銀玲,彭月,劉榮,陳鴻平,趙梓辰,劉友平
生態(tài)環(huán)境要素作為影響中藥材品質(zhì)的一個(gè)主要因素,并作為道地藥材形成的源頭,一直以來(lái)是研究的重點(diǎn),但基于生態(tài)環(huán)境要素的多樣性,它也是研究的一個(gè)難點(diǎn)。生態(tài)環(huán)境要素包括很多方面,如土壤、氣候條件、灌溉水源、空氣質(zhì)量等,現(xiàn)行GAP就要求中藥材產(chǎn)地的生態(tài)環(huán)境應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),其中包括《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》等[1],其中每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分為若干檢測(cè)指標(biāo),如土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)土壤質(zhì)地、土壤肥力、土壤酸堿性、土壤重金屬含量均作了相應(yīng)的規(guī)定,這足以見(jiàn)得生態(tài)環(huán)境因素對(duì)中藥材質(zhì)量影響的多樣性和復(fù)雜性。因此,本研究就生態(tài)環(huán)境因素與中藥材相關(guān)性研究報(bào)道進(jìn)行綜述,同時(shí)研究了不同產(chǎn)地川芎藥材指標(biāo)成分與產(chǎn)地氣候因子的相關(guān)性,以求為中藥材道地性研究及中藥材質(zhì)量的控制及中藥材GAP基地建設(shè)提供一定參考。
因地制宜是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須遵循的一個(gè)原則,很大程度上說(shuō)明了土壤對(duì)于作物的重要性,中藥材種植和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相同,同樣需要因地制宜,選擇適合的土壤環(huán)境種植中藥材方可收獲優(yōu)質(zhì)藥材。有報(bào)道指出土壤環(huán)境因子是當(dāng)歸道地性形成的主導(dǎo)因子[2]。土壤環(huán)境因子對(duì)藥材的影響是多方面的,包括土壤肥力、質(zhì)地、酸堿性等,各因素間還存在交互作用。
1.1.1 土壤質(zhì)地 土壤質(zhì)地是影響土壤肥力的一個(gè)關(guān)鍵因素,決定著土壤的蓄水、保水、保溫等性能,與栽培作物的質(zhì)量息息相關(guān)。如黃芪是深根性多年生藥用植物,在土層深厚的黃土層上栽培,不但產(chǎn)量高,而且質(zhì)量好;澤瀉等水生藥材適合生長(zhǎng)在粘質(zhì)多濕潤(rùn)的土壤中;薄荷生長(zhǎng)在砂質(zhì)土壤中,其揮發(fā)油含量高[3];金銀花栽培于砂質(zhì)土壤中質(zhì)量最佳[4]。謝寶東等[5]研究了土壤水分因子對(duì)銀杏葉片黃酮和內(nèi)酯含量的影響后得出,土壤適度缺水有利于黃酮和內(nèi)酯類物質(zhì)的積累,土壤水分過(guò)足不能有效地提高銀杏葉黃酮和內(nèi)酯的含量。
1.1.2 土壤肥力 作物產(chǎn)量高低、品質(zhì)優(yōu)劣與土壤自身肥力密不可分,土壤肥力可細(xì)分為土壤中氮、磷、鉀、鈣等礦質(zhì)元素含量及土壤有機(jī)質(zhì)含量。土壤有機(jī)質(zhì)是指土壤中含碳的有機(jī)化合物,土壤有機(jī)質(zhì)在土壤中經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)化亦可分解出作物所需的礦質(zhì)元素,為作物生長(zhǎng)提供養(yǎng)分。
牛艷等[6]對(duì)不同產(chǎn)地枸杞β-胡蘿卜素含量與土壤肥力因子的相關(guān)性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),過(guò)高的土壤肥力雖然有利于提高枸杞產(chǎn)量,但對(duì)枸杞中β-胡蘿卜素含量具有一定限制作用。伍慶等[7]對(duì)影響杜仲有效成分的主導(dǎo)土壤因子進(jìn)行篩選,最終得出杜仲葉中綠原酸含量的主要影響因子是土壤有機(jī)質(zhì),蘆丁含量的主要影響因子是土壤全磷、有機(jī)質(zhì),槲皮素含量的主導(dǎo)因子主要有有機(jī)質(zhì)、有效磷等,山萘酚含量的最大影響因子為有機(jī)質(zhì)。魏東華等[8]測(cè)定不同土壤營(yíng)養(yǎng)條件下栽培黃芩中黃芩苷的含量后得出,不同氮、磷、鉀配比對(duì)黃芩含量影響較大。漆小雪等[9]分析測(cè)定青蒿素含量與土壤、植株養(yǎng)分含量的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)青蒿素含量與土壤中鈣的含量有顯著的正相關(guān)關(guān)系。由此可看出土壤養(yǎng)分因子對(duì)中藥材有效成分含量有很大影響。
1.1.3 土壤無(wú)機(jī)元素 土壤中無(wú)機(jī)元素作用重大,它不僅影響植物的根系營(yíng)養(yǎng)及生理代謝活動(dòng),促進(jìn)植物的生長(zhǎng),還是藥材中藥效成分的構(gòu)成因子,影響藥材有效成分的形成和積累,最終影響藥材品質(zhì)[10]。
徐繼振等[11]研究鉬、錳、鋅、硼對(duì)當(dāng)歸的影響發(fā)現(xiàn),鉬、錳、鋅、硼均有一定的增產(chǎn)效果,其中鉬作用最大,施加鉬、錳微肥能提高當(dāng)歸中揮發(fā)油、多糖、阿魏酸含量,從而提高藥材質(zhì)量。趙曼茜等[12]報(bào)道,黃芩對(duì)土壤中的P、Zn,Se元素有一定的富集,而藥材中黃芩苷的含量與P成顯著正相關(guān),因此黃芩藥材中黃芩苷含量間接與土壤無(wú)機(jī)元素呈相關(guān)關(guān)系。金航等[13]分析探討三七藥材道地性與土壤微量元素的關(guān)系發(fā)現(xiàn),道地產(chǎn)區(qū)土壤中硅含量高而銅和鎘含量低;道地產(chǎn)區(qū)三七中鋅和錳含量高。三七藥材與土壤中的鐵和鋇元素呈極顯著正相關(guān),與錨、錳、硼、鉛元素呈顯著正相關(guān)。褚必海等[14]在研究澤瀉有效成分與土壤元素的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)土壤中鉀元素對(duì)其2,3-乙酰澤瀉醇B含量有很大影響。由此得出土壤元素不僅是藥材中無(wú)機(jī)元素的來(lái)源,同時(shí)還影響著藥材有效成分的積累,亦是道地藥材的重要成因之一。
1.1.4 土壤酸堿性 土壤酸堿性對(duì)土壤的肥力特性有著深刻的影響,每種植物生長(zhǎng)都需要一個(gè)適宜的酸堿度范圍,若超出此范圍植物生長(zhǎng)將受抑制。陳文霞等[10]報(bào)道黃連、胖大海、肉桂、人參等適宜于酸性土壤,而甘草、枸杞子等則適宜于堿性土壤。晁志等[15]報(bào)道益母草中生物堿含量與土壤的pH 值呈正相關(guān),產(chǎn)于堿性土壤的北方地區(qū)生物堿含量約為產(chǎn)于酸性土壤的南方地區(qū)的兩倍。郭春秋等[16]報(bào)道,木通適宜于偏酸性環(huán)境下生長(zhǎng),此環(huán)境有利于有效物質(zhì)的積累。
1.1.5 土壤中重金屬及農(nóng)藥殘留 土壤中的重金屬含量及農(nóng)藥殘留量是影響藥材安全性的重要因素,藥材重金屬含量及農(nóng)殘含量是否達(dá)標(biāo)是影響藥材出口的主要制約因素之一。隨著工業(yè)的快速發(fā)展,廢水廢料的排放,土壤中的重金屬逐漸超出土壤的負(fù)載能力,引起了土壤重金屬含量部分超標(biāo),從而間接導(dǎo)致藥材重金屬含量超標(biāo)。此外,為片面求取高產(chǎn)量,部分地區(qū)大量使用農(nóng)藥,如六六六、DDT、膨大素等,在土壤中長(zhǎng)期保留并逐漸被藥材富集,導(dǎo)致藥材農(nóng)藥殘留超限。
楊春等[17]通過(guò)分析黔東南州的鴨跖草、何首烏、鉤藤、金銀花等9種中藥材的重金屬污染后得出,不同藥材對(duì)各重金屬元素的富集作用不盡相同,鴨跖草、何首烏和鉤藤對(duì)土壤中Cd有明顯的富集作用,9種藥材重金屬平均污染指數(shù)為:Pb>Cd>As>Hg。付富友等[18]對(duì)部分川產(chǎn)藥材研究后發(fā)現(xiàn)重金屬污染現(xiàn)象較普遍,不同藥材超標(biāo)程度不盡相同,并對(duì)此提出了治理方案。夏品華等[19]對(duì)貴州中藥材GAP基地土壤的重金屬和農(nóng)藥殘留進(jìn)行調(diào)查分析后得出,所檢測(cè)樣品均測(cè)出有不同質(zhì)量比的Pb、Cd、Cu、Hg、As、六六六,部分檢出DDT,其中還有一個(gè)樣品超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。由此可以看出,土壤中的重金屬及農(nóng)藥殘留已嚴(yán)重威脅著中藥材的安全,必須引起足夠的重視,提出可行的解決方案,才能確保中藥材的優(yōu)質(zhì)、安全、質(zhì)量可控。
氣候?qū)χ兴幉馁|(zhì)量的影響主要通過(guò)氣溫、光照、降雨量來(lái)表達(dá)。不同藥材有不同的生長(zhǎng)喜好,由此產(chǎn)生了不同的適宜生長(zhǎng)區(qū)域。如甘草喜溫、耐熱、旱生,分布于我國(guó)東北、西北大部分地區(qū)。三七喜冬暖夏涼、怕嚴(yán)寒酷暑、喜散射光,主要分布于我國(guó)西南地區(qū)。
1.2.1 氣溫對(duì)中藥材質(zhì)量的影響 中藥材的生長(zhǎng)過(guò)程一般可分為不同階段,如育苗期、莖發(fā)期、莖膨大期、花期、果實(shí)積累期等。不同時(shí)期對(duì)于氣候條件有不同的需求。彭國(guó)照等[20]報(bào)道川芎生長(zhǎng)發(fā)育的氣溫需求為8~30℃,最佳氣溫為14~20℃,當(dāng)氣溫低于4.5℃或高于35℃,都會(huì)停止生長(zhǎng),其中第一年8月至次年5月氣溫對(duì)藥材質(zhì)量的影響尤為關(guān)鍵。鄭小華等[21]綜合評(píng)價(jià)山茱萸氣候資源后指出,山茱萸生長(zhǎng)在年均氣溫13~15℃環(huán)境最適宜,花期(3月底)氣溫8~15℃為佳,生長(zhǎng)期(6~8月)氣溫18~25℃生長(zhǎng)較快。年度極低溫和極高溫對(duì)于藥材生長(zhǎng)也有很大影響,極溫太低或太高都可能導(dǎo)致藥材的死亡,文獻(xiàn)報(bào)道極低溫超過(guò)-17℃,將完全抑制蒼術(shù)的生長(zhǎng)[22]。
1.2.2 光照對(duì)中藥材質(zhì)量的影響 光照是植物光合作用的必要條件,直接影響著中藥材體內(nèi)初生代謝產(chǎn)物和次生代謝產(chǎn)物的積累。根據(jù)植物對(duì)于光照的趨向性不同,一般有陽(yáng)生植物和陰生植物之分,因此在引種栽培時(shí)需根據(jù)植物特性選擇適合當(dāng)?shù)貧夂驐l件的作物。近年來(lái),有關(guān)光照與植物生長(zhǎng)的相關(guān)性引起了業(yè)界人士的廣泛關(guān)注[23~25],研究也越發(fā)深入,許翔鴻等[26]報(bào)道適度遮陰會(huì)減少延胡索產(chǎn)量,但會(huì)增加藥材中生物堿的總含量。李章田等[27]采用人工模擬日光研究光照對(duì)三七藥材的形態(tài)和光合特性,指出持續(xù)強(qiáng)光會(huì)導(dǎo)致三七葉片失水皺縮、氣孔關(guān)閉、凈光和速率下降,進(jìn)而影響三七產(chǎn)量及次生代謝產(chǎn)物積累。
1.2.3 降雨量對(duì)中藥材質(zhì)量的影響 降雨量對(duì)植物生長(zhǎng)亦有較大影響,旱澇都可能導(dǎo)致藥材的生長(zhǎng)停止甚至死亡。袁泉等[28]對(duì)近年我國(guó)西南地區(qū)干旱氣候?qū)υ摰貐^(qū)藥材的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn),近兩年西南地區(qū)干旱已造成了野生藥材產(chǎn)量下降30%,其中重點(diǎn)研究了三七、紅花、云當(dāng)歸等中藥材,紅花減產(chǎn)超過(guò)70%,云當(dāng)歸減產(chǎn)超過(guò)90%。在植物生長(zhǎng)過(guò)程中,降雨量主要影響藥材花期,從而影響藥材產(chǎn)量和有效物質(zhì)的積累[29]。因此,適度的降雨降水對(duì)中藥材品質(zhì)及產(chǎn)量都有至關(guān)重要的作用。
藥材種植用灌溉水主要來(lái)自于河水、溝溪、湖塘和天然降水?,F(xiàn)行對(duì)灌溉水的監(jiān)測(cè)分析主要參照《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》。灌溉水的pH值、硫化物、氯化物、重金屬含量是影響中藥材質(zhì)量的重要方面?,F(xiàn)行的灌溉水分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要參照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》,以各項(xiàng)污染物的濃度限值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),將灌溉水分為清潔、尚清潔、污染三個(gè)等級(jí)。近年來(lái)灌溉水質(zhì)對(duì)于藥材質(zhì)量的影響已逐步引起了業(yè)內(nèi)人士的重視,有關(guān)中藥材種植基地的水環(huán)境的研究也日益普遍[30~32],但水環(huán)境與藥材質(zhì)量的相關(guān)性并未得到透徹分析,有待進(jìn)一步研究。
大氣因子對(duì)中藥材質(zhì)量的影響與土壤、灌溉水、氣候因子相比較弱,主要包括空氣中二氧化硫、二氧化氮、總懸浮顆粒等因素的影響。若空氣中二氧化硫或二氧化氮含量過(guò)高,很容易形成酸雨,從而影響植被的生長(zhǎng)發(fā)育?,F(xiàn)行藥材種植基地空氣質(zhì)量一般依據(jù)GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[33~34],但不同中藥對(duì)空氣環(huán)境的需求有所差異,單憑環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并不能全面控制空氣對(duì)中藥材的影響。
實(shí)驗(yàn)所用藥材由課題組于2012年4~5月從產(chǎn)地自行采集,共采集川芎5大產(chǎn)地的25批藥材,經(jīng)成都中醫(yī)藥大學(xué)盧先明教授鑒定為傘形科(Umbelliferae)植物川芎Ligusticum chuanxiong Hort.的根莖,見(jiàn)表1。同時(shí)從各大產(chǎn)地氣象部門收集了相關(guān)資料,結(jié)果見(jiàn)表1。
課題組參照中國(guó)藥典2010年版川芎項(xiàng)下阿魏酸含量測(cè)定方法,測(cè)定了樣品中阿魏酸含量,參照中國(guó)藥典2010年版一部附錄XB鞣質(zhì)測(cè)定方法測(cè)定樣品總酚酸含量,同時(shí)建立川芎多糖含量測(cè)定方法測(cè)定樣品中多糖含量,具體方法已另文發(fā)表,結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 各主產(chǎn)地川芎藥材指標(biāo)成分含量測(cè)定結(jié)果
采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)川芎指標(biāo)成分含量及生態(tài)因子進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果顯示川芎中阿魏酸含量與年均溫呈負(fù)相關(guān)性,其相關(guān)系數(shù)為-0.908,t檢驗(yàn)顯著性概率為0.033<0.05,拒絕零假設(shè),而與其他生態(tài)因子無(wú)顯著相關(guān)性;但總酚酸含量與所列氣候因子均無(wú)顯著相關(guān)性;多糖含量與產(chǎn)地海拔高度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)為-0.922,t檢驗(yàn)顯著性概率為0.026<0.05,拒絕零假設(shè),而與其他氣候因子無(wú)顯著相關(guān)性。
從川芎藥材指標(biāo)成分與生態(tài)因子相關(guān)性分析結(jié)果可以看出,川芎中阿魏酸含量隨年平均氣溫的升高而存在一定程度的下降趨勢(shì),而川芎中多糖含量隨著產(chǎn)地海拔高度的增加略有降低趨勢(shì),而其他氣候因子與指標(biāo)成分含量無(wú)顯著相關(guān)性,因此在川芎引種時(shí)須首先考慮種植地的年平均氣溫、海拔高度與傳統(tǒng)道地產(chǎn)地的差異,方可達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的效益。
隨著中藥現(xiàn)代化和產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展,中藥材資源瀕危,中藥資源持續(xù)產(chǎn)業(yè)化和供需矛盾不斷劇烈,引種栽培成為了一種快捷的途徑,但只重視產(chǎn)量及地方經(jīng)濟(jì),不考慮生態(tài)適宜性的盲目引種導(dǎo)致了一系列問(wèn)題相繼出現(xiàn),如不同產(chǎn)地所產(chǎn)藥材品質(zhì)參差不齊、部分新產(chǎn)地藥材重金屬等有害物質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)等,由此凸顯了產(chǎn)地生態(tài)環(huán)境要素與藥材品質(zhì)相關(guān)性研究的重要性。
經(jīng)過(guò)課題組前期的實(shí)地考察,發(fā)現(xiàn)川芎傳統(tǒng)道地產(chǎn)區(qū)的退化、工業(yè)化污染等問(wèn)題逐漸嚴(yán)重,彭州地區(qū)受經(jīng)濟(jì)利益的趨勢(shì),大部分土地改建成工廠,隨即帶來(lái)了嚴(yán)重工業(yè)污染,導(dǎo)致中藥材質(zhì)量大大下降。對(duì)于中藥材傳統(tǒng)產(chǎn)地的退化、污染等問(wèn)題引起了業(yè)界人士的重視,但其解決方案的研究還相對(duì)落后,有待深入研究解決。
為從根本上解決中藥品質(zhì)參差不齊問(wèn)題,研究影響藥材質(zhì)量的生態(tài)因子,分析二者相關(guān)性,從而綜合評(píng)定生態(tài)因子對(duì)中藥品質(zhì)的影響力是關(guān)鍵??偨Y(jié)以往生態(tài)因子與藥材質(zhì)量的相關(guān)性研究不難發(fā)現(xiàn),在生態(tài)因子與藥材品質(zhì)相關(guān)性研究工作中,土壤因子對(duì)藥材品質(zhì)影響的研究較深入,而氣候及大氣環(huán)境的影響研究較少,且大多停留在定性分析階段,只對(duì)種植地的氣候環(huán)境和大氣條件做描述性評(píng)價(jià),而并未深入分析這類因素對(duì)藥材品質(zhì)的確定影響力;或僅分析單一生態(tài)因子對(duì)藥材品質(zhì)的影響而忽略了各因子間的交互作用,如降雨量影響灌溉水、土壤質(zhì)地;空氣質(zhì)量通過(guò)降雨也會(huì)改變土壤酸堿性等,生態(tài)因子對(duì)藥材品質(zhì)的影響是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,單因素的分析并不能全面反應(yīng)其影響力,而必須深入分析生態(tài)因子對(duì)中藥材品質(zhì)的影響,建立一個(gè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法,包括單因素的作用和各因素的交互作用等。
為保證高品質(zhì)中藥材走向世界,加強(qiáng)中藥材傳統(tǒng)道地產(chǎn)地的保護(hù)是必不可少的,其中藥材GAP基地即是方案之一,但延續(xù)中藥材道地性,提高中藥材品質(zhì)是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù),首先深入分析道地藥材的適宜生態(tài)環(huán)境,量化各因素對(duì)藥材品質(zhì)的影響力,然后建立道地藥材的適宜生態(tài)環(huán)境因素水平表,再依據(jù)因素水平表尋找藥材的適宜替代產(chǎn)地或人工建立模擬產(chǎn)地,同時(shí)加強(qiáng)傳統(tǒng)道地產(chǎn)地的規(guī)范管理及保護(hù),盡可能減小道地藥材的人為污染,從而使中藥產(chǎn)業(yè)走向國(guó)際化。
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