基于中药药效物质“敲出/敲入”辨识模式筛选植物化感物质的思考(1)
[摘要] 该文阐述了植物化感作用的概念、特征及其与其连作障碍危害形成间的关系，并结合课题组前期的研究成果，指出精准鉴别化感物质并验证其生态功能是破解植物连作障碍问题的关键。同时，针对化感物质分离鉴定中的难题，借鉴中药药效物质的研究方法，运用目标成分“敲出/敲入”的中药药效物质辨识与质量控制模式，提出了分离鉴定植物化感物质(群)的新思路和新方法。旨在为深化植物化感作用研究和消减中药材生产中连作障碍问题提供理论依据和技术支撑。
[关键词] 中药材； 连作障碍； 化感物质筛选； 药效辨识模式
[Abstract] This paper clarified in detail the definition， characteristics of allelopathy and its association with consecutive monoculture problem.Most of studies have indicated that it is critical to parse the formation mechanisms of consecutive monoculture problem that identification of allelochemicals and verification of its function. Here， we proposed a new approach to separate and identify the allelochemical group precisely and effectively， in which the "knock-out/in" methods of targeting ingredients in the model of medicinal effect identification and quality control were applied. This method will contribute to deep understanding plant allelopathy， and provide theoretical basis and technical support for alleviating consecutive monoculture problems simultaneously.
, 百拇医药
[Key words] Chinese medicinal material； consecutive monoculture problem； screening of allelochemicals； identification model of target components
化感作用(allelopathy)源于希臘语“Allelon(相互)和“elona(忍受痛苦)”。1984年Rice[1]在《Allelopathy》第2版中对其概念进行了补充和完善，化感作用即植物或微生物的代谢分泌物对环境中其他植物或微生物的有利或不利的作用，而对应的代谢分泌物我们称之为化感物质，化感作用正是通过化感物质的化学生态学行为而呈现出来的。众所周知，探讨环境与生物之间的相互作用是生态学研究的核心，更是化学生态学研究的热点问题，旨在揭示化学物质在有机体种内或种间以及与环境之间的媒介作用及其作用规律。因此，对化感物质的认识及研究有助于阐明生物体与周围复杂环境(尤其是生物环境)之间的深层关系。但是由于化感物质的交互作用、剂量效应等，使得化感物质的分离和鉴定成为研究化感作用无法回避的科学问题[2]。本文提出了基于目标成分“敲出”的药效辨识模式的方法用以筛选植物化感物质，为探明化感物质在植物有机体种内或种间的媒介作用奠定基础并提供科学依据。
, 百拇医药
1 化感物质筛选是破解中药材生产中连作障碍难题的关键
1.1 中药材生产中连作障碍的现状 连作障碍(consecutive monoculture problem)或称重茬问题(replant problem & replant disease)，是指在正常的管理措施下，同一块地连续多年种植相同作物造成作物产量降低、品质变劣、生育状况变差、病虫害频发的现象[3]。这一问题广泛存在于农业生产中，而中药材生产中表现尤为突出。据统计约占70%以上的根部(或根)入药的药用植物都存在不同程度的连作障碍，如连作地黄表现为植株生长不良，块根不能正常膨大，产量和品质明显下降，甚至绝收，而且每茬收获后须隔8～10年后方可再种[3]，人参、西洋参、三七和当归等连作障碍问题同样突出[4-6]。 因此，连作障碍问题研究业已成为当今中药农业可持续发展的战略性课题，也是当前药用植物资源生态学亟待解决的重要内容，成为国内外同行研究的热点[7，11-13]。
1.2 化感物质的介导是药用植物连作障碍形成的主要原因 前期研究表明，中药材生产中的连作障碍问题其成因极其复杂，它涉及土壤理化性质改变、植物体养分吸收受阻、根际微生物群落结构失衡以及植物化感毒害作用等多个方面[7-10]。总之，连作条件下各因素间协同互作造成的根际微生态环境恶化是植物连作障碍形成的重要原因。而越来越多的研究提示化感物质可能是造成植物毒害及土壤微生态环境恶化的“元凶”[14-22]。
化感物质(allelochemicals)是指植物所产生的影响其他生物生长、行为和种群生物学的化学物质，不仅包括植物间的化学作用物，也包括植物和动物间的化学作用物[23]。它主要通过植物地上部分的淋洗和挥发、根的分泌以及植物残体的分解等途径向生态系统中释放，从而影响周围或后茬植物的生长发育[24]。目前，已在地黄、丹参、人参等药用植物的组织和根系分泌物中分离出苯甲酸、肉桂酸和阿魏酸等10多种化感自毒物质，这些物质通过影响离子吸收、水分吸收、光合作用、蛋白质和DNA合成以及基因的表达与调控等多种途径来影响植物生长[6-7，15]。, http://www.100md.com(傅靖 张宝 刘红燕 李明杰 古力 李娟 王丰青 张重义)
[关键词] 中药材； 连作障碍； 化感物质筛选； 药效辨识模式
[Abstract] This paper clarified in detail the definition， characteristics of allelopathy and its association with consecutive monoculture problem.Most of studies have indicated that it is critical to parse the formation mechanisms of consecutive monoculture problem that identification of allelochemicals and verification of its function. Here， we proposed a new approach to separate and identify the allelochemical group precisely and effectively， in which the "knock-out/in" methods of targeting ingredients in the model of medicinal effect identification and quality control were applied. This method will contribute to deep understanding plant allelopathy， and provide theoretical basis and technical support for alleviating consecutive monoculture problems simultaneously.
, 百拇医药
[Key words] Chinese medicinal material； consecutive monoculture problem； screening of allelochemicals； identification model of target components
化感作用(allelopathy)源于希臘语“Allelon(相互)和“elona(忍受痛苦)”。1984年Rice[1]在《Allelopathy》第2版中对其概念进行了补充和完善，化感作用即植物或微生物的代谢分泌物对环境中其他植物或微生物的有利或不利的作用，而对应的代谢分泌物我们称之为化感物质，化感作用正是通过化感物质的化学生态学行为而呈现出来的。众所周知，探讨环境与生物之间的相互作用是生态学研究的核心，更是化学生态学研究的热点问题，旨在揭示化学物质在有机体种内或种间以及与环境之间的媒介作用及其作用规律。因此，对化感物质的认识及研究有助于阐明生物体与周围复杂环境(尤其是生物环境)之间的深层关系。但是由于化感物质的交互作用、剂量效应等，使得化感物质的分离和鉴定成为研究化感作用无法回避的科学问题[2]。本文提出了基于目标成分“敲出”的药效辨识模式的方法用以筛选植物化感物质，为探明化感物质在植物有机体种内或种间的媒介作用奠定基础并提供科学依据。
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1 化感物质筛选是破解中药材生产中连作障碍难题的关键
1.1 中药材生产中连作障碍的现状 连作障碍(consecutive monoculture problem)或称重茬问题(replant problem & replant disease)，是指在正常的管理措施下，同一块地连续多年种植相同作物造成作物产量降低、品质变劣、生育状况变差、病虫害频发的现象[3]。这一问题广泛存在于农业生产中，而中药材生产中表现尤为突出。据统计约占70%以上的根部(或根)入药的药用植物都存在不同程度的连作障碍，如连作地黄表现为植株生长不良，块根不能正常膨大，产量和品质明显下降，甚至绝收，而且每茬收获后须隔8～10年后方可再种[3]，人参、西洋参、三七和当归等连作障碍问题同样突出[4-6]。 因此，连作障碍问题研究业已成为当今中药农业可持续发展的战略性课题，也是当前药用植物资源生态学亟待解决的重要内容，成为国内外同行研究的热点[7，11-13]。
1.2 化感物质的介导是药用植物连作障碍形成的主要原因 前期研究表明，中药材生产中的连作障碍问题其成因极其复杂，它涉及土壤理化性质改变、植物体养分吸收受阻、根际微生物群落结构失衡以及植物化感毒害作用等多个方面[7-10]。总之，连作条件下各因素间协同互作造成的根际微生态环境恶化是植物连作障碍形成的重要原因。而越来越多的研究提示化感物质可能是造成植物毒害及土壤微生态环境恶化的“元凶”[14-22]。
化感物质(allelochemicals)是指植物所产生的影响其他生物生长、行为和种群生物学的化学物质，不仅包括植物间的化学作用物，也包括植物和动物间的化学作用物[23]。它主要通过植物地上部分的淋洗和挥发、根的分泌以及植物残体的分解等途径向生态系统中释放，从而影响周围或后茬植物的生长发育[24]。目前，已在地黄、丹参、人参等药用植物的组织和根系分泌物中分离出苯甲酸、肉桂酸和阿魏酸等10多种化感自毒物质，这些物质通过影响离子吸收、水分吸收、光合作用、蛋白质和DNA合成以及基因的表达与调控等多种途径来影响植物生长[6-7，15]。, http://www.100md.com(傅靖 张宝 刘红燕 李明杰 古力 李娟 王丰青 张重义)