碱、蛋白质等含氮
温度
物质的合成。
大气
CO2倍增条件下，糖 槭叶片的防御性化
合物（单宁）含量
大大增加。
普遍认为菌根真菌的侵 染会在一定程度上促进 药用植物的次生代谢产 物的积累。
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次生代谢生理生态主要研究领域
次生代谢物在植物生育期、不同器官中 的分布和含量。
药用植物特定次生代谢产物生物合成的 生理生化代谢途径。
有利于药用植物次生代谢物生物合成的 生态环境因素及其相互作用。
探寻调控药用植物次生代谢物合成的机 理和方法。
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6
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次生代谢产物积累调控
栽培技术调控
次生代谢产物
灌溉采收等：收获期 适当干旱可以提高丹 参中丹参酮的含量。
栽培 技术调控
• 良种选育 • 合理施肥 • 灌溉排水 • 种植密度 • 合理采收加工
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5
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三、次生代谢的生理生态
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次生代谢产物的种类
• 包括简单酚类、 醌类和黄酮类等。
酚类
生物 碱类
• 生物碱是起源于 氨基酸的一类含 有氮原子的化合 物。
• 萜类和甾类化合物 是以异戊二烯为基 本单位构成的一类 化合物
萜类 甾类
其他
• 其他包括胺类、 非蛋白质氨基酸、 生氰苷、多炔、 有机酸等
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药用植物生理生态学
中国中医科学院 中药资源中心
一、概述 二、生长发育的生理生态 三、次生代谢的生理生态 四、逆境生理生态
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一、概述
概念
药用植物生理生态学（是一门借鉴 植物生理生态学的研究方法和思路， 研究和阐明药用植物生命过程中的 生理变化与生态环境的相互作用的 关系的一门学科，它立足于植物生 理生态学的基础理论，重点阐述生 态因子对药用植物生理变化，特别 是次生代谢产物合成的生理生化反 映的影响和机制。
• 非道地药材:根茎较 粗大，呈结节状或团 块状居多
45
苍术根茎横切面图
A茅苍术（江苏金坛） B南苍术（湖北罗田）C北苍术（内蒙古克旗）
1木栓层 2 石细胞群 3皮层 4 油室 5草酸钙针晶6韧皮部 7形成层 8木质部 9木纤维
束
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化学成分适应性
化学成分适应性
第二主成分 (17%)
7
6
5
4 B
3
A
三七专用菌剂
三七菌根化苗的生产
23
三七专用菌剂的生产——田间原位菌剂扩繁
2012中国药学会三等奖 24
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形成了基于整体观的中药土壤综合治理思路
养分缺乏 或失衡
物理性质 改变
病虫害 自毒物质
重金属 农残污染
药用植物和土壤一体，土壤各个生态系统浑然一体
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开展了中药材土壤恶化的“辨证论治”
19
20
直播的生产模式抗病性好
传统三七采用“1+2”的两段式栽 培，移栽三七根系差，易发病害
三七直播（不移栽）栽培，根系 好，抗病性强
修剪等农艺措施改变产量
现场示范抹芽技术要领
修剪、抹芽后的丰产植株
未抹芽的多徒长条植株
21
22
菌根栽培优势明显
三七苗成活率、 药材生物量, 折干率、皂苷 含量均有显著 提高。
1900
思辨和描 述阶段
受控实验
利用仪器或控制设施有意识的控制自 然过程条件，模拟自然现象进行生理生态学 的实验。 植物气孔的开张、光补偿点、光饱和点、 CO2补偿点、CO2饱和点、温度、矿物质对光 合作用的影响。
7
形成与发展
至今
1950
实验方法阶 段
2000
理论方法和 综合方法阶 段
1900
现代植物生理生 态学发展阶段
K0
1.30±0.133c
0.95±0.479b
全钾和可溶性蛋白比较 52
苍术低钾胁迫下化学成分的变化
归一化百分含量（％）
4.500 4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 0.500 0.000
挥发油组分归一化百分含量柱状图
CK K1 K2 K0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16 17 21 22 组分
对病原微生物的 防御作用
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不同生态因子对药用植物次生代谢产物合成和 积累的影响
北沙参、川贝母 、阳春砂等在砂 土中有利于次生
代谢物积累
干旱胁迫的薄荷 叶中，萜类物质 浓度升高，水分 较多时薄荷油的
含量则下降。
温 度 土壤
水分 大 气
光照
次生 代谢
生物
生于阳坡的金银花中
绿原酸的含量高于阴
坡
高温却有利于生物
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“稻草（松毛）+地膜”的双覆盖盖膜生产方式，可有效防治三七苗期早霜伤害，大幅减少
出苗期浇水量（可少交4次水），提早出苗时间7-10天，并提高出苗整齐率。
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3
传统三七用杉树枝条、秸秆等做荫棚优势明显
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三七小拱棚栽培优势明显
小拱棚透气性好 ，可进行光 照调节，三七长势良好，且病 害少。
面临的实际问题的发展 多层次发展 实验仪器快速发展
思辨和描 述阶段
• 精确测定代谢和微循环变化 • 植物生长模型 • 1975年，奥地利学者拉夏埃尔编著的
《植物生理生态学》出版，宣告了这门
学科的正式形成。
8
形成与发展
内容
20072009
•黄璐琦、郭兰萍《中药资源生态学研究》 •黄璐琦、郭兰萍《中药资源生态学》
组织和细胞培养 技术调控
• 外植体的调控 • 培养基的调控 • 培养环境的调
控 • 诱导子的调控
作用 • 前体和抑制剂
的调控作用
基因工程 技术调控
• 转基因器官培养 • 关键酶基因调控 • 反义核酸技术 • RNA干扰技术 • 转录因子调控
种植密度：丹参最佳 种植密度与丹参酮含 量和每亩产量密切相 关。
合理施肥：生物菌肥， 如AM菌根共生可以促 进丹酚酸类次生代谢 物的积累。
37
38
组培调控
生物或非生物诱导子诱导或 处理培养物调控丹参毛状根
39
关键酶基因调控
SmDXR 基因对于丹参酮 类物质生物合成具有重 要的正向调节作用，过 表达SmDXR 基因显著提 高了丹参中二萜丹参酮 类成分的含量。
51
苍术对低钾胁迫的适应性反应
编号 株高（cm） 根长（cm） 根茎粗（cm）
叶片数 分枝数 须根数 地上鲜重（g/株） 地上干重（g/株） 地下鲜重（g/株） 地下干重（g/株）
CK 30.83±7.17a 22.07±4.26a 3.67±0.88a 129.67±81.61a 12.33±6.77a 99.67±46.18a 33.93±15.82a 8.45±3.93a 69.56±40.07a 16.10±10.44a
2
1
0
-3
-2
-1
-1 0
1
2
-2 第一主成分（60%）
苍术6个主要组分的主成分
分析结果（A道地药材、B非
道地药材）。
苍术6个主要组分的聚类分析
47
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ห้องสมุดไป่ตู้
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道地药材的逆境效应
2013-11-14 低钾胁迫的观察实验
49
50
低钾胁迫的受控
control
K1
K2
K3
control
K1
K2
K3
正常组CK（K 1.3mmol/L）； 低钾组K1（K 0.9mmol/L）； 低钾组K2（K 0.5mmol/L）； 无钾组K0（K 0）
12
2
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学科特点
在个体水平研究生态因子影响药用植物的生 理现象
用生理学的理论和方法解释生态学问题 产量和质量并重 重视次生代谢与调控机理 以道地药材为核心，研究道地药材形成的生
理生态学机制 在药用植物野生抚育与栽培生产过程中，注
重生态效益
13
重点任务
研究药用植物的生长发育的生理生态
治则治法 病人/病 有故无殒 上工治未病 扶正祛邪
综合治理 重金属 土壤养护 养分平衡
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形成土壤综合修复关键技术
被推荐为科技部“科技惠民计划”
菌根真菌繁育技术
AM菌根真菌单分离技术
药用植物的丛枝菌根接种技术
中药材自毒作用评估技术
中药材土壤重金属化学修复技术
中药材平衡施肥技术 中药材重金属的风险评估技术 中药材退化土壤的综合修复技术
基因表达 次生代谢产物
对照 野生 过表达1 2 3 4
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四、环境胁迫
药用植物对逆境的反应
逆境反应
指环境胁迫对 植物的生理过 程产生的即时 的不利的影响 。
驯化
植物个体在形 态和生理上的 调整，以补偿 逆境引起的生 长减慢。
适应
一种进化反应 ，它是群体内 遗传变化的结 果。
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42
7
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K1 21.90±6.07b 20.88± 3.24a 2.48±0.37b 32.50±3.42b 3.50±0.93b 42.25±4.23b 9.31±10.02c 2.81±3.06b 24.28±18.47b 3.91±2.44b
生物量各指标比较
供钾水平越高，全钾与可溶性 蛋白质含量越高。
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次生代谢产物积累的特点
1. “全能性” 2. 多途径性和可调控性 3. 近缘种相似性 4. 广布性和特异性 5. 合成和积累部位的差异性 6. 积累与生长周期相关性