黄芩质量评价体系局限与道地性形成关键因素探析

Analysis on the limitations of the quality evaluation system of baical skullcap root and key factors for the formation of its authenticity

摘要

黄芩是我国临床常用的大宗道地药材，黄酮类化合物为其核心活性成分。然而，由于产地、种质及加工方式存在差异，导致有效成分含量波动显著，进而影响临床疗效。本文指出现行以黄芩苷含量为核心的质量评价体系存在局限，并提出优化评价指标与技术手段的建议；进一步从遗传、环境、生产加工维度阐明道地黄芩质量形成的关键因素，同时补充道地性分子机制及市场流通管控等方面的内容。可为道地黄芩规范化种植与质量提升提供支撑，从而保障临床用药的安全性与有效性。

Abstract

Baical skullcap root is a commonly used large - scale genuine medicinal herb in clinical practice in China, with flavonoids as its core active components. However, differences in origin, germplasm and processing methods lead to fluctuations in the content of active components, thereby affecting clinical efficacy. This paper points out the limitations of the current quality evaluation system centered on baicalin content and proposes suggestions for optimizing evaluation indicators and technical methods. Furthermore, it elaborates on the key factors influencing the quality formation of genuine baical skullcap root from the dimensions of genetics, environment and production processing, while supplementing content related to the molecular mechanism of genuineness and market circulation control. It provides support for the standardized cultivation and quality improvement of genuine baical skullcap root, thereby ensuring the safety and efficacy of clinical medication.

关键词

黄芩 / 道地药材 / 质量评价 / 种质资源 / 环境调控 / 采收加工

Key words

baical skullcap root / authentic medicinal materials / quality evaluation / germplasm resources / environmental regulation / harvesting and processing

黄芩为唇形科植物黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）的干燥根，是经典清热燥湿药，药用历史悠久。现代临床中，黄芩凭借抗菌、抗炎等功效被广泛应用^[1]，其药用价值主要来源于黄芩苷、黄芩素、汉黄芩苷、汉黄芩素等黄酮类化合物^[2]。随着中医药现代化的推进，药材质量标准化成为保障临床疗效与产业发展的关键，但现行《中国药典》中黄芩质量评价体系仅以黄芩苷含量为主要指标^[3]，存在与临床药效脱节、评价维度单一、技术手段局限三大问题，制约了黄芩价值认知的深化及道地鉴别、种源筛选等产业实践。本文围绕黄芩质量，以“问题剖析-机制探索”为主线展开论述，在评价体系方面，指出现有单一成分评价的不足，如千层纸素A等微量黄酮的协同作用对药效至关重要^[4]；同时指出药用部位成熟度未纳入评价的疏漏；指出传统高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）的局限性，及超高效液相色谱-串联质谱（ultra performance liquid chromatography- tandem mass spectrometry，UPLC-MS/MS）、特征指纹图谱等新技术对评价体系的优化作用。在道地质量形成机制方面，构建“种质-环境-生产加工-生物互作”模型：遗传层面，明确黄芩法定基原的地位，及次生代谢相关基因对黄酮成分合成的调控机制；环境层面，解析日照、土壤、根际微生物等对黄酮积累的调控作用；产业层面，梳理生长年限、种植模式、加工工艺对质量的作用，及市场流通问题与“区块链+近红外”解决方案。本研究可为黄芩种源选育、规范化种植提供依据，推动其从“合格”向“优质”升级，为中医药标准化及植物类道地药材研究提供范式。

1 黄芩药材质量评价体系的现状与局限

黄芩药用价值取决于其化学成分体系，其核心活性成分为黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素、汉黄芩素等黄酮类化合物。《中国药典》明确规定：按干燥品计，黄芩苷含量≥9.0%^[3]。该标准为黄芩质量控制提供了基础依据，但在实践应用中存在明显局限性，且评价技术手段仍有拓展空间。

1.1 临床药效匹配度不足

单一成分评价难以反映黄芩的实际临床疗效。黄芩苷虽具有明确的抗菌、抗病毒活性^[5]，但其在体内需经肠道菌群转化为活性产物黄芩素后才能发挥生理作用^[6]。仅以黄芩苷含量衡量药效，易与临床实际疗效脱节。这一问题与当归质量评价存在共性，当归以阿魏酸为质量指标，而真正发挥补血功效的是其代谢产物，单一指标均无法全面反映药材的整体药效^[7]。此外，黄芩中含有的黄芩素、汉黄芩素、千层纸素A和白杨素等微量黄酮也具有重要作用^[8]。其中，黄芩素的口服生物利用度是黄芩苷的3倍以上，千层纸素A的抗炎活性为黄芩苷的2～3倍^[9]，白杨素则在抗氧化及免疫调节方面活性突出^[10-11]。这些微量黄酮成分还能通过协同作用，进一步增强核心成分的药效，以河北承德道地黄芩为例，其黄芩苷含量虽非最高（11.2%～13.5%），但黄芩素、汉黄芩素等微量黄酮与黄芩苷的协同作用表现突出，经大鼠解热模型研究证实，相较于甘肃产黄芩，承德道地黄芩对脂多糖诱导的发热大鼠有更显著的解热效果，且能更有效降低大鼠血清中白细胞介素-1β、前列腺素E₂的浓度，整体药效显著优于非道地产区黄芩^[12]。这一结果清晰表明，微量高活性黄酮成分对黄芩质量的贡献不可忽视。

1.2 药用部位成熟度未纳入评价

药用部位生长阶段与成熟度显著影响黄芩质量的稳定性。黄芩以干燥根入药，植株生长阶段对成分积累的影响尤为突出。抽薹后采收的黄芩，其根中黄芩素、汉黄芩素等苷元成分含量降低约20%，多糖则从分支度较高的杂多糖转为线性多糖，同时其含量也发生改变，这直接导致其抗炎、解热功效有不同程度下降^[13]。该规律与人参“五年生根药效最优”的特性一致，人参提前采收虽能满足皂苷类指标要求，但因多糖等辅助活性成分不足，会大幅降低药材功效^[14]，这一共性进一步凸显了药用部位成熟度对黄芩质量的关键作用。

1.3 评价技术手段存在短板

传统评价技术难以实现对黄芩“全成分-全质量”的覆盖。传统HPLC仅能定量分析已知成分，对未知活性成分或微量成分的识别能力有限；而UPLC-MS/MS结合代谢组学，可检测黄芩中200余种代谢物。此外，特征指纹图谱技术可建立道地黄芩的“化学身份证”。例如，河北承德道地黄芩在274 nm波长下有48个特征峰，其中峰13（黄芩苷）与峰20（汉黄芩苷）的相对峰面积比稳定在3.2±0.3，而山东等非道地产区该比值波动范围达2.1～4.5，这一差异可作为道地性鉴别的依据^[15]。上述新技术的应用，能有效弥补传统评价体系的不足，提升质量评价的全面性与精准度。当前，黄芩质量评价体系需在药典标准基础上进一步优化，不仅要纳入微量活性成分含量、多糖特性及药用部位成熟度等指标，还应融合代谢组学、指纹图谱等技术。

2 道地黄芩质量形成的关键影响因素

黄芩作为典型植物类道地药材，其质量形成是“种质-环境-生产加工-生物互作”多维度协同作用的结果。植物通过次生代谢系统适应环境胁迫，同时受生物因素与分子调控机制影响，最终形成道地性特征。

2.1 种质资源与分子机制

种质资源是黄芩质量形成的遗传基础，其遗传特性决定有效成分的合成能力，经自然选择与遗传分化，不同产地黄芩种质差异显著^[16]。基于DNA条形码技术鉴定^[17]，唇形科植物黄芩的干燥根为唯一法定基原，其黄芩苷、黄芩素等含量显著高于粘毛黄芩、滇黄芩等近缘物种^[18]。我国黄芩种质呈现明显的地理分化，山西大同、忻州所产的“晋黄芩”遗传纯度最高，黄芩苷含量达12.5%～15.3%^[19]；辽宁朝阳、吉林通化所产的“关黄芩”次之，含量为10.2%～13.8%；四川阿坝、云南迪庆所产的“川黄芩”因生长环境湿润，含量降至8.7%～11.5%；河北张家口、山西朔州所产的粘毛黄芩因遗传背景差异，含量仅5.3%～7.8%，且杂质较多^[20-21]。生产中优先选择高黄芩苷含量的种源，是从源头保障药材质量的核心措施。近年分子生物学研究揭示了黄芩道地性形成的遗传机制，其核心是“关键酶基因高表达+表观调控+转录因子激活”的协同作用。黄酮合成途径中的关键基因，如苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）基因、肉桂酸-4-羟化酶（Cinnamate-4-hydroxylase，C4H）基因、查尔酮合成酶（Chalcone synthase，CHS）基因，在道地黄芩中的表达量显著高于非道地黄芩^[22-23]。其中，CHS基因的表达量是“川黄芩”的2.8～3.5倍。该基因启动子区域的甲基化水平由28%降至12%，解除了对基因表达的抑制，从而促进黄芩苷前体合成。此外，转录因子MYB1可结合CHS基因启动子的MYB结合位点，激活其表达；道地黄芩中MYB1的mRNA水平比非道地黄芩高约4倍^[24]。上述结果进一步验证了遗传调控对黄芩质量的核心作用。

2.2 环境与生物胁迫

环境通过“胁迫-响应”机制调控植物次生代谢物的积累^[25]。在这些环境因素中，气候、土壤及生物胁迫的作用最为关键^[26]，尤其当栽培管理条件一致时，环境对药材质量起决定性作用。

2.2.1 气候条件的调控作用

黄芩为长日照植物，其北方产区如河北、山西、陕西，年日照时数达2 000～3 000 h，充足的光照可提升光合速率，为次生代谢提供碳源^[27]；同时，UV-B紫外线可诱导PAL、C4H、CHS等关键酶基因的表达，促进黄酮类物质的合成^[28-29]。黄芩适宜生长温度约为25℃，此时PAL、C4H、CHS基因的相对表达量较高，酶活性较强^[30]，北方产区10～15℃的昼夜温差能减少呼吸消耗、增加光合产物的积累；夏季30～35℃的短期高温可通过提高植物体内活性氧浓度激活抗氧化系统，进而增强与抗氧化相关的黄酮类次生代谢物积累，使黄芩苷、黄芩素等含量均提升20%以上^[31]。此外，黄芩耐旱性较强，北方产区300～500 mm的年降水量可形成土壤含水量为12%～15%的轻度干旱环境。该环境可诱导脱落酸合成，调控糖苷转移酶活性，促进活性前体黄芩素通过糖苷化反应转化为黄芩苷，从而使黄芩苷积累量升高；而安徽、四川等南方产区因降水过多，土壤含水量常超过25%，易导致根部缺氧并抑制代谢酶活性，这是南方产区黄芩质量较差的主要原因之一^[32-34]。

2.2.2 土壤条件的基础作用

土壤的理化性质直接影响黄芩有效成分的积累。黄芩适宜生长于孔隙度为40%～50%的沙壤土或轻壤土，这类土壤利于根系深扎，研究^[35]表明，在此环境下黄芩苷含量比孔隙度＜30%的黏质土壤高30%～40%。黄芩偏好pH 7.0～8.0的中性至微碱性土壤，该pH范围可更好地激活根系硝酸还原酶与磷酸酶活性，促进植株对氮、磷、钾的吸收；而pH＜6.0的酸性土壤则会抑制根系的呼吸功能^[36]。在土壤养分方面，有机质、速效钾等均与黄酮类物质的合成相关^[37-38]。其中，有机质可改善土壤结构、提升根际微生物活性，并促进解磷菌、放线菌等有益微生物的繁殖。这些微生物既能分泌有机酸溶解土壤中如磷、锌等难溶性养分，又能产生茉莉酸类化合物等次生代谢诱导物质，进一步激活黄芩的黄酮合成通路；而速效钾则能增强植株渗透调节能力，提升黄芩耐旱性^[39]。野生黄芩道地性的形成，正是优质种质在山西、陕西、河北等北方地区的干旱沙壤土等特定环境中，经长期“种质-环境”双向选择，最终形成“高抗逆-高有效成分”遗传特性的结果。

2.2.3 生物胁迫的调控作用

生物胁迫对黄芩质量的影响常被忽视。病原菌与根际微生物可通过“互作-诱导”机制调控有效成分合成。当黄芩根腐病病原菌尖孢镰刀菌轻度侵染，即发病率低于10%时，可诱导植株产生防御反应，使黄芩苷含量提升20%～30%；但当侵染程度达到重度，即发病率超过30%时，会导致根系腐烂，黄芩苷含量下降50%以上^[40]。此外，根际有益微生物如解淀粉芽孢杆菌，可通过分泌吲哚乙酸促进根系生长，同时诱导PAL、C4H、CHS活性升高，进而使黄芩苷含量增加^[41]。在山西大同道地黄芩的根际土壤中，有益微生物的占比显著高于非道地产区，这可能是道地黄芩质量优异的重要原因之一^[42]。

2.3 生产加工与市场流通

生产方式是在黄芩质量提升过程中进行人为调控的关键环节。野生黄芩因生长周期长达3～5年、逆境胁迫较多，有效成分积累更为充分，其中黄芩苷含量达12.5%～15.3%、挥发油含量为0.35%～0.52%，但受过度采挖影响，其在市场中的占比仅为3%～5%^[43]。目前，栽培黄芩已成为市场主流，占比超过95%，其质量受生长年限与种植模式的显著影响。

2.3.1 生产方式的调控作用

生长年限方面，黄芩有效成分含量呈“野生＞3年生栽培＞1年生栽培”趋势，野生黄芩的黄芩苷含量约12.5%～15.3%、挥发油为0.35%～0.52%，3年生栽培黄芩的黄芩苷含量为9.8%～12.1%、挥发油为0.28%～0.41%，而1年生栽培黄芩的这两项指标分别仅为5.2%～7.8%、0.15%～0.23%。这一差异源于生长年限的延长不仅能直接提升有效成分含量，还能让植株经历更多逆境胁迫，从而进一步增加次生代谢产物的积累^[43]；水溶性浸出物则呈“1年生≥3年生＞野生”趋势，主要因栽培黄芩所处水肥条件更优，能积累更多水溶性糖类与氨基酸^[44]。种植模式方面，移栽黄芩质量显著优于直播黄芩，这一优势主要源于两方面，一是移栽过程中根系产生的机械损伤可诱导愈伤组织形成，而愈伤组织中韧皮部细胞比例会随之增加，且韧皮部占根部黄芩苷总含量的70%～80%；二是移栽时可通过筛选壮苗保证植株生长一致性，减少个体间的养分竞争^[45-46]。此外，移栽黄芩侧根的黄芩苷含量可达主根的85%～90%，且杂质含量较低，可作为药用部位进一步开发，这为提升黄芩资源利用率提供了新路径。

2.3.2 采收加工的关键作用

采收加工是保证黄芩质量的收尾环节，直接影响有效成分保留率与商品性状，需从采收期选择与干燥方式两方面精准调控。采收期需综合外观、成分及气候确定：外观上，根系直径≥0.8 cm、表面棕黄或深黄色、质地坚实且断面无枯心时适宜采收^[47]；成分动态监测显示，9月中旬至10月下旬黄芩苷含量达峰值^[48]，同时醇浸出物、多糖及折干率均处于最优水平^[49-50]；气候上，北方10月下旬后气温降至5℃以下，土壤封冻不仅不利于挖掘，还易冻伤根系，因此需在封冻前完成采收^[51]。干燥过程属于“人工逆境胁迫”，可促进次生代谢产物合成并减少降解。温度与时间调控实验表明，60℃恒温烘干48 h效果最优：黄芩苷含量从鲜品的8.5%升至13.2%，增幅55%；汉黄芩苷从2.1%升至3.7%，增幅76%^[52-53]。其机制在于60℃高温可激活残留的PAL与糖苷酶活性，同时抑制黄芩苷酶的活性，该酶在30～40℃时活性最高，而在60℃以上时活性显著降低。不同干燥方式对比结果为：恒温烘干（黄芩苷含量12.5%～14.2%）优于晒干（11.8%～13.0%），晒干优于阴干（10.2%～11.5%）^[54]；恒温烘干因温度与湿度可控，所得药材色泽均匀、商品等级高，适合规模化生产；阴干过程中药材易霉变，晒干则受天气影响大，且可能导致有效成分氧化降解。

2.3.3 市场流通的管控漏洞与解决方案

市场流通环节出现漏洞常导致终端黄芩质量参差不齐。市售黄芩存在掺假问题，常见掺假方式包括混入10%～15%非药用粘毛黄芩根、硫磺熏蒸及水分含量超过《中国药典》规定的12%限量标准的情况^[55-56]。其中，硫磺熏蒸会导致黄芩苷氧化降解，使其含量降低15%～20%，同时产生二氧化硫残留，危害人体健康；水分超标则易引发霉变，进而产生致癌物质黄曲霉素^[57]。因此，建立“产地溯源+全程检测”的流通管控体系势在必行^[58]，如采用区块链技术记录黄芩种植、加工、运输全流程信息，结合近红外光谱快速检测技术，可在3 min内完成黄芩苷含量、水分及二氧化硫残留的检测，准确率可达90%以上，为市场流通质量管控提供高效技术支撑^[59]。

3 结论

本文针对黄芩质量评价体系的局限及道地性形成的关键因素展开研究，明确当前以黄芩苷含量为核心的评价体系存在三大局限，即与临床药效脱节、未纳入药用部位成熟度指标、传统检测技术难以实现全成分覆盖，需补充相关评价指标并融合新技术优化体系。道地黄芩的优质特性源于“种质-环境-生产加工-生物互作”的多维度协同作用，其中种质是遗传基础，环境通过特定条件促进有效成分积累，生产加工需精准把控关键环节，而市场流通作为质量保障的延伸环节，可借助技术手段实现全程管控。本研究为黄芩规范化种植与质量提升提供科学支撑，既能保障临床用药安全有效，也为道地药材研究提供可借鉴的范式。

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基金资助

国家自然科学基金联合基金项目(U20A20407)