冬凌草、溪黄草无公害栽培技术探讨*

2018-02-18 12:28张婉君樊东升钱广涛孟祥霄李桂萍薛建平
世界科学技术-中医药现代化 2018年11期
关键词:冬凌草香茶碎米

张婉君,樊东升,钱广涛,苏 勇,孟祥霄,孙 伟,李桂萍**,薛建平**

(1.淮北师范大学 淮北 235000;2.济源职业技术学院 济源 454650;3.中国中医科学院中药研究所 北京 100700)

1 引言

唇形科香茶菜属(Rabdosia(Bl.)Hassk),在世界范围内共有150种左右,就目前调查结果来看,我国有90种,21变种,大多分布在长江以南,其中位于西南地区所占比例最多[1,2]。香茶菜属植物均富含结构丰富的对映-贝壳杉类二萜化合物[3]。香茶菜属原植物多以全草或根入药,具有清热解毒,活血化瘀,抗肿瘤的功效。据统计,在民间应用于治疗疾病的大约有30种[4]。药材冬凌草为香茶菜属植物碎米桠的干燥地上部分[5-8]。冬凌草的主要活性物质有贝壳杉烷二萜类化合物(冬凌草甲素[9]、冬凌草乙素[9],冬凌草丙素和冬凌草丁素等[10-12])、三萜,甾体类(α-香树脂醇、β-谷甾醇,2α-羟基乌索酸和熊果酸等[13-14])和黄酮类(胡麻素,线蓟素[15,16]),并且不同产地的冬凌草中的二萜有着不同的结构特点[17]。研究表明,冬凌草可明显抑制金黄色葡萄球菌,甲型、乙型溶血性链球菌,具有解毒,消炎,调胃活血的功效[18,19],尤其对食道癌、咽喉炎等病治疗效果显著[20-22]。

溪黄草的来源则较为繁杂,被当作药材的“溪黄草”就有四种原料[23],分别是香茶菜属的线纹香茶菜R.lophanthoides(Buch-Ham.ex D.Don)H.Hara、溪黄草以及线纹香茶菜的变种狭基线纹香茶菜R.lophanthoidesvar.gerardianus(Bentham)H.Hara和细花线纹香茶菜R.lophanthoidesvar.graciliftorus(Bentham)H.Hara。溪黄草主要化学成分有萜类(延命素、黄花香茶菜甲素、诺多星、毛果青茶菜素、毛栲利素)[24]、黄酮类(溪黄草甲素,溪黄草乙素,槲皮素)[9,25]、有机酸(绿原酸,丁香酸,香草酸,丹酚酸B)[9]等。萜类物质具有抗菌、抗肿瘤、护肝等作用;黄酮类物质能抗癌、抗衰老、抗氧化;多糖可清除羟自由基[26]。研究证明,溪黄草可应用于治疗痢疾,急性胆囊炎,急性黄疸型肝炎,口腔炎等[27-30]。

表1 碎米桠、溪黄草种植土壤类型

表2 碎米桠、溪黄草主要生态因子值范围

随着香茶菜属药用植物影响的扩大,人们健康需求的提高,野生冬凌草和溪黄草因受到人们多年掠夺性开发而大幅缩减。推行无公害种植冬凌草,溪黄草是保证香茶菜属植物资源可持续的必然趋势[29,31]。所谓无公害中药材,就是指产地环境,生产过程,有毒有害物质残留量,安全质量指标这几个因素都具备国家相关审核标准和要求[32]。研究表明,推行无公害栽培,不仅生产高效,而且获得的中药材品质稳定,质量上乘,这也是促进农民增收以及实现药用植物栽培可持续发展的必要举措[33,34]。而现阶段中药材栽培的过程中出现滥用农药,施肥不合理等现象,致使中药材的质量受到严重影响,导致中药材出口受挫,甚至威胁公众身体健康。

本文结合碎米桠,溪黄草栽培特性及研究现状,探讨无公害栽培技术中的关键生产技术要点,为实现冬凌草,溪黄草药材高产、高品质、无公害生产及其植物资源的可持续利用提供更为有力的科学依据。

2 产地环境

2.1 冬凌草、溪黄草栽培选地

冬凌草和溪黄草均是长日照植物,对环境的要求都不高[22,35]。栽培时最好选择土壤肥沃,土层深厚,向阳,方便浇灌排水的沙壤土。同时注意大田不宜地势低洼长期积水,以防植株根系腐烂。适宜碎米桠和溪黄草栽培的土壤如表1。

有所不同的是,冬凌草土壤pH值一般在6.5-8.0[36-39],而溪黄草土壤pH值在5.5-7.0[35]。此外,在播种冬凌草的前一年冬季对大田进行深耕,次年春季细耙、平畦。如果同一片干旱土地连作,溪黄草极易滋生病虫害,种植时宜采用轮作方式进行[29,40]。

2.2 生态适宜因子

本研究运用“药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统”(GMPGIS)。GMPGIS系统是由中国中医科学院中药研究所自主研发的药用植物产地预测系统。系统所采用的气候数据主要来源于WorldClim全球气候数据库[41]和CliMond全球生物气候学建模数据库[42]。而土壤数据来源于全球土壤数据库。

将实地考察、世界植物分布数据库提取及文献调研得到的植物分析样点,通过GPS经纬度定位网站(http://www.earthol.com/),求出各样点经纬度坐标值,数据导入GMPGIS系统,提取出各样点环境变量,利用欧氏距离法建立预测模型,由模型求出植物全球生态适宜产区分布图。通过分析各生态因子值范围可以看出同为香茶菜属植物,冬凌草、溪黄草大部分的适宜生态因子值比较接近。但经过对比可以明显看出二者在降水量相关因子的阈值范围上差异较大。相比较而言,溪黄草更适宜生长在雨水充沛的地区。此外,根据最冷月最低温度和最冷季度平均温度这两个生态因子,不难看出冬凌草比溪黄草更耐低温。从年平均气温来看,溪黄草的生长温度比冬凌草稍高。

根据“药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统”(GMPGIS)得到碎米桠和溪黄草采样点的主要气候因子值同时结合相关文献记载。分析发现,碎米桠主要适宜产地分布于云南、湖北、贵州、四川、陕西、湖南、安徽、山东、河南;溪黄草主要适宜产地分布于广西、广东、福建、海南。总体上看,碎米桠适宜产地分布区域相较于溪黄草更为广泛。

3 冬凌草、溪黄草优良品种选育

3.1 种质资源现状

对于药用植物来说,种质资源是指所有可以用来进行研发药物的植物资源,实质上包括了所有的药用植物物种[43]。可以说,中药材的生产是在种质资源的基础之上发生的,而质量上乘稳定,安全有效的中药原料则是打开国际市场的基础[31]。摸清药用植物种质资源的现状对于生物资源保护以及可持续利用也显得极为重要[43]。

冬凌草广泛分布于黄河及长江流域,其主产地位于河南济源太行山南部[2,44]。由于不同环境下冬凌草的植物形态,显微特征和化学成分方面都存在一定的差异,因此冬凌草种质资源丰富[45]。研究显示,冬凌草在物种水平上具有较高的遗传多样性,而在居群水平上遗传多样性较低,且大部分遗传变异存在于居群间,居群间还具有较高的遗传距离[46]。此外,冬凌草具有较强的地域差异性,这表明植物间的遗传关系与地理位置存在一定的联系。例如,同一山脉的冬凌草之间亲缘关系较近[45]。有学者发现,部分地区冬凌草虽然在表型,化学成分的种类和含量上存在着很大差别,但遗传距离却很近,推测原因可能是受到了环境因素的影响。不同的是,有些地区冬凌草表型上存在差异,但遗传距离较远[47]。

据调查,溪黄草的主要产地在粤东地区[27],主产地具有多年种植经验,但目前尚无文献对溪黄草的种质资源状况进行相关报道。

3.2 优良品种培育

选育出优良、抗病虫害品种是无公害栽培冬凌草、溪黄草的基石。冬凌草最早发现于河南济源[7,44]。已有研究发现[48],不同产地冬凌草中对映—贝壳杉烷类二萜化合物的结构类型不同,或者部分产地冬凌草含有一些特有成分。而调查发现,目前在人工选育冬凌草优良新品种方向上的研究仍是一片空白。当前选育冬凌草最主要的方法是传统选育,该选育方法是利用外在表型(种子的大小和形态),通过逐年筛选,最终获得较为优良的种子[6]。但是,该方法选育周期过于漫长,效率低下。根据文献记载发现[49-50],溪黄草分布范围十分广,遍及多个省份,能在多个不同的气候条件下生长,这一特点极利于推动种植产业化发展。但从目前的调查状况来看,野生溪黄草为原料的中药材质量较差且不稳定。而我国在人工选育溪黄草新品种方面报道较少,也没有相关的机构和公司进行实验育种[27]。基于此,在实际生产实践中,各地可根据多年种植经验,进行新品种选育,挖掘各产地优良种质。此外,农业部门和相关研究机构要加快确立优良品种的选育方向,进行新品种的宣传推广,争取培育出抗病、高产、品质高、安全性强的优良品种。

4 无公害种植管理

4.1 土壤消毒[35]

配制200-400倍的50%代森铵溶液,将其喷洒于未进行种植的苗床上,2-4 kg⋅m-2。如果换用可湿性多菌灵粉剂(纯度为100%),剂量为每亩5 kg。

4.2 土壤改良

在播种冬凌草之前,于前一年对大田要进行深耕(深度约20-40 cm),充分风化熟化[36]。翌年3月至4月份,气温稳定在10℃-15℃以上时,复耕一次,进一步清除杂草、石块,整平土壤,做平畦。播种溪黄草时可用细沙掺进土中进行改良,使畦面平整,土壤无结块且松软细匀[35,40]。此外,有学者认为种植溪黄草土壤改良初期可进行水稻种植[40]。在改良的过程中还可以施用肥料,此目的在于调整土壤的pH值。施用量为每亩2500 kg,肥料一般选择农家肥或堆肥,尽量减少化肥的使用量[35]。值得注意的是,施用基肥是指在每两行之间的深沟之中进行,使用量为每亩3000-4000 kg。

4.3 育苗与移栽

4.3.1 冬凌草的育苗

冬凌草的繁殖方式有四种。

(1)种子繁殖[51,52]。种子繁殖分为冬播和春播。冬播,在11月份;春播,在3月份。在播种之前,要进行开沟,一般深度为2 cm,行距为20 cm。为提高种子发芽率,播种前一般要对种子进行处理,方法分为两种:①温水浸种。将种子浸泡于水(水温45℃为宜)中,浸泡时间一般不低于15 h;②ABT生根粉处理。将种子浸泡于0.01%的ABT生根粉溶液中2 h。二者就出芽率和出苗率而言,后者较好。种子用细沙土或草木灰等按1∶3或1∶5的比例混合均匀,撒播后覆上1-2 cm的腐殖土,麦秸或草。每亩撒播0.5-0.8 kg种子。

(2)扦插繁殖。扦插繁殖分为插穗采集、苗床选择和插穗育苗三个部分。

冬凌草的插穗采集为每年的6-8月间采集冬凌草(健壮无病虫害)枝条[37,39]。枝条的中、下部剪成10-15 cm,插穗要求有2-3个芽节,顶芽带2-3个小叶。上部的剪口与第一个芽在1-1.5 cm处要剪成平口,下部的剪口在芽节点处也要剪成平口。注意剪口要平滑,不劈裂。将制作好的插穗浸于水中2 h后换生根粉溶液再浸泡0.5-1 h。冬凌草的苗床选择一般选择向阳,避风,便于灌溉且前一年冬季经过深耕,次年细耙后的沙壤地[37-39]。一般选择宽1-1.5 m,长5-10 m的畦床进行穴耕,穴深5-6 cm,以插穗定植。插穗育苗指将插穗下端插入洞中1 cm[37,39],株距3.5 cm,要求叶片无重叠。将土按实,浇水,期间保持水分充足,15天后插穗即可生根。如果扦插在塑料大棚内进行,可搭建沙床,棚内要求:含水量15%,空气湿度80%-90%,温度30℃以下,待插穗长出2片新叶后再进行大棚拆除[5,38]。

(3)分蘖育苗(分根育苗)方法在农业生产实践中最为常见。每年2月份,将冬凌草整丛挖出,株上带2-3个根芽。栽入苗床后,覆土,压实,浇水。一般每穴栽1-3株,每亩3500-4000穴[37,39]。

(4)截根育苗[38,51]指每年2月份,选择两年生以上、健壮、无病虫害的冬凌草植株根部,切成6-10 cm的小段,开沟埋入整理好的田畦之中,压实,浇水。

4.3.2 溪黄草的育苗

溪黄草播种方式有三种:种子繁殖、扦插繁殖和分株繁殖。一般选择宽为1-1.2 m,四周沟宽为30-40 cm,高为20-30 cm的畦进行播种和移栽。

(1)种子繁殖需要先将采自前一年秋季的成熟种子进行预处理[52],可在当年秋季或次年2-3月份雨水量大,气温攀升时播种[30,40,52]。向盛放种子的容器内倒入40-55℃的水,水面没过种子3-5 cm,进行搅拌至水冷却后换用清水浸泡24 h,再将晾干后的种子与细砂或细土按1∶10(或1∶5-1∶6)[30]的比例进行混匀,撒播于苗床上,再用细砂覆盖,喷水浇透,其中播种量为每亩0.475 kg-0.975 kg。为保持苗床湿度一定,可搭建白色塑料薄膜温室大棚[40],苗床上覆上稻草[30]或草木灰[52](厚度0.2-0.5 cm)。种子萌发直至幼苗长至株高10 cm以上,苗上有8-10片叶子时再进行移植。

(2)扦插繁殖应一般在2-8月份都可进行,畦面由黄泥土整成,选取健康无病害枝条,长度为6-15 cm,枝条有3-4个节点[30,52-53]。将基部叶片裁去的同时顶端要留有1-2对小叶,枝条下端需有一个马蹄形的切口,用生根粉溶液浸泡2 h。扦插时枝条要斜放在沟壁,掩上土后上端要保持1/4-1/3的部分露出地面,扦插的密度为3 cm×2 cm,喷水浇透畦面。苗床上方应搭建遮光度48-52%的遮阳网,保持土壤湿度适中,15天后进行移植。

(3)分株繁殖指将秋季丰收后匍匐在畦面的茎或根按一定密度进行种植,次年春季待根茎长出新苗时移入大田[30,53]。

4.3.3 冬凌草的移栽[5,37,51]

一般在早春2月土壤解冻后进行移栽。每穴栽种2-3株一年生冬凌草或1-2株两年生冬凌草。起苗时不能直接用手拔苗,以免损伤植株的根、皮、芽。为提高苗的存活率,根部需带土,尽量边起苗边移植。如果不能及时定植,需将苗放于阴凉潮湿处。栽种前冬凌草根部需蘸取稀泥浆,覆细土压实。根据当地的地形、土壤等地理条件以及栽培目的来进行移植密度设置:①以采收叶片为目的。株、行距设为40 cm×60 cm。②以种子利用为目的,株、行距设为40 cm×80 cm。③立地条件较差。株、行距40 cm×40 cm。④林药间作的株距为60 cm左右。

4.3.4 溪黄草的移栽[35]

在移植之前,苗床施用农家肥,每亩用量3-4吨,保证土壤湿度适中,畦面平整,土壤细碎松软。移植时间一般选择在阴雨天或晴天傍晚进行,为使苗的根系发达,挖苗时要切断主根,保留须根,尽量带土移植并及时定植。此外,一般行株距设为15×20 cm(20 cm)。移植结束后覆上土,压平,最后喷水浇透畦面。

4.3.5 补植

一般冬凌草种植15-20天时要进行田间查苗,而溪黄草是在定植之后。如果发现病苗和未成活苗要及时补苗[35-36,39]。

4.3.6 中耕除草

中耕除草目的在于疏松土壤,清除田间杂草,减少病虫害的发生和促进植物吸收水分和营养。

冬凌草主要根据草情、土壤墒情,适时除草中耕,疏松土壤,除去杂草,一般每年2次-3次。冬凌草当年种植,当年即可采收[54]。

溪黄草进行中耕除草开始于植株封行之前,一年进行3-4次,一般选择在晴天或是土壤水分含量较少时进行。由于溪黄草根系不深,所以中耕宜浅不宜深。由于溪黄草分枝较多,长势茂密,因此封行之后,尽量减少中耕的次数。此外,被清除的杂草最好集中晒干或销毁[35,40]。

图1 冬凌草栽培生长过程

4.3.7 水分管理

种植冬凌草时要根据大田的土壤水分情况进行灌溉,一般每年灌溉4-5次[36]。6-8月是冬凌草较为旺盛的生长阶段,此时应保持水分充足。另外,梅雨季节要注意排水防涝[5-6,39]。溪黄草在苗期时应注意浇水,促进根系下扎,有助于幼苗后期生长;封行后,需水量会增大,注意保持土壤湿润。雨季,及时排掉田间积水,以减少病害和烂根的发生[35]。

4.3.8 植株复壮[37-39,51]

由于冬凌草根系密度随植株生长发育不断增大。而在第3年,根部的生长点会出现衰退的现象。因此,一般在冬凌草生长的第4年,进行隔株挖根,更换新土复壮。

4.3.9 合理施肥

不同种类药材的生长发育状况各不相同,因此施肥技术也存在着差异[52]。在冬凌草的生殖初期,种子的形成需要充足的养分,此时可以适当施肥,宜选用氮、磷肥[5,37,51]。在苗高25 cm时,结合中耕除草,每亩可追施符合GAP药材种植要求的复合肥25 kg-40 kg[54]。而溪黄草整个生长发育期都要保证肥水均匀,同时讲究“前促、中控”。出苗时(每7-10天)施用尿素2-3次,每亩施用量为0.5 kg-0.6 kg,如果用复合肥进行替代,每亩用量调整为0.6kg-0.8kg。在播种溪黄草约20天时,向每亩大田淋施稀人畜粪尿肥(1000 kg)和复合肥(10 kg)。30天时,对溪黄草进行封行,此后施用1-2次颗粒复合肥,每亩用量10-30 kg。移栽10-15天后,追施1次氮肥,尿素每亩4-6 kg,或是淋施稀人畜粪尿肥,每亩用量约1000 kg,以后每18-30天施肥1-2次,同时注意松土,加强土壤与空气的接触。施肥时要注意以下几点:①一般选择在晴天9∶00-17∶00之间进行施肥,此后几天应保持水分充足;②尽量施用有机肥,少施化肥[36,39];③优先施用混合肥而不只是选择单一肥料。

在施用肥料时还需遵循《中华人民共和国农业行业标准(NY/T394-2000)肥料使用准则》,清除废物及生活垃圾后使土壤达到《无公害农产品产地环境评价准则》要求。

表3 无公害冬凌草、溪黄草病虫害种类及防治方法

图2 冬凌草采收方式:机器收割

5 无公害冬凌草、溪黄草病虫害综合防治

在进行病虫害防治时应严格按照《中药材GAP生产允许和禁止使用的农药种类及使用原则》,优先使用生物杀菌剂,避免对环境造成污染及减少损害人类健康[51]。冬凌草和溪黄草一般较少发生病虫害。溪黄草主要是白粉病和蚜虫[28,30,52];冬凌草主要是蚜虫[36-37,54]。本研究总结了冬凌草、溪黄草常见病虫害种类及其防治方法(表3)。

6 采收

6.1 冬凌草的采收[6,51,54]

根据采收目的的不同分为两种方式:①采收药材。通常一年采收2次。收割前应加强田间管理及时除去杂草。收割过程中应将杂草、异物等及时清除。第一次采收在夏季6、7月份,冬凌草植株繁茂枝叶肥大时,植株高达50 cm以上,采用机器或者镰刀割取冬凌草植株的草质部分。约十月份时,在植株经霜之前进可进行第二次采收。②采收鲜叶。每年的5-10月,在上午进行绿色健壮,无残缺叶片的采摘。

6.2 溪黄草的采收[28,30,40]

南方地区种植的溪黄草,其生长周期一般在三个月左右,此时株高约60-70 cm,一年可收割2-3次。于春季种植的溪黄草在90天后进行第一次收割,此后保证肥水充足,70-80天后可进行第二次收割,植物入冬停止生长之前则可进行第三次收割。同时注意以下几点:①每次收割时,要留取离地面2-3 cm处的植物茎基部,此目的在于分蘖萌芽;②一般选择在晴天进行采收;③采收后要及时将植株晒干,以防枝叶脱落,至叶片回软时再进行捆压成件,等到第二次晒干时即成商品。

7 讨论与展望

碎米桠是具有观赏性的药用植物,与溪黄草同归香茶菜属。碎米桠生长的区域主要分布在云南、湖北、贵州、四川、陕西、湖南、安徽、山东、河南;溪黄草生长的区域主要分布在广西、广东、福建、海南等地。目前,冬凌草开发产品越来越多[18,25,55-56],例如“中国冬凌神奇茶”[18],冬凌草片、冬凌草糖浆[19]等;溪黄草开发产品有“消炎利胆片”,“十味溪黄草颗粒”,“溪黄八珍茶”等[49]。随着人们健康需求的不断提高和香茶菜属药用植物影响的扩大,野生碎米桠和溪黄草受到人们多年掠夺性开发而大幅缩减[31]。开展无公害栽培碎米桠和溪黄草成为解决这个难题最直接有效的举措,也是保证香茶菜属植物资源可持续利用的必然趋势[18]。本文基于GMPGIS系统,应用植物的采样点的主要气候因子及土壤类型数据库,对碎米桠和溪黄草的生态适宜产区进行预测,使栽培技术更加科学规范[57],同时更有利于保护种质资源,提高市场中药材的品质。

但近年来由于人们急于获得优质中药材而出现滥用农药和施肥不合理的现象愈演愈烈。无公害栽培药用植物技术的出现,为今后的生产实践包括栽培选地、土壤改良、优良品种的选育、无公害种植、病虫害防治等生产技术要求提供了更为有力的科学依据[58,59]。

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