陳東亮,林 楊,黃寶優(yōu),鐘 楚,簡少芬,繆劍華,韋坤華*
(1.廣西壯族自治區(qū)藥用植物園/廣西藥用資源保護與遺傳改良重點實驗室/廣西壯族自治區(qū)中藥資源智慧創(chuàng)制工程研究中心,廣西 南寧 530023;2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院 經(jīng)濟作物研究所,廣西 南寧 530007)
地楓皮(IlliciumdifengpiK.I.B.etK.I.M.)俗名追地楓、鉆地楓、矮頂香、楓榔等,為木蘭科八角屬藥用植物,春、秋二季剝?nèi)∑錁淦?,曬干或低溫干燥后即為中藥材地楓皮,其具有祛風(fēng)除濕,行氣止痛等功效,主治風(fēng)濕痹痛,勞傷腰痛[1]。地楓皮中含有苯丙素類、木脂素類、萜類、黃酮類、酚類及揮發(fā)油等成分,并顯示出抗炎、鎮(zhèn)痛、抗氧化、抗病毒等廣泛的藥理活性,極具藥用價值[2]。地楓皮為廣西巖溶山區(qū)特有珍稀瀕危藥用植物植物,1992年被列為國家Ⅲ級重點保護珍稀瀕危植物[3]。在廣西的西南部、中部和西北部的巖溶地區(qū)均有自然分布,其中以桂西南的龍州縣和靖西縣分布最多,主要生長在石灰?guī)r山頂。因其分布區(qū)狹窄,生長環(huán)境石多土少,在野外自然條件下繁殖能力極其低弱,野生資源蘊藏量少,加上多年來產(chǎn)區(qū)群眾過度采收,且藥用部位莖、皮的采收為損傷性采收,對資源的破壞嚴重,導(dǎo)致地楓皮野生種群數(shù)量越來越少,很多地段瀕臨滅絕或已絕跡[4]。因此,加強地楓皮的保育研究,了解地楓皮資源現(xiàn)狀及掌握地楓皮生長發(fā)育規(guī)律,對保護地楓皮野生資源、推動其遷地保育和回歸保育及實現(xiàn)地楓皮資源的可持續(xù)利用具有重要意義。鑒于此,對地楓皮資源現(xiàn)狀及保育研究進行了綜述,以期為地楓皮的回歸保育實踐提供理論參考,并為其資源開發(fā)和利用提供科學(xué)指導(dǎo)。
唐輝等[4]采用實地調(diào)查和走訪調(diào)查相結(jié)合的方法,于2011年對廣西境內(nèi)的地楓皮野生種質(zhì)資源進行詳細調(diào)查認為,地楓皮主要分布在22°18′15.4″~25°2′33″N,106°1′39.6″~108°46′20.6″E,海拔450~1 200 m。而從中國數(shù)字植物標本館數(shù)據(jù)庫(https://www.cvh.ac.cn/spms/statistic.php?taxonName=%E5%9C%B0%E6%9E%AB%E7%9A%AE)查詢,地楓皮除在廣西主要分布外,在我國云南文山和廣東梅州等地也有零星分布。這些野生植株主要生長在石灰?guī)r山頂,偶見于半山腰石山疏林下。目前,由于地楓皮分布區(qū)域狹窄,野生資源量少,繁殖能力低,正常開花結(jié)果比較困難,加之產(chǎn)地民眾為獲取收益常年對野生地楓皮無節(jié)制地亂采濫挖,導(dǎo)致其資源數(shù)量逐漸減少,種群自然分布范圍也逐步縮小,甚至有的地區(qū)已瀕臨滅絕[5],須通過人工保育實現(xiàn)其資源的可持續(xù)利用。筆者通過對安國、亳州、玉林3大藥材市場走訪調(diào)研得知,地楓皮主要來源于廣西。2014-2017年廣西玉林藥市統(tǒng)貨批發(fā)價15元/kg,2018年4月份開始有小幅度上漲,目前,廣西玉林藥市統(tǒng)貨批發(fā)價穩(wěn)定在17元/kg。隨著中藥材地楓皮藥用價值的不斷增長,野生資源逐步枯竭,基于保護生物學(xué)的地楓皮保育學(xué)研究勢在必行。
2.1.1 引種栽培概況 中藥材地楓皮主要來源于野生資源的采挖,但其野生資源數(shù)量有限,且自然狀態(tài)下可再生能力差。人工引種栽培是解決地楓皮野生資源匱乏的有效途徑,目前對地楓皮的引種栽培技術(shù)研究已取得初步成果。為保護野生資源及滿足市場需求,中國科學(xué)院廣西植物研究所梁惠凌等[6]于2010-2013年首次開展了地楓皮種質(zhì)資源全面調(diào)查,收集地楓皮類型11個,篩選出優(yōu)良類型2個,建立種質(zhì)圃1 667 m2、良種繁育示范基地3 467m2、良種苗木生產(chǎn)基地2 000 m2,培育出優(yōu)質(zhì)種苗4.5萬株,成功進行了地楓皮野生變?nèi)斯ぴ耘唷kS著地楓皮大面積人工栽培的發(fā)展,田間病蟲害的發(fā)生隨之加重。梁惠凌等[7]對忻城縣、靖西縣、馬山縣、龍州縣、天峨縣、平果縣等野外自然分布的15個居群和廣西植物研究所地楓皮人工種植基地的病蟲害調(diào)查發(fā)現(xiàn),地楓皮人工種植基地發(fā)生的病蟲害種類較野生狀態(tài)下的重,病害主要為莖腐病和炭疽病,蟲害主要為鱗翅目和同翅目害蟲,并根據(jù)病蟲害發(fā)生規(guī)律進行了有效防治研究。目前地楓皮在廣西境內(nèi)的人工引種栽培技術(shù)已日漸成熟,梁惠凌等[8]在多年開展地楓皮引種馴化、良種選育、光合生理生態(tài)特性、栽培技術(shù)及質(zhì)量控制等研究的基礎(chǔ)上編制了廣西地方標準《地楓皮生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》,包括中藥地楓皮的栽培品種、主要經(jīng)濟指標、產(chǎn)地條件、生產(chǎn)技術(shù)、病蟲害防治、采收加工、藥材質(zhì)量、包裝貯藏、檔案記錄和管理等內(nèi)容,為廣西境內(nèi)中藥地楓皮的規(guī)范化生產(chǎn)提供了理論技術(shù)指導(dǎo)。
2.1.2 引種材料 確定中藥地楓皮基原品種是其引種的首要關(guān)注點。利用ITS2序列作為標準的DNA條形碼技術(shù)能夠有效鑒定地楓皮及其偽品假地楓皮[9],為中藥地楓皮基原品種的分子鑒定提供了參考依據(jù)。選擇優(yōu)良的野生原種種質(zhì)資源作為引種材料是保證地楓皮生長狀況和藥效的前提。為篩選出高活性成分的種質(zhì),唐輝等[10]利用紅外光譜結(jié)合主成分分析模型和簇類獨立軟模式法(SIMCA)對廣西境內(nèi)7個不同產(chǎn)地野生地楓皮藥材進行檢測,廣西靖西縣安德鄉(xiāng)、廣西靖西縣化洞鄉(xiāng)及廣西百色平果縣產(chǎn)地樣本地楓皮素、厚樸醇及芳香類化合物的含量比其他產(chǎn)地高,不同產(chǎn)地樣品中芳香類物質(zhì)差異主要體現(xiàn)在槲皮素含量的不同。
2.1.3 生態(tài)適應(yīng)性 藥用植物引種馴化不僅需要優(yōu)良的種質(zhì)資源,還需注意生態(tài)環(huán)境在馴化過程中的重要作用。地楓皮野生原種多分布于裸露的石灰?guī)r山頂,長期生長在水分不足、光照強烈、土層淺、伴生物種少的石窩或石縫環(huán)境中。植物葉片形態(tài)特征的變化情況往往直觀地反映其對環(huán)境變化的適應(yīng)性[11]。地楓皮葉的解剖結(jié)構(gòu)顯示出其具有旱生植物的特點,隨著海拔增加及光照強度增大,主要表現(xiàn)在上表皮細胞變小及角質(zhì)層增厚、柵欄組織較緊密、下表皮氣孔器密度增大,從而適應(yīng)干旱、光照強、土層淺的石灰?guī)r裸露山頂?shù)膼毫迎h(huán)境[12]。此外,地楓皮根中導(dǎo)管豐富,縱向輸導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)達,木射線和韌皮射線均明顯,說明地楓皮根系在結(jié)構(gòu)上具備旱生植物的特點[13]。水分是植物生長必不可少的生態(tài)因子,地楓皮對水分脅迫的生理生態(tài)適應(yīng)性研究[14]表明,水分脅迫初期地楓皮通過關(guān)閉葉片氣孔來減少水分的散失,隨著水分脅迫時間的延長,非氣孔限制成為限制葉片光合的主要限制因素,但其可通過調(diào)節(jié)自身生理機制降低水分脅迫的影響,使其在復(fù)水后能很快恢復(fù)正常的生理機能,這對地楓皮在干旱地區(qū)的引種栽培具有理論指導(dǎo)意義。光是影響植物生存、生長及更新的最重要環(huán)境因子之一。王滿蓮等[15]研究表明,林下地楓皮的葉長、葉寬、干物質(zhì)重、葉面積和比葉面積等葉片形態(tài)參數(shù)均極顯著大于全光,全光下地楓皮葉片狹小降低了受光面積,有利于避免過高光強對葉光合器官的損傷;地楓皮光合能力和光飽和點較低,是對干旱環(huán)境的適應(yīng)性反應(yīng)。
地楓皮的種苗繁育方式通常包括種子繁育、扦插繁育和組織培養(yǎng)繁育3種方式。
2.2.1 種子繁殖 種子繁殖是地楓皮最原始的繁殖方式。既要保證在貯藏過程中使地楓皮種子保持較高的萌發(fā)能力,又要掌握一定的種子萌發(fā)特性及育苗技術(shù)。地楓皮種子在含水量為40%~90%的土壤內(nèi)均能萌發(fā),其中在60%和70%的相對土壤含水量下萌發(fā)率最高,且在70%相對土壤含水量下的長勢最好,地上和地下部分積累的生物量最多,低于和高于該水分范圍,其生長均受到顯著影響[16]。育苗基質(zhì)是影響植物幼苗生長的重要環(huán)境因子之一。王滿蓮等[17]比較了不同土壤栽培地楓皮幼苗的生長和生物量分配差異,認為石灰土栽培地楓皮幼苗能獲得最好的生長和較高的成活率,火燒土栽培地楓皮幼苗的成活率最高,但石灰土成本較高,生產(chǎn)上建議采用灰分高的火燒土培育地楓皮幼苗。地楓皮種子繁殖雖然一次播種可獲得大量苗木,抗逆性強,易馴化,但存在品種退化和變異現(xiàn)象。因此,在采集種子時要確保親本植株上的種子在成熟度、品種、樹齡及生長狀況等方面具有一致性,以保證采集到優(yōu)良的種子。
2.2.2 扦插繁育 扦插繁殖的新株能夠完全保留母體植株所有的優(yōu)良性狀,因方法簡單、周期短、是木本植物無性繁殖的重要手段。韋榮昌[18]發(fā)明了一種地楓皮的扦插繁殖方法,即選擇健壯的2~3年生、莖粗0.5~1 cm且?guī)б秆康闹l,剪成插穗,將插穗的基部置于0.3%的高錳酸鉀消毒液中浸泡30 min,再在含有100~300 mg/L的萘乙酸、50~200 mg/L的赤霉素、200~800 mg/L的吲哚丁酸、10~50 mg/L的ABTI號生根粉、100~500 mg/L的矮壯素和50~100 mg/L的維生素C的生根誘導(dǎo)劑中浸泡2 h。以泥炭土∶珍珠巖∶蛭石∶細河沙為1∶1∶1∶1的體積比混合均勻作為育苗基質(zhì),多菌靈1 000倍液對基質(zhì)消毒后做成厚度15 cm的苗床,將插穗傾斜扦插于苗床基質(zhì)中,深度為7~10 cm;每天早晚對苗床噴水,1周后噴灑3/4 MS營養(yǎng)液,培養(yǎng)至生根、出苗。采用該方法可提高地楓皮的繁殖速度,為地楓皮的種苗繁殖和規(guī)?;N植提供有力的保障。
2.2.3 組織培養(yǎng) 繁殖植物離體的組織器官繁育得到組培苗,經(jīng)過適當?shù)臒捗邕^程即可移栽至野外進行正常的生長繁育。韋坤華等[19]發(fā)明了一種地楓皮的組織培養(yǎng)快速繁殖方法,該方法以地楓皮種子作為外植體,將其接種到MS培養(yǎng)基中,在溫度為23~27℃、光照強度為1 500 lx、光照時間為12~14 h/d的條件下培養(yǎng)30 d,種子發(fā)芽后獲得無菌試管苗;將無菌試管苗置于MS繁殖培養(yǎng)基中,在23~27℃、光照強度1 500 lx、光照時間為8~10 h/d的條件下培養(yǎng)30 d得到試管苗叢生芽;再將試管苗叢生芽置于MS壯苗培養(yǎng)基中,在培養(yǎng)溫度23~27℃、光照強度1 500 lx、光照時間為12~14 h/d的條件下培養(yǎng)20 d,得健壯植株;然后將健壯植株置于MS生根培養(yǎng)基中,在培養(yǎng)溫度23~27℃、光照強度1 500 lx、光照時間為12~14 h/d的條件下培養(yǎng)35 d得到帶根的完整植株;最后在室溫為25℃的室內(nèi)打開瓶蓋,在瓶中加入少量自來水,煉苗2~4 d,洗凈根部培養(yǎng)基,立即移栽到沙床中,在沙床中生長1個月后即可移栽大田。通過該方法獲得的組培苗生根率在85%以上,移栽苗床成活率在90%以上,生產(chǎn)成本低,可工廠化生產(chǎn)地楓皮種苗,有效解決了地楓皮的規(guī)?;鐔栴}。林小泉等[20]研究表明,健壯的地楓皮莖段、頂芽作為外植體進行再生植株培養(yǎng),初代誘導(dǎo)較好的培養(yǎng)基為MS+1.5 mg/L 6-BA+0.1 mg/LNAA,繼代增殖培養(yǎng)基為MS+2.0 mg/L 6-BA+1.0 mg/L KT+0.3 mg/L NAA較有利于叢生芽,誘導(dǎo)培養(yǎng)基為1/2 MS+1.0 mg/L IAA較適宜地楓皮無菌芽的生根,在適宜的基質(zhì)上移栽,地楓皮種苗成活率為70%。地楓皮離體組織培養(yǎng)技術(shù)的突破有效保護了地楓皮這一珍稀瀕危藥用植物種質(zhì)資源,保證了地楓皮的可持續(xù)利用。
目前,地楓皮種質(zhì)資源保存主要有活體植株保存、種子保存及離體組織器官保存3種方式?;铙w保存主要以種質(zhì)圃栽培保存為主,此方面,中國科學(xué)院廣西植物研究所梁惠凌等[7]已于2013年建立1 667.5 m2的地楓皮種質(zhì)圃這一瀕危藥用物種進行活體保存。地楓皮種子一般在低溫(5℃)、干燥、避光的環(huán)境下進行短期保存[16],目前尚未見到地楓皮種子長期保存的相關(guān)報道。隨著地楓皮植物組織培養(yǎng)技術(shù)的日漸成熟,張樂等[21-23]在前人研究的基礎(chǔ)上,以地楓皮試管苗在繼代培養(yǎng)基上培養(yǎng)30 d獲得的叢生芽為試驗材料,采用正交試驗研究了無機鹽、生長調(diào)節(jié)素、滲透壓等對地楓皮離體保存的影響,最終確定地楓皮常溫離體保存的最佳保存培養(yǎng)基為1/2 MS+蔗糖50 g/L+瓊脂4.0 g/L+甘露醇5.0 g/L+矮壯素(CCC)1.0 mg/L,培養(yǎng)條件為光照時間12~14 h/d,培養(yǎng)溫度(25±2)℃,光照強度2 000 lx,此條件下保存300 d,存活率在50%以上,保存材料生長恢復(fù)情況良好,該研究為后續(xù)研究長時間保存地楓皮試管苗提供了技術(shù)參考。
回歸保育也稱再引入,是將人工繁殖體重新放回適合其生存的野生環(huán)境中,重建較為完善的生態(tài)系統(tǒng),提高生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性及群落穩(wěn)定性,建立可自我維持的種群,是基于遷地保護的種質(zhì)保存和種苗繁育技術(shù)的一種新興的珍稀瀕危植物保育方式,是聯(lián)系遷地保護與就地保護的重要橋梁,也是遷地保護珍稀瀕危植物的最終歸宿[23]。地楓皮的回歸保育需根據(jù)其生長發(fā)育規(guī)律、野生原種適生環(huán)境及瀕危原因綜合考慮回歸保育的類型、種苗質(zhì)量和最佳回歸時機、回歸適宜區(qū)域的選擇及回歸野外后的管理和監(jiān)控等方面,以制定適宜的回歸保育方案。
國際植物園聯(lián)盟(BGCI)根據(jù)自然生境是否分布有要回歸的植物而把回歸分成增強回歸、重建回歸和引種回歸3類[24]。增強回歸是在原有種群的基礎(chǔ)上,通過回歸增加物種數(shù)量;重建回歸即在原有分布但已經(jīng)消失的生境中,通過回歸進行種群的釋放與管理,擴大物種的分布范圍;引種回歸是把物種回歸到合適的生境中,而不清楚該生境原來是否有回歸物種的分布。目前,地楓皮野生原種主要分布在廣西的西南部、中部和西北部的巖溶地區(qū),在云南、廣東也只是零星分布,地理分布十分狹窄。因此為了擴大地楓皮的分布范圍,增加地楓皮自然馴化的地理分布多樣性,建議從重建回歸和引種回歸這兩種保育類型著手,考慮到地楓皮資源現(xiàn)狀及保育回歸的資金投入,對于主要分布區(qū)的地楓皮種質(zhì)資源只需要限制亂采亂挖現(xiàn)象,保證現(xiàn)有資源正常更新和繁殖即可,至于增強回歸則意義不大。
回歸適宜區(qū)域的選擇必須根據(jù)其生長發(fā)育規(guī)律、野生原種適生環(huán)境及瀕危原因綜合考慮。地楓皮長期的自然馴化使其適應(yīng)了干旱、光照強、土層淺的石灰?guī)r裸露山頂?shù)沫h(huán)境,在我國這種特殊的喀斯特山區(qū)地域遼闊。但人類的頻繁采挖超出了地楓皮的自然繁殖更新能力是導(dǎo)致地楓皮瀕危的主要原因,因此回歸區(qū)域必須選在致瀕因素已經(jīng)解除或大部分解除的地方。廣西、云南及廣東為地楓皮野生原種的歷史分布區(qū),因此可以選擇廣西、云南及廣東等地光照充分的巖溶山地作為地楓皮的回歸保育區(qū)域。為了便于地楓皮回歸保育的實施及后期的管理和監(jiān)控,最好選在國家或各地方自然保護區(qū)、國有林場等區(qū)域內(nèi)。選擇巖溶生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)植被破壞嚴重,巖石裸露較多的區(qū)域種植。
藥用植物跟一般非藥用植物不同,在回歸保育的同時要盡量保留其野生原種的生物學(xué)特性及其藥效遺傳特性。雖然通過種子繁殖、扦插繁殖和組織培養(yǎng)繁殖等方式均可以獲得實生苗,但由于地楓皮野外生長環(huán)境通常為干旱、光照強烈、土層淺的石灰?guī)r山頂惡劣環(huán)境,除種苗用量大外還需有較強的生命力,且能較好地保持其遺傳多樣性。但種子繁殖數(shù)量有限,且繁殖多代后會發(fā)生種性退化和種質(zhì)變異現(xiàn)象,不能完全保證地楓皮野生原種的生物學(xué)特性及其藥效特性,因此建議通過扦插和組織培養(yǎng)進行無性繁殖方式來獲得地楓皮回歸種苗。種源須為野生原種,苗齡以2年生為宜,苗木須健壯無病蟲害,以保證正常生長和避免對回歸生境的危害。實行遷地保護的年限不能太長,若在人工條件下已經(jīng)繁殖了多代,難免不易反馴化而失去了一定的繁殖和自衛(wèi)能力,從而難以適應(yīng)野外惡劣的環(huán)境而無法生存。
2月上旬,先將適宜種植的有少量土壤或無土壤的巖石窩或巖石縫進行適當?shù)恼?,并進行適量填土;2月中旬至3月上旬選擇陰天或小雨天,將生長健壯、根系發(fā)達的兩年生地楓皮幼苗,用鋒利的小刀先將幼苗底部營養(yǎng)袋整片割除,保留營養(yǎng)袋其余部分及土球,然后一起放置于巖石窩或巖石縫中,再進行土壤覆蓋;覆土以蓋住營養(yǎng)袋為宜,用小石塊壓住覆土,盡量在植株周圍形成一個圓盤;最后,緩慢淋足定根水[25]。
定植后15~20 d,如無自然降雨,則人工澆水1次,若發(fā)現(xiàn)有死苗須及時補植;8-10月高溫干旱季節(jié)如連續(xù)半月高溫、強光、無自然降雨,也需人工澆水,且應(yīng)在下午4點后進行;11月前保留植株周圍雜草灌木,以利遮陰保濕;11月上旬開始清除植株周圍生長過高、過旺雜草灌木,并株施含N、P、K各15%的復(fù)合肥30~40 g[9,26]。待植株健壯生長后每隔半年或一年須去實地查看,及時清除纏繞在植株上的枝蔓及其他威脅地楓皮生長的不利因素。
目前,在藥用植物利用中存在藥材質(zhì)量下降,藥用植物資源破壞等情況,嚴重威脅了藥用植物生存和開發(fā)。在這一背景下產(chǎn)生了藥用植物保育學(xué),是以保護生物學(xué)為基礎(chǔ),研究藥用植物物種喪失和藥效變化的機制,探索生物多樣性保護與藥效形成的原理和方法,制定保育策略,實現(xiàn)資源可持續(xù)利用的一門新興學(xué)科[26]。目前地楓皮野生種質(zhì)資源還在逐年減少,一些保護區(qū)已經(jīng)對地楓皮實施重點保護策略,但廣西巖溶地區(qū)的保護區(qū)較少,大部分地楓皮產(chǎn)地在保護區(qū)以外,沒有得到很好的就地保護,野生資源破壞嚴重[6],已被列入國家二級保護植物[27]。開展地楓皮就地保護、遷地保護及回歸保育等方面的研究對地楓皮資源保護和可持續(xù)利用具有重要意義。
目前,雖然地楓皮已被收入《中國藥典》[1],且在地楓皮的種質(zhì)保存、引種栽培、種苗繁育及逆境生理方面也已經(jīng)取得了一定的成果,但由于地楓皮有效活性成分尚未明確[6],給進一步開展遷地保育及回歸保育后地楓皮藥效穩(wěn)定性的評價研究造成了困難。藥用植物資源是藥效的載體,藥效是藥用植物資源的價值所在,資源與藥效的雙保護是藥用植物保育學(xué)研究的最終歸宿。因此,建議開展地楓皮的保育學(xué)研究應(yīng)在以下幾個方面著手:1)加快對地楓皮的活性成分及藥理藥效的研究,明確決定地楓皮藥理藥效的活性成分;2)在明確其藥效活性成分后,充分利用功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)的方法研究生態(tài)環(huán)境因子對地楓藥效活性成分合成積累的調(diào)控規(guī)律;3)對地楓皮遷地保護、就地保育及回歸保育的效果進行化學(xué)評價、藥效評價、資源量評價及遺傳評價,建立行之有效的地楓皮回歸保育評價體系。
藥用植物需要在特定的環(huán)境下才能合成或積累具有藥用活性成分,有些藥用植物離開原生境其藥效也會下降或消失,而通過回歸保育可以使這類藥用植物重返原生境或相似生境。目前,雖已有一些珍稀瀕危藥用植物回歸保育的研究,如白芨[28]、鐵皮石斛[29],但只是制定了回歸保育策略。迄今為止還未見到關(guān)于藥用植物回歸保育的實踐成功案例,而對回歸保育效果的評價體系更是沒有建立。隨著藥用植物保育學(xué)學(xué)科的發(fā)展及藥用植物保育實踐的不斷深入,藥用植物源于自然,歸于自然將是今后中研究的方向。