生态化学计量学在药用植物资源研究中的应用

[摘要]生态化学计量学是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学，是元素平衡对生态交互作用影响的一种理论，主要研究生态过程中化学元素的比例关系。文章介绍了生态化学计量学的概念、理论基础，综述了化学计量学在药用植物资源研究的现状。并且结合近年来生态化学计量学的最新研究进展，指出药用植物的生态化学计量学研究，应着重考虑药用植物化学计量特征与药用植物生长及次生代谢的关系、生物及非生物环境因子与药用植物生态化学计量特征的影响等方向。

[关键词]化学计量特征；元素；动态平衡；中药资源

营养元素维持了地球上所有植物的生命活动[1]。植物体内各元素浓度具有相关性[2]，在植物组织中保持足够的元素浓度和相对稳定的比例对植物的健康生长非常重要[1]。对于药用植物而言，元素不仅影响植物的生长，还通过诱导基因表达、氧化胁迫信号转导影响次生代谢产物的形成[3-4]。

生态化学计量学（ecological stoichiometry）研究多种化学元素在生态过程中的平衡关系[5]，它综合生物学、化学以及物理学的基本原理，是进入21世纪之后生态学在从个体到生态系统的统一化理论（unifying principles）的发展[6]。本文介绍了生态化学计量学的概念、理论基础及其在药用植物资源研究的现状和应用展望，以期为中药资源生态学的发展提供新的思路。

1生态化学计量学的概念与理论基础

化学计量学（stoichiometry）是指研究参加化学反应的物质量或者是化学反应产物质量的科学[7]。生态化学计量学是在生态学背景下，结合生态学和化学计量学的基本原理，研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学，以及元素平衡对生态交互作用影响的一种理论[5，7-8]，主要研究生态过程中化学元素的比例关系[6]。生态化学计量通常指的是有机体的元素组成，早期研究主要强调的是活有机体的主要组成元素，特别是碳（C）、氮（N）、磷（P）的关系[7]。近年，其他元素的生态化学计量特征也逐渐引起了国内外科学家的研究兴趣[2， 9-11]。

动态平衡（homeostasis）理论和生长速率（growth rate hypothesis）理论是生态化学计量学的2个重要的基础理论[12]。动态平衡（或内稳性）理论是指有机体内部的元素计量比不随环境资源的元素计量比的变化而剧烈变化，从而使整个有机体基本保持稳定[7]。动态平衡理论是生态化学计量学的理论基础[13]，各种有机体是否存在一个固定的化学计量比，是目前研究热点之一[14-15]。研究表明，通过调节生物对环境因子的响应，化学计量的动态平衡是生态系统结构、功能和稳定性维持的重要机制[16]。生长速率理论是有机体生态化学计量控制的基本途径，它将细胞内化学物质的分配与个体生物学特征结合，认为生物体必须改变它们的C-N-P比值以适应生长速率的改变，满足RNA合成蛋白质时对P的需求[7，12，17]。

2化学计量学在药用植物资源研究的现状

药用植物在治疗疾病方面发挥着积极重要的作用，不仅在中国十分普遍，在全世界范围也被广泛使用[18]。近年来关于药用植物元素含量测定的研究，在中国[19-20]、印度[21-24]、叙利亚[25]和巴基斯坦[26]等国家均有报道。主要侧重于探讨元素含量是否超过限定标准[27]，以及植株元素含量与环境元素含量的相关性等方面。

Wong等[28]调查了42种中药材中重金属元素的含量，认为药材中重金属的来源与生长环境以及加工储运过程有关。Choudhury和Garg [29]分析了来自印度19个邦的药用植物调料九里香Murraya koenigii中29种元素含量的变化规律，结果发现大多数元素含量受到地理环境因素和当地土壤特性的显著影响。El-Rjoob等[30]测定了约旦部分地区药用植物迷迭香Rosmarinus officinalis及其生境土壤中镉（Cd）、铜（Cu）、铁（Fe）、镍（Ni）、铅（Pb）、锌（Zn）的含量，结果发现植株元素含量与土壤元素含量正相关，且不同植株部位元素含量不同。Han等[31]测定了治疗2型糖尿病的复方中药“金芪”（金银花Lonicerae Flos、黄连Coptidis Rhizoma、黄芪Astragali Radix）元素含量，认为矿质元素本身对药物的降糖效果起到直接或间接的作用。

药用植物元素化学计量学研究，主要采用相关分析、线性判别分析、主成分分析和聚类分析等多元统计分析方法，对测定元素的分布规律进行研究。Wang，Liu [32]，Kolasani等 [33]分别对七叶一枝花Paris polyphylla和用于改善肾功能的50种中药矿质元素含量进行了化学计量学评价。Raic′等[34]对东西伯利亚地区紫睢花Echinacea purpurea进行了多元统计分析，发现植物不同部位矿质元素组成具有显著差异。Raic′和Onjia [35]测定了26种草药中10种元素的含量，并对元素的分布规律进行了化学计量学评估，分析了潜在的重金属污染来源。Karadas和Kara [36]评估了土耳其市场上薄荷Mentha spicata、百里香Thymus vulgaris、姜黄Curcuma longa等9种草药或香料中13种微量元素的含量，研究发现9种植物可以被分为5组，且不同分析方法分组结果一致，表明元素含量在草药和香料中具有规律性。Tokalolu [37]测定了土耳其30种草药中Cu，Fe，Ni，Pb，Zn，钴（Co），铬（Cr），锰（Mn），铷（Rb），锶（Sr）等10种元素的含量以及元素的分布模式，多元分析表明可以测定的草药可以根据元素含量分为3个类群。但目前对于药用植物生态化学计量学研究，即从生态学的角度讨论药用植物化学计量特征的研究尚未见系统报道。

3生态化学计量学在药用植物资源研究的应用展望

推荐访问:计量学 生态 化学 药用植物 研究

---