雌雄异株药用植物性别二态性驱动次生代谢分化的生态机制及其对药材质量形成的意义

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2026.05.003

植物研究 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (5): 802-812.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2026.05.003

雌雄异株药用植物性别二态性驱动次生代谢分化的生态机制及其对药材质量形成的意义

谢婷¹, 耿健², 高浩洁³, 王泽平⁴, 陈娟⁵, 夏志超¹()

^1.安徽农业大学林学与园林学院，合肥 230036
^2.山西省太行山国有林管理局，晋中 032700
^3.山西省关帝山国有林管理局吴城种子园，吕梁 033000
^4.河北省张家口市宣化林场，张家口 075100
^5.长沙理工大学建筑学院，长沙 410076

收稿日期:2026-07-16 出版日期:2026-08-28 发布日期:2026-10-10
通讯作者: 夏志超 E-mail:zhichaoxia@ahau.edu.cn
作者简介:谢婷（2001—），女，硕士研究生，主要从事植物性别生态学研究。
基金资助:
安徽省林业科技创新项目(AHLYKJCX-2026-03);第五批林草科技创新青年拔尖人才项目(2025132023);安徽农业大学高层次人才科研启动经费(rc372210)

Ecological Mechanisms of Sexual Dimorphism-Driven Secondary Metabolic Differentiation in Dioecious Medicinal Plants and Their Implications for Medicinal Material Quality

Ting XIE¹, Jian GENG², Haojie GAO³, Zeping WANG⁴, Juan CHEN⁵, Zhichao XIA¹()

^1.College of Forestry and Landscape Architecture，Anhui Agricultural University，Hefei 230036
^2.Shanxi Taihang Mountain State-Owned Forest Management Bureau，Jinzhong 032700
^3.Wucheng Seed Orchard of Guandi Mountain State-owned Forest Administration Bureau，Lüliang 033000
^4.Xuanhua Forest Farm of Zhangjiakou City of Hebei Province，Zhangjiakou 075100
^5.College of Architecture，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410076

Received:2026-07-16 Online:2026-08-28 Published:2026-10-10
Contact: Zhichao XIA E-mail:zhichaoxia@ahau.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

雌雄异株植物的性别二态性不仅体现了繁殖策略的分化，也深刻影响资源配置和次生代谢过程。然而，关于植物性别二态性影响药用植物化学组成、药材质量形成及其生态学机制，目前仍缺乏系统认识。本文系统综述了雌雄异株药用植物次生代谢产物性别差异的研究进展，重点阐述了资源分配策略、植物激素调控、转录调控网络及环境因子互作等驱动性别代谢分化的生态学和分子机制，并进一步探讨了植物性别对药材质量控制及药效物质基础形成的潜在影响。现有研究表明，植物性别可显著影响多类次生代谢产物的组成及积累模式，并通过资源获取与分配策略、环境适应及代谢网络重塑，形成具有性别特征的化学型（sex-specific chemotypes）。植物性别是影响雌雄异株药用植物药材质量形成的重要生物学因素，也是导致药材化学组成及潜在药理活性差异的重要来源。然而，性别相关的化学差异具有明显的物种特异性和环境依赖性，其对药效及临床应用的直接影响仍缺乏充分证据。未来应加强植物生态学、化学生态学、植物代谢生物学及药学等多学科交叉融合，结合多组学技术、长期生态观测和标准化药效评价，阐明植物性别差异如何通过资源获取与分配策略调节次生代谢过程，进而影响药材质量形成的生态机制，为雌雄异株药用植物资源的精准利用、中药质量控制及现代化发展提供理论依据。

关键词: 雌雄异株, 性别二态性, 次生代谢产物, 中药质量控制, 药用植物

Abstract:

Sexual dimorphism in dioecious plants reflects divergent reproductive strategies and profoundly influences resource allocation and secondary metabolism. However， the effects of sexual dimorphism on the chemical composition， medicinal quality， and underlying ecological mechanisms of medicinal plants remain insufficiently understood. This review summarized recent advances regarding sexual dimorphism in the secondary metabolites of dioecious medicinal plants. This paper focused on the ecological and molecular mechanisms driving sex-specific metabolic differentiation， including resource allocation strategies， phytohormone regulation， transcriptional networks， and environmental interactions. Furthermore， this paper explored the implications of plant sex for medicinal material quality control and the formation of bioactive constituents. Current evidence indicates that plant sex significantly influences the composition and accumulation of diverse secondary metabolites， promoting sex-specific chemotypes through coordinated regulation of resource acquisition and allocation， environmental adaptation， and metabolic reprogramming. Plant sex represents a critical biological factor influencing medicinal quality and contributing to chemical variation in medicinal materials. However， sex-related chemical variations exhibit strong species-specificity and environmental dependence， and their direct effects on pharmacological efficacy and clinical applications lack sufficient empirical support. Future research should foster interdisciplinary integration among plant ecology， chemical ecology， plant metabolic biology， and pharmaceutical sciences. By combining multi-omics approaches， long-term ecological observations， and standardized bioactivity evaluations， future studies should establish a conceptual framework linking plant sex， resource acquisition and allocation， secondary metabolic networks， and medicinal quality. Such efforts will elucidate the ecological mechanisms underlying sex-driven medicinal quality formation and provide theoretical foundations for the precise utilization of dioecious medicinal plant resources， quality control of traditional Chinese medicines， and their modernization.

Key words: dioecious plants, sexual dimorphism, secondary metabolites, quality control of traditional Chinese medicines, medicinal plants

中图分类号:

Q945

谢婷, 耿健, 高浩洁, 王泽平, 陈娟, 夏志超. 雌雄异株药用植物性别二态性驱动次生代谢分化的生态机制及其对药材质量形成的意义[J]. 植物研究, 2026, 46(5): 802-812.

Ting XIE, Jian GENG, Haojie GAO, Zeping WANG, Juan CHEN, Zhichao XIA. Ecological Mechanisms of Sexual Dimorphism-Driven Secondary Metabolic Differentiation in Dioecious Medicinal Plants and Their Implications for Medicinal Material Quality[J]. Bulletin of Botanical Research, 2026, 46(5): 802-812.

图/表 3

图1

表1

表2

参考文献 46

[1]	Chen K H， Pannell J R.Dioecy in a wind-pollinated herb explained by disruptive selection on sex allocation via inbreeding avoidance［J］.New Phytologist，2025，247（6）：2733-2745.
[2]	Li W， Fu W， Hou J，et al.Evolution of plant sex and molecular mechanisms underlying plants sex separation［J］.Forestry Research，2023，3：1.
[3]	Renner S S.The relative and absolute frequencies of angiosperm sexual systems：dioecy，monoecy，gynodioecy，and an updated online database［J］.American Journal of Botany，2014，101（10）：1588-1596.
[4]	Walas Ł， Mandryk W， Thomas P A，et al.Sexual systems in gymnosperms：a review［J］.Basic and Applied Ecology，2018，31：1-9.
[5]	Leite Montalvão A P， Kersten B， Fladung M，et al.The diversity and dynamics of sex determination in dioecious plants［J］.Frontiers in Plant Science，2021，11：580488.
[6]	Sargent R D， McKeough A D.New evidence suggests no sex bias in herbivory or plant defense［J］.The American Naturalist，2022，200（3）：435-447.
[7]	Barrett S C H， Hough J.Sexual dimorphism in flowering plants［J］.Journal of Experimental Botany，2013，64（1）：67-82.
[8]	Obeso J R.The costs of reproduction in plants［J］.New Phytologist，2002，155（3）：321-348.
[9]	Zhao M J， Zhang X N， Xu C Y，et al.Temperature and precipitation significantly affect resource allocation in dioecious plants：a meta-analysis［J］.Forests，2024，15（4）：720.
[10]	Cornelissen T， Stiling P.Sex-biased herbivory：a meta-analysis of the effects of gender on plant-herbivore interactions［J］.Oikos，2005，111（3）：488-500.
[11]	Juvany M， Munné-Bosch S.Sex-related differences in stress tolerance in dioecious plants：a critical appraisal in a physiological context［J］.Journal of Experimental Botany，2015，66（20）：6083-6092.
[12]	Xia Z C， He Y， Zhu Z D，et al.Covariations and trade-offs of phosphorus（P） acquisition strategies in dioecious Populus euphratica as affected by soil water availability［J］.Functional Ecology，2022，36（12）：3188-3199.
[13]	Liu M， Ye L Y， Chen L L，et al.Sex-specific phosphorus acquisition strategies and cycling in dioecious Populus euphratica forests along a natural water availability gradient［J］.Plant，Cell & Environment，2024，47（8）：3266-3281.
[14]	He Y， Zhu Z D， Guo Q X，et al.Sex-specific interactions affect foliar defense compound accumulation and resistance to herbivores in Populus cathayana ［J］.Science of the Total Environment，2021，774：145819.
[15]	Wang P L， You J L， Hua Q M，et al.Integrated metabolomics and transcriptomics analysis comprehensively revealed the underlying metabolite mechanism difference between male and female Eucommia ulmoides Oliver［J］.BMC Plant Biology，2025，25（1）：573.
[16]	Wu C， Wang H J， Liu Z Y，et al.Untargeted metabolomics coupled with chemometrics for leaves and stem barks of dioecious Morus alba L.［J］.Metabolites，2022，12（2）：106.
[17]	傅芸，钟寅枭，许薇，等.银杏雌、雄植株叶片药用成分含量及转录组差异分析［J］.中南林业科技大学学报，2024，44（1）：162-174.
	Fu Yun， Zhong Yinxiao， Xu Wei，et al.Differential analysis of the main medicinal components contents and the transcriptome in the female and male Ginkgo biloba leaves［J］.Journal of Central South University of Forestry & Technology，2024，44（1）：162-174.
[18]	Hu X Q， Liao Z Y， Zhang B，et al.Transcriptome sequencing and screening of genes related to sex determination of Trichosanthes kirilowii Maxim［J］.PLoS One，2020，15（10）：e0239230.
[19]	Yu X K， Tang L Y， Wu H W，et al. Trichosanthis Fructus：botany，traditional uses，phytochemistry and pharmacology［J］.Journal of Ethnopharmacology，2018，224：177-194.
[20]	Keefover-Ring K， Carlson C H， Hyden B，et al.Genetic mapping of sexually dimorphic volatile and non-volatile floral secondary chemistry of a dioecious willow［J］.Journal of Experimental Botany，2022，73（18）：6352-6366.
[21]	Soldin O P， Mattison D R.Sex differences in pharmacokinetics and pharmacodynamics［J］.Clinical Pharmacokinetics，2009，48（3）：143-157.
[22]	Xia Z C， He Y， Korpelainen H，et al.Sex-specific interactions shape root phenolics and rhizosphere microbial communities in Populus cathayana ［J］.Forest Ecology and Management，2022，504：119857.
[23]	Yang L， Wen K S， Ruan X，et al.Response of plant secondary metabolites to environmental factors［J］.Molecules，2018，23（4）：762.
[24]	Zhang X Z， He W L， Wang X Y，et al.A Y-linked A-class MADS-box gene as a maleness-determining candidate in the hardy-rubber tree （Eucommia ulmoides）［J］.New Phytologist，2026，250（6）：3769-3788.
[25]	You J L， Li H Q， Wang Q，et al.Establishment of male and female Eucommia Fingerprints by UPLC combined with OPLS-DA model and its application［J］.Chemistry & Biodiversity，2023，20（3）：e202201054.
[26]	Hu X Q， Song H， Li N，et al.Identification and analysis of miRNAs differentially expressed in male and female Trichosanthes kirilowii Maxim［J］.BMC Genomics，2023，24（1）：81.
[27]	李珊，程舟，李彦，等.雌雄栝楼植株内含物比较研究［J］.中草药，2008，39（2）：260-263.
	Li Shan， Cheng Zhou， Li Yan，et al.Comparison of inclusions in female and male Trichosanthes kirilowii individuals［J］.Chinese Traditional and Herbal Drugs，2008，39（2）：260-263.
[28]	Bajpai V， Singh A， Chandra P，et al.Analysis of phytochemical variations in dioecious Tinospora cordifolia stems using HPLC/QTOF MS/MS and UPLC/QqQLIT-MS/MS［J］.Phytochemical Analysis，2016，27（2）：92-99.
[29]	Paul C， Chakraborty K， Bhattacharjee A，et al.Gender-specific differences in micro-morphology，secondary metabolites，antioxidant and antimicrobial activity of wild Dioscorea species［J］.Vegetos，2022，35（3）：698-706.
[30]	Belkessam M， Genva M， Souissi N，et al.Dioecy impacts the chemical profile and biological activities of essential oils from leaves of Pistacia lentiscus L.［J］.Journal of Essential Oil Bearing Plants，2025，28（1）：158-175.
[31]	陈学森，张艳敏，李健，等.叶用银杏资源评价及选优的研究［J］.园艺学报，1997，24（3）：215-219.
	Chen Xuesen， Zhang Yanmin， Li Jian，et al.The evaluation of leaf utilization resources and cultivar selection in Ginkgo biloba ［J］.Acta Horticulturae Sinica，1997，24（3）：215-219.
[32]	Akagi T， Henry I M， Tao R，et al.A Y-chromosome-encoded small RNA acts as a sex determinant in persimmons［J］.Science，2014，346（6209）：646-650.
[33]	蒋雪梅，胡进耀，戚文华，等.银杏幼苗雌雄株对盐胁迫响应的差别［J］.云南植物研究，2009，31（5）：447-453.
	Jiang Xuemei， Hu Jinyao， Qi Wenhua，et al.Different physiological responses of male and female Ginkgo biloba （Ginkgoaceae） seedlings to salt stress［J］.Acta Botanica Yunnanica，2009，31（5）：447-453.
[34]	Gao M， Zhao Y X， Chen Y C，et al.Drought stress drives sex-specific physiological and biochemical differences in female and male Litsea cubeba ［J］.Horticulturae，2025，11（6）：594.
[35]	Tonnabel J， David P， Pannell J R.Sex-specific strategies of resource allocation in response to competition for light in a dioecious plant［J］.Oecologia，2017，185（4）：675-686.
[36]	Xia Z C， He Y， Yu L，et al.Revealing interactions between root phenolic metabolomes and rhizosphere bacterial communities in Populus euphratica plantations［J］.Biology and Fertility of Soils，2021，57（3）：421-434.
[37]	Li Y Z， Xie Y， He Y F，et al.Quality markers of traditional Chinese medicine：concept，progress，and perspective［J］.Engineering，2019，5（5）：888-894.
[38]	Hazrati S， Mousavi Z， Nicola S.Harvest time optimization for medicinal and aromatic plant secondary metabolites［J］.Plant Physiology and Biochemistry，2024，212：108735.
[39]	Ghimire B K， Seo J W， Kim S H，et al.Influence of harvesting time on phenolic and mineral profiles and their association with the antioxidant and cytotoxic effects of Atractylodes japonica Koidz［J］.Agronomy，2021，11（7）：1327.
[40]	Zhang Y C， Deng J， Lin X L，et al.Use of ATR-FTIR spectroscopy and chemometrics for the variation of active components in different harvesting periods of Lonicera japonica ［J］.International Journal of Analytical Chemistry，2022，2022（1）：8850914.
[41]	曲超，刘宁侠，字肖萌，等. 栝楼雌雄株苗期、花期生理生化指标差异的比较研究［J］. 中国农学通报，2012，28（24）：42-45.
	Qu Chao， Liu Ningxia， Zi Xiaomeng，et al. Difference of physiological and biochemical indicators between male and female plants of Trichosanthes kirilowii in seedling and florescence stage［J］. Chinese Agricultural Science Bulletin，2012，28（24）：42-45.
[42]	Peng J， Li C Y， Zhai W H，et al.Integrative metabolome and transcriptome analysis of flavonoid biosynthesis genes in Broussonetia papyrifera leaves from the perspective of sex differentiation［J］.Frontiers in Plant Science，2022，13：900030.
[43]	Apostolou A， Williams R E， Comereski C R.Acute toxicity of micronized 8-methoxypsoralen in rodents［J］.Drug and Chemical Toxicology，1979，2（3）：309-313.
[44]	Lacroix C， Maurier A， Largeau B，et al.Sex differences in adverse drug reactions：are women more impacted？［J］.Therapies，2023，78（2）：175-188.
[45]	Ashman T L， Knight T M， Steets J A，et al.Pollen limitation of plant reproduction：ecological and evolutionary causes and consequences［J］.Ecology，2004，85（9）：2408-2421.
[46]	Rosche C， Schrieber K， Lachmuth S，et al.Sex ratio rather than population size affects genetic diversity in Antennaria dioica ［J］.Plant Biology，2018，20（4）：789-796.

植物物种 Plant species	组织部位 Plant organ	主要差异成分 Primary differential components	含量优势性别 Sex with higher contents	参考文献 References
紫柳 Salix purpurea	花序（雄、雌柔荑花序）	萜类挥发物、苯类化合物、酚苷、黄酮类	雌株黄酮和查尔酮类物质含量较高；雄株萜类和酚苷含量较高	［20］
栝楼 Trichosanthes kirilowii	花芽	激素转导、糖代谢相关差异表达基因	雄性偏向	［18］
栝楼 Trichosanthes kirilowii	叶片	水溶性酚类、内源激素（GA₃、IAA）	雌株	［27］
杜仲 Eucommia ulmoides	叶片	绿原酸、原儿茶酸	雄株	［25］
杜仲 Eucommia ulmoides	皮层和叶片	α-亚麻酸代谢通路相关代谢物；黄酮类	雄株皮层；雄株叶片	［15］
银杏 Ginkgo biloba	叶片（成熟期）	萜内酯、黄酮醇苷	雌株	［17］
银杏 Ginkgo biloba	叶片	黄酮、银杏内酯	品种间差异显著（与性别无显著关联）	［31］
乳香黄连木 Pistacia lentiscus	叶片	α-蒎烯、樟烯、β-月桂烯	雄株	［30］
心叶青牛胆 Tinospora cordifolia	茎	木兰碱、药根碱、oblongine	雄株	［28］
心叶青牛胆 Tinospora cordifolia	茎	四氢帕马丁、去甲乌药碱、网叶番荔枝碱	雌株	［28］
薯蓣属 Dioscorea spp.	块茎	总酚、总黄酮、总皂苷	雌株	［29］

植物物种 Plant species	主要药理活性 Main pharmacological activities	性别差异的药理学意义 The pharmacological significance of sex differences	潜在应用方向 Potential application directions
杜仲 Eucommia ulmoides	抗炎、抗氧化、抗菌、抗肿瘤	雄株叶片中绿原酸和原儿茶酸含量显著高于雌株，抗炎活性更强	雄株叶片：急性炎症、风湿性关节炎
银杏 Ginkgo biloba	改善记忆、改善微循环、抗氧化	果实期雌株叶片萜内酯和黄酮醇苷含量略高于雄株	定向采收果实期雌株叶片，保证提取物均一性
心叶青牛胆 Tinospora cordifolia	抗炎、抗肿瘤、免疫调节、抗糖尿病	雄株中木兰碱等生物碱含量更高；雌株中四氢帕马丁等含量更高	雄株：肿瘤辅助治疗；雌株：不同化学型用于不同目的
薯蓣属 Dioscorea spp.	抗氧化、抗菌、免疫调节	雌株块茎总酚、总黄酮含量及抗氧化活性显著高于雄株	雌株块茎：功能性食品、保健品原料
栝楼 Trichosanthes kirilowii	清热化痰、抗氧化	雌株叶片水溶性酚类和内源激素含量更高	雌株叶片：清热化痰及抗氧化制剂
乳香黄连木 Pistacia lentiscus	抗菌、抗炎	雌株精油抗革兰氏阴性菌更强；雄株抗阳性菌/真菌更强	根据病原菌类型选择性使用雌株或雄株精油

雌雄异株药用植物性别二态性驱动次生代谢分化的生态机制及其对药材质量形成的意义

Ecological Mechanisms of Sexual Dimorphism-Driven Secondary Metabolic Differentiation in Dioecious Medicinal Plants and Their Implications for Medicinal Material Quality

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[1]	沈芳宇, 张宇, 张胤, 陈凡, 刘健, 代羽洁, 张雪驰, 张胜. 植物激素介导雌雄青杨对UV-B胁迫的生理响应[J]. 植物研究, 2026, 46(4): 642-654.
[2]	姚耀源, 杨杰, 张悦新, 付玉杰. 盐胁迫诱导木豆幼苗形态、生理及黄酮代谢的多层次响应特征[J]. 植物研究, 2026, 46(4): 728-739.
[3]	赵梦瑶, 纪宝玉, 李诺, 韩耀祖, 裴莉昕. 复合诱导子和光质诱导子对箭叶淫羊藿悬浮细胞次生代谢产物的影响[J]. 植物研究, 2026, 46(2): 280-293.
[4]	邹坤林, 姜厶源, 魏亚静, 张顺, 李鹏, 尹静. 不同植物来源内生菌提取物抗氧化、抗紫外及抑菌功能评价[J]. 植物研究, 2025, 45(3): 433-446.
[5]	黄志慧, 张一宁, 李娜娜, 郑宝江, 张玉红. 增补UV-B辐射对菥蓂生理特性及次生代谢产物的影响[J]. 植物研究, 2022, 42(6): 1079-1087.
[6]	徐波, 石福孙, 王丽华, 杨子松. 海拔对暗紫贝母物候及形态特征的影响[J]. 植物研究, 2021, 41(5): 666-674.
[7]	黄雪梅, 马永红, 董廷发. 河距对连香树雌雄植株分布、形态和叶片N、P重吸收效率的影响差异[J]. 植物研究, 2021, 41(5): 789-797.
[8]	岳鑫, 陈贵林. 寄生植物锁阳种子萌发方法及愈伤组织、初生吸器诱导研究[J]. 植物研究, 2020, 40(6): 846-854.
[9]	徐明远, 王谦博, 郭盛磊, 王莹威, 李凤霞, 刘佳, 唐中华, 王振月. 培育年限对刺五加主要药用活性成分的影响[J]. 植物研究, 2019, 39(2): 303-309.
[10]	范艳敏, 党士坤, 王文杰, 王慧梅. 碳源、生长素及诱导子对木豆不定根生长和次生代谢产物合成的影响[J]. 植物研究, 2018, 38(3): 391-398.
[11]	李娜, 郭学民, 孟阳. 沙棘雌雄株叶片解剖结构比较研究[J]. 植物研究, 2017, 37(1): 1-7.
[12]	刘式超, 周再知, 张金浩, 梁坤南, 马华明, 黄桂华. 裸花紫珠嫩枝扦插生根影响因子研究[J]. 植物研究, 2016, 36(5): 739-746.
[13]	曲丹；王慧梅*；任洁. 碳源对迷迭香悬浮培养细胞的生长、迷迭香酸积累及抗氧化酶活性的影响[J]. 植物研究, 2015, 35(4): 623-627.
[14]	邓传良；任映雪；张卫丽；李书粉；高武军；卢龙斗. 葎草性别相关SRAP分子标记的鉴定[J]. 植物研究, 2014, 34(6): 798-802.
[15]	李敏;曲丹;于海娣;王慧梅*. 木豆毛状根生长特性及相关生理生化指标研究[J]. 植物研究, 2014, 34(3): 339-342.