药用植物学的含义精选(九篇)

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第1篇：药用植物学的含义范文

【关键词】药用植物;代谢组学;功能基因组学

代谢组学是对生物体内代谢物进行大规模分析的一项技术[1],它是系统生物学的重要组成部分(如图1所示),药用植物代谢组学主要研究外界因素变化对植物所造成的影响,如气候变化、营养胁迫、生物胁迫,以及基因的突变和重组等引起的微小变化,是物种表型分析最强有力的工具之一。在现代中药研究中,代谢组学在药物有效性和安全性、中药资源和质量控制研究等方面具有重要理论意义和应用价值。另外,在对模式植物突变体文库或转基因文库进行分析之前,代谢组学往往是首先考虑采用的研究方法之一。目前,国外已有成功利用代谢组学技术对拟南芥突变株进行大规模基因筛选的例子,这为与重要性状相关基因功能的阐明和选育可供商业化利用的转基因作物奠定了基础。

图1系统生物学研究的四个层次略

目前,还有许多经济作物的全基因组测序计划尚未完成,由于代谢组学研究并不要求对基因组信息的了解,所以在与这些作物有关的研究领域具有更大的利用价值,这也是其与转录组学和蛋白组学研究相比的优势之一。代谢组学研究涉及与生物技术、分析化学、有机化学、化学计量学和信息学相关的大量知识,Fiehn[2]对代谢组学有关的研究方向进行了分类(见表1)。

1代谢组学研究的技术步骤

代谢组学研究涉及的技术步骤主要包括植物栽培、样本制备、衍生化、分离纯化和数据分析5个方面(见图2)。

1.1植物栽培

对研究对象进行培育的目的是为了对样本的稳定性进行控制,相对于微生物和动物而言,植物的人工栽培需要考

表1代谢组学的分类及定义略

虑更多的问题,如中药材在不同年龄、不同发育阶段、不同部位以及光照、水肥、耕作等环境因素的微小差异都可引起生理状态的变化,而这些非可控及可控双重因素的影响很难进行精确的控制,从而影响药用植物代谢组研究的重复性。为了解决以上问题,推荐使用大容量的培养箱[3],定时更换培养箱中栽培对象的位置,以及使用无土栽培技术等,FukusakiE[4]利用无土栽培系统将水和养分直接引入植物根部,并且对供给量进行精确地控制,大大提高了实验的重复性。

1.2样本制备

为了获得稳定的实验结果,样本制备需要考虑样本的生长、取样的时间和地点、取样量以及样本的处理方法等问题,并根据分析对象的分子结构、溶解性、极性等理化性质及其相对含量大小对提取和分离的方法进行选择,逐一优化试验方案。MaharjanRP等[5]用6种方法分别对大肠杆菌中代谢产物进行提取,发现用-40℃甲醇进行提取的效果最好。现阶段代谢组学的分析对象主要集中在亲水性小分子,尤其是初级代谢产物,气相色谱质谱联用(GCMS)和毛细管电泳质谱(CEMS)联用都是分析亲水小分子的重要技术。FiehnO等[6]使用GCMS对拟南芥叶片中的亲水小分子进行了分析,发现酒石酸半缩醛、柠苹酸、别苏氨酸、羟基乙酸等15种植物代谢物。

1.3衍生化处理

对目标代谢产物的衍生化处理取决于所使用的分析设备,GCMS系统只适合对挥发性成分进行分析,高效液相色谱法(HPLC)一般则使用紫外或荧光标记的方法对样本进行衍生处理,BlauK[7]对酯化、酰化、烷基化、硅烷化、硼烷化、环化和离子化等衍生方法进行了详细的说明。然而离子化抑制常使得质谱分析过程中目标代谢产物的离子化效率降低,这主要是由于分离过程中污染物与目标代谢物难以完全分离开所引起的,优化色谱分离时间可有效缓解离子化抑制,然而在实际操作中不可能对上百种代谢产物的分离时间进行优化,利用非放射性同位素稀释法进行相对定量可以很好的解决该问题。HanDK等[8]应用同位素编码的亲和标记(ICAT),根据经诱导分化的微粒蛋白及其同位素标记物的峰面积比,对该蛋白的相对含量进行分析。ZhangR等[9]发现同位素标记技术也可用于代谢组学的研究,但是却存在许多困难。活体的同位素标记方法对于同位素的洗脱是一种非常有潜力的技术,目前关于使用34s的研究已有报道[10]。

图2代谢组学研究技术步骤略

1.4分离和定量

分离是代谢组学研究中的重要步骤,与质谱联用的色谱和电泳分析技术都是使用紫外或电化学检测的方法进行定量,其对代谢组数据的分辨率与定量能力都有一定的影响。TomitaM等[11]总结了各种色谱分离法中经常遇到的技术问题,认为毛细管电泳和气相色谱法由于具有较高的分辨率,已成为代谢组学研究的常规技术手段之一,液相色谱因其适用范围广,应用也相当广泛。

TanakaN等[12]用高效液相色谱对样品进行分离,认为使用硅胶基质填充毛细管整体柱的高效液相色谱系统具有用量少、灵敏性高、低压降高速分离等优势;同时,TolstikovV等[13]也使用硅胶填充的毛细管液相色谱方法对聚戊烯醇类异构体进行了有效分离,获得了很好的分辨率。TanakaN等[14]发现二维毛细管液相色谱法的分辨率比传统的高效液相法高10倍。相对于其他色谱方法而言,超临界流体色谱(SFC)是分离疏水代谢物最具潜力的技术之一,特别适用于分离那些传统HPLC难以分析的疏水聚合物,BambaT等[15]通过SFC对聚戊烯醇进行分析,证明其具有较好的分离能力。针对质谱中存在的共洗脱现象,HalketJM等[16]发明了一种适用于GCMS的反褶积系统,对共洗脱的代谢产物进行分离与识别。AharoniA等[17]使用傅立叶变换离子回旋共振质谱(FTICRMS)对非目标代谢物进行分析,快速扫描植物突变样品,获得了一定量的代谢成分。

与分离一样,定量能力也是代谢组学研究中的重要因素,其取决于各分析系统的线性范围。傅立叶转换核磁共振(FTNMR)、傅立叶红外光谱(FTIR)以及近场红外光谱法(NIR)等技术由于敏感性低,重复性受共洗脱现象影响较小也被用于检测中。近年来,FTNMR技术常被用于植物代谢组的指纹图谱研究[18],但由于NMR分析需要样品量较大,分析结果易受污染,GriffinJL[19]发现将统计模式识别与FTNMR相结合可以对代谢物进行全面分析。除FTNMR之外,FTIR通过对有机成分的结构进行常规光谱测定,也可适用于代谢组学的研究,特别是应用于构建代谢组学的指纹图谱。尽管它不能对代谢物进行全面分析,但对具有特定功能的组分却有很好的定量效果,对从工业及食品原材料中分离的代谢混合物也可以进行全面分析,目前,已有学者将其成功地应用于拟南芥[20]和番茄[21]代谢产物指纹图谱的研究中。

1.5数据转换

为阐明代谢物复杂的线性或非线性关系,需要进行多变量分析,将原始的色谱图数据转换为数字化的矩阵数据,通过对色谱峰鉴定和整合从而进行多变量分析。由于环境等因素的干扰,光谱数据需要通过适当的数据加工方法进行校正,包括:①降低噪声;②校正基线;③提高分辨率;④数据标准化。JonssonP等[22]报道了一种关于GCMS色谱图数据处理的方法,可以对大量代谢产物样品进行有效的识别。

2代谢组学中的数据分析方法

2.1主成分分析法(PCA)

主成分分析法,将实测的多个指标用少数几个潜在的相互独立的主成分指标线性组合来表示,反映原始测量指标的主要信息。使得分析与评价指标变量时能够找出主导因素,切断其他相关因素的干扰,作出更为准确的估量与评价。PCA数据矩阵通常来自于GCMS,LCMS或CEMS,因此将目标代谢产物作为自变量,而相应的代谢产物含量作为因变量,定义与最大特征值方向一致的特征向量为第一主成分,依此类推,PCA便能通过对几个主要成分的分析,从代谢组中识别出有效信息。主成分分析有助于简化分析和多维数据的可视化,但是该方法可能导致一部分有用信息的丢失。

2.2层次聚类分析法(HCA)

层次聚类分析法也常用于代谢组学的研究中,它是将n个样品分类,计算两两之间的距离,构成距离矩阵,合并距离最近的两类为一新类,计算新类与当前各类的距离。再合并、计算,直至只有一类为止。进行层次聚类前首先要计算相似度(similarity),然后使用最短距离法(NearestNeighbor)、最长距离法(FurthestNeighbor)、类间平均链锁法(BetweengroupsLinkage)或类内平均链锁法(WithingroupsLinkage)四种方法计算类与类之间的距离。该方法虽然精确,但计算机数据密集,对大量数据点进行分析时,更适合选用K均值聚类法(KMC)或批次自组织映射图法(BLSOM),而HCA适合将数据转换为主成分后使用。

2.3自组织映射图法(SOM)

神经网络中邻近的各个神经元通过侧向交互作用相互竞争,发展成检测不同信号的特殊检测器,这就是自组织特征映射的含义。其基本原理是将多维数据输入为几何学节点,相似的数据模式聚成节点,相隔较近的节点组成相邻的类,从而使多维的数据模式聚成二维节点的自组织映射图。除PCA和HCA外,SOM同样也可应用于包括基因组和转录组等组学研究中[23]。最初SOM计算时间长,依靠数据输入顺序决定聚类结果,近年来SOM逐渐发展成为不受数据录入顺序影响的批次自组织映射图法(BLSOM)。由于BLSOM可以对类进行调整,且有明确的分类标准,优化次序优于其他聚类法,已在基因组学和转录组学数据分析中得到广泛的应用。

2.4其他数据采矿方法

除PCA、HCA和SOM外,很多变量分析方法都可用于植物代谢组学的分析。软独立建模分类法(SIMCA)是利用主成分模型对未知样品进行分类和预测,适合对大量样本进行分析;近邻分类法(KNN)和K平均值聚类分析法(KMN)也可用于样品分类;主成分回归法(PCR)或偏最小二乘回归法(PLS)在某些情况下也可使用。然而到目前为止由于还没有建立一个标准的数据分析方法,代谢组学仍然是一门有待完善的学科。

3代谢组学在药用植物中的实践

植物药材来源于药用植物体,而药用植物体的形态建成是其体内一系列生理、生化代谢活动的结果。植物代谢活动分为初生代谢和次生代谢,初生代谢在植物生命过程中始终都在发生,其通过光合作用、柠檬酸循环等途径,为次生代谢的发生提供能量和一些小分子化合物原料。次生代谢往往发生在植物生命过程中的某一阶段,其主要生物合成途径有莽草酸途径、多酮途径和甲瓦龙酸途径等。植物药材含有的生物碱、胺类、萜类、黄酮类、醌类、皂苷、强心苷等活性物质的绝大多数属于次生代谢产物,因此探讨次生代谢产物在药用植物体内的合成积累机制及其影响因素,对于提高活性物质含量、保证药材质量、稳定临床疗效等具有重要意义。孙视等[24]通过对银杏叶中黄酮类成分积累规律的研究,提出了选择具有一定环境压力的次适宜生态环境解决药用植物栽培中生长和次生产物积累的矛盾。王昆等[25]以人参叶组织为材料,总结了构建人参叶cDNA文库过程中存在的一些关键问题和应采取的对策,为今后关于人参有效成分如人参皂苷的生物合成途径及其调控的基础研究提供技术参考和理论指导。最近,美国加利福尼亚大学伯克利分校的Keasling等[26]采用一系列的转基因调控方法,通过基因工程酵母合成了青蒿素的前体物质——青蒿酸,其产量超过100mg/L,为有效降低抗疟药物的成本提供了机遇。经过长期的研究积累,人们对代谢途径的主干部分(为次生代谢提供底物的初生代谢途径)已经基本了解,例如酚类的莽草酸途径,萜类的异戊二烯二磷酸(IPP)途径等。被子植物中一些相对保守的次生代谢途径也得到了很好的研究,如黄酮类、木质素的生物合成与调控。然而,对次生代谢最丰富最神奇的部分——特定产物合成与积累的过程,还所知甚少[27]。

4展望

近年来,代谢组学正日益成为研究的热点,越来越多的人已加入到代谢组学的研究中。随着代谢组学积累的数据和信息量的增大,其在药用植物学各个领域的应用价值也与日俱增。它将不仅能对单个代谢物进行全方面的分析,更能寻找其代谢过程中的关键基因、通过代谢指纹分析对药用植物进行快速分类、进一步研究药用植物有效成分代谢途径以及环境因子对植物代谢和品质的影响与调控机制。

然而依据传统中医药学和系统生物学的指导思想,目前急待解决的是中药种质资源的代谢组学研究和中药体内作用的代谢组学研究。同时,代谢组学在分析平台技术、方法学手段和应用策略等方面相对于其他组学技术还需要进一步发展和完善,还需要其他学科的配合和介入。相信随着更有力的成分分析设备的使用及代谢组数据库的建立,药用植物代谢组学将对中医药学产生深远的影响。

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第2篇：药用植物学的含义范文

摘 要：仲景原方中竹叶剂量以“二把”来描述为模糊剂量，本研究拟在采用文献考证竹叶药物品种的基础上，依据语言学知识、临床实际和竹叶的形状进一步探讨名量词“把”的含义，对竹叶石膏汤中“竹叶二把”进行药物实测研究。研究得出，张仲景竹叶石膏汤中竹叶当属竹亚科，并通过抓取竹叶实测，结合现代方剂学剂量，本课题组推荐“竹叶二把”剂量为10g。

关键词：竹叶二把；伤寒论；竹叶石膏汤；剂量；品种；竹亚科

中图分类号：R222.2文献标识码：A文章编号：1673-7717（2011）03-0478-02

The Textual Criticism And Discrimination Of "Bamboo Leaf 2 Bunches" In

Bamboo Leaf And Gypsum Decoction

LIU Min1, YAN Jun-tang2, LI Yu-hang1, LIU Zhen-quan1, LI Bao-cheng1, LI Cheng-wei1, GUO Shao-ying1

（1 School of Preclinical Medicine of Beijing University of Chinese Medicine，Beijing 100029，China；

2 Library of Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100029，China）

Abstract:In ZHANG Zhong-jing's original formula, the dosage of "bamboo leaf 2 bunches" is not clear. This article discusses the exact sense of "bunche" by knowledge of linguistics, the clinic practice and the shape of the bamboo leaf on the basis of textual research, Furthermore, the researchers actually measure 2 bunches of bamboo leaf in order to obtain the result. Consequently, this article concludes that bamboo leaf in Bamboo Leaf and Gypsum Decoction （Zhuye Shigao Tang） belongs to Bambusoideae, and the dosage of "bamboo leaf 2 bunches" should be 10 grams.

Key words:Bamboo leaf 2 bunches; Febrile Disease on Cold Damage; Gypsum Decoction （Zhuye Shigao Tang） ; Dosage; Species ; Bambusoideae

收稿日期：2010-10-03

基金项目：国家科技支撑计划资助项目（2006BA121B03-12）

作者简介：刘敏（1978-），女，山西霍州人，副教授，博士，研究方向：经方防治常见病、疑难病的研究。

通讯作者：李宇航（1960-），男，北京人，教授，博士，研究方向：经方防治常见病、疑难病的研究。

竹叶甘、淡、寒，功可清热除烦、生津。《神农本草经》载竹叶：“味苦平。主治咳逆上气，溢筋急，恶疡，杀小虫。根，作汤，益气止渴，补虚下气。汁，主风痉痹。实，通神明，轻身益气。”《伤寒论》中竹叶与石膏、半夏、麦门冬、人参、甘草、粳米相伍而成竹叶石膏汤，用于热病后期余热未清、津气两伤的“虚羸少气，气逆欲吐”之证。其中，竹叶配石膏清透气分余热、除烦止渴，人参配麦冬补气养阴生津，半夏降逆和胃，甘草、粳米和脾养胃，全方祛邪扶正兼顾，清而不寒，补而不滞。然而，仲景原方中竹叶剂量以“二把”来描述，以致后学众说纷纭，莫衷一是。因此，开展竹叶剂量的考证、测量研究具有一定现实意义。

1 竹叶与淡竹叶考辨

我国著名气象学家竺可桢根据考古发现指出古代华北曾是温暖湿润、竹子异常繁盛活跃的地区［1］，此论陆续被后来学者证实［2-3］。在很长时期内，我国竹林分布广泛覆盖于南方和黄河中下游的广袤地区，成为世界上竹类资源最丰富、开发和利用竹资源最早的国家之一，被誉为“竹子文明的国度”［4］。因此，竹文化深入渗透到中国经济、政治、生活等各个层面，并被张仲景引入到竹叶石膏汤中作为药用。

《本草经集注》载：“竹类甚多，此前一条云是竹，次用淡苦尔；又一种薄壳者，名甘竹叶，最胜，又有实中竹、竹，并以笋为佳，于药无用”，竹、淡竹、苦竹、甘竹同为药用竹叶的来源，但甘竹叶最佳。晋・戴凯之《竹谱》描述此几种药用竹：“谨按《竹谱》，字音斤，其竹坚而促节，体圆而质劲，皮白如霜，大者宜刺船，细者可为笛。苦竹有白有紫。甘竹似篁而茂，即淡竹也。”表明陶氏所云甘竹与淡竹为同一种竹。唐以后，本草学著作逐渐认为竹叶以淡竹为主要来源，竹、苦竹少有医家提及。如唐・陈藏器《本草拾遗》云：“食疗淡竹上，甘竹次之。”宋・寇宗爽《本草衍义》更是明确：“张仲景竹叶汤，用淡竹”。继之，《证类本草》记载：“淡竹叶，味甘，无毒。主吐血，热毒风，压丹石毒，止消渴”，符合《本经》及仲景所论竹叶的功效特点。明・《本草纲目》载：“竹惟江河之南甚多……大抵皆土中苞笋，各以时而出，旬日落箨而成竹也。茎有节，节有枝；枝有节，节有叶。叶必三之，枝必两之。根下之枝，一为雄，二为雌，雌者生笋。”有学者［5］考证李时珍所描述之竹与淡竹（Phyllostachys nigra var.henonis）、桂竹（Phyllostachys bumbusoides Sieb.et Zucc）、苦竹（Pleioblastus amarus）的形态特点相符。综上，我们认为淡竹Phyllostachys nigra var. henonis应是竹叶石膏汤中竹叶的基原之一，因此选用其作为实测药材的品种来源。

需要明确的是，明以后所云淡竹叶为禾本科禾亚科植物淡竹叶Lophatherum gracile Brongn.的干燥茎叶，与淡竹的竹叶完全不同。《本草纲目》首次记载淡竹叶，“处处原野有之。春生苗，高数寸，细茎绿叶。俨如竹米落地所生竹之茎叶。其根一窠数十须，须上结子，与麦门冬一样，但坚硬尔，随时采之。八九月抽茎，结小长穗。”从此以后淡竹叶进入医家的视野。清・张山雷著《本草正义》：“此非竹类也。生湿地，细茎绿叶.有似于竹，故有此名。四五月间开花如蛾，两面如蛾，两瓣舒展作翅.栩栩欲飞，深碧可玩”。显然淡竹叶其植物形态特征与明以前古籍中记载的竹叶有着显著区别。《药用植物学》将禾本科分为竹亚科与禾亚科。《中药鉴定学》认为，淡竹叶基原属禾亚科，系多年生草本。而取用竹叶的淡竹则属竹亚科，系常绿乔木或灌木。《中华人民共和国药典2005版》仅载淡竹叶1种，目前临床中有将淡竹叶代替竹叶使用的趋势。然而，从性味和功效来看，竹叶甘淡性寒，善清上焦心热而除烦，且其甘寒可化阴而生津；淡竹叶甘淡平，善长清下焦火热并可导热下行而利小便。因此，竹叶石膏汤所用竹叶并不适合完全用禾亚科植物淡竹叶来替代。

2 “竹叶二把”的“把”考辨

“把”，奉义“握，执”，早在汉朝就可用作名量词［6］，称量一手握持的事物，如：“夫腹下之毳，背上之毛，增去一把，飞不为高下”。吕叔湘［7］对量词“把”进行了详尽的概括，其中之一为“可用一只手抓起来的数量（包括用绳子捆起来的东西）”。萧国政［8］认为“把”作此义项解释是由“握”引申而来，其使用依据是用于“握”的手所形成的包围圈。其中又包括两种情况：①“包围”，度量时，手圈成的“容器”把被量对象完全包在里面，如：一把米、两把花生；②“圈围”，侧重手抓握形成的圈，度量时，被量对象集合在一起形成一个整体，手圈可握住这个整体的横截面，如：一把芹菜、一把韭菜、三把稻草、一把粽叶等。圈围的计量对象，一般是能用绳子捆起来的东西，两端通常也能超出手掌。

仲景方中，以“把”作为计量单位的还有艾叶，《惊悸吐衄下血胸满瘀血》柏叶汤中艾叶的剂量为“三把”。竹叶原生形状呈狭披针形，如同韭菜、粽叶等一样，扎成一束、集合在一起被计量也比较符合常理。另外，《伤寒论》存在擘、咀等修治法［9］，由此可以推断，汉代中药炮制方法相对简捷，竹叶采集后，未进行切制而扎“把儿”存放的可能性很大。因此，笔者认为张仲景“竹叶二把”的“把”当从②“圈围”，并开展进一步的实测研究。

笔者选中等身高的青年男性抓取竹叶（采自北京紫竹院公园，经阴干后实测）。如果抓取未经切制的一束竹叶1把，抓取8次，测量结果分别为：5.3g、3.9g、4.8g、4.3g、3.9g、7.3g、4.9g、4.1g、5.2g、5.9g，再取其平均值，可以得出竹叶1把为4.96g，“竹叶二把”则是4.96×29.92g。

3 结 语

综上所述，本研究在采用文献考证竹叶药物品种的基础上，依据语言学知识、临床实际和竹叶的形状进一步探讨名量词“把”的含义，对竹叶石膏汤中“竹叶二把”进行药物实测研究。研究得出，张仲景竹叶石膏汤中竹叶当属竹亚科。抓取竹叶实测，得出“竹叶二把”剂量为9.92g，四舍五入为10g,结合现代方剂学剂量，本课题组推荐“竹叶二把”剂量为：10g。

图1 竹叶图片

表1 现代方剂学所记载竹叶石膏汤用药剂量

（在竹叶品种的采集过程中，得到紫竹院公园管理处翟敬宇、冯小虎的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢！）

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