蛇足石杉資源分布和種植方面的研究進展

楊秋容　夏玉玲

摘要：為了合理開發(fā)和利用珍稀藥用植物蛇足石杉的藥用價值，本文對蛇足石杉的資源分布和栽培種植方面的研究成果進行了總結(jié)分析，并對今后的研究進行展望。

關(guān)鍵詞：蛇足石杉；野生資源；內(nèi)生真菌；種植繁殖；組織培養(yǎng)

中圖分類號：Q949.95 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1674-0432（2014）-17-27-4

蛇足石杉[Huperzia serrata（Thunb.） Trev.]為石杉科植物石杉屬的一種，《高等植物圖鑒》稱為蛇足石杉，《植物名實圖考》和《全國中草藥匯編》稱為千層塔。各地還有各種別名，如金不換、虱子草、狗牙齒、矮松、山芝、蛇足草、矮杉樹、救命王、寶塔草、萬年杉、打不死、矮羅漢、虱婆藥、雪山一枝蒿等。蛇足石杉是一類多年生小型蕨類植物，常土生、附生于陰涼潮濕的苔蘚層環(huán)境中或林蔭濕地或溝谷石上，分布于東北、長江流域及華南、西南各地。[1、2]中國民間一直用全草來治療跌打損傷、毒蛇咬傷、燒傷燙傷、淤血腫痛、內(nèi)傷吐血等。[3]1972年國內(nèi)首次在動物試驗中報道其所含生物堿石杉堿甲HupA有松弛橫紋肌作用，[4]隨后又發(fā)現(xiàn)HupA對記憶衰退、重癥肌無力和多發(fā)梗死性癡呆均有顯著療效，且石杉堿甲具有低毒、高效、可逆和高選擇性的特點，是乙酰膽堿酯酶抑制劑，對老年癡呆癥有顯著療效。1993年美國FDA批準石杉堿甲片屬于類膽堿能劑，已被國際上列為第二代的乙酰膽堿酯酶抑制劑之一。[5]目前市場上成品藥有哈伯因和雙益平，石杉堿甲透皮吸收貼片也獲得國家食藥局驗收通過。由于石杉堿的療效特殊，國內(nèi)外學(xué)者對它的全合成、衍生物及類似物的合成作了大量的工作。[6、7]HupA結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前很難人工合成，工業(yè)提取所需原料還完全依賴野生資源。天然HupA主要來源于石杉科植物，而本科中石杉屬植物中HupA含量最高，馬尾杉屬植物也含很高的HupA。目前制藥廠生產(chǎn)的HupA制劑主要以野生的蛇足石杉為主要原料。蛇足石杉雖然分布較廣，但是它對生境求較高，加上植株矮小，生長周期長，單位時間、單位面積產(chǎn)量和天然總貯存量均很低，經(jīng)20多年的極度采挖，野生資源遭到嚴重破壞。故充分了解蛇足石杉的資源分布并合理利用野生資源，同時研究先進的種植技術(shù)，以達到既防病治病又能保護資源的目的是目前研究者的當(dāng)務(wù)之急。

1 蛇足石杉植物的生物學(xué)特性

1.1 典型形態(tài)

[8、9]蛇足石杉為多年生蕨類植物。高10～24厘米，全株暗綠色。營養(yǎng)器官包括根、莖、葉。其中根為不定根，和真菌共生形成內(nèi)生真菌的外生菌根，常伸入土中或基質(zhì)吸收營養(yǎng)。莖的表皮外被角質(zhì)層，皮層含葉綠體，能進行光合作用，皮層細胞內(nèi)含生物堿結(jié)晶，有1～4回二叉分枝，頂端常有細小芽胞，芽胞落地成新苗。葉綠色，螺旋狀著生，葉薄紙質(zhì)，等面葉，上表皮細胞內(nèi)含有生物堿結(jié)晶，孢子葉與營養(yǎng)葉同形或異形。繁殖器官是蛇足石杉的孢子。

1.2 生活史

[10]蛇足石杉的孢子存在于孢子囊中，成熟時橫裂出孢子。孢子萌發(fā)后，先形成初生的配子體，30天左右變成成熟的配子體。成熟的配子體能獨立生活，通常貼在地面上利用苗根獲取營養(yǎng)，配子體會產(chǎn)生頸卵器和精子器，而精子和卵在潮濕的環(huán)境下完成受精。受精卵發(fā)育成胚，幼胚暫時寄生在配子體上，長大后配子體死亡，孢子體獨立生活。幼孢子體的頂端先長一片幼葉，隨著幼苗的長大，相繼長新葉，等到幼苗長至2～3厘米時，開始出現(xiàn)二叉分枝。

1.3 生長特性

[11-12]蛇足石杉為叢生的草本植物，常土生或伴生于苔蘚層中，分布在海拔300～2700米的山地密林下、溝谷陰濕土中及潮濕背陰的巖石陡壁上；在中亞熱帶南部亞區(qū)和南亞熱帶有團塊狀分布現(xiàn)象，但仍以散生狀分布為主；群落上層喬木樹種主要有毛竹、三尖杉，灌木樹種有柵木、金銀花、映山紅、紫金牛等，草本植物有蕨、多花黃精、三脈紫菀、澤蘭等，伴生植物有金發(fā)蘚及暖地大葉蘚等。不定根和真菌共生，菌絲就代替了根毛，增加了根系的吸收面積。[10]植物生長緩慢，配子體和孢子體階段均需要與土壤中的特定真菌共生形成菌根才能生長。[13]蛇足石杉在野生條件下通過孢子繁殖和生殖芽繁殖。[14]千層塔具有二叉分蘗的特征。

2 蛇足石杉植物的資源分布

2.1 石杉科植物的資源存量

石杉科（Huperziaceae）分類學(xué)上的地位是蕨類植物門石松亞門石松綱石松目。該科植物古生代曾繁盛，是最古老的植物類群之一。但隨著自然環(huán)境的改變，現(xiàn)大多數(shù)種類已滅絕。僅少數(shù)種類殘存于人煙稀少的原始森林中，生長極其緩慢，對環(huán)境要求甚為苛刻。全球該科植物約170余種，廣泛分布于世界各地。石杉科植物在我國南北均產(chǎn)，現(xiàn)存兩屬——馬尾杉屬（Phlegmariurus（Herter）Holub）分布于長江以南，現(xiàn)知23種；石杉屬（Huperzia Bern.）廣泛分布于全國，現(xiàn)知25種，[15-17]其中可以作為石杉堿甲天然來源的植物包括蛇足石杉、華南馬尾杉、藤石松和石杉近緣種小接筋草。蛇足石杉屬于石杉科石杉屬（狹義）蛇足石杉組Sect.Serratae （Rothm.）Hollub的一種。

2.2 蛇足石杉的資源分布

2.2.1世界范圍內(nèi)的資源分布 [11]蛇足石杉及其各種變種廣布于亞洲、大洋洲、中美洲、俄羅斯、太平洋等地。主要分布在亞洲熱帶和亞熱帶地區(qū)，其次向北通過日本列島和朝鮮半島可到達我國東北及與我國東北毗鄰的西伯利亞相對較濕潤的地區(qū)，向東在太平洋及中美洲的島嶼也有少量分布。從世界范圍來看，中國海南省是蛇足石杉的分布中心。

2.2.2 國內(nèi)的資源分布 [11]除西北、華北的干燥少雨和鹽堿地所屬地區(qū)外，蛇足石杉在我國大約20個省市都有分布：向北達黑龍江，向南到海南島，西至西藏，向東到沿海各省。如：黑龍江（饒江）、吉林（長白山、撫松）、江蘇（宜興）、安徽（黃山、寧國、九華山、浩寨）、浙江（衢州、昌化、天童山、遂昌、天臺、天目山、孝豐、杭州、慶元、泰順、龍泉、西天目山、鄞縣、寧海、樂清、云和、江山）、江西（井岡山、尋鄔、廬山、奉新、鉛山、萍鄉(xiāng)、安福、宜豐、玉山、黃崗、大余、廣昌、瑞金、石城、雙龍、寧崗）、福建（泰寧、長汀、崇安、南靖、上杭、南平、連城、沙縣、建陽、德化、龍巖）、臺灣（阿里山）、湖南（龍山、宜章、武崗、黔陽、雪峰山、道縣、寧遠、汝山、慈利、衡山、南岳、江華、保靖）、廣東（信宜、五華、紫金、羅浮山、陽山、樂昌、增城、封川、連縣、乳源、修仁、龍門）、廣西（大明山、憑祥、龍勝、武鳴、大苗山、龍津、臨桂、大瑤山、陵樂、靈川、賓陽、馬山、百色、元寶山、環(huán)江）、海南（海南）、四川（峨眉山、都江堰、雷波、沐川、古藺、名山、洪雅、馬邊、漢源、雅安、天全、筠連、南充）、重慶（重慶、江津、南川、石柱）、貴州（貴陽、松桃、印江、江口、安龍、興仁、凱里、平壩）、云南（昆明、綏江、永善、景東、廣南、瀘水、大關(guān)、福貢、元江、騰沖、鎮(zhèn)康、硯山、西疇、屏邊、貢山、峨山、麻栗坡、文山、金平、富寧、勐連）、西藏（察隅、黑脫）。

3 蛇足石杉種植的生境要求

3.1 海拔

蛇足石杉海拔分布范圍為較廣。[11，16、18]蛇足石杉從50～2700米均有分布，而300～1500米分布較多；蛇足石杉種群在海拔650～900 米時植株長勢較好，分布相對集中；不同海拔處理對千層塔生物學(xué)產(chǎn)量具有極顯著的作用，其中1200米海拔下試驗的產(chǎn)量最高。即不同地區(qū)、不同海拔對蛇足石杉的分布和長勢、產(chǎn)量的影響可以看出，蛇足石杉與海拔有一定的關(guān)系。但影響蛇足石杉生長繁殖與產(chǎn)量的主要因子可能是與海拔有關(guān)的土壤、微生物以及伴生物種等因子。[16]野生千層塔資源主要有3種類型，即類型A、類型B和類型C，分別分布在海拔800～1200米、1200～1600米和1600～1800米的生態(tài)區(qū)域，每種類型的分布存在明顯的海拔界限，以團塊狀和散生狀分布為主。從上述研究可見，大面積人工種植蛇足石杉，最好選擇在低、中海拔的地區(qū)種植為佳。

3.2 溫濕度

除黃河流域和西北地區(qū)外，蛇足石杉從黑龍江至海南20多個省市均有分布，主要分布在亞熱帶地區(qū)，可見蛇足石杉的適應(yīng)溫度范圍較廣。從孢子萌發(fā)至成熟孢子體形成均需要較高的濕度。水分是決定初生孢子體（原葉體）成苗的關(guān)鍵因子?？梢娚咦闶紝穸鹊囊筝^高，較低的濕度不適宜生長。[14、20、21]蛇足石杉適宜在毛竹林下氣溫20℃以上、相對濕度90%以上的高溫高濕下生長、發(fā)育；而石杉堿甲含量并不隨著溫度的升降呈現(xiàn)顯著變化，但蛇足石杉近緣種——皺邊石杉中的石杉堿甲含量與產(chǎn)地的年平均溫度會呈現(xiàn)明顯的負相關(guān)。[19]高溫脅迫試驗結(jié)果顯示，高溫對蛇足石杉的生長有明顯影響，其生長溫度在25℃～30℃為宜，長時間持續(xù)超過35℃對其生長有明顯的影響，40℃為極限高溫，短期內(nèi)會引起植株死亡。 [22]試驗證明蕨類植物整個育苗過程中濕度都必須保持在80%以上，否則就會因條件不適宜延遲發(fā)育或死亡。[15]蛇足石杉在繁殖階段，孢子母細胞必需在水分充足的條件下才能順利完成發(fā)育和分裂，在有水的環(huán)境下形成受精卵；大田栽培蛇足石杉時也應(yīng)保持陰濕的環(huán)境才能保證它完成生活史。[14]栽培蛇足石杉時夏季的相對濕度應(yīng)控制在80%以上。[16]郁閉度較高，年降雨量1500毫米以上，空氣濕度78%以上，土壤中含水量高的條件有利于蛇足石杉的生長，但過高的降雨量不利于石杉堿甲的合成。[20]但是蛇足石杉的芽孢繁育技術(shù)要求芽孢育苗基地須做好排水、灌溉等規(guī)劃設(shè)計，薄膜濕度在80%以上。由此看出，人工種植蛇足石杉時，嚴格控制好溫濕度，能有效提高蛇足石杉的產(chǎn)量和質(zhì)量。

3.3 光照

蛇足石杉的葉片和莖均含葉綠體，能進行光合作用，故需在一定光照條件下才能健康生長，而蛇足石杉喜陰濕環(huán)境中，較強的光照則不利于生長。[14]用遮陽網(wǎng)平鋪2層種植蛇足石杉的成活率最好，用遮陽網(wǎng)平鋪1層和垂直鋪1層蛇足石杉抽出新梢的高度最高，而過高或過低的光照強度均不利于蛇足石杉的生長。光照強度為1330～3000 lx時蛇足石杉生長較好，生產(chǎn)上可以采用覆蓋1層遮陽網(wǎng)或在毛竹林下栽培繁育。[20]在芽孢繁育體系的建立上提出基地建立需要搭設(shè)蔭棚，陽光交錢的頂部和側(cè)面用2～3層遮陽網(wǎng)，陰面只用1層遮陽網(wǎng)或防蟲網(wǎng)，達到遮光度>80%。[18]不同遮陽度處理對千層塔生物學(xué)產(chǎn)量具有極顯著的作用，其中以林地自然遮陽為產(chǎn)量最高；NFT扦插育苗要求外植體生根部位必須保持黑暗狀態(tài)。[23]較高的光照度破壞了蛇足石杉體內(nèi)PPO、POD和CAT活性的平衡，同時導(dǎo)致蛇足石杉體內(nèi)可溶性糖和可溶性蛋白含量大幅度變化，指出較低光照度（1200 lx）比較適合蛇足石杉的生長。[24]對蛇足石杉扦插繁殖時采用的800～1200lx的光照強度進行處理，以促進插條成活。[12]培養(yǎng)莖尖誘導(dǎo)愈傷組織，如果用全光照培養(yǎng)4～5天，外植體都發(fā)白死亡；用暗培養(yǎng)，莖外植體始終保持嫩綠，2個半月后長出淡黃色的愈傷組織；用自然光照培養(yǎng)20～30天能長出灰白色的幼根，說明千層塔外植體在培養(yǎng)時不需要外加光源。[25]Dean P.Whittier對近緣種植物孢子培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，暗培養(yǎng)有利于孢子萌發(fā)，這種現(xiàn)象是否適用于對蛇足石杉孢子還有待深入研究?？梢?，在人工栽培和組織培養(yǎng)蛇足石杉時，嚴格控制光照。

3.4 土壤

[26]有機質(zhì)是土壤養(yǎng)分的主要來源，不同區(qū)域生長的千層塔和長勢和石杉堿甲的含量不同。蛇足石杉適宜生長在富含腐殖質(zhì)的土壤表層，而沙壤、輕壤、排水不良的粘土等都不利于其生長。[30]蛇足石杉對土壤有機質(zhì)與全氮的要求高于莊稼土與腐殖土，且蛇足石杉還需要更多的鉛和錳。[16]蛇足石杉適合生長的土壤要求有機質(zhì)含量為6.18%～9.75%、pH4.75～5.31。[13]腐殖土與河沙的混和土壤作蛇足石杉的扦插基質(zhì)比腐殖土或河沙單獨作為基質(zhì)要好，最佳的生根基質(zhì)要求基質(zhì)多孔，通氣和排水良好，并能保持濕潤。[21]蛇足石杉為酸性指示植物，在堿性土壤中不可能生長，蛇足石杉適宜在酸性土壤（pH3.51～4.02）中生長，所以在栽培過程中應(yīng)特別注意土壤酸堿度的調(diào)控；且同屬植物皺邊石杉中石杉堿甲含量與土壤中速效鉀的含量呈正相關(guān)。[27]蛇足石杉適合生長在P、S、K、Ca、Al和Zn富集度較高的土壤中?？梢姡斯づ嘤咦闶紩r應(yīng)注意土壤或培養(yǎng)基為弱酸性，多施用農(nóng)家肥和氮肥，并注意各營養(yǎng)元素的協(xié)調(diào)與合理配合。

3.5 伴生物種

[20]中國蛇足石杉常分布于暖溫帶和亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域、季風(fēng)常綠闊葉林及其退化的次生生態(tài)系統(tǒng)中。海南省蛇足石杉的伴生植物主要有櫟屬、厚皮香、毛棉杜鵑、海南五針?biāo)梢约靶氯~蕨、巖姜蕨等。[12]千層塔屬陰生蕨類植物，野生居群多分布在雜木林、灌木叢和毛竹林內(nèi)，具有相當(dāng)郁蔽的小環(huán)境，特別是在毛竹林下千層塔生長良好。[28]蛇足石杉主要分布在原生常綠闊葉林、各種次生林及人工林下的蔭濕生境，在群落中處于從屬地位。[11]人工柳杉林或陰坡的人工杉木林和毛竹林也有利于蛇足石杉的分布，而陽性人工林如松林和陽坡的天然林或人工植被卻很少有分布。[29]蛇足石杉的伴生物種共有73種，其中雙子葉植物68種，喬木1種灌木層51種，草本19種，藤本植物2種，優(yōu)勢種為毛竹。可見，蛇足石杉最好種植在陰濕的人工林或次生林中，特別是毛竹林中。

3.6 內(nèi)生真菌

[26，31，32]蛇足石杉的孢子萌發(fā)過程有真菌介入，對配子體的生長發(fā)育有重要影響。蛇足石杉的內(nèi)生真菌主要種屬有：點霉屬、組絲核菌屬、頂孢霉屬、單軸霉屬、青霉屬、頭孢霉屬、鐮刀菌屬、交鏈孢屬、支頂包屬、曲菌屬和藻狀菌等。內(nèi)生真菌在蛇足石杉不同部位的數(shù)量、分布、種群和作用上存在有差異。蛇足石杉內(nèi)生真菌中，點霉屬、組絲核菌屬、交鏈孢屬和曲菌屬為優(yōu)勢種群。內(nèi)生真菌在蛇足石杉的組織分布差別較大，有一定的組織選擇性，以莖中最多，其次為葉片，根中最少。蛇足石杉的內(nèi)生真菌能顯著提高蛇足石杉扦插生根率，增加生根條數(shù)；其中鐮刀菌屬可以產(chǎn)石杉堿甲，小葉蛇足石杉的內(nèi)生真菌混合培養(yǎng)物也檢測到石杉堿甲；提供合適的支頂包屬菌發(fā)酵條件，能有效提高石杉堿甲產(chǎn)量。莖點霉菌最適生長溫度為26℃，最適pH4.0，適合在黑暗下生長。由此可見，蛇足石杉往往與內(nèi)生真菌形成共生體，人工栽培種植過程中需要合理利用內(nèi)生真菌來促進植物生長發(fā)育，提高生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量，但是對蛇足石杉的組織培養(yǎng)來說，需要不斷摸索消毒滅菌方法，達到既能消毒滅菌，又不影響蛇足石杉的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量的目的。

4 蛇足石杉的栽培種植方法

從上述蛇足石杉的生境要求可以看出，蛇足石杉的栽培種植需要的條件較為苛刻。目前蛇足石杉通常通過三種方式成苗：孢子繁殖、芽胞繁殖、分株繁殖，現(xiàn)在也可以采用組織培養(yǎng)快速繁殖。

4.1 孢子繁殖

[13]蛇足石杉在野生條件下主要通過孢子和生殖芽繁殖。但孢子萌發(fā)周期長，萌發(fā)后在地下形成配子體，需6～15年才能成熟，還有報道從孢子萌發(fā)到植株成熟需要15～20年。事實上蛇足石杉通過生殖芽繁殖的現(xiàn)象也很少，極大地限制了蛇足石杉野生資源再生。

4.2 芽孢繁殖

[33]在夏末秋初蛇足石杉植株的頂端開始發(fā)育出芽孢，每個枝條長出2～4個，到了春季，芽孢逐漸發(fā)育成熟，脫離母株，在適宜的條件下可以萌發(fā)成新的植株。而且芽孢繁殖所需要的時間比孢子繁殖要短。只是多數(shù)植株不能長出芽孢。所以研究芽孢的發(fā)生機理對芽孢繁殖很有幫助。

4.3 分株繁殖

[14]蛇足石杉具有二叉分蘗的特征，上年所生新梢莖端一般都具有2個萌蘗，當(dāng)年每個萌蘗抽出1個新梢，每個新梢年生長高度約3～5厘米。以后每年通過這種生長方式進行增殖。[33]蛇足石杉不能采用“采收枝條，保留莖干”的方式進行收割，莖段扦插能夠生根，但不能長芽，12個月后莖段枯黃。但在天然生境中蛇足石杉采用扦插和壓條方式繁殖，成苗率高，是一種可行的繁殖方式。[34]蛇足石杉的扦插試驗表明，高濃度的萘乙酸不利于發(fā)根，而高濃度的吲哚丁酸十分有利于發(fā)根；已萌芽的插條生根率、平均生根量和平均根等指標(biāo)明顯高于不萌芽插條，且死亡率較低；以腐殖土+河沙（1∶1）混和土壤為基質(zhì)，生根率、平均生根量、均根長和根分叉率比河沙與腐殖土單獨作基質(zhì)的高。

盛束軍等對蛇足石杉扦插繁殖研究表明，采用扦插效果最好為2000毫克/公斤吲哚丁酸，其次為1000毫克/公斤生根粉。最佳的生根基質(zhì)以腐殖土與河沙的混和土壤作扦插基質(zhì)好。關(guān)于穗條方面，萌芽的插條比不萌芽的插條扦插效果好。100%河沙扦插效果最好，生根率可達40%以上。

4.4 組織培養(yǎng)快速繁殖

目前，國內(nèi)外對石杉科植物的組織培養(yǎng)研究較少。由于蛇足石杉中有大量內(nèi)生菌，組織培養(yǎng)中外植體需要進行多次滅菌，換土栽培也不易成活。[12]用MS或1/2MS培養(yǎng)基對蛇足石杉外植體培養(yǎng)的影響差異不大，但在培養(yǎng)基中加入5毫克/升 2，4-D和毫克/升 KT到MS培養(yǎng)基上培養(yǎng)，就可誘導(dǎo)出愈傷組織；外植體在培養(yǎng)時不需要外加光源。[37]蛇足石杉的組織培養(yǎng)過程中，選取莖尖或芽胞作外植體比以葉作外植體污染率要低。[35]如果用莖段作外植體，需先預(yù)處理，再用47℃熱水浴處理1小時，之后用70%酒精處理30秒，最后0.1%升汞處理7分鐘后，能達到較好的表面消毒及內(nèi)生菌消除的效果；如果用孢子囊和莖尖作外植體，也需先預(yù)處理后，再經(jīng)過70%酒精處理30秒，0.1%升汞處理4分鐘即可達到較好的表面消毒效果。試驗發(fā)現(xiàn)，孢子囊和莖尖幾乎不含內(nèi)生菌，是可作為組織培養(yǎng)較好的外植體。[36]以蛇足石杉莖尖為外植體，適宜的初代培養(yǎng)基為MS+0.05μmol/L IBA+1.4μmol/L KT+2mg/L谷氨酰胺。消毒方法用0.1% 升汞液滅菌3分鐘，再用無菌水沖洗5次較理想。

5 展望

蛇足石杉在資源分布調(diào)查、生境條件研究和栽培方法上都有較系統(tǒng)的研究，現(xiàn)在當(dāng)務(wù)之急是保護野生資源，加大人工栽培技術(shù)和組培快繁技術(shù)的不斷完善，以達到合理開發(fā)和利用的目的。

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