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藥用植物論文:談藥用植物學野外實習實施總結與探討
藥用植物學是中藥學、中藥資源與開發、藥學等專業的一門重要專業基礎課,①該課程的教學包括理論教學、實驗教學、野外實習三個部分,野外實習往往安排在前兩個環節完成之后。我校從上世紀70年代建立中藥學專業之初,即開始該課程野外實習,摸索出一套比較成熟的實施模式,其具體實施主要包括以下環節。
1 野外實習基地的選擇
實習基地的選擇是關系野外實習成功與否的重要前提,合適的實習基地可保障和提高野外實習質量,因此基地的選擇尤為關鍵,可綜合考慮多方面因素,選擇交通設施便利、人為干擾影響較少、基礎資料充實、自然環境優美、藥用植物資源蘊藏量大種類豐富、②便于靈活安排實習路線、具有大規模接待能力的地點。我校曾經先后在湖北神農架、咸寧九宮山、武漢植物園、江西廬山等地進行藥用植物的野外實習,依據以上原則我校最終將廬山作為實習基地。
廬山,位于江西省九江市境內,北臨長江,南靠鄱陽湖,藥用植物資源極為豐富,共有野生和栽培藥用植物242科803屬1859種,其中野生的維管植物171科756屬1027種,包括蕨類植物27科38屬64種,裸子植物7科8屬11種,被子植物137科710屬952種。③常見藥用植物有石松、江南卷柏、紫萁、貫眾、廬山石韋、何首烏、益母草、魚腥草、海金沙、千里光、金蕎麥、杠板歸、孩兒參、黃連、大血藤、箭葉淫羊藿、華中五味子、山雞椒、獨行菜、垂盆草、楓香樹、杜仲、仙鶴草、野葛、鹽膚木、紫花前胡、過路黃、夏枯草、薄荷、栝樓、羊乳、桔梗、朱砂根、野菊、劉寄奴、淡竹葉、天南星、百合、多花黃精、玉竹、粉背薯蕷等。藥用部位包括了所有中藥類型,有根及根莖類、莖木類、皮類、葉類、花類、果實及種子類、全草類、樹脂類等。藥用植物種類幾乎涵蓋了藥用植物學教材中涉及到的所有科。廬山獨特的資源優勢為野外實習的順利和高質量的完成提供了重要保障。
2 野外實習的前期準備
2.1 物質準備
預先整理準備好實習期間所需物品,主要包括教學物品,有《中國高等植物圖鑒》、《廬山植物志》、《藥用植物學》等工具書;標本采集制作過程中所需的枝剪、鋤頭、采集袋、標本紙、標本夾、吸水紙、號牌、GPS、相機等;必要的常用藥品和常用急救醫療裝備;個人生活物品和必要證件等。
2.2 思想準備
實習前組織相關專業學生召開野外實習動員大會,讓學生明確野外實習目的意義和重要性端正實習態度;通報實習期間的基本安排和必要的相關準備;強調組織紀律性,實習過程中要服從紀律聽從安排,展現良好的當代大學生風貌,同時著重加強安全教育,包括生命安全和財產安全,提高學生的安全防范意識。
2.3 人員準備
根據實習情況和有關教學安排,協調好帶教老師,醫生、班主任等人員。根據學生專業、性別、帶隊教師的人數等綜合情況對學生進行實習分組。
2.4 交通工具安排
由于野外實習隊伍較龐大(我校每年有300人左右參與實習),路途較遙遠,挈帶物品較多,所以好中途不要換乘而采取直接由學校到基地的一站式方式,一般宜選擇汽車作為交通工具,便于靈活安排。因此,野外實習之前要提前安排好交通工具,做好乘車安排以及各乘車小組的劃分等。
3 野外實習的教學實施
3.1 野外實習教學內容
我們根據藥用植物學理論教學內容,結合中部地區資源特點,選擇傳統大宗藥材基源植物的識別和采集為主。教學過程中主要以掌握植物識別的基本技能為重點,要求學生掌握兩百余種常見藥用植物的識別特征,在前期理論學習的基礎上、針對實物進一步加強對蓼科、毛茛科、木蘭科、十字花科、薔薇科、豆科、五加科、傘形科、唇形科、葫蘆科、桔梗科、菊科、天南星科、百合科等重點科特征的掌握。同時注重學生觀察能力(對植株特征、生境等的觀察)、種子植物臘葉標本的采集制作以及野外植物資源調查等方面的培養。
3.>，！<2 野外教學方法
對于植物的識別主要從“眼觀”(觀察植物各器官形態特征)、“鼻嗅”(聞植物所散發的特殊氣味)、“嘴嘗”(品嘗植物的味道),以及“手揉”(觸摸感受其質地、厚度、毛茸等)等方面入手,同時將某些方面特征相似容易混淆的科或植物加以區別比較,某些方面相同的特征進行歸類總結,并結合一些口訣、俗語、傳說、故事來激發學生的興致以便讓學生快速掌握常見植物的識別特征。
3.3 野外實習考核
野外實習教學環節結束后,為檢查學生學習效果,都會采取不同的形式進行考核,我校的野外實習考核主要是現場考試,即隨機選取30 種左右常見藥用植物要求學生在規定時間內寫出種名、科名,能獨立完成臘葉標本的制作,同時根據學生實習期間學習態度、組織紀律、團隊精神、實踐動手能力等給出綜合表現成績,按一定比例得出野外實習綜合成績。
4 小結與討論
多年來我們通過不斷地嘗試、總結和變革,已經建立了一套比較成熟的藥用植物學野外實習的教學模式,通過這種模式的實踐教學,可使學生掌握藥用植物形態結構以及分類學的基本知識和技能,識別和鑒定常用藥用植物,并熟悉其藥用部位以及功效;掌握藥用植物標本的采集、制作和保存方法;熟悉不同類型藥用植物的野外分布規律等。同時,激發了學生專業學習興趣,促進了其吃苦耐勞精神和團隊合作意識。
但近年來伴隨著社會發展的不斷變革,在我們野外實習的教學實施過程中也折射出一些新的問題,主要表現在:(1)師資短缺導致實習小組學生人數過多;(2)標本采集造成資源破壞加大;(3)教學計劃中安排的野外實習時間比較集中固定,往往不能很好與大多數藥用植物的花果期吻合;(4)野外實習綜合成績按10%計入本課程總成績中,由于所占比例低,使得部分學生對實習不夠重視;(5)90后學生自我意識強,心理承受能力差,缺乏吃苦耐勞精神等。④這些問題的出現一定程度上影響到野外實習的教學效果,如何通過改革保障藥用植物學野外實習效果,還有待不斷地摸索創新。
藥用植物論文:探討藥用植物臘葉的標本制作
1.標本的制作
1.1標本的壓制
在壓制過程中,比較粗的根和有刺的莖枝,枝刺處要多壓紙,防止高低不平,影響標本質量。在吸水紙上盡量使花、果、枝、葉平展,并且使一部分葉片背面朝上,便于觀察葉背面的特征。壓制花的時候好有一部分側壓,來展示花瓣、花萼、花柄等各部位形態,便于觀察該植物的特征,利于識別。
1.2標本的消毒
藥用植物臘葉的標本制作山東萬杰醫學院劉玉珍[摘要]藥用植物標本是藥用植物學教師教學和科研的一個重要手段和工具,作為一名藥學實驗工作人員,藥用植物標本的制作也是必須掌握的技能,而臘葉標本則是最常見的藥用植物標本。現將藥用植物臘葉標本制作做詳細介紹。[關鍵詞]藥用植物植物臘葉標本制作藥用植物臘葉標本消毒是將標本上的真菌孢子、病毒、細菌、真菌等病原微生物以及各種昆蟲、昆蟲卵殺死,以免損壞標本。常用的是化學法消毒即毒氣熏殺法,消毒箱內放入標本,將氧化硫、敵敵畏、磷化鋁、二溴甲烷等單獨或制成混合液置于玻璃器皿內放入消毒箱,利用毒氣殺死標本上的蟲或蟲卵,熏三天即可。也可用物理法、紫外線消毒法、高壓蒸汽消毒法、沸水浸泡法等[3]。
1.3標本的裝訂
殺蟲后,選擇質量較好的標本進行修剪,可用針線將植物固定在臺紙上或者用透明膠紙固定。通過多年的實踐證明,這樣固定既牢固又節省時間,滿足固定標本的要求。但是,如果使用透明膠帶固定時不能暴曬、著水或者土和,否則標本容易脫落。也可在修剪后將背面涂抹膠水,粘于臺紙上,等膠水干燥后穿線固定,并在左上角或右下角分別貼上野外采集記錄和號簽;脫落的花果及藥用部位要用紙袋裝好后貼在臺紙上;,標本上加蓋一層透明襯紙,以防磨損[2]。
2.保管
標本制作成功后應安排專人保管,長期做好防潮、防腐、防蟲工作,在標本柜放置樟腦丸防蟲,放置干燥劑防潮。但是防潮還要做到通風、向陽,條件允許的情況下要配備抽濕機和空調;藥物周期性熏殺防蟲防腐。此外,標本在放置或取用時,標本與標本之間可能會磨擦使標本某部分破碎或脫落。因此,在取用或放置過程中要輕拿輕放,如果要去取一疊標本中的某一份標本時,必須做到整疊取出,放在平坦的桌上再逐份翻找,切勿從中硬抽。為了更好地保護標本,可用牛皮紙將標本分類夾好。
3.注意事項
采集時不能使葉片受損,要保障葉片的完整性;制作時不能徒手操作,要戴上手套或用鑷子,這樣可以避免留下污點及指紋;盡可能在陽光明媚的天氣下進行;要保障根、莖、葉、花、果實、種子采集齊全;采集記錄填寫完整詳細;有條件的話也可拍下現場生態照片。
4.結語
現在藥用植物標本采集、制作和保管技術都有了很大的提高,因此,為藥用植物標本的采集和保存都提供了很大的幫助。但是,隨著采集地的不斷開拓和采集強度的增加,一個值得讓人深思的問題也隨之出現,這就是采集時對物種破壞和對環境的影響。隨著現代網絡技術的發展,網絡也越來越得到人們的青睞,而且便捷的網絡,還可以節約空間、時間和藥用植物資源,所以合理地運用網絡技術來實現藥用植物標本的采集和使用,應用前景將非常廣闊。
藥用植物論文:藥用植物栽培學實驗教學改革初探
摘 要 本文分析了藥用植物栽培學實驗教學中存在的問題,提出了將幾種藥用植物栽培學實驗教學改革措施運用到實驗教學實踐中,并取得一定的效果。
關鍵詞 藥用植物栽培學 實驗教學 改革
藥用植物栽培學是研究藥用植物生長發育規律,產量、質量構成因素及其與環境條件相適應的調控途徑,以其理論和技術來指導,使藥用作物獲得高產、品質、低耗、高效的一門科學[1]。藥用植物栽培學就是指導藥材生產的學科,實踐性強,實踐教學的過程能強化學生對理論知識的理解和運用,并培養其創新能力和實踐能力。實驗教學是藥用植物栽培學必不可少的教學環節。實驗教學作為高等學校教學體系的重要組成部分,在加強學生的實踐能力和創新意識,實現知識、能力、素質協調發展方面一直發揮著重要作用[2]。
實驗教學是大學教育中非常重要的環節,對培養學生的動手能力、創新能力及綜合素質的提高都起著至關重要的作用[3]。實驗教學水平的高低,直接關系到所培養的人才是否具備從事相關科研的能力,畢業后能否適應社會發展的需求[4]。
廣東藥學院中山校區 2004 年建成,并新開設了中草藥栽培與鑒定和中藥資源與開發兩個中藥學本科專業。藥用植物栽培學分別是上述兩專業學生的必須課和專業限選課,與之發生關系的學科是很多的,有植物形態解剖、生理生化、生態群落、生物學、農業氣象、土壤學、農業化學、農業昆蟲學、植物病理學等。上述學科各自從藥用植物的某一方面,或者從生活環境的某一側面研究與藥用植物生產有關的問題[4]。然而,我校為歷史悠久的藥學院校,沒有農學背景,該科的實驗教學基本上按照傳統的教學模式,將實驗教學看做是驗證課堂理論的方法和輔助手段。這種傳統的實驗教學體制和內容重在培養學生的基礎實驗技能,并通過實驗驗證,鞏固所學的理論知識,在這些方面無疑具有一定的作用。但同時也存在著明顯的不足,主要表現為:(1)實驗教學多為驗證式、被動式,實踐性不強,學生能力培養及素質教育沒有得到很好體現;(2)學生雖然參加了實驗教學中的各項技能學習,但多處于被動地位,該課程在學生簡單看來就是“種地”,學生對該學科的認識不夠深入和科學,導致學生在這方面的創新精神與實踐能力不太愿意表現出來;(3)又因校區建設是逐步完善,實驗室投入不夠多,基礎不夠堅,學生多為4 至 6 人一組開展實驗,獨立操作的時間相對較少;(4) 我校開設藥用植物栽培學實驗整體時間短(32學時),但中藥材生長的周期長,個別生產性實驗結果不能及時、客觀地反映出來,影響實驗教學結果。以上這些弊端導致培養的學生知識面窄,動手能力和解決實際問題的能力不強。
針對上述問題,結合我校人才培養目標,現就藥用植物栽培學實驗課的改革談一些體會。實驗教學內容改革要符合當前形勢發展的需要,發揮地方優勢和專業特色,培養出更多“寬口徑、厚基礎、重實踐”的高素質人才。
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優化實驗教學課程內容實驗教學內容體系的改革必須處理好其與理論教學體系及試驗方法的關系,對實驗教學內容體系進行整體優化,使創新意識和實驗能力的培養貫穿于實驗教學的全過程,提高學生綜合素質。
我們藥用植物栽培學實驗內容有實驗一:種子活力、發芽率、發芽勢測定;實驗二:種子含水量、凈度、千粒重測定;實驗三:種子處理和播種育苗實驗;實驗四:枸杞扦插實驗;實驗五:藥用植物植株性狀考察。其中,有兩個是在室內完成的驗證性實驗,有 3 個是在室外完成綜合性實驗,但是這些還不足以滿足目前的學生培養需求,應對內容進行更新、充實,減少驗證性實驗內容,增加部分綜合性試驗內容。且藥用植物栽培學理論課教材是楊繼祥主編中國農業出版社出版的,該教材主要偏重于北方藥用植物,而對南方藥用植物講述甚少。面對上述問題,我們嘗試把實驗一和實驗二合并,增加一個廣金錢草種子質量標準研究的實驗;把枸杞枝條扦插實驗,改成不同生長調節劑處理廣藿香扦插的設計性實驗;將種子處理和播種實驗與藥用植物植株性狀考察這兩個實驗聯系起來,藥材種子播種后,學生參與日常的栽培管理,讓學生根據給定的實驗任務自行設計方案,獨立進行操作并得出結果。
根據藥材生長的周期長,我們把實驗內容的順序按照時節調配。
在春季三月份,即開學初,做扦插實驗和播種實驗;中間做藥材種子質量標準實驗;學期末做藥用植物植株性狀考察。
學生普遍認為設計性實驗更具有挑戰性,學生上實驗課的積極性有所提高,完成后更具有成就感。我們經過詢問和調查對比發現,學生產生了從被動式灌輸學習方式到主動尋知求學學習理念的轉變。
2 強化實驗場所建設
實驗室、校內外實習基地等是實踐教學的物質條件,就其功能而言,不只局限于技能的傳授和實踐能力的培養,其更大的作用在于成為師生科技創新的基地。因此,提高實驗室儀器設備水平,完善實驗教學的政策、體制保障,是充分發揮實驗教學作用的前提,也是使之與高等學校教育目標相適應的必由之路[5]。
我校以教學評估為契機,充分發揮地理優勢,在校內建設藥圃占地10 余畝,包括野生藥用植物保護區和藥用植物栽培實驗區。野生藥用植物保護區是未經開墾的小山丘,所有植物都是自然生長的,經調查約有 210 種藥用植物,可以豐富學生視野,讓學生“看得見,摸得著”,認識更多的藥用植物,為學生調查藥用植物生長環境提供場所;藥用植物栽培區約 4 畝,由相關專業老師指導,校中藥協會實踐部負責管理,學生可申請一定面積的土地,在自己申請的“一畝三分地”里耕作種植藥材。在教師的指導下定人定區,栽培和管理藥用植物, 如小駁骨、水茄、廣藿香、廣金錢草、何首烏等種植面積較大,還有其他藥用植物,使學生在勞動中自覺觀察比較自己的勞動成果,培養勞動的自覺性和責任感。中藥協會實踐部形成“老”會員對“新”會員進行“傳”、“幫”、“帶”的格局。在此過程中,教師隨時幫助學生解決栽培管理中出現的各種問題。同時為了進一步強化專業技能培養,以便更好地為將來學習,為工作服務,教師還要求學生善于進行知識積累,二年的管理要求有詳細的工作記錄,這些記錄對以后專業課的學習有很好的幫助。
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結合南方特色中藥材生產實際,以藥材 SOP 操作規程模擬中藥材 GAP 種植中藥資源是中醫藥事業和天然藥物產業發展的基礎,也是彰顯中醫藥國際競爭的優勢所在。但長期以來,我國中藥資源無序和不加節制的開發利用,導致野生藥用植物資源逐年減少,部分資源緊缺,甚至瀕臨滅絕[6]。種質資源是中藥材生產的源頭,是品質中藥材形成的物質基礎,故種質的優劣對中藥的質量和產量有決定性作用[7]。
在資源相對較緊張、生態環境日益惡化的今天,實行中藥材GAP種植,對于保障中藥資源的可持續利用,提高栽培藥材質量,改善生態環境和實現人與自然的和諧共處有著巨大而深遠的意義,前景十分廣闊,發展也越來越迅速。
而作為中草藥栽培與鑒定和中藥資源與開發兩個中藥學本科專業的學生勢必了解、學習和研究中藥材GAP種植的相關知識和實踐。
我們選定具有一定研究基礎和代表性的“十大廣藥”之一廣藿香作為實驗研究對象,學生開展廣藿香的GAP 種植實驗。
要求學生參照劉大會等(
2009)中藥材仿生栽培的基本步驟,做一定的改動完成實驗,具體步驟:(1)文獻資料調研,了解選定藥用植物的已研究資料,通過文獻資料檢索, 寫出該種藥用植物的綜述報告, 作為對該中藥材進行GAP 種植的基礎背景資料。(2)產地生態環境和物種生物學特性研究,調研選定對象的野生資源分布區及其生長有優勢品質種群的原生環境的自然生境條件,并對原生環境中藥用植物的生物學特性進行調研。在上述調研和資料收集的基礎上寫出研究報告,為制定藥用植物GAP 種植的技術方案提供依據。(3)藥用植物的生理學基礎研究,對藥用植物野外分布的優勢品質種群開展定點跟蹤調查,并在同前人研究結果比較的基礎上寫出研究報告,進一步為制定藥用植物GAP 種植模式提供技術支撐。(4)生產基地的選址,在文獻資料收集和實地調研的基礎上,遵循可操作性原則,進行中藥材 GAP 種植基地的選址。(5)制定栽培技術方案,在前面工作的基礎上,進一步參閱農作學、園藝學、設施農業學、植物生理學、生態學、植物保護學、肥料學、藥用植物學、藥用植物栽培學、植物化學和管理學等各專業學科的相關知識,結合種植基地的自然和社會條件,因地制宜、注重實效,設計并制定該種藥用植物 GAP 種植的具體技術方案與實施方案。(6)基地建設和栽培技術的實施與完善,根據上述藥用植物 GAP 種植的技術方案,開展種植基地的建設,建立藥材田間復合生態系統,實施各栽培技術方案,驗證并記錄栽培技術方案各步驟的實施效果,并根據田間實施效果對栽培技術方案進行不斷補充、修改和完善。同時,從藥材質量、產量及經濟和生態等方面進行中藥材 GAP 種植的效益分析,制定藥材生產的質量標準,并撰寫栽培技術總結報告。(7)操作規程(SOP)的制定,根據上述 6 個操作步驟,制定出中藥材GAP 種植的標準操作規程(SOP)[8]。
在整個過程中,學生學習和應用成為一個統一的過程。
在學習中,學生更能體會到中藥材 GAP 種植是今后中藥材生產的主要模式,在掌握實驗技術的同時,科研實驗能力和論文寫作水平也相應提高。開展廣藿香的 GAP 種植實驗后,學生從試驗設計到實驗實施直到撰寫論文獨立完成該課題,可以激發學生的探求心理,培養科學研究意識,同時應用實驗技術和方法進行科學研究的能力也得到了提高。
實驗結束后組織學生總結分析,提出實驗中遇到的問題、發現的現象,共同討論和總結,不僅提高了學生的知識水平,拓寬了學生的視野,而且為今后研究工作打下基礎。
這種結合實踐的討論,對于引發學生的科研興趣和求知欲也很有好處。通過開展像廣藿香的 GAP 種植這種研究式綜合性實驗,學生人人都可參與,人人都必須參與,解決在實驗室開展實驗時,學生“人為滿患”的問題,有利于充分發揮學生的主觀能動性,有利于培養學生創造性思維和獨立工作的能力。
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結合大學生創新性實驗計劃,引導學生開展藥用植物栽培學科學前沿的研究創新性計劃實施的主體是學生,一個創新項目的實施,往往一個人是難以完成的,更多的是依靠集體智慧,需要一個穩定高效的團隊[9]。
例如,我們考慮到苦參生長的周期長,在組建科研小團隊時,成員一、二、三年級學生都有,經過查閱文獻,了解中藥栽培學的科學前沿,結合本校實際,在實驗條件滿足的情況下,我們選定研究課題為《苦參的引種實驗》。實驗過程中,老師對學生進行的每一項工作進行跟蹤監控,及時解決學生遇到的問題,定時檢查學生項目的完成情況,對于學生取得的結果,要求學生及時地分析數據,討論實驗結果的科學性。一方面培養了學生的創新思維、提高了學生的綜合能力;另一方面也可以解決藥用植物栽培學實驗教學中實驗時間的限制,學生可以有更大空間學習和研究藥用植物栽培學的科學前沿,可以更好地提高學生的專業水平和科研能力。
總之,以上
4 種措施運用于藥用植物栽培學實驗教學中,取得了一定的積極效果。但在今后的實驗教學中,學校將繼續以培養學生動手能力、學生興趣和創新能力、提高學生綜合素質為目的,緊扣中藥材生產的實際和科學前沿,與時俱進地更新實驗教學內容,不斷改進實驗教學方法和手段,為學生創造更好的實驗條件和平臺,以保障實驗教學效果和教學質量的提高,培養出更多“寬口徑、厚基礎、重實踐”的,符合社會生產需要的高素質人才。
藥用植物論文:深化學生藥用植物學技能鍛煉
高職教育是與普通高等教育并列的一種新的高等教育類型,它與普通高等教育較大的區別是人才培養目標不同。高職教育的目標是培養生產、建設、管理、服務及時線的高等技術應用型人才,這類人才應掌握必要的理論知識和較強的實踐技能[1,2]。對于理論教學的要求是“以應用為目的,以必需、夠用為度”,更注重學生實際動手能力的培養。藥用植物學是一門實踐性很強的專業基礎學科,其操作技能的掌握對學習后續課程生藥學、中藥學等至關重要[1]。如何培養學生的動手操作技能,需要不斷地探究和實踐。本文就如何在“練”字上下功夫,培養學生的藥用植物學實踐技能,談談我們的一些做法。
1以技能掌握為目的,開展理論教學
藥用植物學是利用植物學中的形態、構造及分類學的知識和方法來研究藥用植物的分類鑒定、藥材鑒別,進而調查藥用植物資源、整理中草藥種類,包括形態、解剖和分類學三大部分[2,3]。藥用植物學可為生藥品質評價的研究奠定基礎。生藥品質評價所采用的四大鑒定方法,即分類學鑒定、性狀鑒定、顯微鑒定及理化鑒定,前3種方法所用到的理論及實踐基礎知識均滲透在藥用植物學這門課程中,因此,藥用植物學的教學效果直接影響學生對生藥學課程的學習及鑒定中藥的能力[4]。但目前學生在校時間短,課程的教學時數少,因此,更要加強理論教學與實踐操作的結合。為此,筆者根據學生必須掌握后續課程的必備技能要求進行課堂理論教學。如針對生藥學及我國藥典中要求每味中藥材都有顯微鑒別,在藥用植物學的教學中就重點讓學生掌握相關的基礎知識,如細胞、組織、根、莖、葉的構造等。由于教材的理論性較強,我們還對教材內容做出必要的修改。如學習植物細胞時,教材對植物細胞的顯微和亞顯微構造做了大篇幅的介紹;而細胞后含物內容所占的比例較小,但在生藥鑒定的實際操作中,顯微及粉末鑒別中涉及最多的內容卻是細胞后含物。為此,我們在教學中對教材內容作了適當調整。如針對近60%的中藥材(包括人參、大黃、天麻等)的鑒別都用到內含物中草酸鈣結晶這一現象,在教學中除介紹草酸鈣的形成、類型、作用等基本知識外,還結合有關研究資料對草酸鈣結晶的藥材組織(細胞)中的分布、鑒別特點等進行詳盡介紹,以強化理論教學與實踐操作的緊密結合,為學生能真正掌握中藥鑒定方法奠定理論基礎。
2“練”字當頭,掌握必需的專業技能
藥用植物學的專業技能基本功應包括三大部分,即植物的外部形態觀察、植物器官的顯微結構和藥用植物種類的識別[4]。外部形態觀察包括根、莖、葉、花、果實、種子六種植物器官的外部特征,對于這部分的教學,教師除充分利用各種教學媒體外,還利用實物教學,用新鮮的植物材料或制成的標本進行實物訓練,可達到事半功倍的效果。利用新鮮植物教學時,教師應盡可能采集新鮮的、具代表性和典型性的標本,保持其自然體態。有些實物也可要求學生事先采集或收集,配合教師課堂教學。如在講授葉的組成和形態時,要求學生先采集各種各樣的葉、枝條,課堂上根據教學內容分別辨認葉形、葉脈、單葉、復葉、葉序等;在學習花時,要求學生收集各種類型的花,配合教師授課,在觀察的基礎上,用列表的形式判別其類型、特點等。另外,我們還要求學生采集和壓制各種葉的形態、脈序、葉序、單葉和復葉,各種類型花的臘葉標本,并將好的作品進行展示,從而激發學生的學習興趣。植物器官的顯微結構是藥用植物學的教學重點,在生藥學的生藥鑒定中,借助顯微鏡對生藥材進行顯微鑒定,是學生必須掌握的專業基本功。為使學生能真正掌握藥用植物器官的顯微鑒定方法,我們主要采取兩種方法:一是利用多媒體教學,用數碼相機把教學中需要的顯微部分或解剖部分拍攝下來,配合課堂教學。如在講解細胞后含物時,我們將馬鈴薯、半夏、浙貝中的淀粉粒,大黃、黃柏、半夏、地骨皮、射干中的結晶,都用照片展示出來,讓學生直接觀察。二是利用實驗課把植物解剖與顯微實驗相結合,讓學生對照顯微鏡下生動逼真的物像加以理解掌握;通過鏡下觀察,要求每位學生將觀察到的物像描繪成較的顯微結構圖;經過反復觀察、繪圖,學生能透徹地理解各器官的內部組織構造和特征,從而真正掌握藥材顯微鑒定的專業技能。利用植物分類學知識識別當地常見的中草藥是學生理論聯系實際,真正掌握本學科技能的重要組成部分。由于涉及的科較多,而課時又相對較少。針對這種情況,可以把藥用植物種類較多的科作為重點來講,對于藥用植物種類少的科,則要著重突出該科的特征,尤其是要抓住這些科最獨特的特征來理解。如要求學生掌握豆科植物的關鍵識別特征:“花冠蝶形,二體雄蕊,子房上位,邊緣胎座,莢果。”唇形科植物的特征“:莖四棱,葉對生,輪傘花序,唇形花冠,小堅果。”十字花科的特征:“十字花冠,四強雄蕊,角果。”在記住科的關鍵識別特征的基礎上,帶領學生走進標本室觀察藥用植物標本;走出課堂,實地觀察野外自然生長的藥用植物,通過標本的采集和制作等一系列實踐活動,既鞏固了理論知識,又掌握了必備的中草藥鑒別技能。
3強化實驗課上的“練”
實驗課的訓練是強化學生基本技能的主要手段。實驗課的教學內容應緊密結合實際工作需要,對基本技能、基本知識的安排要有系統性[4],我們主要安排了以下5方面的實驗教學內容(:1)光學顯微鏡的使用:學會使用和維護光學顯微鏡。(2)植物的細胞:會徒手制作橫切片、粉末片等臨時標本片,能辨認細胞的基本結構及其特化現象、細胞中的營養物質和晶體的形態、類型。(3)植物的組織:會辨認5種成熟組織的類型及維管束的組成、類型。(4)種子植物的器官:會識別六大器官的組成、形態、顯微構造、類型及變態類型、葉序、花的組成、花和花序的主要類型、果實類型、種子形態結構、種皮特征。(5)各類生藥:會識別植物重點科的特征;能辨認各常用生藥標本;能對麻黃、大黃、黃連、肉桂、甘草、番瀉葉、黃柏、蒼術、紅花、茯苓、五味子、半夏、金銀花等進行顯微鑒別。此外,我們還在實驗中加強了學生繪圖能力的培養,繪圖能、形象生動地記載藥用植物的結構和特征,具有文字記錄無法替代的作用,是學習藥用植物形態解剖時必須掌握的技能技巧,也是學習掌握生藥顯微鑒定技術的必備基本功之一。學生通過獨立完成實驗來驗證所學的基本知識、基本理論,強化了自身基本技能,培養了動手操作能力、觀察能力、識別能力和顯微繪圖能力,提高了綜合素質。為讓學生有更多的時間強化練習,我們除了在規定的實驗學時外,還開放實驗室為學生提供藥材標本和實驗材料,使學生有更多的機會接觸藥材,動手操作和練習,進一步提高了學生的綜合實驗能力。
4建立有效的評價體系,加強和鞏固學科技能的“練”
有效的實踐技能評價應具有診斷、強化、甄選、發展、教育、激勵和賞識等功能,構建嚴格的實踐技能評價體系能提高和鞏固學科技能“練”的質量[1]。為此,藥用植物學實踐技能的評價應從學生實驗技能、基本素質、創新能力等方面進行考核。通過綜合評價,引導學生重視課程學習,自覺地強化訓練實踐操作能力。為此,我們先明確學生應掌握的實踐技能的考核標準及所占學分比例,然后采取筆試、實驗操作考核、標本制作和識別等手段進行評價。在加強階段性考評的同時,將傳統的閉 卷考核與實驗技能考核相結合。階段性考評分為兩部分:一是對每位學生進行約10分鐘的知識點考核,主要考查學生對基本操作技能重要知識點的理解和掌握;二是進行平時的實驗考評,主要是考查學生的操作技能。對每次的實驗報告進行打分、評述,使學生掌握正規化的實驗操作技能,培養學生正規的實驗操作習慣和嚴謹、細致、科學的工作作風。期末考試采用理論筆試和實驗考試兩種形式。在筆試試卷中,把實踐操作的知識點和重要的操作步驟以理論題的形式讓學生解答;實驗考試主要考查學生對實驗技能和技巧的掌握,通過量化指標,了解學生獨立完成實驗操作的能力和科學態度。具體做法:設計一套藥用植物學實驗考試題,考試內容含蓋形態學、解剖學和分類學等實驗內容,從藥用植物形態特征、顯微結構的查找和確認到藥用植物蠟葉標本的識別等。如讓學生對一株植物根、莖、葉類型進行描述,考查學生對形態描述的知識和能力;讓學生對幾種植物所屬科的主要特征進行描述,考查學生對植物分類的掌握程度。通過光學顯微鏡讓學生用指針指出藥用植物的細胞、組織或草酸鈣晶體及石細胞等,考查學生對顯微鏡的操作熟練程度和植物解剖學的基礎知識等。總之,以就業為導向,以能力為本位,強化藥用植物學教學技能中的“練”,是職業教育中藥用植物學教學的一項重要任務[1],只要我們行動起來,扎扎實實做好教學改革,必將實現職業教育的新跨越。
藥用植物論文:天目山藥用植物中國特有屬的初步研究
【摘要】 對天目山特有屬的物種組成、地理分布及藥用價值等特點進行分析,并對天目山藥用植物特有屬形成的原因及其在區系研究中的地位進行了討論。
【關鍵詞】 藥用植物;天目山;藥物資源;藥材分布
當植物分布范圍有一定限制時,表現為特有現象,即某一地區特有屬或種的分布。特有現象的程度因其歷史和自然條件等方面的不同而有著較大的差異。特有現象的研究,對于探討某一地區植物區系的組成、性質和特點,了解其植物類群的起源、演化發展及親緣關系都有十分重要的意義[13]。天目山植物資源豐富,據本底調查,已知的高等植物有2160種,脊椎動物341種,昆蟲4000多種[4]。區內特有成分復雜,在藥用植物區系中,分布中國特有屬14屬[5]。本文就天目山自然保護區藥用植物中國特有屬以及特有種的地理分布、藥用價值及特點進行分析,以期進一步探討天目山自然保護區藥用植物區系的特點。
1 自然概況
1.1 地理位置
西天目山位于浙皖兩省交界,約N30°18′30″~30°24′55″,E191°23′47″~191°28′27″,面積4284hm2。地處東海之濱,浙江省西北部臨安市境內,距杭州市94km,主峰仙人頂,海拔1506m,為浙江西北部主要高峰之一。
1.2 地形地貌
天目山脈為從西北向東南走向,地形變化復雜,地表結構以中山-深谷、丘陵-寬谷及小型山間盆地為特色。有多個1000m以上的山峰,河谷深至700~1000m,峭壁突起、怪石林立、峽谷眾多。
1.3 氣溫
天目山自山麓禪源寺至仙人頂,年平均氣溫14.8~8.8℃,7月平均氣溫28.1~19.9℃,1月平均氣溫3.4~2.6℃,極端較高氣溫38.2~29.1℃,極端低氣溫-13.1~20.2℃。年降水量1390~1870mm,年平均相對濕度76~81%。
1.4 土壤
天目山土壤可分為紅壤(600~800m以下)、黃壤(800~1200m)、棕黃壤(1200~1500m)以及紅色、黑色、幼年石灰土6個土類。良好的森林植被產生了深厚的腐殖質層,有機質含量高,土壤肥沃。
這些獨特的自然條件,孕育著豐富的植被類型,有地帶性植被中亞熱帶常綠闊葉林,有中亞熱帶向北亞熱帶過度的常綠、落葉闊葉混交林和落葉闊葉林,山頂有落葉矮林,還有柳杉、金錢松等特色植被,也為眾多藥用植物的生存繁衍創造了良好的自然條件。據初步研究調查,共有野生藥用種子植物1107種(包括種下分類單位),隸屬于130科571屬,約占浙江省藥用植物154科的84.4%,770屬的74.2%和1630余種的67.9%,說明本區在浙江藥用植物區系中具有重要地位[56]。
2 中國特有屬的物種組成
在天目山藥用植物區系中,中國特有屬14屬,隸屬于14科,其中裸子植物2科,雙子葉植物10科,單子葉植物2科。銀杏科Ginkgoaceae、杜仲科Eucommiaceae為中國特有科。這些特有屬中單型屬居多,有銀杏屬等11屬,占天目山藥用植物特有屬中的79%;含2~5種的少型屬有蠟梅屬和盾果草屬2屬;5種以上的多型屬只有八角蓮屬1屬。多數單種屬或少種為原始或古老的殘遺屬[57]。這是本區藥用植物特有屬的一個顯著特點,也說明本區植物區系的古老性。特有屬藥用植物生活型的多樣性反應了這些物種與環境之間的關系。在14個屬中,主要為多年生草本和落葉喬木。其中,多年生草本和落葉喬木各5屬,分別占36%;落葉灌木3屬;1年生草本僅1屬。物種組成和生活型如表1所示。表1 天目山自然保護區藥用植物特有屬的物種組成及生活型統計(略)
3 藥用植物中國特有屬分析
3.1 天目山藥用植物中國特有屬的地理分布特點
按照地勢的不同,我國山地可分為低山(500~1000m)、中山(1000~3500m)、高山(3500~5000m)[8]。從表2可以看出,本區的中國特有屬植物主要分布在中山,有10屬,占總屬數的72%,其次是分布在低山,有4屬,占總屬數的28%,未有高山分布。這說明中國特有屬的垂直分布是集中在一定的海拔區域,高海拔區域的自然條件惡劣,特有成分的生長也會受到抑制[1]。同時木本特有植物生長的上限海拔高度沒有草本特有植物高,究其原因,可能與低海拔區域的水熱條件優越有一定的關系。總的來說,具有適當隔離、水熱條件較好的海拔區域是特有屬分布集中的區域[2]。
3.2 與鄰近地區的相關性
根據鄭朝憲[9]的研究發現,西天目山與黃山構成了中國特有屬的八大分布多度中心之一,由此可見浙江西天目山在研究中國種子植物特有屬的地位及其重要性。從表2來看,天目山與鄰近省區的關系聯系的密切程度(共有屬)依次是:安徽>江西>湖北>江蘇>福建>湖南>河南>廣東>山東。也就是說,本區與江西和安徽的聯系最密切,特有屬的相似性系數較高,其次是湖北和江蘇,它們都屬于我國亞熱帶地區,而與廣東和山東的相似性系數低。表2 天目山自然保護區分布的中國藥用植物特有屬(略)
3.3 中國特有屬的分布區類型
根據吳征鎰教授的屬地理成分劃分標準[10],西天目山藥用植物571屬可歸屬于15種分布區類型,主要以溫帶、亞熱帶區系成分特征顯著[5]。而按照李錫文[11]關于中國種子植物科的分布區類型的劃分系統,本區中國特有屬14屬,其所在科的區系類型如表3所示,其中,北溫帶分布共6科,占總科數42.9%,其次是泛熱帶分布有3科,占21.4%。以上統計結果表明,天目山藥用植物北溫帶性質明顯,熱帶性質也有相當的優勢,體現出本區區系的熱帶性質到溫帶的過渡性特點,但它不是各種性質的區系成分的簡單“混合體”,而是與區系的原生性質密切相關。表3 天目山自然保護區藥用植物特有屬所歸科的區系分布(略)
3.4 起源古老,新老特有屬并存
在系統發生上,古特有屬多。裸子植物中有二迭紀的銀杏屬、第三紀建立的金錢松屬;被子植物中的血水草屬、杜仲屬、八角蓮屬、牛鼻栓屬、香果樹屬和青錢柳屬等6屬均為第三紀古熱帶植物的孑遺或更古老的成分;而盾果草屬、獨花蘭屬等都是第三紀后發生的特有屬,從而形成了新老特有屬并存的格局。這說明天目山自然保護區的古老性,也反映了其復雜的環境條件對一些新特有屬的發生分布具有一定的作用。
3.5 特有屬的藥用價值分類
天目山藥用植物特有屬的藥用價值如表4所示,其中清熱解表類藥有4種;補益安神類有3種;祛風除濕類和理氣活血類藥各2種,還有驅蟲殺蟲類、祛寒類和祛痰類各1種。從目前的各項研究也表明了它們在化學成分和藥理活性物質方面的多樣性。銀杏葉中黃酮類化合物抗心血管病作用;杜仲樹皮含環烯迷萜類化合物等;八角蓮屬大多數種含鬼臼毒素及其衍生物,可抑制癌細胞增殖[3]。易醒[12]等從胡桃科青錢柳的葉中已分離出20種單體化合物。其主要甜
味成分為三萜皂苷,有降壓、降血脂、降血糖作用,并能增強機體免疫力,抗衰老等。隨著這些植物的化學和藥理作用的深入研究,相信陸續有更多的發現。表4 天目山藥用植物特有屬的藥用價值(略)
3.6 珍稀瀕危植物物種豐富,還有不少天目山特有的藥用植物
天目山植物中,列入1999年國務院批準公布的《國家重點保護野生植物名錄(及時批)》的國家重點保護野生植物有17種,其中一級保護的3種,二級保護的14種[13]。此外,被列入1991國家環保局與中科院植物所合著的《中國植物紅皮書》的珍稀瀕危植物有18種(不計與上重復的種類)[14]。據不統計,這些珍稀瀕危植物中,為常用的藥用植物至少不下14種。此外,本區尚有24種天目山特有種,其中具有藥用價值有8種,分別是:天目金粟蘭Chloranthus tienmushanensis、天目山蘭Peristrophe tianmuensis、天目蝎子草Girardinia chingiana、天目槭Acer sinopuppurasens 、天目薊Cirsium tianmushanicum、天目貝母Fritillaria monantha、天目續斷Dipsacus tianmuensis和天目鳳仙花Impatiens tienmushanica),可見天目山自然保護區是一個珍貴的基因寶庫。
4 結論
天目山部級自然保護區分布中國特有屬14屬,隸屬于14科,其中木本屬8屬,草本屬6屬,集中分布中山和低山。這些特有屬中單型屬居多,有11屬,占天目山藥用植物特有屬中的79%。從天目山與鄰近省區特有屬的相似系數來看,本區與江西和安徽的聯系最密切,它們都屬于我國亞熱帶地區。從特有屬所在科的區系類型分析,天目山藥用植物北溫帶性質明顯,熱帶性質也有相當的優勢,體現出本區區系的熱帶性質到溫帶的過渡性特點。它們起源古老,新老特有屬并存,其藥用價值主要有清熱解表類藥和補益安神類。此外,天目山還有國家重點保護的珍稀瀕危植物植物52種,另有24種天目山特有種,其中具有藥用價值有8種,可見天目山自然保護區是一個珍貴的藥用植物寶庫。
藥用植物論文:藥用植物代謝組學的研究進展
【摘要】 從技術步驟、分析方法以及實際應用三個方面對當前藥用植物代謝組學研究領域的一些理論問題和實踐中面臨的挑戰進行綜述。
【關鍵詞】 藥用植物;代謝組學;功能基因組學
代謝組學是對生物體內代謝物進行大規模分析的一項技術[1],它是系統生物學的重要組成部分(如圖1所示),藥用植物代謝組學主要研究外界因素變化對植物所造成的影響,如氣候變化、營養脅迫、生物脅迫,以及基因的突變和重組等引起的微小變化,是物種表型分析最強有力的工具之一。在現代中藥研究中,代謝組學在藥物有效性和安全性、中藥資源和質量控制研究等方面具有重要理論意義和應用價值。另外,在對模式植物突變體文庫或轉基因文庫進行分析之前,代謝組學往往是首先考慮采用的研究方法之一。目前,國外已有成功利用代謝組學技術對擬南芥突變株進行大規模基因篩選的例子,這為與重要性狀相關基因功能的闡明和選育可供商業化利用的轉基因作物奠定了基礎。
圖1系統生物學研究的四個層次 略
目前,還有許多經濟作物的全基因組測序計劃尚未完成,由于代謝組學研究并不要求對基因組信息的了解,所以在與這些作物有關的研究領域具有更大的利用價值,這也是其與轉錄組學和蛋白組學研究相比的優勢之一。代謝組學研究涉及與生物技術、分析化學、有機化學、化學計量學和信息學相關的大量知識,Fiehn[2]對代謝組學有關的研究方向進行了分類(見表1)。
1代謝組學研究的技術步驟
代謝組學研究涉及的技術步驟主要包括植物栽培、樣本制備、衍生化、分離純化和數據分析5個方面(見圖2)。
1.1植物栽培
對研究對象進行培育的目的是為了對樣本的穩定性進行控制,相對于微生物和動物而言,植物的人工栽培需要考
表1代謝組學的分類及定義 略
慮更多的問題,如中藥材在不同年齡、不同發育階段、不同部位以及光照、水肥、耕作等環境因素的微小差異都可引起生理狀態的變化,而這些非可控及可控雙重因素的影響很難進行的控制,從而影響藥用植物代謝組研究的重復性。為了解決以上問題,推薦使用大容量的培養箱[3],定時更換培養箱中栽培對象的位置,以及使用無土栽培技術等,Fukusaki E[4]利用無土栽培系統將水和養分直接引入植物根部,并且對供給量進行地控制,大大提高了實驗的重復性。
1.2樣本制備
為了獲得穩定的實驗結果,樣本制備需要考慮樣本的生長、取樣的時間和地點、取樣量以及樣本的處理方法等問題,并根據分析對象的分子結構、溶解性、極性等理化性質及其相對含量大小對提取和分離的方法進行選擇,逐一優化試驗方案。Maharjan RP等[5]用6種方法分別對大腸桿菌中代謝產物進行提取,發現用-40℃甲醇進行提取的效果好。現階段代謝組學的分析對象主要集中在親水性小分子,尤其是初級代謝產物,氣相色譜質譜聯用(GCMS)和毛細管電泳質譜(CEMS)聯用都是分析親水小分子的重要技術。Fiehn O等[6]使用GCMS對擬南芥葉片中的親水小分子進行了分析,發現酒石酸半縮醛、檸蘋酸、別蘇氨酸、羥基乙酸等15種植物代謝物。
1.3衍生化處理
對目標代謝產物的衍生化處理取決于所使用的分析設備,GCMS系統只適合對揮發性成分進行分析,高效液相色譜法(HPLC)一般則使用紫外或熒光標記的方法對樣本進行衍生處理,Blau K[7]對酯化、酰化、烷基化、硅烷化、硼烷化、環化和離子化等衍生方法進行了詳細的說明。然而離子化抑制常使得質譜分析過程中目標代謝產物的離子化效率降低,這主要是由于分離過程中污染物與目標代謝物難以分離開所引起的,優化色譜分離時間可有效緩解離子化抑制,然而在實際操作中不可能對上百種代謝產物的分離時間進行優化,利用非放射性同位素稀釋法進行相對定量可以很好的解決該問題。Han DK等[8]應用同位素編碼的親和標記(ICAT),根據經誘導分化的微粒蛋白及其同位素標記物的峰面積比,對該蛋白的相對含量進行分析。Zhang R等[9]發現同位素標記技術也可用于代謝組學的研究,但是卻存在許多困難。活體的同位素標記方法對于同位素的洗脫是一種非常有潛力的技術,目前關于使用34 s的研究已有報道[10]。
圖2代謝組學研究技術步驟 略
1.4分離和定量
分離是代謝組學研究中的重要步驟,與質譜聯用的色譜和電泳分析技術都是使用紫外或電化學檢測的方法進行定量,其對代謝組數據的分辨率與定量能力都有一定的影響。Tomita M等[11]總結了各種色譜分離法中經常遇到的技術問題,認為毛細管電泳和氣相色譜法由于具有較高的分辨率,已成為代謝組學研究的常規技術手段之一,液相色譜因其適用范圍廣,應用也相當廣泛。
Tanaka N等[12]用高效液相色譜對樣品進行分離,認為使用硅膠基質填充毛細管整體柱的高效液相色譜系統具有用量少、靈敏性高、低壓降高速分離等優勢;同時,Tolstikov V等[13]也使用硅膠填充的毛細管液相色譜方法對聚戊烯醇類異構體進行了有效分離,獲得了很好的分辨率。Tanaka N等[14]發現二維毛細管液相色譜法的分辨率比傳統的高效液相法高10倍。相對于其他色譜方法而言,超臨界流體色譜(SFC)是分離疏水代謝物具潛力的技術之一,特別適用于分離那些傳統HPLC難以分析的疏水聚合物,Bamba T等[15]通過SFC對聚戊烯醇進行分析,證明其具有較好的分離能力。針對質譜中存在的共洗脫現象,Halket JM等[16]發明了一種適用于GCMS的反褶積系統,對共洗脫的代謝產物進行分離與識別。Aharoni A等[17]使用傅立葉變換離子回旋共振質譜(FTICRMS)對非目標代謝物進行分析,快速掃描植物突變樣品,獲得了一定量的代謝成分。
與分離一樣,定量能力也是代謝組學研究中的重要因素,其取決于各分析系統的線性范圍。傅立葉轉換核磁共振(FTNMR)、傅立葉紅外光譜(FTIR)以及近場紅外光譜法(NIR)等技術由于敏感性低,重復性受共洗脫現象影響較小也被用于檢測中。近年來,FTNMR技術常被用于植物代謝組的指紋圖譜研究 [18],但由于NMR分析需要樣品量較大,分析結果易受污染,Griffin J L [19]發現將統計模式識別與FTNMR相結合可以對代謝物進行分析。除FTNMR之外,FTIR通過對有機成分的結構進行常規光譜測定,也可適用于代謝組學的研究,特別是應用于構建代謝組學的指紋圖譜。盡管它不能對代謝物進行分析,但對具有特定功能的組分卻有很好的定量效果,對從工業及食品原材料中分離的代謝混合物也可以進行分析,目前,已有學者將其成功地應用于擬南芥[20]和番茄[21]代謝產物指紋圖譜的研究中。
1.5數據轉換
為闡明代謝物復雜的線性或非線性關系,需要進行多變量分析,將原始的色譜圖數據轉換為數字化的矩陣數據,通過對色譜峰鑒定和整合從而進行多變量分析。由于環境等因素的干
擾,光譜數據需要通過適當的數據加工方法進行校正,包括:①降低噪聲;②校正基線;③提高分辨率;④數據標準化。Jonsson P等 [22]報道了一種關于GCMS色譜圖數據處理的方法,可以對大量代謝產物樣品進行有效的識別。
2代謝組學中的數據分析方法
2.1主成分分析法(PCA)
主成分分析法,將實測的多個指標用少數幾個潛在的相互獨立的主成分指標線性組合來表示,反映原始測量指標的主要信息。使得分析與評價指標變量時能夠找出主導因素,切斷其他相關因素的干擾,作出更為的估量與評價。PCA數據矩陣通常來自于GCMS,LCMS 或CEMS,因此將目標代謝產物作為自變量,而相應的代謝產物含量作為因變量,定義與較大特征值方向一致的特征向量為及時主成分,依此類推,PCA便能通過對幾個主要成分的分析,從代謝組中識別出有效信息。主成分分析有助于簡化分析和多維數據的可視化,但是該方法可能導致一部分有用信息的丟失。
2.2層次聚類分析法(HCA)
層次聚類分析法也常用于代謝組學的研究中,它是將n個樣品分類,計算兩兩之間的距離,構成距離矩陣,合并距離最近的兩類為一新類,計算新類與當前各類的距離。再合并、計算,直至只有一類為止。進行層次聚類前首先要計算相似度(similarity),然后使用最短距離法(Nearest Neighbor)、最長距離法(Furthest Neighbor)、類間平均鏈鎖法(Betweengroups Linkage)或類內平均鏈鎖法(Withingroups Linkage)四種方法計算類與類之間的距離。該方法雖然,但計算機數據密集,對大量數據點進行分析時,更適合選用K均值聚類法(KMC)或批次自組織映射圖法(BLSOM),而HCA適合將數據轉換為主成分后使用。
2.3自組織映射圖法(SOM)
神經網絡中鄰近的各個神經元通過側向交互作用相互競爭,發展成檢測不同信號的特殊檢測器,這就是自組織特征映射的含義。其基本原理是將多維數據輸入為幾何學節點,相似的數據模式聚成節點,相隔較近的節點組成相鄰的類,從而使多維的數據模式聚成二維節點的自組織映射圖。除PCA和HCA外,SOM同樣也可應用于包括基因組和轉錄組等組學研究中 [23]。最初SOM計算時間長,依靠數據輸入順序決定聚類結果,近年來SOM逐漸發展成為不受數據錄入順序影響的批次自組織映射圖法(BLSOM)。由于BLSOM可以對類進行調整,且有明確的分類標準,優化次序優于其他聚類法,已在基因組學和轉錄組學數據分析中得到廣泛的應用。
2.4其他數據采礦方法
除PCA、HCA和SOM外,很多變量分析方法都可用于植物代謝組學的分析。軟獨立建模分類法(SIMCA)是利用主成分模型對未知樣品進行分類和預測,適合對大量樣本進行分析;近鄰分類法(KNN)和K平均值聚類分析法(KMN)也可用于樣品分類;主成分回歸法(PCR)或偏最小二乘回歸法(PLS)在某些情況下也可使用。然而到目前為止由于還沒有建立一個標準的數據分析方法,代謝組學仍然是一門有待完善的學科。
3代謝組學在藥用植物中的實踐
植物藥材來源于藥用植物體,而藥用植物體的形態建成是其體內一系列生理、生化代謝活動的結果。植物代謝活動分為初生代謝和次生代謝,初生代謝在植物生命過程中始終都在發生,其通過光合作用、檸檬酸循環等途徑,為次生代謝的發生提供能量和一些小分子化合物原料。次生代謝往往發生在植物生命過程中的某一階段,其主要生物合成途徑有莽草酸途徑、多酮途徑和甲瓦龍酸途徑等。植物藥材含有的生物堿、胺類、萜類、黃酮類、醌類、皂苷、強心苷等活性物質的絕大多數屬于次生代謝產物,因此探討次生代謝產物在藥用植物體內的合成積累機制及其影響因素,對于提高活性物質含量、保障藥材質量、穩定臨床療效等具有重要意義。孫視等[24]通過對銀杏葉中黃酮類成分積累規律的研究,提出了選擇具有一定環境壓力的次適宜生態環境解決藥用植物栽培中生長和次生產物積累的矛盾。王昆等[25]以人參葉組織為材料,總結了構建人參葉cDNA文庫過程中存在的一些關鍵問題和應采取的對策,為今后關于人參有效成分如人參皂苷的生物合成途徑及其調控的基礎研究提供技術參考和理論指導。最近,美國加利福尼亞大學伯克利分校的Keasling等[26]采用一系列的轉基因調控方法,通過基因工程酵母合成了青蒿素的前體物質——青蒿酸,其產量超過100 mg/L,為有效降低抗瘧藥物的成本提供了機遇。經過長期的研究積累,人們對代謝途徑的主干部分(為次生代謝提供底物的初生代謝途徑)已經基本了解,例如酚類的莽草酸途徑, 萜類的異戊二烯二磷酸(IPP)途徑等。被子植物中一些相對保守的次生代謝途徑也得到了很好的研究,如黃酮類、木質素的生物合成與調控。然而,對次生代謝最豐富最神奇的部分——特定產物合成與積累的過程,還所知甚少[27]。
4展 望
近年來,代謝組學正日益成為研究的熱點,越來越多的人已加入到代謝組學的研究中。隨著代謝組學積累的數據和信息量的增大,其在藥用植物學各個領域的應用價值也與日俱增。它將不僅能對單個代謝物進行全方面的分析,更能尋找其代謝過程中的關鍵基因、通過代謝指紋分析對藥用植物進行快速分類、進一步研究藥用植物有效成分代謝途徑以及環境因子對植物代謝和品質的影響與調控機制。
然而依據傳統中醫藥學和系統生物學的指導思想,目前急待解決的是中藥種質資源的代謝組學研究和中藥體內作用的代謝組學研究。同時,代謝組學在分析平臺技術、方法學手段和應用策略等方面相對于其他組學技術還需要進一步發展和完善,還需要其他學科的配合和介入。相信隨著更有力的成分分析設備的使用及代謝組數據庫的建立,藥用植物代謝組學將對中醫藥學產生深遠的影響。
藥用植物論文:藥用植物學人才培養機制
進一步拓展學生;平時作業和調查報告的內容與形式,如舉例說明你對藥用植物中藥食同源現象的認識與理解,淺談藥用植物與人類生活、健康等的密切關系;利用所學習過的藥用植物學形態解剖學、分類學基本知識和概念,進行四川大學江安校區校園藥用植物調查等。將大量在科研中和野外實拍的藥用植物彩色照片、解剖圖片、顯微照片等教改、科研成果運用于教學實踐,并用于生動、形象的多媒體課件的制作,極大豐富課堂教學內容和手段。在課堂教學中教師有選擇地補充講一些有關藥用植物學的新知識和近期研究進展,使學生掌握本學科前沿領域的發展動向。積極組織開展探究式-小班化教學研討會,與其他教師充分交流探究式-小班化教學改革的經驗與成果,涉及改革舉措、進展情況、取得成效、資金使用及管理情況、建設中存在的主要問題和進一步推進項目建設的建議等內容。通過探究式-小班化課堂教學改革與實踐,使學生掌握藥用植物形態解剖學的基本知識和技能,能運用植物分類學的原理和規律,識別和鑒定藥用植物種類,熟悉常見藥用植物的功效與臨床應用,了解藥用植物學的近期研究成果和進展,為學生以后研究植物藥的基源,調查藥用植物資源,優化中藥的品種與品質,保障用藥安全、有效提供必要的基礎知識和技能。
一、精品實驗項目的建設與實踐,培養學生的實踐能力和創新能力
西南地區是我國藥用植物多樣性最為豐富的地區[2],充分利用我國西南地區,尤其四川藥用植物物種豐富的優勢和華西藥用植物園豐富多樣的藥用植物種類,將藥用植物學實驗教學、實驗教材內容與西南地區藥用植物資源特色相結合,在學院成立523中心實驗室的基礎上編寫實驗教材《現代藥學實驗教程》,制定藥用植物學實驗教學大綱,建設符合創新型人才培養的高等學校藥用植物學精品實驗項目。在傳統的藥用植物學驗證性實驗基礎上,進行實驗課程體系和內容微調,開設綜合、設計性實驗,整合、完善實驗教學評價體系,制訂精品實驗項目教學方案、考核方法和評分標準,建設四川省特色藥用植物的分類與鑒定精品實驗項目,學生學習了藥用植物形態解剖學知識后,在實驗前查閱文獻,如中國高等植物圖鑒、中國植物志等分類學工具書,設計實驗方案,撰寫實驗預習報告,明確對藥用植物進行分類與鑒定的方法和意義,在實驗中對四川省特色藥用植物,如木本曼陀羅、打破碗花花、腺毛馬藍、夜香樹、朱槿、金鈴花、白背黃花稔、顯脈香茶菜、龍牙花、藍雪花、大麗菊、一串紅、百合等進行仔細解剖觀察,寫出其花程式、藥用植物形態特征的文字描述、植物基源、入藥部位和功效等,再運用分科檢索表進行查閱,寫出其查科路線,并訂出科名,學生再借助中國種子植物科屬詞典、藥用植物學教材等工具書評價實驗結果,比較不同科藥用植物間的形態特征異同,并進行討論和總結,撰寫詳細的實驗報告。學生實驗完成后交實驗報告,教師按實驗評分標準批閱,期末綜合評定實驗成績。通過藥用植物學精品實驗項目的教學與實踐,創立創新型人才培養中專業實驗課程精品實驗項目新模式,培養學生掌握藥用植物學基本概念、藥用植物的形態特征與鑒別依據、科的主要特征、藥用植物花程式和文字描述的表達方法等,使學生掌握并具有較為熟練的藥用植物學實驗操作的基本技能和植物分類檢索表的使用方法,培養學生獨立識別、鑒定藥用植物種類的綜合應用能力。
二、課程考試改革項目的建設與實踐,建立多樣化的考核形式,加強課程教學過程考核與評價
以提高學生綜合素質和創新能力為目標,緊密結合藥學專業本科學生培養的特點,實施藥用植物學課程考核方式改革,建立多樣化的考核形式,構建藥用植物學創新人才培養的課程過程考核和命題的科學有效方法,充分發揮學生的主體作用,加強課程教學過程考核與評價,制定詳細的課程教學計劃和課程過程考核實施方案,制定教學大綱、教學日歷,把知識傳授、教學考核、能力培養和素質提高貫穿于藥用植物學教學的全過程,考試總成績由課堂成績和實踐成績組成,以課程教學過程考核與評價為主,其中課堂成績占總成績90%,實踐成績占總成績10%。課堂成績由平時成績和期末成績組成,其中教學過程考核的平時成績由課前預習、平時作業、小測驗、課堂討論與討論報告組成,平時成績占課堂成績的比例由原來的10%提高到60%;期末成績占課堂成績的40%。實踐成績由藥用植物學野外實習與實習報告成績組成,占總成績10%。并根據藥學專業和課程特點,實施考試命題改革,藥用植物學期末考試命題緊密圍繞藥用植物學教材的重點與難點,加強對藥用植物學課程知識點綜合應用能力的考核,期末理論考試題型包括名詞解釋、單項選擇題、多項選擇題、是非判斷題、問答題多種形式的題目,并與教材的重點與難點密切相關,盡量反映藥用植物學教材中需要掌握的基本知識,使學生能夠進一步加深對所學的基本理論和知識的理解,培養學生運用植物分類學的原理和規律,識別和鑒定藥用植物的能力。
三、重視藥用植物學實踐教學,實施創新創業訓練計劃,開展國際課程周的實踐教學,培養創新型人才
學校在每學年春季學期末專門開設實踐和國際課程周,安排實踐教學與訓練、短期課程、學術前沿和創新創業系列講座、創新創業項目和科研訓練、學科競賽培訓課程、國內外短期訪學交流等內容。目前,藥用植物學課程的野外實習教學安排在實踐和國際課程周進行,并以夾金山藥用植物學野外實習之旅、 本科生參觀藥用植物園等內容進行報道,豐富了實踐教學內容。另外,藥用植物學課程教師每年均立項接收本科生參加大學生創新創業訓練計劃,創新創業訓練計劃項目包括大學生創新性實驗計劃、大學生科學探索實驗計劃、大學生科研訓練計劃等內容,教學與科研相結合,充分利用實踐和國際課程周、暑期開展豐富多樣的藥用植物學創新創業訓練計劃項目,通過科研實踐訓練使學生掌握藥用植物資源調查、種質資源收集與評價、藥用植物鑒別等的基本方法和技能,進一步開拓學生視野,提升綜合素質,使學生充分了解學科國內外研究和進展情況,以培養學生的創新精神和實踐能力。
四、進行課程中心藥用植物學課程網絡的建設與實踐,探索多渠道創新型人才培養模式
課程建設部分包括創建課程網站、網站欄目與內容管理等,網站欄目與內容主要包括課程介紹、教師介紹、教學隊伍、課程描述、自我評價、教學管理、政策措施、藥用植物圖庫、教學資料和互動欄目等。藥用植物學課程的網絡教學資源建設已具一定規模,相關的課程介紹、教師介紹、教學大綱、教學進度、教案、教學錄像、習題、實驗指導、參考文獻、課程考試考核辦法等上網開放,實現教學資源共享。用戶管理部分包括網站學生管理、共建教師管理等,課程負責人可以邀請其他教師共同建設、維護課程網站。教學資源部分包括教學資料管理、課程習題庫和試卷庫等,教師在課程習題庫建設的基礎上可以建立課程的試卷庫。師生互動部分包括學生作業、答疑等。因此,課程中心藥用植物學課程網絡的建設有利于進一步提升藥用植物學精品課程網站的建設水平,課程負責人和共建教師維護、管理課程網站簡便,網站界面友好,師生教與學互動顯著,實現藥用植物學品質課程教學資源共享。學生通過訪問藥用植物學課程網站,進行遠程在線自學,其日漸豐富的課程信息資源可讓學生獲得親臨藥用植物學課堂、藥用植物園實習的良好效果,有助于探索多渠道創新型人才培養模式。
藥用植物論文:藥用植物楮頭紅化學成分初步分析
作者：朱慶銀，何海斌，李清祿，，林 茹，蔡碧瓊，謝勇平
【摘要】 目的 研究楮頭紅的化學成分。方法 用經典的中草藥化學成分提取分離方法，借助系統預試驗初步判斷楮頭紅所含的化學成分，用苯酚-硫酸法測定其多糖總量，用原子吸收法測定部分營養元素含量。結果 楮頭紅含還原多糖平均為75g/kg，含Mg、Zn、Mn、Cu分別為205.446±6.00、50.279±2.25、319.294±12.00 、10.867±0.36mg/kg，含Ca、Fe、K分別為 13.501±0.24、1.268±0.56 和17.467±0.36g/kg，此外還含有游離苷類物質、黃酮類物質、酚類、鞣質等物質。結論 楮頭紅所含的生物活性成分與臨床藥效基本一致。
【關鍵詞】 楮頭紅；化學成分；多糖；營養元素
治療乙型肝炎目前尚無特效藥，這是世界性問題。臨床上主要以保肝護肝、涼血解毒或提高自身免疫力來提高對疾病的抵抗力，減少疾病造成的侵害。中草藥及其制劑對該病有獨特的療效，這可能與藥用植物多成分的協調和增效作用有關－如已有藥理研究表明植物多糖可調節機體免疫功能，并在抗肝炎等方面有獨特的生物活性，還能誘生干擾素和抗病毒的功能［1，2］；鞣質有抗菌抗炎抗過敏、抗脂質過氧化、抗腫瘤、抗人體免疫缺陷病毒（HIV）等作用［3］；黃酮類化合物生物活性廣泛而溫和，有保護肝臟和其他組織、器官和抗病毒、抗菌的作用，并有抑制癌和細胞毒素等多種作用［4］；皂苷有影響代謝、免疫和酶系統以及抗炎、抗菌、抗病毒、抗腫瘤等作用，大多數中藥的皂苷具有明顯的抗氧化作用［5，6］；植物中多種有機態營養微量元素［7］易于吸收，與人體免疫密切相關，對疾病恢復有輔助作用。楮頭紅(S.nepalensis Wall)，別名風柜斗草［8］。《中藥大辭典》記載：其性涼、味酸、無毒；功用：清肺熱，去肝炎［9］；《實用中草藥》記載：其性平、味甘。功用：涼熱解毒、涼血利水，主治急性肝炎，肺熱咳嗽［10］。據有關臨床使用報道：楮頭紅對急性肝炎(甲肝、乙肝急性期)療效，對慢性肝炎及乙肝病毒攜帶者有效。在福建省民間廣為使用，是一種極有價值的天然藥用植物和中草藥資源。對該植物的化學成分、藥理活性、藥效關系等的研究目前尚未見報道。為尋找活性物質，了解楮頭紅臨床用藥機制和指導科學用藥，開展對楮頭紅化學成分的研究，對探討楮頭紅臨床用藥機制，指導科學地合理用藥具有重要意義，對進一步深入開發應用該天然藥用植物也具有指導意義。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 儀器 電子天平（梅特勒-托利），旋轉蒸發器（上海貝凱生化設備公司），恒溫水浴鍋（上海貝凱生化設備公司），恒溫磁力攪拌機（江蘇省金壇市榮化儀器公司），電熱套（江蘇省金壇市榮化儀器公司），DHG電熱恒溫干燥箱（天津津北真空儀器廠），電熱板（寧波市宏達儀器公司），原子吸收分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司，TAS－990型）。
1.1.2 材料與試劑 楮頭紅（購自三明和漳州的天然藥用植物，經福建中醫研究院鑒定）；無水乙醇、95%乙醇、丙酮、正丁醇、三氯化鐵、α-萘酚、3，5-二硝基苯甲酸、硝酸銀、冰乙酸、活性炭、苯酚、葡萄糖等均為分析純。
1.2 方法
1.2.1 楮頭紅化學成分系統預試
1.2.1.1 化學成分提取 取50g楮頭紅干藥末，加石油醚回流提取（1.5h）3次，過濾，合并濾液濃縮后（下同）得石油醚提取部位105ml；濾渣加乙醚回流提取（1.5h）3次，過濾，合并濾液得乙醚提取部位110ml；所得濾渣繼續加乙酸乙酯回流提取（1.5h）3次，過濾，合并濾液得乙酸乙酯提取部位116ml；所得濾渣再加乙醇回流提取（1.5h）3次，過濾，合并濾液得乙醇提取部位110ml；在濾渣中加蒸餾水回流提取（1.5h）3次，過濾，合并濾液得餾水提取部位168ml。臨用時根據需要將各部位提取液稀釋或濃縮。
1.2.1.2 化學成分系統預試 各提取部位的化學成分系統預試驗采用化學特征反應定性和紙層析定性試驗［11～13］。
1.2.2 多糖提取與含量測定
1.2.2.1 多糖提取與初步精制 取“1.2.1.1”餾水提取部位上清液用酶法去除淀粉，按18u/g加液化酶到上清液中，在pH為6，85℃水浴條件下處理1.5h，用I2/KI溶液檢驗直到碘液不變色，接著按200u/g加糖化酶，pH調至6，水浴溫度60℃處理1h。去淀粉后，接著用sevag法除去蛋白質，然后加3倍體積95%乙醇溶液，靜置1 h后，沉淀抽濾，干燥即得精制多糖。
1.2.2.2 多糖含量測定［14］ 用葡萄糖為對照品，用“1.2.2.1”所得精制多糖為供試樣品，含量測定采用硫酸-苯酚法。
1.2.3 元素測定
1.2.3.1 楮頭紅中鈣、鎂、鐵、錳、鋅、銅測定［15］ 稱取烘干磨碎的楮頭紅樣品2.000g于瓷坩堝中，在電熱板上緩緩加熱炭化至不再冒煙，移入高溫電爐，逐漸升溫到500°C灰化2h。待冷卻后滴加硝酸（1：1）潤濕灰分，蒸發至干后，置于高溫電爐中繼續灰化，用2ml HCL（1：1）溶解灰分，移入25ml容量瓶中，加水定容。在火焰原子吸收分光光度計上采用標準工作曲線法，分別于285.20nm、422.70nm、248.3nm、279.5 nm、213.8 nm、324.7 nm波長處測定標準液和樣液中Mg、Ca、Fe、Mn、Zn和Cu的吸收值，計算即得。1.2.3.2楮頭紅中鉀的含量測定 取干燥的楮頭紅粉末1.0g于1mol/L鹽酸溶液中浸提，吸取浸提的待測液5.00ml于25ml容量瓶中，用水定容。在火焰光度計上采用標準工作曲線法［16］，于766.8nm處相同條件測定，計算即得。
2 結果與分析
2.1 楮頭紅化學成分 化學成分系統預試和紙層析法試驗結果如表1、2。楮頭紅中主要活性化學成分有多糖、游離苷類物質、黃酮類物質、皂苷、有機酸、酚類、鞣質等物質。
表1 楮頭紅化學成分試管預試法鑒定結果
表2 楮頭紅化學成分圓形油紙層析法鑒定結果
2.2 多糖含量 經多次提取測定，楮頭紅中多糖的平均含量為75.0g/kg。
2.3 元素測定 各元素測定結果如表3所示。
表3 幾種元素測定結果 （n=5）
3 討論
試驗表明，楮頭紅中含有游離苷類物質、黃酮類物質、酚類、鞣質類等物質，含量較高的多糖和較豐富的人體所必需的營養元素，這些成分有的可調節機體免疫功能；有的可誘生干擾素和抗病毒作用；有的可抗菌抗炎；有的可抗脂質過氧化、抗腫瘤、抗人體免疫缺陷病毒（HIV）；而有的可抑制癌細胞和細胞毒素、保護肝臟等多種作用，這與楮頭紅的臨床藥效基本一致。但是要掌握楮頭紅的臨床用藥機制以及藥效與各類物質結構之間的關系，有待于進一步對楮頭紅的各化學成分進行分離、分子結構鑒定和臨床藥理試驗等研究。
藥用植物論文:藥用植物楮頭紅化學成分初步分析
作者：朱慶銀，何海斌，李清祿，，林 茹，蔡碧瓊，謝勇平
【摘要】 目的 研究楮頭紅的化學成分。方法 用經典的中草藥化學成分提取分離方法，借助系統預試驗初步判斷楮頭紅所含的化學成分，用苯酚-硫酸法測定其多糖總量，用原子吸收法測定部分營養元素含量。結果 楮頭紅含還原多糖平均為75g/kg，含Mg、Zn、Mn、Cu分別為205.446±6.00、50.279±2.25、319.294±12.00 、10.867±0.36mg/kg，含Ca、Fe、K分別為 13.501±0.24、1.268±0.56 和17.467±0.36g/kg，此外還含有游離苷類物質、黃酮類物質、酚類、鞣質等物質。結論 楮頭紅所含的生物活性成分與臨床藥效基本一致。
【關鍵詞】 楮頭紅；化學成分；多糖；營養元素
治療乙型肝炎目前尚無特效藥，這是世界性問題。臨床上主要以保肝護肝、涼血解毒或提高自身免疫力來提高對疾病的抵抗力，減少疾病造成的侵害。中草藥及其制劑對該病有獨特的療效，這可能與藥用植物多成分的協調和增效作用有關－如已有藥理研究表明植物多糖可調節機體免疫功能，并在抗肝炎等方面有獨特的生物活性，還能誘生干擾素和抗病毒的功能［1，2］；鞣質有抗菌抗炎抗過敏、抗脂質過氧化、抗腫瘤、抗人體免疫缺陷病毒（HIV）等作用［3］；黃酮類化合物生物活性廣泛而溫和，有保護肝臟和其他組織、器官和抗病毒、抗菌的作用，并有抑制癌和細胞毒素等多種作用［4］；皂苷有影響代謝、免疫和酶系統以及抗炎、抗菌、抗病毒、抗腫瘤等作用，大多數中藥的皂苷具有明顯的抗氧化作用［5，6］；植物中多種有機態營養微量元素［7］易于吸收，與人體免疫密切相關，對疾病恢復有輔助作用。楮頭紅(S.nepalensis Wall)，別名風柜斗草［8］。《中藥大辭典》記載：其性涼、味酸、無毒；功用：清肺熱，去肝炎［9］；《實用中草藥》記載：其性平、味甘。功用：涼熱解毒、涼血利水，主治急性肝炎，肺熱咳嗽［10］。據有關臨床使用報道：楮頭紅對急性肝炎(甲肝、乙肝急性期)療效，對慢性肝炎及乙肝病毒攜帶者有效。在福建省民間廣為使用，是一種極有價值的天然藥用植物和中草藥資源。對該植物的化學成分、藥理活性、藥效關系等的研究目前尚未見報道。為尋找活性物質，了解楮頭紅臨床用藥機制和指導科學用藥，開展對楮頭紅化學成分的研究，對探討楮頭紅臨床用藥機制，指導科學地合理用藥具有重要意義，對進一步深入開發應用該天然藥用植物也具有指導意義。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 儀器 電子天平（梅特勒-托利），旋轉蒸發器（上海貝凱生化設備公司），恒溫水浴鍋（上海貝凱生化設備公司），恒溫磁力攪拌機（江蘇省金壇市榮化儀器公司），電熱套（江蘇省金壇市榮化儀器公司），DHG電熱恒溫干燥箱（天津津北真空儀器廠），電熱板（寧波市宏達儀器公司），原子吸收分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司，TAS－990型）。
1.1.2 材料與試劑 楮頭紅（購自三明和漳州的天然藥用植物，經福建中醫研究院鑒定）；無水乙醇、95%乙醇、丙酮、正丁醇、三氯化鐵、α-萘酚、3，5-二硝基苯甲酸、硝酸銀、冰乙酸、活性炭、苯酚、葡萄糖等均為分析純。
1.2 方法
1.2.1 楮頭紅化學成分系統預試
1.2.1.1 化學成分提取 取50g楮頭紅干藥末，加石油醚回流提取（1.5h）3次，過濾，合并濾液濃縮后（下同）得石油醚提取部位105ml；濾渣加乙醚回流提取（1.5h）3次，過濾，合并濾液得乙醚提取部位110ml；所得濾渣繼續加乙酸乙酯回流提取（1.5h）3次，過濾，合并濾液得乙酸乙酯提取部位116ml；所得濾渣再加乙醇回流提取（1.5h）3次，過濾，合并濾液得乙醇提取部位110ml；在濾渣中加蒸餾水回流提取（1.5h）3次，過濾，合并濾液得餾水提取部位168ml。臨用時根據需要將各部位提取液稀釋或濃縮。
1.2.1.2 化學成分系統預試 各提取部位的化學成分系統預試驗采用化學特征反應定性和紙層析定性試驗［11～13］。
1.2.2 多糖提取與含量測定
1.2.2.1 多糖提取與初步精制 取“1.2.1.1”餾水提取部位上清液用酶法去除淀粉，按18u/g加液化酶到上清液中，在pH為6，85℃水浴條件下處理1.5h，用I2/KI溶液檢驗直到碘液不變色，接著按200u/g加糖化酶，pH調至6，水浴溫度60℃處理1h。去淀粉后，接著用sevag法除去蛋白質，然后加3倍體積95%乙醇溶液，靜置1 h后，沉淀抽濾，干燥即得精制多糖。
1.2.2.2 多糖含量測定［14］ 用葡萄糖為對照品，用“1.2.2.1”所得精制多糖為供試樣品，含量測定采用硫酸-苯酚法。
1.2.3 元素測定
1.2.3.1 楮頭紅中鈣、鎂、鐵、錳、鋅、銅測定［15］ 稱取烘干磨碎的楮頭紅樣品2.000g于瓷坩堝中，在電熱板上緩緩加熱炭化至不再冒煙，移入高溫電爐，逐漸升溫到500°C灰化2h。待冷卻后滴加硝酸（1：1）潤濕灰分，蒸發至干后，置于高溫電爐中繼續灰化，用2ml HCL（1：1）溶解灰分，移入25ml容量瓶中，加水定容。在火焰原子吸收分光光度計上采用標準工作曲線法，分別于285.20nm、422.70nm、248.3nm、279.5 nm、213.8 nm、324.7 nm波長處測定標準液和樣液中Mg、Ca、Fe、Mn、Zn和Cu的吸收值，計算即得。1.2.3.2楮頭紅中鉀的含量測定 取干燥的楮頭紅粉末1.0g于1mol/L鹽酸溶液中浸提，吸取浸提的待測液5.00ml于25ml容量瓶中，用水定容。在火焰光度計上采用標準工作曲線法［16］，于766.8nm處相同條件測定，計算即得。
2 結果與分析
2.1 楮頭紅化學成分 化學成分系統預試和紙層析法試驗結果如表1、2。楮頭紅中主要活性化學成分有多糖、游離苷類物質、黃酮類物質、皂苷、有機酸、酚類、鞣質等物質。
表1 楮頭紅化學成分試管預試法鑒定結果
表2 楮頭紅化學成分圓形油紙層析法鑒定結果
2.2 多糖含量 經多次提取測定，楮頭紅中多糖的平均含量為75.0g/kg。
2.3 元素測定 各元素測定結果如表3所示。
表3 幾種元素測定結果 （n=5）
3 討論
試驗表明，楮頭紅中含有游離苷類物質、黃酮類物質、酚類、鞣質類等物質，含量較高的多糖和較豐富的人體所必需的營養元素，這些成分有的可調節機體免疫功能；有的可誘生干擾素和抗病毒作用；有的可抗菌抗炎；有的可抗脂質過氧化、抗腫瘤、抗人體免疫缺陷病毒（HIV）；而有的可抑制癌細胞和細胞毒素、保護肝臟等多種作用，這與楮頭紅的臨床藥效基本一致。但是要掌握楮頭紅的臨床用藥機制以及藥效與各類物質結構之間的關系，有待于進一步對楮頭紅的各化學成分進行分離、分子結構鑒定和臨床藥理試驗等研究。
藥用植物論文:中藥學藥用植物學課程改革探索
摘要：為適應現階段高職教育要求，培養學生的創新精神，提高學生社會實踐能力，本文介紹了藥用植物學課程改革圍繞“四改”進行的探索，分別是改教學內容、改教學方法、改教學手段、改考核評價機制。結果是學生在學習主動性、動手能力、創新能力、團隊合作能力等方面都得到提升，取得較好的教學效果。
關鍵詞：藥用植物學；課程改革；高職高職
中藥學專業的藥用植物學是一門重要的專業基礎課，它與后續的專業課如中藥學、中藥鑒定學、中藥炮制學等課程銜接緊密。該課程是一門理論與實踐緊密結合的課程，但實際情況卻是以理論教學為主，這種情況已不能適應現階段高職教育的要求。《國務院關于加快發展現代職業教育的決定》要求“深化職業教育教學改革，提高人才培養質量”，要求“職業教育與生產勞動、社會實踐相結合，突出做中學、做中教，強化教育教學實踐性和職業性，促進學以致用、用以促學、學用相長”。以此為宗旨，筆者學院對藥用植物學進行了較為、深入的課程改革探索，課改主要圍繞以下“四改”分別展開，主要包括：改教學內容，改教學方法，改教學手段，改考核評價機制。
一、改教學內容
結合企業崗位要求，同時結合目前高職學生“以碎片化學習”為主的學習特點，打破藥用植物學原有的系統教學內容，改為“碎片化教學”。即將原有的系統課程體系“打碎”成“四大碎片”，每一個碎片形成一個完整的項目，最終將整個課程分為以下四個項目：藥用植物形態認知項目、藥用植物顯微認知項目、藥用植物顯微技能實訓項目、藥用植物基源鑒別實訓項目。理論和實訓的課時數比例為1∶1.5。理論內容適當精簡，實訓課程結合企業崗位要求，重點培養學生的動手能力、職業道德與責任心。
二、改教學方法
課程改革的核心任務是轉變學生學習方式，這樣培養出來的學生更具有創新精神與實踐能力。要改變學生的學習方式，首先要從改變教師的教學方法開始。改變傳統以講授為主的教學方法，代之以較為先進、更適合學生學習特點和專業培養目標的教學方法，如翻轉課堂教學法、情景教學法、案例教學等。如在藥用植物形態認知項目教學中，講到根與根莖如何區別時，教師可采用設定情景及理實一體化教學方法，拿出何首烏、大黃、白芷、天麻、生姜等原藥材讓學生去探究并解決問題，教師進行難點解答。教師從傳統的主講角色轉變成主導角色，學生由原來的被動聽課角色變為主動學習角色。這樣，在教師新教學方法的引導下，學生的學習方式由被動變主動，創新精神與實踐能力均逐漸提升。
三、改教學手段
傳統的一支粉筆加黑板的教學手段早已不能滿足現代高職學生對課堂的需求，簡單的PPT也對學生失去了吸引力，現代的學生在課上或課下需要更多的視覺沖擊和互動。因此各種教學媒介應運而生，有基于QQ平臺的騰訊課堂，有基于微信平臺的雨課堂以及各種APP軟件。教師要做的就是不斷學習新的教學媒介，給學生呈現更具吸引力、更有效果的教學手段。
四、改考核評價機制
教學方法、教學手段發生變化，考核評價機制必然要隨之改變。考核評價機制的改變包括以下三方面內容。首先，改變考核時間。可以隨堂測試，利用藍墨云班課等APP軟件，教師每堂課都可以進行測試；同時結合每個項目進行單元測試和期末綜合測試。其次，改變考核方式。可有傳統筆試，也可進行移動終端測試及現場面對面考核，可以采用學生自評、組內評價、教師評價相結合的評價考核機制。再次，改變考核內容。有傳統理論考核，也有操作技能考核、實訓結果考核、創新能力考核、職業素養考核等。例如，可以對學生進行“常用藥用植物識別”考核，可以對學生徒手切片的技能進行考核，也可以對學生進行藥用植物臘葉標本制作成果、浸制標本制作成果的考核，還可以對學生進行植物標本創意貼畫考核等。通過改變考核評價機制，學生的動手能力、崗位操作能力、創新能力都不同程度得到提升。
五、小結
通過以上“四改”的不斷推進，教學效果明顯增強，學生在以下幾方面發生改變：學習主動性、動手能力和專業實踐能力都得到提升，創新能力得到鍛煉和提高，團隊合作能力也得到提升。
作者：王慧芳
藥用植物論文:藥用植物代謝組學研究論文
【摘要】從技術步驟、分析方法以及實際應用三個方面對當前藥用植物代謝組學研究領域的一些理論問題和實踐中面臨的挑戰進行綜述。
【關鍵詞】藥用植物;代謝組學;功能基因組學
代謝組學是對生物體內代謝物進行大規模分析的一項技術[1],它是系統生物學的重要組成部分(如圖1所示),藥用植物代謝組學主要研究外界因素變化對植物所造成的影響,如氣候變化、營養脅迫、生物脅迫,以及基因的突變和重組等引起的微小變化,是物種表型分析最強有力的工具之一。在現代中藥研究中,代謝組學在藥物有效性和安全性、中藥資源和質量控制研究等方面具有重要理論意義和應用價值。另外,在對模式植物突變體文庫或轉基因文庫進行分析之前,代謝組學往往是首先考慮采用的研究方法之一。目前,國外已有成功利用代謝組學技術對擬南芥突變株進行大規模基因篩選的例子,這為與重要性狀相關基因功能的闡明和選育可供商業化利用的轉基因作物奠定了基礎。
圖1系統生物學研究的四個層次略
目前,還有許多經濟作物的全基因組測序計劃尚未完成,由于代謝組學研究并不要求對基因組信息的了解,所以在與這些作物有關的研究領域具有更大的利用價值,這也是其與轉錄組學和蛋白組學研究相比的優勢之一。代謝組學研究涉及與生物技術、分析化學、有機化學、化學計量學和信息學相關的大量知識,Fiehn[2]對代謝組學有關的研究方向進行了分類(見表1)。
1代謝組學研究的技術步驟
代謝組學研究涉及的技術步驟主要包括植物栽培、樣本制備、衍生化、分離純化和數據分析5個方面(見圖2)。
1.1植物栽培
對研究對象進行培育的目的是為了對樣本的穩定性進行控制,相對于微生物和動物而言,植物的人工栽培需要考
表1代謝組學的分類及定義略
慮更多的問題,如中藥材在不同年齡、不同發育階段、不同部位以及光照、水肥、耕作等環境因素的微小差異都可引起生理狀態的變化,而這些非可控及可控雙重因素的影響很難進行的控制,從而影響藥用植物代謝組研究的重復性。為了解決以上問題,推薦使用大容量的培養箱[3],定時更換培養箱中栽培對象的位置,以及使用無土栽培技術等,FukusakiE[4]利用無土栽培系統將水和養分直接引入植物根部,并且對供給量進行地控制,大大提高了實驗的重復性。
1.2樣本制備
為了獲得穩定的實驗結果,樣本制備需要考慮樣本的生長、取樣的時間和地點、取樣量以及樣本的處理方法等問題,并根據分析對象的分子結構、溶解性、極性等理化性質及其相對含量大小對提取和分離的方法進行選擇,逐一優化試驗方案。MaharjanRP等[5]用6種方法分別對大腸桿菌中代謝產物進行提取,發現用-40℃甲醇進行提取的效果好。現階段代謝組學的分析對象主要集中在親水性小分子,尤其是初級代謝產物,氣相色譜質譜聯用(GCMS)和毛細管電泳質譜(CEMS)聯用都是分析親水小分子的重要技術。FiehnO等[6]使用GCMS對擬南芥葉片中的親水小分子進行了分析,發現酒石酸半縮醛、檸蘋酸、別蘇氨酸、羥基乙酸等15種植物代謝物。
1.3衍生化處理
對目標代謝產物的衍生化處理取決于所使用的分析設備,GCMS系統只適合對揮發性成分進行分析,高效液相色譜法(HPLC)一般則使用紫外或熒光標記的方法對樣本進行衍生處理,BlauK[7]對酯化、酰化、烷基化、硅烷化、硼烷化、環化和離子化等衍生方法進行了詳細的說明。然而離子化抑制常使得質譜分析過程中目標代謝產物的離子化效率降低,這主要是由于分離過程中污染物與目標代謝物難以分離開所引起的,優化色譜分離時間可有效緩解離子化抑制,然而在實際操作中不可能對上百種代謝產物的分離時間進行優化,利用非放射性同位素稀釋法進行相對定量可以很好的解決該問題。HanDK等[8]應用同位素編碼的親和標記(ICAT),根據經誘導分化的微粒蛋白及其同位素標記物的峰面積比,對該蛋白的相對含量進行分析。ZhangR等[9]發現同位素標記技術也可用于代謝組學的研究,但是卻存在許多困難。活體的同位素標記方法對于同位素的洗脫是一種非常有潛力的技術,目前關于使用34s的研究已有報道[10]。
圖2代謝組學研究技術步驟略
1.4分離和定量
分離是代謝組學研究中的重要步驟,與質譜聯用的色譜和電泳分析技術都是使用紫外或電化學檢測的方法進行定量,其對代謝組數據的分辨率與定量能力都有一定的影響。TomitaM等[11]總結了各種色譜分離法中經常遇到的技術問題,認為毛細管電泳和氣相色譜法由于具有較高的分辨率,已成為代謝組學研究的常規技術手段之一,液相色譜因其適用范圍廣,應用也相當廣泛。
TanakaN等[12]用高效液相色譜對樣品進行分離,認為使用硅膠基質填充毛細管整體柱的高效液相色譜系統具有用量少、靈敏性高、低壓降高速分離等優勢;同時,TolstikovV等[13]也使用硅膠填充的毛細管液相色譜方法對聚戊烯醇類異構體進行了有效分離,獲得了很好的分辨率。TanakaN等[14]發現二維毛細管液相色譜法的分辨率比傳統的高效液相法高10倍。相對于其他色譜方法而言,超臨界流體色譜(SFC)是分離疏水代謝物具潛力的技術之一,特別適用于分離那些傳統HPLC難以分析的疏水聚合物,BambaT等[15]通過SFC對聚戊烯醇進行分析,證明其具有較好的分離能力。針對質譜中存在的共洗脫現象,HalketJM等[16]發明了一種適用于GCMS的反褶積系統,對共洗脫的代謝產物進行分離與識別。AharoniA等[17]使用傅立葉變換離子回旋共振質譜(FTICRMS)對非目標代謝物進行分析,快速掃描植物突變樣品,獲得了一定量的代謝成分。
與分離一樣,定量能力也是代謝組學研究中的重要因素,其取決于各分析系統的線性范圍。傅立葉轉換核磁共振(FTNMR)、傅立葉紅外光譜(FTIR)以及近場紅外光譜法(NIR)等技術由于敏感性低,重復性受共洗脫現象影響較小也被用于檢測中。近年來,FTNMR技術常被用于植物代謝組的指紋圖譜研究[18],但由于NMR分析需要樣品量較大,分析結果易受污染,GriffinJL[19]發現將統計模式識別與FTNMR相結合可以對代謝物進行分析。除FTNMR之外,FTIR通過對有機成分的結構進行常規光譜測定,也可適用于代謝組學的研究,特別是應用于構建代謝組學的指紋圖譜。盡管它不能對代謝物進行分析,但對具有特定功能的組分卻有很好的定量效果,對從工業及食品原材料中分離的代謝混合物也可以進行分析,目前,已有學者將其成功地應用于擬南芥[20]和番茄[21]代謝產物指紋圖譜的研究中。
1.5數據轉換
為闡明代謝物復雜的線性或非線性關系,需要進行多變量分析,將原始的色譜圖數據轉換為數字化的矩陣數據,通過對色譜峰鑒定和整合從而進行多變量分析。由于環境等因素的干擾,光譜數據需要通過適當的數據加工方法進行校正,包括:①降低噪聲;②校正基線;③提高分辨率;④數據標準化。JonssonP等[22]報道了一種關于GCMS色譜圖數據處理的方法,可以對大量代謝產物樣品進行有效的識別。
2代謝組學中的數據分析方法
2.1主成分分析法(PCA)
主成分分析法,將實測的多個指標用少數幾個潛在的相互獨立的主成分指標線性組合來表示,反映原始測量指標的主要信息。使得分析與評價指標變量時能夠找出主導因素,切斷其他相關因素的干擾,作出更為的估量與評價。PCA數據矩陣通常來自于GCMS,LCMS或CEMS,因此將目標代謝產物作為自變量,而相應的代謝產物含量作為因變量,定義與較大特征值方向一致的特征向量為及時主成分,依此類推,PCA便能通過對幾個主要成分的分析,從代謝組中識別出有效信息。主成分分析有助于簡化分析和多維數據的可視化,但是該方法可能導致一部分有用信息的丟失。
2.2層次聚類分析法(HCA)
層次聚類分析法也常用于代謝組學的研究中,它是將n個樣品分類,計算兩兩之間的距離,構成距離矩陣,合并距離最近的兩類為一新類,計算新類與當前各類的距離。再合并、計算,直至只有一類為止。進行層次聚類前首先要計算相似度(similarity),然后使用最短距離法(NearestNeighbor)、最長距離法(FurthestNeighbor)、類間平均鏈鎖法(BetweengroupsLinkage)或類內平均鏈鎖法(WithingroupsLinkage)四種方法計算類與類之間的距離。該方法雖然,但計算機數據密集,對大量數據點進行分析時,更適合選用K均值聚類法(KMC)或批次自組織映射圖法(BLSOM),而HCA適合將數據轉換為主成分后使用。
2.3自組織映射圖法(SOM)
神經網絡中鄰近的各個神經元通過側向交互作用相互競爭,發展成檢測不同信號的特殊檢測器,這就是自組織特征映射的含義。其基本原理是將多維數據輸入為幾何學節點,相似的數據模式聚成節點,相隔較近的節點組成相鄰的類,從而使多維的數據模式聚成二維節點的自組織映射圖。除PCA和HCA外,SOM同樣也可應用于包括基因組和轉錄組等組學研究中[23]。最初SOM計算時間長,依靠數據輸入順序決定聚類結果,近年來SOM逐漸發展成為不受數據錄入順序影響的批次自組織映射圖法(BLSOM)。由于BLSOM可以對類進行調整,且有明確的分類標準,優化次序優于其他聚類法,已在基因組學和轉錄組學數據分析中得到廣泛的應用。
2.4其他數據采礦方法
除PCA、HCA和SOM外,很多變量分析方法都可用于植物代謝組學的分析。軟獨立建模分類法(SIMCA)是利用主成分模型對未知樣品進行分類和預測,適合對大量樣本進行分析;近鄰分類法(KNN)和K平均值聚類分析法(KMN)也可用于樣品分類;主成分回歸法(PCR)或偏最小二乘回歸法(PLS)在某些情況下也可使用。然而到目前為止由于還沒有建立一個標準的數據分析方法,代謝組學仍然是一門有待完善的學科。
3代謝組學在藥用植物中的實踐
植物藥材來源于藥用植物體,而藥用植物體的形態建成是其體內一系列生理、生化代謝活動的結果。植物代謝活動分為初生代謝和次生代謝,初生代謝在植物生命過程中始終都在發生,其通過光合作用、檸檬酸循環等途徑,為次生代謝的發生提供能量和一些小分子化合物原料。次生代謝往往發生在植物生命過程中的某一階段,其主要生物合成途徑有莽草酸途徑、多酮途徑和甲瓦龍酸途徑等。植物藥材含有的生物堿、胺類、萜類、黃酮類、醌類、皂苷、強心苷等活性物質的絕大多數屬于次生代謝產物,因此探討次生代謝產物在藥用植物體內的合成積累機制及其影響因素,對于提高活性物質含量、保障藥材質量、穩定臨床療效等具有重要意義。孫視等[24]通過對銀杏葉中黃酮類成分積累規律的研究,提出了選擇具有一定環境壓力的次適宜生態環境解決藥用植物栽培中生長和次生產物積累的矛盾。王昆等[25]以人參葉組織為材料,總結了構建人參葉cDNA文庫過程中存在的一些關鍵問題和應采取的對策,為今后關于人參有效成分如人參皂苷的生物合成途徑及其調控的基礎研究提供技術參考和理論指導。最近,美國加利福尼亞大學伯克利分校的Keasling等[26]采用一系列的轉基因調控方法,通過基因工程酵母合成了青蒿素的前體物質——青蒿酸,其產量超過100mg/L,為有效降低抗瘧藥物的成本提供了機遇。經過長期的研究積累,人們對代謝途徑的主干部分(為次生代謝提供底物的初生代謝途徑)已經基本了解,例如酚類的莽草酸途徑,萜類的異戊二烯二磷酸(IPP)途徑等。被子植物中一些相對保守的次生代謝途徑也得到了很好的研究,如黃酮類、木質素的生物合成與調控。然而,對次生代謝最豐富最神奇的部分——特定產物合成與積累的過程,還所知甚少[27]。
4展望
近年來,代謝組學正日益成為研究的熱點,越來越多的人已加入到代謝組學的研究中。隨著代謝組學積累的數據和信息量的增大,其在藥用植物學各個領域的應用價值也與日俱增。它將不僅能對單個代謝物進行全方面的分析,更能尋找其代謝過程中的關鍵基因、通過代謝指紋分析對藥用植物進行快速分類、進一步研究藥用植物有效成分代謝途徑以及環境因子對植物代謝和品質的影響與調控機制。
然而依據傳統中醫藥學和系統生物學的指導思想,目前急待解決的是中藥種質資源的代謝組學研究和中藥體內作用的代謝組學研究。同時,代謝組學在分析平臺技術、方法學手段和應用策略等方面相對于其他組學技術還需要進一步發展和完善,還需要其他學科的配合和介入。相信隨著更有力的成分分析設備的使用及代謝組數據庫的建立,藥用植物代謝組學將對中醫藥學產生深遠的影響。
藥用植物論文:藥用植物來源分析論文
1藥用植物新藥研發的重要性
最近幾年，盡管已有一部分制藥企業將研究重心轉移到了組合化學、分子建模等新技術的應用研究等方面，但藥用植物仍然是作為新藥及其先導化合物的重要來源。目前，世界上銷量好的藥物中有大約1/4是來源于天然產物，值得一提的是，其中有4個藥用植物來源的新藥剛剛進入美國市場：蒿乙醚（Arteether，商品名Artemotil），為合成的青蒿素衍生物（Artemisinin），最初分離自我國傳統草藥黃花篙Artemisiaannua，作為抗瘧疾藥物使用；雪花蓮胺堿（Galantamine，商品名Reminyl）來源于石蒜科雪花蓮屬的Galanthusworonowii，用于治療阿爾茨海默病，它對乙酰膽堿酯酶（AChE）具有抑制作用，并通過結合和調節煙堿乙酰膽堿受體而減緩神經細胞的衰退過程［3］；尼替西農（Nitisinone，商品名Orfadin），用于治療酪氨酸血癥（Tyrosinaemia），它是將天然除草劑硝磺酮（Mesotrione）進行結構修飾得到的，最初分離于桃金娘科的紅千層Callistemoncitrinus；噻托（Tiotropium，商品名Spiriva），是一種由顛茄Atropabelladonna中提取的異丙基阿托品衍生物（Ipratropium），它作為吸入性抗副交感神經支氣管擴張劑，用于治療慢性阻塞性肺病（Chronicobstructivepulmonarydisease，COPD）［4］。
隨著人類基因組測序計劃的完成，很多與疾病相關的重要靶位點被發現，高通量篩選分析技術能夠直接以這些靶位點為目標對化合物進行活性分析，利用該技術對那些已經分離出來的活性成分重新進行研究，又有很多新的發現，這方面的例子有：靛玉紅（Indirubin）對細胞周期蛋白依賴的激酶具有抑制作用［5］，葫蘆素（CucurbitacinI）可以專一性地抑制STAT3激活的腫瘤細胞JAK/STAT3信號途徑［6］，以及白樺脂酸（Betulinicacid）通過激活p38而抑制黑素瘤細胞的增殖［7］。
天然產物的生物活性與其普遍具有的結構特征（如手性中心、芳香環、雜環和不飽和性等）具有密切的關聯，該特點使得植物來源的新藥在作為藥物使用的同時，還可以作為先導物進行結構優化，這也對人工合成技術提出了挑戰，另外，利用組合化學技術建立天然產物結構數據庫，也能使可供利用的化合物結構成倍增加［8］。
2抗癌藥物研發
據估計，從1990年至今，癌癥的發生率和死亡率增加了約25％，當前全世界的癌癥病例已經超過1200萬，癌癥已成為僅次于心血管病的第二大死亡原因，其中最致命的4種癌癥分別為肺癌、胃癌、肝癌和直腸癌［9］。目前，有40％的抗癌藥物來源于天然產物，其中植物來源的藥物在治療癌癥方面發揮了重要的作用。臨床上使用的植物源抗癌藥可分為4類：長春花堿、鬼臼毒素（Epipodophyllo）、紫杉烷類（Taxanes）和喜樹堿（Camptothecins）。
分離于長春花Catharanthusroseus的長春堿（Vinblastine）和長春新堿（Vincristine）已經臨床使用了近40年，其作用機理是通過特異地結合微管蛋白并使之解聚而阻斷有絲分裂［10］；鬼臼毒素分離于盾葉鬼臼Podophyllumpeltatum，也可結合微管蛋白，在細胞循環的GII期通過可逆抑制DNA拓撲異構酶II使得DNA雙鏈斷裂，由于毒性太高，研究人員對其進行結構修飾獲得了目前臨床上使用的足葉乙苷（Etoposide）［11］；包括紫杉醇（Paclitaxel）及其衍生物在內的紫杉烷類化合物也可與微管蛋白結合，但是并不干擾其組裝或使之解聚，其中紫杉醇最初分離于短葉紫杉Taxusbrevifolia，早在20世紀90年代就已經獲得了美國FDA的批準［12］；喜樹堿分離于喜樹科植物喜樹Camptothecaacuminata，最初由于具有抑制骨髓細胞的嚴重副作用而被放棄，但在發現其具有抑制拓撲異構酶I的活性之后，又重新引起了研究人員的注意，它可以使DNA發生裂解并重新組裝［13］。在2002年，僅紫杉烷和喜樹堿兩種新藥就占據了全球將近1/3的抗癌藥物市場，總價值超過27.5億美金。
截至2003年，美國國立癌癥研究院（NCI）已經對5886種植物（分別代表2582個種，1358屬和288科）進行了樣品采集、分類整理和活性成分的初步研究，其中多數來源于物種遺傳多樣性較高的熱帶雨林地區，在該篩選過程中由于采用了中空纖維分析技術（Hollowfiberassay）而使得篩選效率顯著提高。經過多年努力，許多不同結構的生物活性成分被分離出來，如香豆素類化合物（Coumarins）、葫蘆素（Cucurbitacins）、黃酮類化合物、環烯醚單萜（Iridoids）、木脂素類（Lignans）、檸檬苦素類（Limonoids）、萘醌類（Naphthoquinones）和萜類化合物等。其中有許多正在進行進一步的研究，如白樺脂酸和Silvestrol，后者分離于印度尼西亞楝科植物高氏馬兜鈴Aristolochiafoveolata的果實，它對肺癌（Lu1,ED50＝1.2nM）、前列腺癌（LNCaP,ED50＝1.5nM）和乳腺癌（MCF-7,ED50＝1.5nM）細胞均具有抑制作用［14］。
3癌癥化療藥物的研發
針對癌癥發生和形成的不同階段有許多不同的治療策略，例如清除自由基、分解致癌物、抑制癌細胞增殖、誘導細胞凋亡、增強免疫力、調節基因表達和抑制新生血管的生成等。草藥和可食用植物等諸多植物來源的產品長期以來就為人們所廣泛使用，因此被開發用于癌癥化療用途在安全性上是很有保障的，其中有很多正在進行臨床試驗，包括姜黃色素（Curcumin，結腸癌I期臨床)、三羥基異黃酮（Genistein，乳腺癌I期)、大豆異黃酮(前列腺癌II期)、吲哚基-3-甲醇(乳腺癌I期)、芥子醇（Perillylalcohol，乳腺癌I期)、維他命A酸衍生物（Retinoicacid，I期)、苯乙基異硫氰酸鹽(肺癌I期)和白藜蘆醇（Resveratrol，I期）［15］。其它代表性的化合物還有異甘草苷元（IxocarpalactoneA）和異甘草素（Isoliquiritigenin），前者分離于可食用植物茄科的Physalisphiladelphica，其葉、莖部位的提取物可提高奎寧還原酶的活性，已知該酶與人體中化學致癌物的代謝有關，后者分離于原產秘魯的香二翹豆（Dipteryxodorata，又稱黑香豆，英文名Tonkabean）的種子［16］。此外，還有4個從構樹Broussonetiapapyrifera中分離獲得的黃酮類化合物，它們均為強效的芳香化酶抑制劑,可通過抑制絕經后婦女體內芳香化酶的活性而降低乳腺癌的復發率［17］。
在研究植物來源的癌癥化療藥物的過程中，又有許多與藥物化療作用有關的新靶點相繼發現，如抗突變、抗氧化、誘導HL-60細胞分化、雌激素受體拮抗作用和酶活性的抑制（如蛋白激酶C和鳥氨酸脫羧酶）等。與此同時，一些具有應用價值的試驗方法也逐漸建立起來，例如鼠乳房器官培養（Mousemammaryorganculture，MMOC）用于體外鑒定化合物對二羥甲基丁酸（DMBA）所致機能障礙的抑制作用。
4機遇與挑戰
盡管藥用植物來源的新藥研發已取得了顯著的成功，但在當前仍面臨諸多挑戰。在新藥研發的過程中，先導物的鑒定、優化、開發和臨床試驗都要消耗相當長的時間。據估計，藥物開發的周期平均為10年以上，總共需花去超過8億美金，其中大部分成本都消耗在篩選過程中大量淘汰的先導物上，平均5000個先導物中只有1個成功通過臨床試驗。提高進入開發期藥物的質量和數量，是新藥研發人員目前面臨的一大難題。由于藥用植物新藥研發與其它類型的藥物研發相比更加復雜和漫長，目前許多制藥公司都在降低其在天然產物研發方面投資的比重，并將資金轉移到了疾病的診斷和預防等其它方面［18］。
為了加速藥用植物新藥研發的進程，需要建立一整套標準化的有關植物采集、生物活性成分篩選和化合物分離純化的技術步驟。生物活性成分高通量篩選方法的設計是一項很有挑戰性的任務，在篩選方法確定之后，化合物或化合物庫即可用于生物活性的測定，通過開發天然產物化合物庫，用組合化學的手段將各種化合物的特征結合起來，可從一定程度上增加可供選擇的先導物的數量和命中率，但這也可能會遇到更多的問題［19］。同樣，化合物分離速度的提高也有賴于新的技術手段的應用，例如，以NMR、MS和高通量X-Ray衍射技術為基礎的一些新方法已經成功用于藥用植物先導物的開發。有理由相信，從藥用植物中發現有利用價值的天然產物在未來很長的一段時間內仍是新藥研發的一個基本手段。
【摘要】植物來源的天然產物藥物在癌癥、艾滋病和瘧疾等疾病的治療中發揮了越來越重要的作用。對熱帶雨林中的植物進行廣泛的活性篩選，以及從可食用植物中提取起保健作用的活性成分是當前的研究熱點。目前，植物來源的新藥開發研究在材料的選擇、高通量活性篩選以及活性成分的分離制備等方面正面臨許多嚴峻的挑戰。
【關鍵詞】生藥學藥用植物天然產物抗癌化合物
藥用植物論文:藥用植物學教學法論文
藥用植物學是中藥學、藥學專業的一門專業基礎課，其教學質量的高低，直接影響到其他專業課程如生藥學、中藥學、天然藥物化學、中藥鑒定學、中藥化學等的學習質量。藥用植物學在藥學專業和中藥學專業學生的知識結構中起著“橋梁”的作用。因此如何能夠讓學生學好藥用植物學顯得尤為重要，下面就藥用植物學的教學談談自己的幾點體會。
1認識緒論教學的重要性
俗話說“良好的開端是成功的一半”，教學和學習更是如此，每一個教師都有當學生的經驗，回憶一下自己的學生時代，基本上每門課程，在前五六個學時之后就已經確定了這門課是劃入“真心想學”的范圍，還是歸入“及格就好”的領域。由此可見，緒論的教學有多重要，但往往很多教師認為緒論中的內容和書中其他內容比較無關緊要，沒有必要花心思去講授。教師應該認識到課程緒論的重要性，認真備課，精心組織藥用植物學緒論課的教學，讓學生真正了解到該學科的發展歷史、學習的內容、目的、方法。了解學科的發展歷史能夠提高學生的學習興趣，提高知識面，了解學科的背景知識；了解學習的內容能夠讓學生對這門課程有一個整體、總體的認識；學習目的是應該重點講解的部分，知道了學科的作用及重要性才能激發學生學習動力，主動地學習；教會學習方法是學好一門課的關鍵，授之于魚，不如授之于漁，藥用植物學有其特殊性，它是一門實踐性很強的學科，應該教會學生如何理論聯系實踐，多利用身邊大量現成的學習材料。總之，最重要的是能夠通過緒論的教學激發學生學習藥用植物學的興趣和熱情，并對藥用植物學一見鐘情。
2創造一個良好的校園學習環境
校園是進行藥用植物學教學的一個重要并且方便的場所，大部分高校都有較大的綠化面積，可以建議學校在美化校園、綠化環境的同時，盡量栽種一些有利于教學的植物，特別是一些代表性的常見植物、具有藥用價值的植物，并且給植物進行掛牌，標明植物的分類、名稱、生活習性、特點、藥用功效、藥用部位等，讓學生在平時的活動中便留下印象，在講授到相關內容的時候教師及時的把“活體植物“介紹給學生，讓學生有更加深刻、更加直觀的認識，也為其他專業的學生開拓了視野，增加了知識面。當課程結束時，帶著學生環校游，檢驗一下自己掌握了多少身邊藥用植物學的知識。
3采用靈活多變的理論教學方法藥
用植物學本身的內容比較枯燥，記憶的內容較多，教師的任務在于將枯燥無味的描述性文字轉化為生動絢麗的植物形象，讓學生記住，記準[1]。當今多媒體設備、網絡傳媒及攝影技術飛速發展，已成為最重要的教學手段之一。通過網上搜索下載、購買植物圖片光碟、自己拍攝制作圖片等途徑獲得圖片，用多媒體展示給學生，讓學生對著圖片和文字描述一起學習，能夠取得很好的效果。著名教育學家陶行知認為：先生的責任不在教，而在教學，而在教學生學。根據筆者經驗，讓學生“教”比讓學生“學”更加能夠讓學生印象深刻，甚至終生難忘。如當講授到學生最難記憶的章節，把學生分成不同小組，各小組負責講授不同部分知識點，以課堂小測試的形式檢驗各組教學效果，知識點平均得分高的說明教學質量高，則對該小組進行一定程度的表揚和鼓勵。這能夠大大調動學生的積極性，學生們自動自覺地課下充分準備、討論，發揮集體的想象力和創造力去備課，盡較大努力讓其他同學記住自己所負責的知識點，此時本組同學已經掌握了所負責的教學內容，而在別組同學講授時，學生們更會本能地認真聽講，與本組的教學方法進行比較，此時別組同學所負責的知識點也很好地掌握了，，教師再進行歸納、總結、點評。這種教學方法常常能夠得到意料之外的良好效果，年輕人思維活躍，具有創造性，還時常編出口訣和順口溜幫助記憶。
4利用豐富多樣的實踐教學手段
實驗課是一種直觀的實踐教學手段，在藥用植物學的教學中占很重要的比例。實驗課能夠驗證課堂講授的理論內容并且加深印象，使知識具體化、形象化[2]。此外，藥用植物學實驗培訓也是掌握藥用植物學研究所必須的操作方法和技術的必要手段。在每次實驗過程中，教師全程跟蹤，隨時解答學生提出的問題，及時糾正學生錯誤的操作方法及繪圖方法等。每次實驗課結束后，教師認真地評閱學生的實驗報告，一一指出不足。在下一次的實驗中集中進行總結和講評，使學生能夠通過實驗掌握教學內容的重點，并培養學生的實際操作能力。參觀標本館，親自動手制作標本也是實踐教學手段之一，藥用植物標本區的臘葉標本大多是按照恩格勒系統分類，有序地排列在標本柜中，分類方法與教材一致，對照課本進行觀察學習，非常方便直觀。我校新校區正在籌劃建設200畝左右的藥用植物園，屆時將有3大區域，14個亞區的藥用植物，滿足教學需求，使藥用植物學的教學擺脫枯燥的宣講、紙上談兵的教學形式，在授課時，有條件可以將干、鮮標本同時擺上講臺直觀教學，或是直接讓學生走進藥用植物園，在現場進行教學[3]。此外，常規的不少于一周的野外實習更是鞏固和加深課堂教學的重要環節，它對每個學生來說都是十分必要、十分期盼以及終生難忘的一次學習經歷。我校地處秦嶺腳下，離秦嶺主峰太白山僅兩三個小時車程，極大的方便了藥用植物學的野外實習，優美的自然環境和豐富的植物資源，激發了學生們濃厚的學習興趣，學習熱情高漲，教學效果讓人十分滿意。
5建立合理的課程考核評價體系
藥用植物學的成績評定，與其他課程有所不同，不能單一的以理論考試成績為準，應該增加實驗實習成績、實驗技能掌握、平時考勤、野外實習表現、辨認原植物及標本能力考核等。這種考核評價體系很好的體現了藥用植物學這門學科的實踐性，也給學生更多的時間、精力和機會去熟悉藥用植物，讓學生從書中解脫出來，才能真正的對這門課產生興趣，并學好這門課。
作者：楊倩 周暄宣 謝艷華 曹蔚 孫紀元 畢琳琳 湯海峰 王四旺 單位：中國人民解放軍第四軍醫大學藥學院天然藥物學教研室
