黄芪又称黄耆、口芪、箭芪、绵芪等,始载于《神农本草经》,为常用大宗药材,迄今为止已有超过2 000 a的药用历史
[1]。据《中国药典》(2020版一部)记载,黄芪为豆科黄芪属植物蒙古黄芪(
Astragalus membranaceus (Fisch.) Bge. var.
mongholicus(Bge.) Hsiao)和膜荚黄芪(
Astragalus membranaceus(Fisch.) Bge.)的干燥根,其味甘性温,具有补气升阳,固表止汗,利水消肿,生津养血,行滞通痹,托毒排脓,敛疮生肌的功效
[2]。现代药理学研究表明,药用黄芪中含有丰富的黄芪多糖、皂苷类和黄酮类等化合物,具有抗病毒、消炎止痛、抗疲劳、抑制肿瘤等功效
[3-4]。黄芪除药用外,还可用于食品保健
[5]。因此,黄芪有效成分含量的测定、用药规律及临床等成为研究热点。但黄芪种质资源的品质优良是其药品高效、安全的关键源头,因此,需要清晰黄芪标本的历史分布,对黄芪资源进行合理地保护与利用。
我国是世界上生物多样性最丰富的国家之一,随着社会经济的快速发展,如何有效地保护生物多样性资源,是我国生态文明建设面临的一个重大挑战。因此,国家相继建立了许多自然保护区及动植物园进行动植物的迁地保护和就地保护,并陆续进行动物、植物、土壤等各类资源的大型普查,为生物资源的多样性保护奠定基础。针对上万种植物的调查与记录,数字化标本馆借助网络存储和Web信息系统管理技术对植物标本进行数字化管理,为科研学者提供在线的植物标本查询、物种分类信息等服务。每种植物的腊叶标本均详细记录了采集时间、采集地点等信息,是调查植物资源、分析群体生存的环境和追溯植物群体历史动态的图书馆,是植物学等专业研究工作非常重要的科研基础
[6-7]。刘娜等
[8]通过对数字化标本馆中文冠果的信息进行统计分析,发现分布在不同区域文冠果的形态特征,如花、果实的形态与大小均存在差异,其中,陕西地区的果实平均直径最大;曹雨夏等
[9]为了系统分析元宝槭的地理分布特点,对国内外主要数字化标本馆所记载的信息进行检索,发现元宝槭主要分布在我国东北和华北等地区;许祖昌等
[10]基于数字化标本馆中51 194份竹类植物的采集信息,结合全球气候数据库中的19个环境气候因子进行分析,得到竹类各分支的适生区为四川盆地和云南南部。
药用黄芪是我国一类重要的大宗药材,随着各行业需求量的增加,一些地区采用种子直播仿野生的方式种植黄芪或育苗,通过人工栽培来缓解野生资源的匮乏,但人工栽培面临着生产水平低、管理方式不规范、种质资源混杂、退化等问题
[11-12]。为了更好地掌握药用黄芪种类在发展历史中的动态变化,追溯原有种质的质量,本研究利用国内外多所植物标本共享平台的数字化标本馆数据,对药用黄芪标本资源进行检索、鉴定、分析和统计,再结合已有文献研究,分析黄芪资源的历史地理分布格局,为今后黄芪种质资源的演化与优质种质保护提供有价值的基础数据。
1 数据来源与处理方法
药用黄芪馆藏标本资源数据来源于国内外12所数字化标本馆,分别是中国数字植物标本馆(
https://www.cvh.ac.cn/)、NSII-中国国家标本资源平台(
http://www.nsii.org.cn/)、英国皇家植物园标本馆(
https://www.kew.org/)、英国爱丁堡植物园标本馆(
https://www.rbge.org.uk/)、纽约植物园标本馆(
https://www.nybg.org/)、密苏里植物园标本馆(
https://www.missouribotanicalgarden.org/)、法国巴黎自然历史博物馆(
https://www.mnhn.fr/en/)、奥地利维也纳大学博物馆(
https://herbarium.univie.ac.at/)、德国慕马丁路德大学标本馆(
https://www.unihalle.de/)、德国慕尼黑国家植物标本馆(
https://botanischestaatssammlung.de/)、美国哈佛大学阿诺德植物园标本室(
https://www.arboretum.harvard.edu/)、丹麦哥本哈根大学豪尼安瑟植物博物馆(
https://www.ku.dk/)。对药用黄芪馆藏标本信息,如所在的标本馆名称、数量、采集人、采集地点、采集时间等进行检索,使用Excel软件对数据进行统计分析。若标本信息与图片不一致,或是文字信息与标本信息不一致的数据则删除不用。数据截止时间为2023年12月,标本馆代码参照中国数字植物标本馆(CVH:
http://www.cvh.ac.cn/)
2 结果与分析
2.1 黄芪馆藏单位名称及数量
将12所数字化标本馆中记录有药用黄芪的馆藏单位名称及数量进行整理汇总,共获得498份黄芪标本(
表1)。馆藏蒙古黄芪标本有177份(
图1),中国科学院植物研究所标本馆收录的蒙古黄芪标本最多,为89份,内蒙古自治区中医药研究所收录30份,新疆农业大学植物标本馆收录14份,内蒙古农业大学植物标本室和西北农林科技大学生命科学学院植物标本馆各收录6份,其余数字化标本馆收录的蒙古黄芪标本均不足5份。
馆藏膜荚黄芪标本有321份(
图2),重庆中药研究院标本馆收录的膜荚黄芪标本最多,为62份,西北农林科技大学生命科学学院植物标本馆收录55份,新疆农业大学植物标本馆和山西中医学院植物标本室均收录27份,山西大学生命科学学院植物标本室和沈阳农业大学植物标本室均收录12份,北京自然博物馆植物标本室收录10份,中国科学院植物研究所标本馆和贵阳中医学院药学院标本馆均收录9份,北京师范大学生命科学学院植物标本室、内蒙古自治区中医药研究所、和西北师范大学生命科学学院植物标本室均收录8份,中国科学院西北高原生物研究所植物标本馆、复旦大学生物系植物标本馆、兰州大学植物标本馆、天津自然博物馆植物标本室均收录7份,福建省食品药品质量检验研究标本馆、中国科学院华南植物园标本馆和吉林省林业科学研究院均收录6份,内蒙古大兴安岭森林调查规划院植物标本室收录5份,其余数字化标本馆的馆藏标本均不足5份。
2.2 采集地理分布分析
2.2.1 黄芪标本采集地理分布分析
将获得的498份药用黄芪标本进行地理分布分析。国内外比较,国内馆藏标本数量为495份,所占比例超过99%,国外仅法国巴黎自然历史博物馆中保存有3份蒙古黄芪标本。因此,该文主要对国内所分布的药用黄芪进行地理分布分析,结果表明(
图3),中国数字植物标本馆和NSII-中国国家标本资源平台获得的495份黄芪标本中,492份黄芪标本记录有明确的采集地点,采集来自中国的15个省、3个直辖市和4个自治区。分别为山西省108份、四川省80份、内蒙古自治区63份、新疆维吾尔自治区56份、河北省32份、吉林省21份、陕西省20份、甘肃省18份、宁夏回族自治区13份、辽宁省12份、贵州省10份、黑龙江省10份、青海省9份、天津市8份、西藏自治区7份、北京市7份、福建省6份、山东省4份、湖南省3份、重庆市2份、云南省2份、湖北省1份。剩余3份标本无具体的采集地点信息。综上,蒙古黄芪主要分布在内蒙古自治区、山西省和河北省,膜荚黄芪主要分布在四川省、山西省和新疆维吾尔自治区。
2.2.2 黄芪标本采集垂直分布分析
将中国数字植物标本馆和NSII-中国国家标本资源平台上的所有蒙古黄芪和膜荚黄芪标本采集地的海拔进行整理汇总。在收集到的495份黄芪标本中,248份有明确的采集地海拔,具体分布情况如
图4所示。
从
图4可以看出,蒙古黄芪在海拔800~2 000 m采集数量最多,但蒙古黄芪标本采集地最低海拔为104 m,于河北省唐山市迁西县由迁西队采集,保存于中国科学院植物研究所标本馆;采集地最高海拔为3 800 m,于四川省由王清泉采集,保存于中国科学院植物研究所标本馆。膜荚黄芪在不同海拔采集数量较为平均,但采集地最低海拔为15 m,于辽宁省沈阳市由许玉凤采集,保存于沈阳农业大学植物标本室;采集地最高海拔为6 900 m,于四川省阿坝藏族羌族自治州采集,保存于重庆市中药研究院标本馆。剩余247份黄芪标本无具体的采集地海拔信息。
2.3 黄芪标本采集时间分析
对中国数字植物标本馆和NSII-中国国家标本资源平台所获得的495份黄芪标本进行采集时间分析,结果表明(
图5),461份黄芪标本标示有采集时间,标本数量在不同的采集时期差异较明显,主要分布在1951—1990、2011—2020年2个时期。其中,1901—1910年采集1份、1911—1920年采集1份、1921—1930年采集10份、1931—1940年采集18份、1941—1950年采集6份、1951—1960年采集83份、1961—1970年采集41份、1971—1980年采集89份、1981—1990年采集68份、1991—2000年采集15份、2001—2010年采集30份、2011—2020年采集99份。剩余34份标本无具体采集时间。
2.4 黄芪标本采集形态分析
在中国数字植物标本馆和NSII-中国国家标本资源平台中获得的495份黄芪标本中,有226份黄芪标本明确记录了采集时黄芪的物候期,统计分析发现,有花无果63份、无花有果94份、有花有果54份和无花无果15份(
图6)。
从
图6可以看出,黄芪花期为6—7月,结果期为7—9月。其中,53%的标本采集时期处于花期,66%的标本采集时期处于结果期,仅有少数标本采集时期处于无花无果。
3 结论与讨论
本研究通过对国内外12个数字化标本馆馆藏黄芪标本资源进行了统计分析,发现馆藏药用黄芪标本有80%的采集地海拔处于1 000 m以上,与文献记载一致,即黄芪的适宜生长区主要分布在海拔1 000 m以上及中国北纬33°以北的地区,优质产区的海拔在1 000~1 500 m,如山西、内蒙古、河北、宁夏、陕西等地
[13-14]。从海拔分布来看,蒙古黄芪海拔分布主要集中在1 400~1 599 m,采集地为内蒙古、山西和河北,与当今蒙古黄芪的道地产区较一致
[15-16];相比蒙古黄芪,膜荚黄芪在整个时期不同海拔采集数量较为平均,表明膜荚黄芪的分布范围比蒙古黄芪较广,适应性较强,并与黄芪本草考证历史较符合
[17-18]。从标本数量来看,膜荚黄芪标本量大于蒙古黄芪的标本量,可能是由于膜荚黄芪作为蒙古黄芪的原种
[19],且分布区域相较于野生蒙古黄芪更广,在进行资源调查时更易被采集,也反映出黄芪资源药用历史的变化。
对数字化标本资源平台获得的498份黄芪标本进行采集时间的分析,发现标本数量最集中的时期分别是1951—1960年(83份)、1971—1980年(89份)、1981—1990年(68份)和2011—2020年(99份)。由于本研究是以10 a为一个时间段进行统计,所以与前3次的全国中药资源普查标本量(主要集中在普查时期)稍有差错,但与第4次全国中药资源普查在时间和标本数量上完全符合
[20]。因此,标本的采集与数据库的保存既可以反映当时的资源分布状况,也为种质溯源与科学研究提供一定的参考价值。
植物标本保存的完整程度及标本信息的准确记录均可为物种的鉴定、地理分布格局等研究提供可靠的依据,因此,一份完整的腊叶标本上具有的采集信息应该包括采集人、采集地点、海拔、采集时间、形态特征等。本研究通过对数字化标本馆中黄芪标本的采集信息进行分析,发现腊叶标本存在不同记录信息的缺失,如有3份黄芪标本缺失采集地点、34份蒙古黄芪标本缺失采集时间、247份黄芪标本缺失采集地海拔、269份黄芪标本缺失采集时所在的物候期,还有缺失完整的标本图片,无法与记录的标本信息进行匹配。除缺失采集信息外,在统计时还发现有的黄芪标本信息录入错误,如标本名称与图片不一致、文字信息与图片中记载的标本信息不相符。因此,建议在黄芪资源调查与标本入库时,严格执行腊叶标本制作标准,并加强标本馆对腊叶标本的管理与保护,可为黄芪种质资源的鉴定、演化历史、道地产区变迁等科学研究提供参考。
本研究基于国内外12个数字化标本馆对黄芪的采集时间、采集地点及海拔等信息进行了统计分析,共得到498份药用黄芪标本。其中,蒙古黄芪标本有177份,采集地主要集中在内蒙古、山西和河北地区;膜荚黄芪有321份,采集地主要集中在山西、四川和新疆地区。将蒙古黄芪和膜荚黄芪标本的水平和垂直分布特点进行对比,得到膜荚黄芪相较于蒙古黄芪分布范围更广、适应性更强。这为黄芪种质资源的演化与道地产区的变迁提供了有价值的基础数据,并为今后黄芪标本规范化录入数据库提出了一些建议。