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孟祥才:中药材GAP研究与实施的整体观
http://www.100md.com 2005年7月2日 现代中药研究与实践
     中药材农业生产虽有两千余年的历史,但真正达到规模化、产业化和科学化也仅有三、四十年的时间,其历史应该是短暂的。中药材栽培有别于传统农业,为了适应临床需要,为了中药与国际接轨,就必须讲究中药材的科学规范化生产(GAP),本文对GAP研究与实施整体布局上的环节提出一些看法。

    1 GAP实施的多学科整体观

    中药材生产质量管理规范(GAP)就是从保证中药材的质量出发,控制影响药材质量各种因子,规范各个生产环节乃至全过程,以达到中药材的“真实、优质、稳定、可控“的目的。GAP中的“A” (agricultute)是大农业的概念,主要是药用植物的栽培,还有野生抚育,濒危物种的保护等等。药用植物栽培就是应用现代生物和农业科学原理,利用现代自然科学研究成果研究中药材生长发育规律、产量和质量形成与环境因素的关系,并采取科学调控措施,促进中药材的生长,获取优质高产的中药材。中药材栽培学是生物学、农学、药学和管理学的结合。GAP实施的核心就是质量,属药学范畴,其手段是对生产的环境因子及生产环节进行控制,属生物学、农学的范畴,主要包括选择优良的品种、因地制宜的生产中药材,通过规范化、科学化的田间管理和科学的生产技术调控中药材的生产。因此它是一个复杂的系统,就生物学而言,它涉及遗传学、生物化学、植物生理学、生态学、微生物学、植物分类学等多门学科,就农学而言,它涉及了土壤学、病理学、植物营养学、耕作学等,就药学而言,涉及了中药化学、分析化学等。目前对中药材的质量尚不能做到充分正确评价的阶段,药学领域内容也更加复杂。实质上,GAP这一系统而完整的理论所包含的生物学、农学和药学的内容也是互相渗透的,很难分开,也为 GAP研究与实施增加一定的难度。

    GAP实施的核心是中药材的质量,做为一个好的规范,也必须要考虑产量,做到质量和产量的有机结合,完成这一任务就要以栽培学为基础和核心,在这个复杂的系统中,农业生产领域也更应该强调多学科综合运用过程中的物理学、化学调控内容:

    1.1 “源一库理论”是研究和提高药用植物产量所必需遵循的基本原理

    光合作用是植物的一个最基本特征。作为一个植物体来说,95%以上的干物质是有机物构成的,都是光合作用的产物,而其余的无机元素,它们虽不是光合作用的直接产物,但如果没有光合作用,也不能被吸收利用。可以说,整个植物体的全部干物质均来自于光合作用。

    植物体干物质均来自于光合作用一源,它作用的结果就是干物质积累量一库。物质的积累具体体现在农业的生产方式及植物正常生长生理过程中的各个方面,用“源一库”理论能更直观地从农学和生理学角度理解植物产量各形成因素的作用。

    光合作用是.植物产量∞唯一源泉,在生命活动中,植物还要进行呼吸作用消耗一部分养分维持其生命活动,也就是说,产量就是光合作用的收入与呼吸作用及生殖生长的支出差额决定的,增加收入,减少支出就可以提高产量,对于非花、果类药材,植物进行生殖生长也是养分消耗者。在生产过程中任何一个增产因素都是符合能量守恒定律的,依据该定律,其增产途径很多,主要有以下几方面:

    1.1.1 合理确定种植密度 叶片是光合作用的第一工厂,在生长季节密度低,阳光空射到地面为无效光照;密度大,可能会使植株的下部叶片处于光补偿点以下,对产量形成无意义。黑龙江省的垄作防风、云南的三七在传统方式种植密度偏低,由于没有合理量的能量收入来源,极大的限制了产量。

    1.1.2病害的有效控制 病虫害防治在药用植物栽培中一直是一个非常重要的环节,根部病害的发生一般会造成植株死亡,地上病害的发生就会减少光合面积,同时呼吸作用增强,病原物也会消耗大量的营养物质,使光合积累减少,严重降低产量。

    1.1.3增加水肥合理的供应 水肥充分合理的供应不是能量的直接来源,而是为光合作用提供物质

    保障。光合作用没有良好的物质基础,也不能生产出更多的光合产物而达到高产。光合作用与植物吸肥也是相互促进的。

    1.1.4降低呼吸作用 温室昼夜温差的变化,病害的有效控制都可以降低呼吸支出。

    1.1.5 减少生殖生长 对于非花、果实中药材来说,减少生殖消耗对产量的影响也是巨大的。

    植物生物产量是严格按照源一库理论进行的,但是这种构成植物的物质是以光合产物的化学物质即生物产量来体现的。在中药材生产过程中,所需要的仅是植物体生物产量的某一部分,即经济产量,二者虽然不同,但具有极大的相关性。在生产中尽量增加光合收入,减少光合支出,从而增加产量,其核心就是在各个生产的环节上均要围绕着物质的源一库理论,只有符合这个理论的生产措施才能增产。

    1.2化学调控在植物生产中的应用

    GAP的核心是质量,达到优质的基本途径是规范中药材生产的各个环节。规范化栽培生产过程中的各个环节都应为生产优质中药材提供了最佳条件,为中药材的产量和质量的形成提供物质保证。作为中药材临床疗效物质基础多为植物的次生代谢产物,其基因表达往往受某些逆境条件诱导,但是这些条件都是提高中药材质量的一个外因,它作用的结果必须通过某一物质调控体内的代谢途径而使活性成分含量提高,而作为中药材促进活性成分的合成与积累才是质量提高的内因,外因必须通过内因起作用,因此对药用植物次生代谢与环境关系以及活性成分的化学调控的研究尤为必要。

    作为临床应用的活性成分基本是药用植物的次生代谢产物,这点与传统农作物有明显不同。药用植物次生代谢产物主要有四个合成途径:乙酸途径、甲羟戊酸途径、莽草酸途径、氨基酸途径及几个混合进行的次生代谢途经,如果对合成途径有深入的了解,就可以通过其代谢调节,提高有效成分的含量。根据化学途径及其特点进行合理调控,提高中药材的质量,例如,糖的积累与酚类和萜烯类有一定的关系,适当增加氮肥的施用可以提高生物碱的含量,增加磷钾肥的供应可适当的提高苷类化合物的含量。贝母、黄芩、乌拉尔甘草、人参、黄连、毛地黄、蛔蒿、自豆蔻、阳春砂仁、圆叶千金藤等的无机肥料的研究证明,在栽培过程中,适当的施用无机肥料在增加产量的基础上,可以提高药物有效成分的含量。适当比例N、P、K可使祁菊中的黄酮含量由5.08 9,6提高到5.77%。乌拉尔甘草中的甘草酸和二氢黄酮的含量也会因施用适量的氮肥和磷肥而有不同程度的提高。微量元素作为酶的活化剂对植物的生长及有效成分提高起重要的作用。O.1%MnS04可以提高益母草产量43.6%,生物碱含量由1.77%提高到2.15%;Zn肥可提高党参多糖含量 15.5%;稀土元素可使6年生人参皂苷(主要为二醇型)提高64.1%;Mg2+直接影响次生代谢中乙酰辅酶A途径和莽草酸途径,对杜仲体内主要的 6种活性成分的合成和积累均有促进作用。

    激素也是化学调控的重要内容。乙烯能够提高安息香的脂产量提高;赤霉素、增产宝等可使元胡中生物碱由O.972%分别提高到1.213%和 1.771%;激素连续刺激檀香2年,10年生植株挥发油的含量就可达到25年植株的水平,且成份相似;用次生代谢增强剂可使祁白芷中氧化前胡素、异欧前胡素、欧前胡素含量均有提高,且大大提高了产量。

    科学是不断发展进步的,在微生物制药领域中调控措施是提高产量和质量的一项最基本措施,随着药用植栽培的发展,化学调控也必将越来越大的发挥作用。

    2 GAP生产实施过程的整体观

    在动物和植物营养学中有一个普遍接受的“水桶板块理论“,即动植物的生长速度受相对含量较低的营养物质含量的制约,比如缺乏N元素,那么蛋白质(包括酶)含量较低,P、K等其它物质再多,由于受N的限制也不能快速进行生命活动,从而限制生物生长,即动植物的生长受相对含量最低的营养元素限制。而相对含量较高的营养元素不能发挥更高的效应造成浪费。目前有人提出了规范化生产过程的水桶板块理论,指出生产过程的各个环节要均衡考虑,不得忽视某一具体环节,而忽视的环节就会成为产量的制约因素。与营养学中板块理论相比,这实质上也是一个板块理论,一个无量化的板块理论,即GAP生产实施过程的整体性。也就是说生产过程中各个标准生产操作规程SOP的制定和执行是保证产量的一个重要保证,它更加明确并强调了每个生产环节的重要性。GAP生产实施全过程的整体性主要表现在以下几个方面:

    2.1遗传胃种

    在农学和园艺学中,对人类做出最大的贡献莫过于遗传育种了。栽培的药用植物在这一方面起步较晚,已经取得了一定的成绩,例如人参、白菊花、红花、地黄、牛膝、薄荷、菘蓝(板蓝根)、黄连、丹参及枸杞等。将来在质量和产量方面的发展潜力是很大的。

    2.2种子质量

    种子的质量直接关系着农业生产。优质成熟度高的种子一般表现出发芽率高、寿命长、植株长势好。例如成熟度低的柴胡种子发芽率极低,千粒重大的人参种子可使三年生人参单株产量重由 10.38 g提高到14.O g。桔梗成熟度高的种子其下一代产量是成熟度低的种子产量的2倍。据报道,发芽率相同而活力不同的种子,在一定逆境的条件下出苗率可相差一倍。人参的黑斑病、细辛菌核病、防风叶枯病都是经过种子传播的,如果种子田有病害,其下一代就可能发病。

    2.3病虫害防治

    病虫害的预防控治见“1.1.2”。病害严重发生后,加大防治力度又会增加生产成本?很难取得药用植物栽培的良好经济效益,甚至亏本。所以应该采取积极的综合防治措施,做到“防”重于“治”。

    2.4加强中耕和除草

    田间杂草较适应于田间的环境条件,具有生长繁殖快等特点,与药用植物共存,降低了药用植物的通风透光条件,同时也争夺养分,植株生长不良,产量降低。在我国北方,人均农田面积较多,由于管理不善而导致绝产的情况屡见不鲜。

    中耕是药用植物栽培的一个重要的环节。多数中药材植株个体较小,所以多采用畦作。由于机械中耕不便,也往往被忽视。一年生的玉米,整个生长过程不进行中耕,对产量产生的影响是可想而知的,对于多年生的药用植物不进行中耕,会使土壤板结十分严重,对产量的影响也会更大。

    2.5灌溉、施肥、种植密度等因素对产量的影响

    一般说来,药用植物栽培种子、土地、机械、播种、移栽、采收等环节是生产成本的主体,而生产中其它每项具体的环节和关键技术相对投资较少,而它们恰恰起到了十分重要的作用,忽视了每个小的生产环节,其他环节做得再好也会使产量遭受到巨大的损失,甚至绝产。依生产中水桶板块理论分析,可见规范化栽培的重要性。

    3 影响中药材质量因素的整体观

    3.1 中药材质量评价的整体观

    狭义讲,优质中药材就是活性成分含量高的中药材。为了保证临床的疗效稳定,便于科学使用,必须要求中药材质量稳定,同时降低其毒副作用,这是科学技术不断发展的结果,是中药现代化、国际化对中药材质量所提出的必然要求。因此,广义上优质中药材为活性成分含量高而稳定,无农药、重金属污染,毒副作用成分的含量低的中药材。因此,GAP实施的目的就是生产出“真实、优质、稳定、可控”的中药材。

    3.2研究地道中药材品质形成及不同产地药材质量比较的整体观

    地道中药材就是传统中药材中具有特定的种质、特定的产区或特定的生产技术和加工方法所生产的中药材。其形成的理论基础就是遗传学中经典公式:表型:基因型+环境,在中药材种植方面具体表现为:优质地道中药材=特殊的种质+产地。

    研究地道中药材质量的构成因素就要从生境、种质、技术、传媒及多因子综合因素加以考虑。在研究中药材种质差异上要综合考虑对中药材质量影响因素的复杂性:

    3.2.1采收期对质量的影响人们已经认识到,几乎所有的中药材其活性成分的积累都处于一种动态的变化,在不同生长季节内,活性成分含量可相差几倍。有关不同产地同种中药材质量比较的研究很多很多,但是几乎都没有考虑各地中药材的采收期,因而所得出的结论缺乏客观性、准确性,不能真实反映出产地的中药材与质量的关系。对一些分布范围较为广泛的中药材,如柴胡、桔梗等其受地理纬度、海拔高度的影响,在同一日期不同地区植物的发育期也会有很大的差异,也难以进行质量比较,因此不同产地药材质量比较一般以同一生育期的药材进行比较更为适宜,然而在这一方面目前的研究几乎没有做到。对于一些花类药材,也要注意群体中的花期以及个体花的不同发育阶段,甚至有些中药材还要考虑活性成分的日变化规律,如罂粟、柴胡的挥发油等。

    3.2.2 同一产地中药材的质量也存在差异 生态环境对质量也有重要的影响已被人们所认识。产地也存在地势高与地势低、山的阴坡与阳坡、阴性植物的密度等,这些因素影响着光照、温度、水分供应、土壤养分的供应等,从而也会对植物活性成分造成影响,尤其是苷类成分。

    从植物分布的角度讲,同一产地的不同种群也可能存在较大的差异,这就是所谓的奠基者效应,即植物种群中具有遗传多样性,某一种群可能是由于异地某一个体发展而来,而异地扩散的这个个体是随机的。由于种群中个体差异是广泛存在的,扩散的个体活性成分含量高,则其繁衍的种群有效成分含量也会高。据研究,毒花毛地黄中的毒花毛地黄苷C的含量植株个体间可相差6倍之多,丹参的多倍体植株间有效成分含量也有很大的差异,条叶龙胆不同植株间龙胆苦苷含量可相差一倍。因此,对不同产地药材质量比较应多点取样,每个样本也要有一定的量。

    3.2.3种质质量评价 不同种质质量比较应在同一地点、同一生产条件(密度、肥力等)下进行。种子对出苗、植株的生长也有重要的影响,因此不同种质的比较,其种子的质量也要求尽量一致,见本文“2.2”。

    4 中药材生产过程中质量和产量的统一

    GAP适用于传统中药、草药、民间药、民族药、植物药等,它的生产过程复杂,不易控制,因此对质量的影响也是多方面的。

    GAP实施过程中,生态环境的选择是其重要的一个方面。随科学技术的发展及研究的深入,人们已经认识到种质、种植密度、病害发生程度、施肥(土壤肥力)、灌溉、采收、疏花等一切生产技术都对质量和产量产生重大的影响,生产中要以质量和产量为中心,找到影响质量和产量的关键因素和环节同时采取科学的调控措施,以质量为中心,兼顾产量,二者不可偏袒,在研究的基础上制定出科学的SOP。 GAP的研究仅以农业为目标,就不能很好的为中药现代化服务,仅以质量为目标,就不能使GAP很好的落实,因此要做好质量和产量的统一,从而达到优质基础上的高产,高产基础上的优质,与时俱进,促进中药材产业的发展。GAP的研究与实施是一个极为复杂而长远的过程,在目前研究的基础上,要立足现在,着眼未来,研究中要不断的扩展新领域,综合考虑各种因素,做到研究结果的客观真实性,实践中要不断地吸取新的知识,做到栽培技术的与时俱进。, http://www.100md.com