中国药材产地生态适宜性区划
日前，中国中医科学院中药研究所所长陈士林团队建立中草药“基因身份证”成果成为唯一入选“2016中国十大医学进展/新闻人物”评选活动的中医药领域项目。
本期，小编精选了陈士林教授主编的《中国药材产地生态适宜性区划》（第二版）部分内容，分享给大家。
药材质量与其生态环境密切相关，古典医药著作已对道地药材品质的生态学问题有了初步的认识和记载，如《新修本草》中对道地药材的精辟论述：“窃以动植形生，因方舛性，春节变，感气殊功，离其本土，则质同而效异”，这里的“本土”指的就是药材生长所需要的气候、土壤、水质等生态环境。《本草经集注》中进一步论述了“道地”的重要性：“诸药所生，皆有境界”。另外，随着药材的使用和流通，人们对因产地环境不同造成的药材品质差异也有了较明确的认识和总结。
产地环境是道地药材形成的重要因素，直接影响到道地药材的生长发育和有效成分的形成和积累，随着对道地药材认识的不断深入，人们尝试用不同方法阐释生态环境对道地药材的影响，如光照，温度，水分，空气，土壤等生态因子与道地药材的关系，并在此基础上研究和探讨适合道地药材生长的最佳生态适宜区，这对科学指导药材引种栽培具有重要意义。
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中药材生产区划按照区内相似性和区间差异性原则将道地药材资源进行分区。药材品质与生态特征研究不仅能阐释药材的生态特征，以及生态特征对药材品质的影响，同时对指导药材区划和生产布局有重要参考价值。中药材区划的目的在于揭示药材资源与药材生产的地域分布规律，药材区划是一个庞大的工程，需要考虑的作用因素很多。目前，道地药材区划主要有以下几种：定性区划和定量区划，生态区划和生产区划，国内区划和国外区划。
中药材产地生态适宜性区划方法
地理信息系统(GIS)是指在计算机软硬件及网络支持下，应用计算机学、数学、拓扑学、系统工程学、地理学、制图学等学科中的理论和方法，按照空间位置对各种基础地理信息进行输入、存储、更新、查询、分析、应用、显示和制图的技术系统。GIS具有强大的空间分析功能和数据管理能力，已被广泛应用于诸多领域。近年来，GIS已广泛应用于作物估产、精准农业、土地利用和国土资源动态监测中。“药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统”(GMPGIS)的成功研发是GIS技术在中药资源领域应用的具体体现。
数据是中药材产地生态适宜性分析的基础。构建结构合理、数据准确、时效性强的中药材数值分析空间数据库是进行中药材产地生态适宜性区划的关键。基于GIS的中药材产地生态适宜性分析数据库进行了多个数据库的数据整合，主要包括以下四个数据库：基础地理信息数据库、气候因子数据库、土壤数据库、中药材分布空间数据库。
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药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统介绍
“药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统”(GMPGIS)是全球首个中药材产地生态适宜性分析系统。该系统以地理信息系统为开发平台，能够对中药材产地适宜性进行多生态因子、多统计方法的定量化与空间化分析，进而确定中药材产地生态适宜性区划。
GMPGIS软件系统主要包括：用户注册登录，药用植物生态因子查询，各省、县(区)产地生态适宜性查询，药用植物产地生态适宜性区域对比展示，用户自定义采样点产地生态适宜区域查询，用户收藏等功能。
中药材产地生态适宜性区划分析方法
中药材产地生态适宜性区划分析是利用GIS强大的空间聚类与空间分析功能，能够科学、快速、准确地分析出与药材道地产区最为相近的区域。空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的数据分析技术，从宏观上可以归纳为以下几种：①空间图形数据的分析运算；②非空间属性数据的运算；③空间和非空间数据的联合运算。
运算手段包括各种几何逻辑运算、数理统计分析、代数运算等，以解决有关地理空间的实际问题，提取和传输地理空间信息，尤其是隐含信息。空间分析的目的主要有4方面：①认知——通过有效地获取、科学地描述空间数据，利用数据来再现事物本身；②解释——理解和解释生成观察地理图案和数据的背景过程，认识事件的本质；③预报——了解、掌握事件发生的现状，运用推测规律对事件未来的发展作出预测；④调控——调控在地理空间上发生的事件。
“药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统”(GMPGIS)的空间分析分为栅格数据空间分析和矢量数据空间分析两大类。栅格数据空间分析用于对中药材生长的气候环境进行分析，利用栅格数据模型准确评价每一空间单元内中药材种植的适宜性，找出最适宜中药材生长的区域。矢量数据空间分析是对利用栅格数据分析出的中药材生长区域和行政区划进行叠加，进一步分析适宜区的行政范围和面积等。
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人参为五加科植物人参PanaxginsengC.A.Mey.的干燥根及根茎，2015年版《中华人民共和国药典》(一部)收载。人参性微温，味甘、微苦，具大补元气、复脉固脱、补脾益肺、生津养血、安神益智等功效。
人参是我国珍贵的中药材，享有“中药之王”美誉。《名医别录》中记载人参“生上党辽东”；《本草纲目》中记载人参“今所用者皆是辽参”。明朝起，东北是人参的主产地。由于长期掠夺式采挖，以及大量采伐森林，人参野生资源非常稀少，濒临枯竭，已被《国家重点保护野生药材物种名录》列为二级保护物种。目前，主要依靠栽培满足国内外市场对人参的需求，栽培人参又称“园参”。
【地理分布与生境】
人参主要分布于中国、韩国、日本、朝鲜及俄罗斯远东地区，中国吉林、辽宁、黑龙江等省分布较多，在河北、山西、陕西、内蒙古等省(区)亦有引种或栽培，多生长于山地落叶阔叶林、针阔混交林或杂木林下。
【生物学特性及栽培】
人参为多年生的阴生草本，喜凉爽、湿润气候，忌高温、耐严寒，对光照要求严格，怕强光和直射光。光照强度大时，人参叶片组织易受破坏，光合作用降低，生长受到抑制；光照不足时，植株矮小瘦弱，生长不良。人参在土层深厚、排水良好、富含腐殖质的砂质壤土中生长良好，不宜在碱性土壤中栽。
【生态因子值】
《中国药材产地生态适宜性区划》（第二版）在全球范围内分别对中国、韩国、日本、朝鲜及俄罗斯远东地区等人参分布区进行了选点，最终选择了271个样点用于人参生态适宜产区分析。
根据文献检索、实地考察及各国相关制药企业数据统计，设定中国选点数为163个，主要分布在吉林省白山市抚松县、靖宇县、长白县，通化市集安市、通化县，延边朝鲜族自治州敦化市、安图县，吉林市蛟河市等地；辽宁省本溪市桓仁县，抚顺市新宾县，丹东市宽甸县等地；黑龙江省黑河市，伊春市嘉荫县，牡丹江市东宁县等地；山西省长治市长子县及黎城县等地。
韩国选点数为42个，主要分布在韩国中部地区，如京畿道、江原道、忠清北道、忠清南道、全罗南道、全罗北道、庆尚北道、首尔、仁川等地。
朝鲜选点数为26个，主要分布在朝鲜北部及南部开城等地，如开城、金川、平山、瑞兴、凤山、平壤、金化、新溪、楚山、朔州等地。
俄罗斯选点数为22个，主要分布在俄罗斯远东及高加索地区的哈巴罗夫斯克(伯力)、符拉迪沃斯克(海参崴)、锡霍特山脉、伊曼河、乌拉河、阿诺钦克等地。日本选点数为18个，主要分布在长野县、福岛县、岛根县以及北海道等地。
通过运用GMPGIS对上述样点进行分析，得到人参主要生长区域生态因子值范围：年生长期均温7.1~20.3℃；最冷季均温-23.2~3.5℃；最热季均温12.3~24.6℃；年均温-2.1~14.0℃；年均相对湿度54.9%~71.8％；年均降水量520~1999mm；年均日照113.0~158.6W/m2；土壤类型以强淋溶土、暗色土、人为土、始成土、冲积土、潜育土、薄层土、淋溶土、灰化土、黑土等为主。
【生态适应性数值分析】
根据上述获得的生态因子值，利用加权欧氏距离法计算得到人参最大生态相似度区域全国分布图，主要包括黑龙江、吉林、辽宁、陕西、甘肃等省区。
图1人参最大生态相似度区域全国分布图
表1 人参最大生态相似度主要区域
图2 人参最大生态相似度主要区域面积图
【区划与生产布局】
人参在中国的最大生态相似度区域包括黑龙江、吉林、辽宁、陕西、甘肃等省，其中面积前两位的区域是黑龙江省和吉林省，面积分别为372037.1km2和153588.9km2。黑龙江省包括嘉荫、东宁、林口、海林、富锦等县(市)，吉林省包括抚松、靖宇、长白、集安、安图等县(市)。
根据分析结果，结合人参生物学特性，并考虑自然条件、社会经济条件、药材主产地栽培和采收加工技术，建议选择引种栽培研究区域主要以黑龙江、吉林、辽宁、陕西、甘肃等省为宜。
图3 人参最大生态相似度区域图
中国分别于2004年在吉林省靖宇县、临江县，2006年在吉林省集安市麻线乡、榆林镇、大路镇、台上镇、清河镇、头道镇，2007年在抚松县抽水乡、东岗镇、北岗镇建立了人参规范化种植基地。此外，山西省也有一定的相似区域，这与古代本草记载近乎一致。《神农本草经》中记载“人参出上党，状类人者善”，《名医别录》中记载人参“生上党辽东”。上述所称“上党”，是今天山西省长治市及黎城县的一部分；“辽东”，即今东北地区。
【品质生态学研究】
贾光林等(2012)基于单成分人参皂苷Rg1、Re和Rb1的生态适宜性区划显示人参最佳栽培区域主要集中在长白山山脉。谢彩香等(2011)对人参进行了化学成分及土壤、温度、水分、光照等生态因子分析，并进行了相关性研究，结果表明，温度是影响人参皂苷类成分累积的关键生态因子；土壤中有效硼、有效铁、速效氮与人参皂苷含量呈正相关，提示在人参实践生产中可以通过适当的低温处理，增施硼、铁、氮肥等农艺措施来调控人参皂苷含量。
图4 人参样品人参皂苷类含量
图5 采样点环境因子排序
刘琪碌等(1997)探讨了林下人参生理特性及其生长与林内生态因子的关系，结果表明，林内光照、水分、温度等因子与林下人参生长的关系极为密切，林内光照在中等条件下，即相对光照为10%~35%，林分郁闭度为0.6~0.8，土壤含水量在35%~40%时人参生长最好；林下人参的物候进程及生长与温度的关系密切，林内温度在5℃左右时，人参芽孢开始萌动，15℃左右时，地上茎生长进入速生期。
作者简介
陈士林
首席研究员
现任中国中医科学院
中药研究所所长
陈士林，首席研究员现任中国中医科学院中药研究所所长，世界卫生组织传统医学合作中心主任；欧亚科学院院士；CGCM(中药全球化联盟)副主席。曾任香港理工大学客座教授，并在英国皇家植物园丘园接受专业培训、哈佛医学院Mclean医院做访问学者等。现兼任日本东京药科大学客座教授、澳门大学兼职讲座教授、“濒危药材繁育”国家工程实验室主任、中国药学会中药与天然药物专业委员会主任委员、美国药典传统中药咨询组顾问等。
现为教育部长江学者创新团队负责人,担任Pharmaceutical Crops共同主编，CHM、《药学学报》等副主编，PLOS ONE等十余种国际国内学术刊物的编委；在国际上创建了基于ITS2的中草药DNA条形码鉴定方法体系，完成专著《中国药典中药材DNA条形码标准序列》, 从基因层面解决中草药物种真伪鉴定的难题；通过全基因组解析提出灵芝为首个中药基原药用模式真菌，被Nature China 选为中国最佳研究亮点推介；完成丹参、赤芝、紫芝等中草药的全基因组图谱和相关转录组、功能基因组等研究，提出并形成《本草基因组学》学科领域,相关论文在《自然通讯》等发表；完成中国中药材产地生态适宜性数值区划，避免中药材盲目引种栽培；获国家发明专利31项、美国专利5项，培育获批2个中药新品种证书；发表论文400余篇, 其中SCI 论文200 余篇,包括平均IF>10的国际著名期刊Nature Commun、Biotech Adv、PNAS、Nat Prod Rep、Biol Rev 等, 论文被他引1万余次，H指数49（Google Scholar）。获吴阶平医药创新奖、诺奖之星、Agilent Thought Leadership Award等荣誉；获得国家科技进步二等奖2项、国家教育部高校成果科技进步一等奖1项、中华中医药学会自然科学一等奖1项。
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诸药所生 皆有境界
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本文责编 | 安 静
本文摘编自陈士林等编著《中国药材产地生态适宜性区划》（第二版）（ 责编：彭胜潮 赵 晶）绪论及第一部分，内容有删减。
中国药材产地生态适宜性区划（第二版）
陈士林 等 编著
北京：科学出版社，2017.01
ISBN 978-7-03-051468-4
《中国药材产地生态适宜性区划》（第二版）是在第一版中药材产地生态适宜性区划研究的基础上，基于全球生态和土壤数据库，首次系统开发了“药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统”，将地理信息系统空间技术与中药栽培学、中药资源学等学科有机融合，对171种(含207个基原物种)中药材开展了产地生态适宜性研究，部分物种提供了全球范围的适宜性分析和品质生态学研究结果，研究与建立了中药材产地生态适宜性区划理论体系框架。《中国药材产地生态适宜性区划》（第二版）全面展示了中药材数值区划研究领域的最新成果，分为绪论、正文、附录三部分。绪论主要介绍中药材产地生态适宜性区划的研究背景、基本概念、目的意义及研究方法；正文选择2015年版《中华人民共和国药典》(一部)及相关文献收载的171种大宗、常用、珍稀濒危中药材，搜集、提炼了地理分布、生物学特性、生态因子值等数据，进行了产地生态适宜性分析和研究，根据分析结果提出了药材的区划与生产布局。本次修订版还补充了近年来对药材品质生态学方面的研究。中药材产地生态适宜性分析为我国中药材引种栽培和规范化种植(养殖)提供了科学依据。附录收录了《中国中药区划》一书的中国中药区划图及其分区系统与命名。
《中国药材产地生态适宜性区划》（第二版）对中药材的种植、选购、销售等均具有指导价值。
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