中藥何首烏全球生態適宜性分析

黃志海 徐 文 張 靖 黃 娟 白俊其 丘小惠

(廣州中醫藥大學第二臨床醫學院，廣州，510006)

中藥何首烏全球生態適宜性分析

黃志海 徐 文 張 靖 黃 娟 白俊其 丘小惠

(廣州中醫藥大學第二臨床醫學院，廣州，510006)

目的：何首烏Polygonummultiflorum野生資源緊缺，無法滿足市場需求，對何首烏進行全球生態適宜性分析，為何首烏的人工栽培提供科學依據。方法：搜集何首烏道地產區、主產區及野生分布區的分布樣點，應用藥用植物全球產地生態適宜性區劃信息系統(GMPGIS)系統對其進行7個生態因子的聚類分析，得到何首烏全球范圍的生態適宜區和潛在人工栽培區。結果：何首烏在世界范圍的生態適宜區域總面積約為780.7萬平方千米，位于69個國家或地區，主要國家包括中國、美國、巴西、烏克蘭、法國等；何首烏在中國的主要適宜區為云南、四川、廣西、湖南、湖北、貴州等省區。不同產區何首烏品質不同。結論：何首烏的全球生態適宜性區域范圍較廣，GMPGIS為何首烏的全球人工栽培提供科學依據。

何首烏；生態因子；GMPGIS；區劃

中藥何首烏為蓼科Polygonaceae蓼屬Polygonum多年生草本植物何首烏Polygonummultiflorum的干燥塊根，為大宗常用中藥，是廣東省立法保護的八大南藥品種之一，1990年版《中華人民共和國藥典》及其后各版均有收載。在臨床應用上，何首烏分為生首烏和制首烏。生首烏味苦、澀、性平，具有潤腸、解毒、截瘧之功效；制首烏味苦、甘、澀，性溫，具有補肝腎、益精血、壯筋骨、烏須發之功效[1]。除了藥用價值外，何首烏還廣泛用于食品、保健、美容、化工等行業。何首烏的市場需求主要來源于野生資源。雖然何首烏在我國為一廣布種，野生資源豐富[2]，然而野生何首烏生長慢、產量低，過度采挖、種質資源退化、生態環境破壞等原因造成何首烏資源緊缺。上世紀80年代，何首烏年產量約為1 000噸，國內基本產銷平衡。2000年起，隨著市場需求增加，何首烏野生資源遭到嚴重破壞，野生何首烏的產量每年遞減15%左右。據估算，20世紀80年代全國何首烏的蘊藏量在20 000噸，90年代銳減至8 000～10 000噸[3]。近年來何首烏用量已經突破1 500噸[4]。在野生資源無法滿足需求的情況下，栽培何首烏將成為市場的主流。

本研究應用中國中醫科學院中藥研究所自主研發的藥用植物全球產地生態適宜性區劃信息系統(Geographic Information System for Global Medicinal Plant，GMPGIS)對何首烏進行全球生態適宜性分析，研究影響何首烏生長分布的生態因子，在全球范圍發現何首烏的適宜種植區，為何首烏的全球人工栽培提供科學參考依據。

1 數據

1.1 何首烏分布點數據 本研究在全球范圍共搜集384個何首烏分布位點信息(圖1)，主要來自于中國，位置涵蓋何首烏道地產區、主產區以及野生分布點，包括個17個省區300多個縣市。其中328個位點信息來自CVH中國數字標本館(http://www.cvh.ac.cn/search)，54個位點信息來自于文獻[5-12]。

圖1 用于GMPGIS分析的何首烏分布點

1.2 生態因子數據 本研究用于何首烏藥材全球生態適宜性分析包括6個氣候數據，其中年均溫(BIO1)、最熱季均溫(BIO10)、最冷季均溫(BIO11)、年均降水(BIO12)數據來自于WorldClim全球氣候數據庫(http://www.worldclim.org/)；年均輻射(BIO20)和用于計算年均相對濕度的月均上午9時相對濕度和月均下午3時相對濕度數據來自于CliMond全球生物氣候學建模數據庫(https://www.climond.org/)；用于何首烏藥材全球生態適宜性分析的土壤數據來自全球土壤數據庫HWSD(http://www.iiasa.ac.at/)。

2 方法

GMPGIS系統以GIS為平臺，首先將與中藥材生長環境相關的生態因子量化成柵格數據結構，采用改進歐式距離算法進行空間聚類分析，然后對藥材適宜產區進行預測。

2.1 數據標準化 GMPGIS系統采用線性標準化方法進行數據標準化處理，將數值歸一化到0～100之間，在進行相似性聚類分析前消除不同量綱的影響，公式如下：

2.2 相似性聚類分析 GMPGIS中采用的聚類分析是以每個空間柵格作為一個聚類對象，n個生態因子數值作為該柵格的聚類條件，每個柵格都可以看成n維空間中的一個點，因此，根據柵格間距離大小，將不同柵格進行空間最小距離聚類，第i個柵格與第j個柵格間距離公式如下：

2.3 柵格重分類 根據距離計算結果[Mindij，Maxdij]，對柵格進行重分類，找出與藥材道地產區具有最大生態相似度的區域。

3 結果與分析

3.1 何首烏生態因子分析 何首烏為多年生草本，生于山谷灌叢、山坡林下、溝邊石隙等環境，其適應性強，分布范圍廣，屬半陰性植物，喜溫暖濕潤氣候，有較強的耐寒性；對土壤要求不高，以土層深厚、疏松肥沃、富含腐殖質、濕潤的沙質土壤為佳[5]?；诤问诪醯姆植键c數據，經GMPGIS系統分析得到何首烏主要生長區域的生態因子數值范圍。見表1。

3.2 何首烏全球生態適宜性分析 基于何首烏的樣點信息，根據所獲得的生態因子值范圍，利用加權歐式距離法計算得到何首烏的最大生態相似度區域分布圖(圖2)。對計算結果進行統計，發現何首烏全球最大生態相似度區域總面積約7 807×103km2，位于69個國家或地區。其中主要國家包括中國、美國、巴西、烏克蘭、法國等(圖3)，何首烏的最大生態相似度區域面積分別為2 490×103km2、1 492×103km2、642×103km2、358×103km2、327×103km2，所占全部面積比例分別為31.9%、19.1%、8.2%、4.6%、4.2%，其余64個國家或地區所占面積比例為32%。見圖4。

3.3 何首烏全國生態適宜性分析 何首烏在我國主要分布于貴州、四川、云南、廣東、廣西、湖南、湖北等省，此外陜西、河南、江西、安徽、浙江、江蘇、甘肅、福建、山西等省亦有少量分布[2]。GMPGIS計算結果顯示，何首烏在我國主要的生態適宜區位于云南、四川、廣西、湖南、湖北、貴州等省份(圖5和表2)。潘石玉等[13]應用最大熵模型預測何首烏地理分布，認為何首烏的當代適生區主要分布于四川、重慶、陜西、廣西、云南、湖北等地境內；陳亞[6]采用GIS直接建模法對何首烏生態適宜性進行分析，結果表明何首烏生態適宜范圍較廣，包括廣東、廣西、云南、貴州、四川、江蘇、湖北、湖南、浙江、福建等省，地理信息系統與生態位模型相結合的方法與此基本相符。本研究所得何首烏在國內的分布預測結果與何首烏自然分布情況、他人研究結果基本一致。

何首烏為廣東省立法保護的八大南藥品種之一。廣東德慶作為何首烏的道地產區，其栽培何首烏的歷史悠久，所栽培何首烏產量高、質量好，被譽為“首烏之鄉”。近年來，德慶縣何首烏種植面積大幅下降，其主產區由南向北、由發達地區到山區轉移[2]。目前人工種植何首烏已初具規模。2005年前，僅在河南、江蘇、湖北、廣東、貴州等省開始一定規模的何首烏人工栽培[7]。貴州省從2000年開始著手地產中藥材GAP種植技術研究，何首烏GAP種植基地建設2004年已通過國家GAP認證。其他產區如廣東、廣西、云南、四川等地也相繼出臺了何首烏人工種植計劃，并建立了一定規模的生產基地[3]。本研究結果提示，在何首烏適宜分布區內多地可考慮開展何首烏的人工種植。

表1 何首烏全球范圍內主要生長區域生態因子值

圖2 何首烏全球最大生態相似度區域分布圖

圖3 何首烏最大生態相似度區域全球主要國家分布面積

圖4 何首烏最大生態相似度區域全球主要國家分布面積比例

圖5 何首烏全國最大生態相似度區域分布圖

表2 何首烏全國最大生態相似度主要區域

4 何首烏品質生態學研究

何首烏主要含有二苯乙烯苷類和蒽醌類成分，是其臨床功效相關的活性成分。《中華人民共和國藥典》(2015版一部)中要求生何首烏中2,3,5,4′-四羥基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷(C20H22O9)不得少于1.0%，結合蒽醌的大黃素(C15H10O5)和大黃素甲醚(C16H12O5)總量不少于0.10%[1]。多個研究對不同產地何首烏的有效成分含量進行檢測，包括不同省份[6-9]，或者同一省份不同地區[10,14]，研究結果顯示，不同產地何首烏有效成分含量差別較大，一些產地何首烏樣品有效成分含量低于藥典要求[15]，表明何首烏質量較差。除直接對有效成分進行檢測外，嚴寒靜和房志堅[16]、羅益遠等[11]對不同產地何首烏的無機元素含量進行了測定，建立何首烏無機元素指紋譜；王凌暉[7]構建了何首烏不同種質資源的DNA指紋圖譜；李帥鋒等[8]建立不同產地何首烏HPLC指紋圖譜；以上研究從不同角度為何首烏藥材的質量控制及安全性評價提供依據。

何首烏在黃河以南各省區均有分布，其分布范圍廣、產區較多。其中“德慶首烏”的道地性為中醫藥傳統所認可，其品質被千百年用藥實踐所證實。現代研究也證實了德慶首烏的優越性：1)蒽醌類、二苯乙烯苷等有效成分含量明顯高于其他產地何首烏；2)藥材生長周期短，德慶首烏栽培1～2年，而其他產地一般需4～5年[17]。我國不同產地何首烏質量差別較大，因此，應對不同產地何首烏藥材質量及相關的生態因子進行全面深入研究，建立不同地域藥材質量標準，在何首烏生長的生態適宜區內篩選何首烏人工種植的較為合適產地，以確保何首烏臨床用藥的有效性和安全性。

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(2017-04-10收稿 責任編輯：徐穎)

Global Ecological Suitability Analysis of Polygonum Multiflorum Thunb

Huang Zhihai，Xu Wen，Zhang Jing，Huang Juan，Bai Junqi，Qiu Xiaohui

(TheSecondAffiliatedHospitalofGuangzhouUniversityofChineseMedicine，Guangzhou510006，China)

Objective:The wild resources of Polygonum multiflorum are scarce，and are unable to meet market demand.Methods:Here we collected its distribution samples in the main producing areas and applied them to Global geographic information system for medicinal plant(GMPGIS)to analyze the optimum producing area of Polygonum multiflorum worldwide.The GMPGIS used seven ecological factors to predict the suitable ecological region and potential artificial cultivation area.Results:Finally，we got the total optimum area of 780.7×104km2for Polygonum multiflorum cultivation，distributed in 69 countries and regions.The main countries are China，USA，Brazil，Ukraine，France and so on.The main producing areas in China are Yun Nan，Si Chuan，Guang Xi，Hu Nan，Hu Bei，Gui Zhou etc.Polygonum multiflorum from different areas show different quality.Conclusion:Through GMPGIS，we got a wide range of ecological suitability of Polygonum multiflorum in the world.It provides scientific basis for the artificial cultivation of this Chinese material medica.

Polygonum multiflorum;Ecological factors;GMPGIS;Zone division

廣東省中醫院專項(編號：2015KT1817)——嶺南中草藥DNA條形碼分子鑒定和生態適宜性研究；中國中醫科學院中醫藥健康服務專項(編號：ZZ0908067)——200余種嶺南中草藥DNA條形碼研究

丘小惠，研究員，研究方向：中藥藥效物質基礎研究，E-mail：gxhqxh@medmail.com.cn

[R282.2]

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2017.05.005