關(guān)于中藥材種植連作障礙的研究

郭 蔓，趙 華

（天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院/工業(yè)發(fā)酵微生物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/天津市工業(yè)微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/天津市微生物代謝與發(fā)酵過程控制技術(shù)工程中心，天津 300457）

隨著社會(huì)的發(fā)展，我國醫(yī)藥行業(yè)對(duì)于中藥材的需求量越來越大，我國超過40%的中藥材靠人工種植，根類中藥材超過70%依靠人工培育，但是在根莖類中藥材的培育過程中，普遍存在中藥材連作障礙問題[1]，影響著中藥材的產(chǎn)量和質(zhì)量，已成為嚴(yán)重制約我國中藥材種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素之一。本文通過分析中藥材連作障礙的原因，提出解決問題的對(duì)策，以期實(shí)現(xiàn)中藥材生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益的統(tǒng)一結(jié)合。

1 連作障礙的概念及危害

1.1 連作障礙的概念

連作障礙是指在同一片土地上連續(xù)種植同種作物或近緣作物，引起作物生長發(fā)育異常的現(xiàn)象。通常情況下，連作障礙的癥狀一般為植株生長發(fā)育緩慢、產(chǎn)量和品質(zhì)下降，在極端的情況下，會(huì)有局部死苗、部分種苗不發(fā)芽的情況。連作障礙通常在生長初期表現(xiàn)較為明顯，經(jīng)過植株對(duì)環(huán)境的適應(yīng)，在植株的生長后期可以得到不同程度的恢復(fù)。

1.2 連作障礙的危害

植物體和環(huán)境之間保持著動(dòng)態(tài)的物質(zhì)交換，植物體的生長發(fā)育與微生物、水分、化感物質(zhì)、肥料、重金屬等因素密切相關(guān)。連作障礙對(duì)于中藥材的生長發(fā)育無異于是一種逆境，在這種逆境狀態(tài)下，中藥材的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化等性質(zhì)都可能發(fā)生不同的改變，中藥材中次生代謝產(chǎn)物的種類及組成會(huì)隨著環(huán)境發(fā)生改變，造成中藥材藥性、藥效發(fā)生改變，中藥材質(zhì)量的變化[2]。有研究表明[3]，連作障礙會(huì)影響太子參的產(chǎn)量，造成太子參的個(gè)頭變小，質(zhì)量減輕，影響太子參的質(zhì)量和產(chǎn)量。

2 連作障礙產(chǎn)生的原因

2.1 土壤的理化性質(zhì)劣化

中藥材在同一塊土地上連續(xù)種植多年容易導(dǎo)致土壤的粒狀結(jié)構(gòu)被破壞、透氣性差、土壤板結(jié)、物理性質(zhì)惡化等[4]。有研究表明，連續(xù)種植三七會(huì)導(dǎo)致土壤凝固、土壤物理特性惡化、滲透性差、化學(xué)性質(zhì)變化等。如劉莉[5]等人的研究結(jié)果表示，在對(duì)三七連作后，三七根系分泌物能夠?qū)е峦寥赖乃嵝栽鰪?qiáng)，抑制三七對(duì)多種元素的吸收。喻敏[6]等人在研究百合的連作障礙時(shí)發(fā)現(xiàn)，百合連作的土壤通常磷富集，土壤中的鉀含量降低，pH值相對(duì)于正常土地降低，容易造成百合患病蟲害嚴(yán)重，影響了百合的產(chǎn)量和質(zhì)量。

2.2 土壤傳染性病蟲害加大

研究結(jié)果表明[7]，經(jīng)過多年連作的土壤中含有的有益微生物量和種植作物的年限成反比。尹文佳[8]等人對(duì)于地黃連作障礙的土壤微生物種系的研究結(jié)果表明，連作土壤中的硫化細(xì)菌、氨化細(xì)菌、好氣性纖維素分解菌、好氣性固氮菌、硝化細(xì)菌等有益根際細(xì)菌的數(shù)量會(huì)明顯減少。有研究表明[9]，在人參的根際表面的微生物種群中，真菌的數(shù)量相比較根際有所增加，而放線菌數(shù)量非常少，表明人參的根病大部分都是由于真菌引起。老參地內(nèi)的土壤微生物群落的變化引起了人參根病。研究結(jié)果表明，藥用植物的連作障礙和在土壤中的病原微生物的種群變化有直接的關(guān)系，因此，可以通過改變土壤中的有益微生物的數(shù)量，達(dá)到緩解中藥材連作障礙的作用[10]。

2.3 中藥材中的化感自毒作用

藥用植物多年在同一片土地上種植，會(huì)加重有毒物質(zhì)在植物體內(nèi)的積累，改變土壤中有害微生物種群的數(shù)量。尤其是種植多年之后植物的殘?bào)w和腐蝕物以及病原微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物容易對(duì)植物的生長產(chǎn)生毒害作用，影響植株的代謝，最后導(dǎo)致中藥材發(fā)生化感自毒作用，引起中藥材的連作障礙[11]。在半夏植株中產(chǎn)生的生物堿類、酚類、有機(jī)酸類等化感自毒物質(zhì)都能夠強(qiáng)烈抑制半夏植株的萌發(fā)和幼苗生長，這可能是大規(guī)模半夏生產(chǎn)過程中半夏連作地出苗率低、倒苗嚴(yán)重的原因之一[12]。黃鈺芳[13]的研究結(jié)果表明，化感自毒作用是導(dǎo)致蘭州百合連作障礙發(fā)生的重要原因之一。中藥材的化感自毒作用能夠影響中藥材生長的光合作用，影響中藥材的產(chǎn)量。

2.4 共生結(jié)構(gòu)的改變

植物共生系統(tǒng)是由植物與其共生微生物（內(nèi)生菌、表共生菌和菌根菌）共同組成，又稱超有機(jī)體，這種共生系統(tǒng)決定了植物的生長，發(fā)育、繁殖和生態(tài)適應(yīng)過程。微生物與植物之間協(xié)同進(jìn)化，形成了共生關(guān)系，微生物參與植物的所有的生命活動(dòng)，包括吸收、合成、患病、發(fā)育、分解、生長和死亡[14]。其中內(nèi)生真菌能夠促進(jìn)植物的生長發(fā)育，產(chǎn)生與宿主相同或相似的化學(xué)物質(zhì)，促進(jìn)宿主某些代謝產(chǎn)物的形成和生長，提高植物的抗逆性，產(chǎn)生具抑菌活性的物質(zhì)等作用。藥用植物連作后共生結(jié)構(gòu)的變化可以引起其植株生長過程、生理、以及生化代謝的改變，是連作障礙發(fā)生的重要因素。

3 連作障礙的消除技術(shù)

3.1 抗性品種的選育

不同種類的藥用植物對(duì)于土地和生長環(huán)境的適應(yīng)能力不同，選擇對(duì)土壤具有高適應(yīng)性的品種是緩解中藥材連作障礙的重要方法[15]。研究表明，通過選育具有優(yōu)良抗性的品種，可以很好地緩解中藥材連作障礙。在地黃的種植過程中，小黑英品種的地黃能夠抵抗斑枯病，金狀元品種比較容易遭受斑枯病的毒害[16]。在生活實(shí)踐中，應(yīng)用抗性遺傳基因，已選育出的具有良好性狀的中藥材品種之中，優(yōu)化種植品種，縮短人工育種的年限，保留道地性，使中藥材種植生產(chǎn)具有良好的應(yīng)用前景。所以通過對(duì)抗性品種的選育，能夠緩解中藥材的連作問題，保證中藥材的產(chǎn)量和質(zhì)量，對(duì)于促進(jìn)傳統(tǒng)中藥的可持續(xù)發(fā)展發(fā)展具有重要的意義。

3.2 調(diào)整栽培技術(shù)，合理輪作

輪作是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上重要的一種生產(chǎn)方法，可以恢復(fù)土壤的肥力，減少中藥材植物的病蟲害。研究表明[17]，將白術(shù)和玉米進(jìn)行輪作不僅能夠減少病蟲害的發(fā)生，而且能夠提高白術(shù)幼苗的存活率，白術(shù)的單株根莖鮮重、株高、冠幅都有不同程度的增加，提高產(chǎn)量。高鵬等[18]人通過對(duì)三七水提取液進(jìn)行研究，并且對(duì)油菜種子、小麥、玉米等做了研究比較，研究發(fā)現(xiàn)玉米最適合與三七輪作的植物。合理輪作是改善中藥材連作障礙的重要方法，對(duì)于中藥材的生產(chǎn)有著重要指導(dǎo)意義。

3.3 土壤修復(fù)

土壤滅菌是生產(chǎn)過程中最常見的土壤修復(fù)方式。消除土壤中存在的有害微生物，解除有害微生物對(duì)中藥材植株生長的抑制作用是土壤滅菌的主要目的。曹志強(qiáng)[19]等人通過“溴滅泰”對(duì)土壤進(jìn)行滅菌，土壤改良劑能夠使土壤復(fù)菌。通過對(duì)新人參、舊農(nóng)場人參種植基地移植的研究，發(fā)現(xiàn)土壤滅菌對(duì)克服人參的再障礙有良好效果。土壤通過增加有機(jī)改良劑，能夠改良土壤的結(jié)構(gòu)，從而使土壤微生物的營養(yǎng)條件得到改善，土壤微生物的多樣性得到提高，有毒物質(zhì)的積累得到降解。通過實(shí)施各種對(duì)于土壤修復(fù)的方法，能夠使土壤的肥力顯著增加，從而減輕在中藥材連作過程中對(duì)于中藥材的影響。

3.4 種子處理

在種植中藥材之前，可以采取多種方法處理，如培育強(qiáng)苗，通過浸泡種子促進(jìn)種子發(fā)芽或制造涂層劑。目的是減少病蟲害危害，提高育苗率。種子通常情況下的處理主要有以下3種方式：拌種、曬種、種子包衣。在種植之前對(duì)種子進(jìn)行處理，能夠較好地提高種子的發(fā)芽率。從而減輕中藥材在連作過程中的一些問題。這對(duì)于中藥材的生產(chǎn)和種植有著重要的研究意義。

3.5 無土栽培

無土栽培可以避免植物發(fā)生與土壤有關(guān)的連作障礙，從而減少因土壤肥力或土壤病原微生物引起的連作障礙。無土栽培系統(tǒng)中植株產(chǎn)生的自身化感毒化物質(zhì)可以通過在培養(yǎng)液中加入活性炭的方法及時(shí)清除。

3.6 植物根際促生菌

植物根際促生菌主要通過直接和間接作用促進(jìn)植物的生長發(fā)育。直接作用是指某些植物的根際促生菌可以合成一些物質(zhì)，這些物質(zhì)對(duì)植株的生長具有直接的促進(jìn)作用。間接作用指某些植物根際促生菌能夠通過抑制或減輕植物病蟲害，間接地影響植物的生長發(fā)育。

3.7 合理施肥

生物有機(jī)肥料中的一些無機(jī)鹽可以直接抑制病菌，有機(jī)物可以降解并產(chǎn)生對(duì)致病菌有毒的揮發(fā)性物質(zhì)。抑制病原菌的生長，在降解中形成的含氮的轉(zhuǎn)化物如氨、亞硝酸對(duì)有些病菌具有較強(qiáng)的殺傷作用[20]。合理施肥是一種既合理又環(huán)保的方式，能夠有效緩解中藥材連作障礙。

3.8 加強(qiáng)綠色防治技術(shù)的開發(fā)

經(jīng)常采用的用于連作障礙防治的措施是化學(xué)防治，但是化學(xué)防治存在著很多問題，例如污染環(huán)境、病毒性細(xì)菌容易產(chǎn)生耐藥性等問題。所以在今后的研究和應(yīng)用中，應(yīng)該尋找低毒、有效、無害的綠色防治方法。例如可以通過挖掘生物自身的遺傳潛力，選育抗性品種，也可以利用生物之間的化感作用生產(chǎn)出一些調(diào)節(jié)劑，例如土壤添加劑、微生物菌肥、生物降解劑等。

4 研究意義和展望

中藥材的生產(chǎn)質(zhì)量關(guān)系著中成藥品質(zhì)的穩(wěn)定。近年來，我國中藥材種植規(guī)模不斷擴(kuò)大，種植技術(shù)水平不斷提升，但中藥材種植生產(chǎn)經(jīng)營還需更加規(guī)范。目前，不少研究表明導(dǎo)致中藥材連作障礙的主要原因是植物、土壤、微生物三者之間的關(guān)系，只有協(xié)調(diào)好這三者之間的平衡關(guān)系，中藥材連作障礙才能真正得到控制和緩解。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一定能夠有更多更好的新技術(shù)來解決中藥材連作障礙，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益的統(tǒng)一。