根際效應，與植物的生長發育密切相關[93]。根際微生物能夠增強藥用植物的抗病蟲害等抗逆能力，促進藥用植物的生長及藥用部位的發育，緩解藥用植物的連作障礙，促進藥用植物藥效物質基礎的合成與積累[94]。

Zeng 等[95]研究發現南板藍根中靛藍的合成中有馬藍根際富集的伯克霍爾德氏菌（Burkholderia sp.）的參與；周濃等[96]在對滇重樓甾體皂苷含量與根際微生物分布的相關性的研究中發現，根際真菌的多樣性對滇重樓總皂苷的產生與積累有重要作用；接種混合根際促生菌后，降低了栝樓由南方根結線蟲Meloidogyneincognita引起的疾病的嚴重程度，提高了瓜蔞中多糖和天花粉中蛋白的含量[97]；假單胞菌Pseudomonas和泛菌Pantoea通過產生植物激素和多糖參與丹酚酸B 及其合成前體迷迭香酸等酚酸物質在丹參中的生物合成[98]；貫葉連翹根際的有益菌及其誘導子可以上調其次生代謝，從而促進貫葉連翹中金絲桃素、偽金絲桃素等次生代謝產物的積累[99]。諸多研究表明，根際微生物對藥用植物藥效物質基礎的合成與積累具有一定影響，且該影響一般是積極的[100-102]。

不同生長勢的黃芩具有不同的根際土壤微生物數量特征及根際效應。根際微生物總數大于非根際微生物總數，黃芩根際和非根際土壤微生物不同種群的數量分布特征為細菌＞放線菌＞真菌，黃芩的根際效應均表現為正效應。土壤微生物總數、細菌數量和真菌數量的變化趨勢一致，由大到小依次為生長勢好的根際土壤、一般生長勢的根際土壤、生長勢差的根際土壤、非根際土壤，放線菌數量沒有顯著的變化趨勢[103]。

不同種植方式對黃芩根際土壤微生物的影響不同。微生物總量、細菌和真菌數量的變化表現為黃芩/小麥輪作地最高、其次為黃芩連作3 年地、黃芩連作4 年地再次、荒地最少，真菌數量的變化趨勢為黃芩連作4 年地＞黃芩連作3 年地＞黃芩／小麥輪作地＞荒地[91]。

不同種植年限對黃芩根際土壤微生物的影響不同。同一種植年限下，黃芩根際土壤微生物總數及土壤微生物3 大類群（細菌、真菌、放線菌）的數量均高于非根際土壤。隨種植年限的增加，土壤微生物總數及其3 大類群的數量增加。細菌和放線菌根際與非根際的數量差異隨種植年限的增加而縮小，但真菌根際與非根際的數量差異明顯增大，且根際真菌數量的增量明顯大于非根際。隨種植年限的增加，黃芩根際與非根際土壤微生物的多樣性指數和均勻度均呈現減小趨勢[104]。

同土壤酶的研究相似，針對根際微生物對黃芩的影響，尤其是對黃芩藥效物質基礎影響的研究較少。而關于具體到某一種或某一類根際微生物，及該影響的作用機制的研究則更為匱乏。

2.3.7 叢枝菌根真菌對黃芩質量形成的影響 叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi）能與植物共生形成叢枝菌根結構[105]。叢枝菌根真菌是一類專性活體營養的植物共生真菌，是土壤微生物的重要組成部分，能侵染約80%以上的維管植物根系[106-107]。叢枝菌根真菌能與植物根系形成具有雙膜結構（叢枝膜和叢枝前體質膜）的菌根共生體，叢枝菌根建成后，寄主植物將脂質與光合作用同化產物轉運給叢枝菌根真菌，用以維持叢枝菌根真菌的代謝，而叢枝菌根真菌則通過“菌根方式”改善寄主植物的營養水平、促進寄主植物的生長發育及提高寄主植物的抗逆性[108-109]。

叢枝菌根真菌在藥用植物的生長發育、養分吸收、抗逆性及藥效物質基礎的合成與積累等方面均表現出一定的積極作用[110]。接種叢枝菌根真菌后，黃花蒿、甜葉菊、茅蒼術、滇重樓、喜樹、嘉蘭、木香等藥用植物中酚酸類、萜類、甾體類、生物堿類、黃酮類化合物等次生代謝產物的含量均有不同程度的提高[111-114]。

陳偉燕等[115]研究發現，接種雙網無梗囊霉Acaulosporabireticulata可以緩解干旱脅迫對黃芩生長發育的抑制效應，促進植株對礦質營養元素的吸收利用，改善植株的營養水平，促進黃芩苷的積累。趙麗莉等[116]研究發現，接種摩西球囊霉Glomus mosseae可以促進原生叢枝菌根真菌對黃芩根系的侵染，抑制黃芩地上部分的氮素分配，促使氮及其他養分向根部運輸，優化微量營養元素的吸收與分配，促進黃芩的生長發育，提高黃芩苷的含量。黃芩可以與叢枝菌根真菌良好共生，叢枝菌根結構形成后，外生菌絲擴大了根系的吸收范圍，內生菌絲在根皮層細胞的細胞間隙和細胞內形成了泡囊和叢枝結構，增加了根細胞的體積與表面積，擴大了叢枝菌根真菌與根細胞的細胞質間的接觸面積，提高了黃芩根系對養分的吸收與運輸速率[117]。

馬麗等[117]研究發現，叢枝菌根真菌可以與黃芩形成良好的共生關系，并且敏感響應于磷水平的變化。叢枝菌根真菌與磷具有良好的交互作用，在不同的磷水平下對黃芩的光合特性和根系生長具有不同程度的影響，只有當磷水平適宜時，叢枝菌根真菌才會對黃芩的生長發育和藥效物質基礎的積累產生促進作用，過低或過高的磷水平都會抑制該促進作用。這種促進作用主要是通過提高黃芩根系的菌根侵染率、調節氮素在黃芩體內的運輸與分布、促進黃芩對大量營養元素和移動性較弱的鐵、鋅等元素的吸收與利用產生的。

叢枝菌根真菌對磷敏感，叢枝菌根真菌的生長及其對寄主植物養分吸收的影響與土壤磷含量有關[118]。含磷過低時，黃芩根系吸收的磷優先供給植株的生長發育，導致叢枝菌根真菌生長所需的磷不足，使菌絲的生長受到抑制，不能擴大根系的吸收范圍，使黃芩通過菌根吸收養分的途徑受阻；含磷量過高時，黃芩根系吸收的磷可以充分滿足植株的生長發育所需，不需要通過菌根結構改善寄主植株的磷營養水平，因此使叢枝菌根真菌成為完全的消費者，消耗黃芩光合作用的同化產物[119-120]。

3 結語與展望

種質及生態環境與黃芩質量形成之間存在相關性已經被充分證實，針對此方面的研究已經取得了一定進展，種質是決定黃芩質量的根本原因，生態環境是影響黃芩質量的重要原因，栽培管理措施是改變黃芩生長環境、控制黃芩質量的重要舉措。但仍存在一些不足之處，如缺少關于影響黃芩質量形成的生物因素的研究；缺少關于黃芩非黃酮藥效物質基礎的研究；缺少關于黃芩多組學的研究等。針對這些問題，對未來的研究提出以下幾點思考。

3.1 重視中醫藥理論體系的指導

中醫藥理論體系是中國傳統文化的瑰寶，歷久彌新。對黃芩的研究，要秉持“整體”觀念，充分認識到黃芩質量的形成并不僅由一兩個因素所決定，而是諸多因素共同作用的結果。藥性學說是中藥學的特色，將中藥藥性與藥效物質基礎相結合，對指導黃芩質量形成的研究具有重要意義。

3.2 充分理解中藥栽培的特殊性

區別于一般農作物，栽培中藥時，不應僅把高產作為首要目標，必須考慮到藥效物質基礎的含量。由于藥用部位的多樣性，普通的增產方法并不適合所有中藥，每種中藥都應調整具體的栽培管理措施。

3.3 重視多學科的交叉研究

由于黃芩質量形成的復雜性，僅依靠中藥學或農學一個領域的知識是遠遠不夠的，這是一項中藥學、生藥學、農學、植物營養學、植物遺傳學、分子生物學等諸多傳統、新興學科交叉聯系的工作。

3.4 重視分子生藥學的研究

當前，對黃芩質量形成的研究不夠深入，僅認識到生態環境對黃芩藥效物質基礎的積累具有影響是遠遠不夠的。應該應用轉錄組學與基因組學的研究方法，探明黃芩次生代謝過程中基因的轉錄情況及轉錄調控規律，探明黃芩體內各種化學成分的生物合成途徑中的關鍵基因，探明黃芩藥效物質基礎對種質及生態環境的響應機制，以期實現黃芩栽培的精準調控。

3.5 重視土壤酶的研究

土壤酶作為土壤生態系統的生物催化劑，參與了土壤生態系統物質循環與能量轉換的過程。土壤酶可以影響黃芩諸多生理生化反應，其必然會進一步影響黃芩的次生代謝過程，并最終影響黃芩藥效物質基礎的合成與積累。但是對這二者關系的研究并不充分。

3.6 重視內生菌的研究

內生菌廣泛存在于藥用植物中，通過特定方式與宿主植物和諧共生、互惠互利。植物內生菌通過固氮作用、溶磷作用、產鐵載體、分泌植物激素、發揮1-氨基環丙烷-1-羧酸脫氨酶活性等方式，促進宿主植物生長、增強宿主植物抗逆性。植物內生菌可以誘導藥用植物產生次生代謝產物，也可以直接參與藥用植物次生代謝產物的合成。因此，采用基因組學、轉錄組學、蛋白組學、代謝組學等多組學方法，分別在基因、轉錄、表達、次生代謝產物合成等層面全面認識內生菌-黃芩互作關系，探討內生菌對黃芩的促生作用機制，對指導黃芩栽培、提升黃芩品質具有重要意義。

3.7 重視微生物組學研究

對于影響黃芩質量形成的微生物的研究，并不應僅局限于單一微生物，甚至也不應僅局限于單一微生物組，應聯合根際微生物組、根內生微生物組、葉際微生物組、葉內生微生物組、種子微生物組等微生物組，并結合核心微生物組，進行多組學研究，探究微生物對黃芩生長發育和次生代謝產物積累的作用規律，以期闡明黃芩藥效物質基礎合成與積累的微生物動力，建立起一個成熟的黃芩與微生物的互作模型。

綜上，本文主要對近年來黃芩質量形成的影響因素方面的研究進展進行綜述，論述了黃芩質量形成與種質、氣候及土壤因子的相關性，并在此基礎上提出了幾點黃芩質量形成影響因素的未來的研究重點，為指導黃芩栽培、提高黃芩質量提供了參考。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突