基于标本信息探究京津冀药用植物花期对气温变化的响应.pdf

山 东 农 业 科 学():./.收稿日期:修回日期:基金项目:河北省自然科学基金项目()河北省中医药管理局科研计划项目()河北中医学院博士科研基金项目()河北中医学院大学生创新创业项目()河北省二期现代农业产业技术体系创新团队项目“中药材采收与加工岗”()作者简介:冀弈儒()女河北邯郸人本科生研究方向:中药资源与开发:.通信作者:谷仙()男河北鹿泉人博士讲师研究方向:中药资源生态学:.基于标本信息探究京津冀药用植物花期对气温变化的响应冀弈儒张建云郝伟明王雨璇田茜谷仙(.河北中医学院药学院河北 石家庄.河北省中药炮制技术创新中心河北 石家庄)摘要:气候变化直接影响药用植物的物候和采收期然而同一气候区内不同入药部位植物的花期研究较为薄弱 本研究利用 年采集的京津冀地区 种道地药用植物的标本信息统计其花期并计算相对采集时间指数()分析 对年份、年平均气温等的响应趋势 结果表明的药用植物花期随着年份的增加而提前紫菀、北苍术和黄芪等的 与年份呈显著或极显著负相关 种药用植物花期表现出延后趋势其中丹参、黄精、酸枣和忍冬的 与年份呈极显著正相关 根类药材中北柴胡的 与春季、夏季、秋季和当年的气温呈极显著负相关果实和种子类药材中连翘 与秋季气温呈极显著负相关酸枣 与春季、夏季、秋季和当年平均气温呈正相关但均未达到显著水平 综合来看气候变暖背景下京津冀地区大多数道地药用植物花期不同程度提前且受春季气温的影响最为明显而秋季气温升高则显著推迟了部分药用植物花期关键词:道地药材标本信息花期物候气候变化中图分类号:.文献标识号:文章编号:()(.).().气候变化是当前人类面临的最严峻的环境问题 植物的花期物候变化可以造成其开花时间与传粉者活动时间不匹配从而影响生物多样性造成药用植物自然生境退化、扩张或迁移 花期的改变将直接影响到以花或果实入药的中草药如金银花、连翘和酸枣等的采收期造成化学成分变化进而影响药品的质量安全 研究花期物候变化对于顺利开展野外植物资源调查工作、促进中药材产业可持续发展具有重要意义 但是同一气候区内不同药用植物的花期物候变化及对温度变化的敏感度是否一致仍需深入探讨京津冀地区地形地貌多样海拔落差大环境异质性强 受全球气候变暖影响近 年来河北省气候发生了明显变化呈现出气温明显升高、降水显著减少和极端天气气候事件与气象灾害频繁发生的特点 如:河北中南部太行山区海拔落差大极易发生“焚风效应”造成温度偏高张家口、承德等坝上地区处于生境脆弱的农牧交错带昼夜温差大 地理格局的多样性促成京津冀地区成为全国特色药材优势产区太行山东麓的涉县北柴胡、巨鹿金银花、邢台酸枣仁和燕山山脉的热河黄芩等中药材产量占全国总产量的 以上 研究显示京津冀地区在 年以后降水量增幅自西北向东南递减东部和西南部地区未来最高温度增幅最高太阳辐射呈现明显的“北低南高”加之京津冀地区为臭氧、气溶胶污染较为严重区域对本地区中药资源的影响增加了不确定性 研究证实气候变暖背景下植物花期会普遍提前徐韵佳等对牡丹江地区 种植物花期观测资料进行整理分析发现绝大多数植物始花期和末花期的年际变化与季前温度呈显著负相关关系基于数字标本探究发现在气候变暖背景下绿绒蒿属植物的花期整体呈现延后趋势 如果不重视未来气候变化对中药材品种萎缩和药性改变的研究将对中医药发展造成难以预知的影响植物花期研究所使用的物候数据通常仅涉及常见木本植物或重要经济作物、林业资源对药用植物而言却很少有详细的物候记录这使得人们无法从宏观水平了解京津冀药用植物花期对气温变化的响应然而利用数字化植物标本信息可在一定程度上弥补这一不足 目前对京津冀地区中药资源的研究并未充分考虑气候变化对花期的影响这就削弱了中药资源在实现中医药可持续发展中的具体应用效果 本研究拟通过中国数字标本馆整合京津冀馆藏道地药材标本信息结合京津冀气温数据探究代表性道地本草的花期对气温变化的响应趋势为提高中药材采收效率和质量提供重要科学依据 材料与方法.数据来源气温数据来源于国家气象科学数据中心(:/./)包括 年京津冀地区年平均气温(图)药用植物标本的花期信息主要来源于中国数字植物标本馆(:/./)从高级检索中选择“河北省、北京市和天津市和有花且仅显示有照片的标本”模式进行信息搜集且所选标本必须包含具体的采集时间“年、月和日”根据古代本草文献记载和京津冀地区药用植物分布情况参考中国药典(版)中道地药材基原信息从 年数字化标本中选用京津冀地区 科 属 种药用植物共计 条有效记录(表)包括植物类型、花期、生活型和入药部位等信息 第 期 冀弈儒等:基于标本信息探究京津冀药用植物花期对气温变化的响应.研究方法植物花期计算方法主要参考文献进行:花期总天数为“花期累积时间”()按每月 天计算“营养生长期”()为植物进入花期前的当年累积时间按每月 天计算“采集时间”()为标本采集日期对应的标本采集年中实际天数例如半夏花期标本的采集时间为 月 日则其 为 天如果标本中缺乏具体的采集日期则以标本所采集月份的中旬为标准“相对采集时间”()为花期标本 在花期中的相对时间并将标本 在 中所处的相对时间位置定义为“相对采集时间指数”()其计算公式:()/本研究涉及的分析包括两个层面一是利用相对采集时间指数()与对应的年份进行分析观测整体药用植物标本的花期变化情况二是分别对春季均温(月)、夏季均温(月)、秋季均温(月)、年均温(标本采集年)与每种药用植物的相对采集时间指数()进行逐一回归分析以 对气温变化的响应趋势表示京津冀地区主要药用植物花期对气温变化的响应规律图 京津冀年平均气温变化趋势.数据统计与分析采用 对花期数据进行整理采用 .软件中的一元线性回归分析探究气温对京津冀地区药用植物花期的影响 表 选用的京津冀地区药用植物基本信息科物种学名植物类型花期(月)生活型入药部位标本数(个)菊科紫菀 .草本多年生根和根茎菊科白术 .草本多年生根和根茎菊科款冬 .草本多年生花蕾菊科北苍术 (.).草本多年生根茎伞形科白芷 (.).草本多年生根伞形科防风 (.).草本多年生根伞形科北柴胡 .草本多年生根唇形科丹参 .草本多年生根和根茎唇形科黄芩 草本多年生根桔梗科党参 (.).或 .(.).草本多年生根桔梗科桔梗 (.).草本多年生根天门冬科知母 .草本多年生根茎豆科黄芪 (.).(.)或 (.).草本多年生根毛茛科金莲花 草本一年生花蕾百合科黄精 .或 草本一年生根茎石竹科麦蓝菜 (.)草本一年生种子天南星科半夏 (.).草本多年生块茎鼠李科酸枣 .().灌木一年生种子忍冬科忍冬 .灌木多年生花蕾木兰科五味子 (.).藤本一年生果实薯蓣科穿龙薯蓣 藤本一年生根状茎蔷薇科山楂 .或 .乔木一年生果实木犀科连翘 (.)灌木一年生果实十字花科菘蓝 .草本二年生根 山 东 农 业 科 学 第 卷 结果与分析.药用植物花期总体变化趋势对京津冀地区 种药用植物花期进行统计发现 种药用植物 随着年份增加而表现出花期提前趋势即回归系数为负值(表)其中紫菀、北苍术、黄芪、北柴胡和穿龙薯蓣的 与年份呈极显著负相关(.)回归系数分别为.、.、.、.和.白芷、白术、连翘等 种植物也表现出花期提前趋势但未达到显著水平 种药用植物表现出花期延后趋势即回归系数为正值 黄精和忍冬的 与年份呈极显著正相关(.)回归系数分别为.和.丹参、酸枣的 与年份呈显著正相关(.)防风、枯梗等 种植物的花期表现出延后趋势却未达到显著水平 表 京津冀地区药用植物标本相对采集时间 指数()与年份的回归分析科物种入药部位花期(月)回归系数菊科紫菀根和根茎.菊科白术根和根茎.菊科款冬花蕾.菊科北苍术根茎.伞形科白芷根.伞形科防风根.伞形科北柴胡根.唇形科丹参根和根茎.唇形科黄芩根.桔梗科党参根.桔梗科桔梗根.天门冬科知母根茎.豆科黄芪根.毛茛科金莲花花蕾.百合科黄精根茎.石竹科麦蓝菜种子.天南星科半夏块茎.鼠李科酸枣种子.忍冬科忍冬花蕾.木兰科五味子果实.薯蓣科穿龙薯蓣根状茎.蔷薇科山楂果实.木犀科连翘果实.十字花科菘蓝根.注:表示.水平相关性 表示.水平相关性下同.不同生活型植物花期对气温的响应依据生活型划分本研究药用植物包括多年生 种、一年生 种和二年生 种 相对采集时间指数()与春季、夏季、秋季和当年平均气温的回归系数见表 可以看出.的多年生药用植物 与春季气温呈负相关但仅紫菀、白芷和北柴胡达到极显著水平半夏、知母 与春季气温分别呈极显著、显著正相关其余多年生药用植物 与春季气温相关性均不显著黄芪 与春季、夏季气温呈负相关与秋季气温呈显著正相关 丹参 与秋季气温呈显著正相关 种一年生药用植物 与春季气温呈负相关其中穿龙薯蓣为极显著负相关 二年生药用植物菘蓝 与春季、夏季气温呈负相关表现出花期提前的特征.根茎类、根类、块茎类药用植物花期对气温的响应根据中国药典中药材基原对京津冀地区 种药用植物入药部位进行划分根茎类和根类植物分别为 种和 种(表)根茎类中紫菀的相对采集时间指数()与春季、夏季、秋季和当年平均气温均呈显著负相关其中与春季和当年平均气温达到极显著水平黄精 与春季、夏季、秋季和当年平均气温均表现出极显著正相关关系 种根类药材中仅防风的 与 个气温指标表现为正相关且与夏季气温达到显著水平白芷、北柴胡、黄芩、黄芪、党参、桔梗和菘蓝的 与春季、夏季气温的回归系数均为负其中北柴胡的 与春季、夏季、秋季和当年平均气温均呈极显著负相关半夏为块茎入药其 与春季、夏季、秋季和当年平均气温均呈正相关且与春季气温达到极显著水平与秋季气温和当年平均气温显著相关.果实、花和种子类药用植物花期对气温的响应本研究药用植物中果实类有 种、花类 种、种子类 种(表)果实类中五味子和山楂的 与除夏季气温的气温指标表现为正相关而连翘 与除夏季气温的气温指标呈负相关 第 期 冀弈儒等:基于标本信息探究京津冀药用植物花期对气温变化的响应但除连翘 与秋季气温呈极显著负相关外均未达显著水平 款冬和金莲花的花蕾属于入药部位前者的 与春季气温、后者与 个气温指标均呈负相关其中金莲花 与春季气温呈显著负相关忍冬 与 个气温指标的回归系数均为正值且与夏季气温达到显著水平就种子类而言麦蓝菜 与春季、夏季和当年平均气温呈负相关但均未达到显著水平酸枣 则与 个气温指标呈正相关也均未达到显著水平 表 京津冀药用植物相对采集时间指数()与气温的回归系数科物种植物类型花期(月)生活型入药部位回归系数春季气温夏季气温秋季气温当年平均气温菊科紫菀草本多年生根和根茎.菊科白术草本多年生根和根茎.菊科款冬草本多年生花蕾.菊科北苍术草本多年生根茎.伞形科白芷草本多年生根.伞形科防风草本多年生根.伞形科北柴胡草本多年生根.唇形科丹参草本多年生根和根茎.唇形科黄芩草本多年生根.桔梗科党参草本多年生根.桔梗科桔梗草本多年生根.天门冬科知母草本多年生根茎.豆科黄芪草本多年生根.毛茛科金莲花草本一年生花蕾.百合科黄精草本一年生根茎.石竹科麦蓝菜草本一年生种子.天南星科半夏草本多年生块茎.鼠李科酸枣灌木一年生种子.忍冬科忍冬灌木多年生花蕾.木兰科五味子藤本一年生果实.薯蓣科穿龙薯蓣藤本一年生根状茎.蔷薇科山楂乔木一年生果实.木犀科连翘灌木一年生果实.十字花科菘蓝草本二年生根.讨论植物物候是发挥物种功能性状最重要的生物多样性指标其中花期物候是对气候变化影响最敏感的指标之一 在过去 年中冬季温度的升高造成喜马拉雅山脉的桃儿七()、飞燕草()等药用植物花期提前也进一步影响到物种的分布 本研究所涉及的药用植物中有 种表现为花期提前可能是受年平均气温升高的影响尤以多年生药用植物表现最为突出这可能是由于多年生药用植物花芽形成往往受上一年秋冬低温的影响 本研究所用气象数据显示京津冀地区年平均气温呈上升趋势而且近 年来平原地区比山区平均气温低 左右 长期物候观测数据显示近 年全球乔木、灌木、草本植物的春季物候期以每 年 天的速率提前 本研究中 种药用植物 与秋季气温的回归系数为正即表现为花期延后 张利荣等发现随着气温上升各地植物的春季物候期提前而秋季物候期则推迟 如:酸枣 与年份呈显著正相关与春季、夏季、秋季和当年平均气温也均呈正相关花期整体呈现出延后趋势这可能是因为酸枣作为多年生灌木或者小乔木秋季气温升高导致春季花期物候顺延有关 然而近年来酸枣仁价格上涨迅速药农“抢青”问题突出因此在酸枣花期延后背景下无法保证酸枣仁质量 山 东 农 业 科 学 第 卷对药用植物而言人们往往关注的是入药部位对气温的响应 本研究中不同入药部位植物花期对气温的响应趋势有所差异 其中大多数根和根茎类药材植物的开花时间提前而知母、黄精和半夏的花期则表现出一定的延后趋势这可能是由于三者均为阴生植物温度过高不利于开花 气候变暖背景下积温增加极端天气现象剧增干旱发生的频率和强度明显增加可能会导致以果实或种子为药材的植物采收期延长如:太行山区重要道地药材连翘秋季果实初熟尚带绿色时采收习称“青翘”果实熟透时采收习称“老翘”二者化学成分的差异正是其功效差异的物质基础 如若采收时间不当则药材质量难以保证 过早采收的青翘和老翘中的挥发油成分低于采收期延长之后采收的采收期标准的完善是保证中药材质量的关键环节之一精细的物候期划分有助于植物药材采收期标准的完善和提升 蒋洁梅等对 年版中国药典统计发现 种植物药材中种植物药材采收期标准不含物候期 气候变暖可能会引发一些芳香类药用植物生物量和产量下降、化学活性成分改变影响药用植物的质量和安全但也有研究发现气温和降水的增加导致华北地区药用山药生态适宜区向北扩大产量增加 京津冀地区地形多样海拔落差大局地小气候对气温升高的响应不同 因此在参照传统采收经验的基础上要立足科学数据阐明气候变暖对药用植物的各方面影响 需求与供给的矛盾导致多种药材资源已处于濒危状态客观看待气候变暖对中药材的影响在未来加强药用植物对气候变暖的敏感性研究中有助于趋利避害实现中药材质量和产量双赢 特别是人工栽培的药材可以通过改进施肥、灌溉和喷施生长调节剂等田间管理措施来应对花期提前或者延后的不利影响 结论本研究表明京津冀地区大多数药用植物花期对春季平均气温的敏感性更强 然而本研究受标本数量的限制不同药用植物的采集时间与年份、气温的相关显著性会有所差异对于标本个数少的药用植物而言其花期对气温升高的影响需要进一步观察确认 除此以外未来应加强气温、降水、光照等多种气象因子协同作用对药用植物花期物候和采收期的影响参 考 文 献:.:.高旭旭于长文张婧等.定量评估京津冀气候变化和人类活动对植被 变化的相对作用.中国农业气象():.及华王琳谢晓亮等.河北省中药材产业发展现状及问题建议.河北农业科学():.肖登攀赵彦茜柏会子等.全球气候模式对华北平原气候的模拟和预估.地理与地理信息科学():.():.:.徐韵佳仲舒颖戴君虎等.年牡丹江地区植物花期变化及模型模拟.地理研究():.蔡宝坤王英伟唐中华.基于数字标本探究绿绒蒿属植物花期的变化.广西植物():.程薪宇焉志远郭梦桥等.黑龙江省植物花期对气温变化的响应.植物研究():.国家药典委员会.中华人民共和国药典:一部.北京:中国医药科技出版社.许聪聪崔洪霞石雷等.荚蒾属植物花期物候对春季异常气象事件的响应.植物学报():.():.:.:.第 期 冀弈儒等:基于标本信息探究京津冀药用植物花期对气温变化的响应():.许成成陆垂裕王建华.京津冀地区近 年来气候变化特征分析.水利水电技术():.胡植王焕炯戴君虎等.利用控制实验研究候对气候植物物变化的响应综述.生态学报():.张利荣郑立津陈丽敏等.植物物候期的研究进展/.分子植物育种:.:/./.刘德新葛玉珍李亚男等.年中原核心区干旱事件时空变化特征.中国农业资源与区划():.封燮石欢杨贵雅等.基于 与化学计量学的不同采收时期连翘挥发油类成分动态变化研究.中国中药杂志():.蒋洁梅郭巧生金江群等.年版中国药典植物药材采收期标准情况分析及建议.中国中药杂志():.:.():.安晏.中药材资源优化配置及生态适宜性分析 评中国药材产地生态适宜性区划(第二版).中国农业资源与区划():.山 东 农 业 科 学 第 卷