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大黄,又名黄良、火参、将军等,为一种常用中药材,最早收藏于《神农本草经》,其功能主治在历代本草、方书和现代药典中均广泛记载。唐古特大黄(Rheum tanguticum Maxim.ex Balf.)隶属于蓼科(Polygonaceae)掌叶组,为多年生草本植物,主产于我国青海省,以根及根茎入药,是中国药典收载的正品大黄。本论文以青海道地药材唐古特大黄为研究对象,葸醌、鞣质次生代谢产物和元素化学成分为主要研究内容,采用高效液相色谱法测定唐古特大黄植株芦荟大黄素、大黄酸、大黄酚、大黄素、大黄素甲醚5种葸醌类物质及没食子酸、儿茶素2种鞣质单体的含量。对唐古特大黄根和土壤样品,采用原子吸收分光光度计测定K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Cr、Co、Ni、Cd、Li、Al含量,采用WHG-102A流动注射氢化物发生器测定Se、Hg、Pb、As含量,采用721分光光度计比色法测定P元素含量,主要研究结果如下:
1.在不同种植地,5种蒽醌类成分随植物生长发育节律波动,且表现出基本一致的动态变化规律,其中湟源大黑沟为西宁周边较适宜种植地;不同种植地总葸醌含量均在7月初达到最高,其次为10月初。蒽醌类物质的规律波动,间接反映了植物生长过程中的代谢变化。综合蒽醌月际含量的连续测定结果,与传统的秋术春初采收有所区别,本文认为,栽培唐古特大黄最佳采收时间为7月初,其次为10月初。
2.对不同月份气候因子条件与蒽醌类物质进行多元逐步回归分析,月平均相对湿度、月均蒸发量是影响栽培唐古特大黄部分蒽醌类次生代谢产物(芦荟大黄素和大黄素)季节变化的主导因子,其中月平均相对湿度与芦荟大黄素含量存在显著正相关回归关系,而月蒸发量与大黄素含量存在显著负相关回归关系。相对植物初生代谢,次生代谢产物的产生和变化与环境有着更强的相关性和对应性,蒽醌类次生代谢产物是唐古特大黄对环境的重要适应性特征。
3.测定了不同种植地六年生唐古特大黄及其在不同生长期鞣质含量,结果表明,没食子酸和儿茶素均从5月到10月呈递增趋势,到地上部分完全枯萎的时期(10月)达到最高,即两种鞣质类成分含量在根部呈现生长积累性特征,在生理上可能与植物抗寒性相关联。对不同月份气候因子条件与鞣质类物质进行多元逐步回归分析,月日照时数、月平均相对湿度是影响栽培唐古特大黄没食子酸和儿茶素次生代谢产物季节变化的主导因子,且呈负相关关系。此外,实验所建立的反相高效液相色谱条件能准确、简便、快速地同时测定唐古特大黄中的没食子酸和儿茶素两种鞣质单体成分含量。
4.栽培唐古特大黄在不同的生长发育阶段,蒽醌类次生代谢物质的分布具有时间和空间上的异质性,根和根茎是5种蒽醌类次生代谢产物贮藏和积累的主要部位,以大黄酸含量高为特征;花和果含有除大黄酸之外的其他四种蒽醌,且含量较高,并以大黄素在各个器官广泛分布为特征;总蒽醌含量以根中最高,其次为根茎,果,花。蒽醌类次生物质如此分布积累,反映了植物的新陈代谢特征,并可能与植物自身的自我保护相关联。野生唐古特大黄具有和栽培唐古特大黄一致的蒽醌次生代谢产物空间分布特征。
5.对野生唐古特大黄在青海省境内广泛取样,30个野生样地蒽醌和鞣质次生代谢产物的含量具有明显的空间异质性,但均以葸醌大黄酸和鞣质儿茶素含量高为特征。对不同生境研究结果表明,总葸醌含量在林下灌丛最高,其次为灌丛林缘,边坡石砾,最低为草甸;儿茶素和没食子酸则在灌丛林缘含量最高。海拔、经度、纬度对葸醌、鞣质次生代谢产物的ANOVA分析表明,仅不同纬度水平对大黄素含量有显著影响(P=0＜0.01),且随纬度升高而显著增加;MANOVA表明大黄素除显著受到纬度影响之外,还受到海拔、经度、纬度交互作用的显著影响,此外经度对总蒽醌和大黄素甲醚也具有显著主效应。可见,唐古特大黄药用成分含量并非简单受海拔、温度等个别因素影响,而是不同生境代表的温度、湿度、光照条件、土壤构成以及海拔、经纬度代表的环境条件综合作用的结果,其中生境条件尤为典型。
6.通过对野外自然种群唐古特大黄根部和土壤中19种元素含量的测定,从元素的含量及变异系数来说,其生长环境的土壤条件具有不均匀性,但比较而言,唐古特大黄对元素具有明显选择性吸收特征,并随海拔、经度、纬度或不同生境条件而变化。
7.唐古特大黄根部元素含量的基本趋势是土壤中含量高的元素,在植物体内相对含量也较高;土壤和植物元素与海拔、经纬度的关系MANOVA结果具有明显差异,说明植物对土壤元素具有明显的选择性吸收特征。在植物必需元素中,唐古特大黄表现出明显的P元素选择性富集,为提高药材品质,可以在引种栽培中增施P肥。唐古特大黄野生药材中Mg、Mn、Zn、Cr、K、Ni等元素含量模式可以作为鉴定唐古特大黄质量和道地性的一个重要指标,同时与植物元素相关的土壤元素特征(Cr、Fe、Ni、Mg等)可为大黄栽培样地的选择提供参考。
8.唐古特大黄蒽醌及鞣质类成分与根部土壤15种化学元素进行逐步回归分析,结果表明,总蒽醌、大黄酸、大黄素、大黄素甲醚、没食子酸5种次生代谢产物与土壤中的Cu、Mn、P、全氮、Mg、pH存在显著的回归关系,通过对土壤有目的选择(增施)特定元素成分、pH等,可有效提高药材的质量。蒽醌及鞣质次生代谢产物与唐占特大黄Ni、Cu、Cr三种元素存在显著的回归关系,根部这三种元素的含量可以作为唐古特大黄质量标准及道地药材鉴定的替代指标。