中国微生态学杂志

展望微生态理论和技术在中药研究中的应用

 

中药学是研究如何保证中医临床用药安全、有效和有药可用的一门科学,涉及中药理论和具体药物的来源、生产、采集加工、炮制、物质基础、性能、功效、适应证,及其使用和制备方法等多方面内容;并随着其他科学技术的发展而发展,不断融入现代科学技术成果的新技术和新方法。可见,中药学的主要研究对象有两类生物,即以植物(动物)为起点,人为终点。而微生物、植物、动物和人类是一个超有机体[1]。迄今微生态理论和技术日趋成熟,且已广泛用于生命科学的各个领域,改变了人们对生命本质的认识,那么它是否能在中药学方面得到应用,揭示中药研究中长期悬而未决的问题呢?答案是肯定的,即中药科学就是研究植物(动物)微生态系统的产物对人体微生态系统的影响。本文就微生态理论和技术在中药研究中的运用进行了展望。

1 在药材道地性成因方面的应用

道地药材是中药的精髓,是优质药材的代名词;中医药界历来重视药材的产地,讲究道地性。如《黄帝内经》谓:“岁物者,天地之专精好。非同岁物则气散,质同而异等也”,《神农本草经》谓:“土地所出,真伪新陈,并各有法”,《本草经集注》谓:“诸药所生,皆有境界”,《新修本草》谓:“窃以动植形生,因方舛性,春秋节变,感气殊功。离其本土,则质同而效异。”阐述了临床疗效、药材质量与产地密切相关。《本草衍义》提出:“凡用药必须择州土所宜者,则药力具用之可据。如上党人参、川蜀当归、齐州半夏、华州细辛……”,明确指出选择适宜生长地所产的药材,是保证临床用药安全有效的基础。20世纪80年代开启了道地药材的现代研究[2,3],从历史文献、地质背景、生态环境、遗传特性、次生代谢产物等方面就道地药材形成机理及科学内涵等方面展开研究和讨论,如肖小河等[4]将道地药材形成模式分为生态环境主导型、生物物种主导型、生产技术主导型、人文传统主导型、多因子关联决定型;黄璐琦等[5-8]认为道地药材的表型是基因型与生境之间相互作用的产物,即表型=基因型+生境饰变;提出“道地药材的道地性越明显,其基因特化越明显”、“边缘效应能促进道地药材的形成”、“道地药材的化学组成有其独特的自适应特征”等道地药材形成的三个假说。目前,内生菌对药材质量的影响得到广泛的关注[9~11],植物种子内部和表面有着丰富的微生物群落,种子萌发过程中的种子际(Spermosphere)微生物和土壤微生物相互作用影响着植物的健康生长和土壤肥力,同时影响根际微生态系统、植物内生菌组成,以及有害微生物的浸染过程[12~14],即植物种际微生态系统与土壤微生态系统相互作用形成药用植物微生态系统。药用植物存在众多的共栖微生物(内生菌、根际、叶际微生物和丛枝菌等)是如何影响植物营养吸收、生长发育、代谢和防御过程?因此,揭示药用植物微生态与药材品质形成的关系,可为药材品质形成与调控提供了新的线索和手段,这种利用植物共栖微生物调控药材品质的形成可称“药用植物微生态调控技术”。

2 在资源培育方面的应用

中药资源已成为限制中医药发展的瓶颈问题,资源人工培育(栽培、野生抚育等)是解决资源短缺主要途径。药用植物引种栽培后,随栽培面积的不断扩大,连作障碍问题也日益突出,药材中重金属和农残超标,药材质量下降等现象严峻,严重危害着药材的产量和品质,极大影响了中医临床安全和有效性。连作障碍机制研究是可持续生产的热点课题之一[15],其发生机理主要是土壤理化性质恶化、化感自毒作用和微生物区系失衡[16,17],本质是“植物-土壤-微生物”组成的微生态系统发生改变,引起植物对土壤物质的转运变化,从而引起的植物生长发育和代谢特征的改变[18],轮作生产方式是土壤微生态系统恢复的过程[19,20]。“植物-土壤-微生物”组成的微生态系统中,微生物是影响土壤物质循环,修复土壤微生态系统,影响植物物质吸收、生长发育和生理代谢活动的主导驱动因子。目前根际有益微生物的研究主要集中在丛枝菌根真菌(AM)和根际促生菌(PGPR)两方面,AM真菌能促进宿主植物对营养物质、土壤水分等的吸收,提高其耐盐、耐旱、耐重金属和抗病的能力,进而促进植物生长发育[21,22],影响植物的次生代谢过程[23,24],张华[25]和曾理[26]等对AM真菌对植物次生代谢产物影响进行了综述,赵萌[27]和李亮[28]等综述AM真菌缓解连作障碍的研究进展。根际促生菌 (PGPR) 包括诱导体系抗性 (induced systemic resistance,ISR) [29]和诱导体系忍受力(induced systemic tolerance,IST) [30];ISR能产生抵抗多种能产生抑制多种病原菌的抗生素类物质或毒素,帮助植物抵御生物类(包括病原细菌、真菌、病毒及线虫等)侵害;IST 能帮助植物耐受多种非生物胁迫,包括重金属、干旱、盐分、肥力低下或过剩等[31,32]。乔卿梅等[33]分析了根际微生物在克服药用植物连作障碍中的潜力,龙伟文等[34]和胡江春等[35]分别就 PGPR与丛枝菌根真菌(AMF)的相互作用关系、PGPR的应用前景等方面进行综述[31]。相对而言,AMF和PGPR在缓解连作障碍和促进植物生长的研究报道较多,同时开发出多种微生物肥料[36~38];但PGPR在促进种子明发、缓解重金属和农残污染的研究报道较少,但有成为研究热点的趋势。植物处于众多的土壤微生物环境,它们如何影响植物营养吸收、生长发育和代谢,以及重金属和农残进入植物体内的过程,这些为肥料和土地的持续高效利用,实现药用植物的高效和安全生产提供了新的线索和技术手段,这种利用土壤有益微生物实现优质药材高效生产的过程可称“药用植物根际微生态调控技术”。