艾的有效成分與栽培技術(shù)研究進(jìn)展

范雨欣，蔣亞莉，郝文芳

（西北農(nóng)林科技大學(xué)，a.生命科學(xué)學(xué)院；b.醫(yī)院，陜西 楊凌 712100）

艾（Artemisia argyiLevl. et Van）為菊科（Asteraceae Bercht.& J.Presl）蒿屬（ArtemisiaL.）植物，有效成分包括黃酮類(lèi)、多糖類(lèi)和揮發(fā)油等。艾在醫(yī)藥方面的應(yīng)用前景廣闊，具有抑菌抗病毒、抗氧化抗衰老、抗癌抗腫瘤、抗炎免疫等作用。此外，艾還被應(yīng)用于臨床醫(yī)藥、工業(yè)加工、食品制作等方面，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略推進(jìn)及農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，種植艾已經(jīng)成為農(nóng)民脫貧致富的支柱產(chǎn)業(yè)。然而，農(nóng)民一直按照普通農(nóng)作物的方式種植艾，大多停留在簡(jiǎn)單的栽培層面，且較為粗放，缺乏精準(zhǔn)合理的種植方案和科學(xué)高效的管理措施。不規(guī)范的種植生產(chǎn)技術(shù)不可避免地帶來(lái)了諸如生長(zhǎng)緩慢、長(zhǎng)勢(shì)較弱、產(chǎn)量低、品質(zhì)差等一系列問(wèn)題［1］。隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)艾的年產(chǎn)量無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。因此，本研究著重梳理艾的有效成分及栽培技術(shù)相關(guān)研究，為艾的科學(xué)種植與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供參考。

1 艾的有效成分

1.1 黃酮類(lèi)成分

黃酮類(lèi)化合物是植物次生代謝過(guò)程中產(chǎn)生的一類(lèi)重要的天然有機(jī)活性化合物，在艾中已鑒定出化學(xué)結(jié)構(gòu)的黃酮類(lèi)化合物主要為黃酮、黃酮醇及其苷［2］，以游離黃酮為主［3］。艾中總黃酮含量在2.84%～14.67%的范圍內(nèi)［4］，一般在6 月上旬達(dá)到最高［5］。其主要的化學(xué)成分包括5，7，3'，4'-四羥基二氫黃酮、6-甲氧基黃酮、5，7，4'，5'-四羥基-3'，6-二甲氧基黃酮、芹菜素、木犀草素、槲皮素、異澤蘭黃素、棕矢車(chē)菊素、矢車(chē)菊黃素、紫花牡荊素、柚皮素、香葉木素等［6］。體外抗氧化試驗(yàn)結(jié)果表明，艾黃酮純化物具有良好的體外抗氧化能力，且抗氧化能力隨質(zhì)量濃度的增大而增強(qiáng)，對(duì)超氧陰離子、羥基自由基、DPPH 自由基均具有清除能力，但都弱于抗壞血酸［7，8］。張真等［9］在寒旱區(qū)生態(tài)環(huán)境下的試驗(yàn)結(jié)果表明，甘肅隴原艾葉的總黃酮含量高于南陽(yáng)艾與蘄春艾。

1.2 多糖類(lèi)成分

艾中的多糖類(lèi)成分主要為具有糖鏈結(jié)構(gòu)的酸性雜葡萄糖［4］，由木糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖等單糖組成［10］。Tseng 等［11］的研究發(fā)現(xiàn)，艾葉水提物中的多糖類(lèi)成分主要包括15.25%碳水化合物、8.33%糖醛酸和23.61%蛋白質(zhì)。羅旋等［12］的研究結(jié)果表明，艾多糖能夠增加小鼠免疫器官的重量，提高其免疫細(xì)胞的功能。尹美珍等［13］建立Ⅰ型糖尿病小鼠模型進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)連續(xù)30 d 灌胃給予小鼠艾多糖，發(fā)現(xiàn)艾多糖能夠有效改善胰島素分泌，調(diào)節(jié)血糖濃度。此外，艾多糖能夠明顯抑制肝癌細(xì)胞的增殖［2］，還具有較強(qiáng)的抑菌活性，對(duì)溫度、紫外線垂直照射的穩(wěn)定性較好［14］。在寒旱區(qū)中，南陽(yáng)艾的多糖類(lèi)含量最高，以干物質(zhì)質(zhì)量計(jì)為11.1 mg/g［9］。

1.3 揮發(fā)油成分

揮發(fā)油又稱精油，是一類(lèi)具有芳香性氣味、在室溫下易揮發(fā)，不與水混溶的油狀液體的總稱［15］。艾中揮發(fā)油的主要成分為單萜類(lèi)、倍半萜類(lèi)化合物及其衍生物，也含有少量的酮、酚、醛類(lèi)化合物［6］。隨著分離提取技術(shù)及氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等技術(shù)的發(fā)展，艾葉揮發(fā)油中檢測(cè)出的成分有100 余種，主要為桉油精、蒎烯、側(cè)柏酮、龍腦、石竹烯、氧化石竹烯、α-松油醇等［6］。2020年版《中華人民共和國(guó)藥典》［16］中規(guī)定，艾葉干燥品中桉油精含量不少于0.050%，龍腦含量不少于0.020%。艾葉揮發(fā)油可以作用于微生物的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到抑菌效果［14］，對(duì)于體外的氧化物質(zhì)也具有一定的清除能力，且鮮艾揮發(fā)油的清除效果強(qiáng)于陳艾［17］。此外，艾揮發(fā)油具有較好的透皮吸收效果，為艾灸發(fā)揮功效的主要成分［18］。

艾揮發(fā)油的不同成分及含量與艾葉的產(chǎn)地、品種相關(guān)。湖北蘄春艾的總揮發(fā)油含量較高，比河北安國(guó)、江西樟樹(shù)、安徽霍山等地方品種艾葉的得率高出近1 倍［19］。廣西、山東、陜北、湖北、河南、四川、湖南、甘肅、江蘇等地艾葉揮發(fā)油的主要成分相對(duì)集中，但桉油精、龍腦、樟腦、側(cè)柏酮等成分的含量相差較大［20］。此外，揮發(fā)油的不同成分、含量及質(zhì)量還與艾葉的生長(zhǎng)環(huán)境、采收時(shí)間、采收部位、干燥方式、儲(chǔ)藏方式、儲(chǔ)存時(shí)間等都有一定關(guān)系。日照時(shí)數(shù)和溫度是影響艾葉揮發(fā)性成分含量的主要因素，且低溫對(duì)艾的影響大于高溫［21］。研究表明，蘄艾葉的揮發(fā)性成分含量明顯高于蘄艾籽與莖［22］。其含量還隨貯存時(shí)間的延長(zhǎng)而減少，其中多數(shù)烯類(lèi)、部分醇類(lèi)和醛類(lèi)化合物的含量降低，而相應(yīng)氧化產(chǎn)物的含量則逐漸增多［23］。

1.4 其他成分

艾多酚易與蛋白質(zhì)、多糖、生物堿及金屬離子等結(jié)合，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的生物活性［15］。多酚類(lèi)結(jié)構(gòu)能夠較好地清除DPPH 自由基和·OH，具有一定的抗氧化能力［14］。葡萄糖、檸檬酸、苯甲酸鈉、過(guò)氧化氫及氯酸鉀等會(huì)導(dǎo)致多酚的抗氧化能力下降，維生素C 與多酚組合則會(huì)產(chǎn)生明顯的協(xié)同作用［24］。鞣酸類(lèi)物質(zhì)的主要成分為單寧酸、兒茶素等［2］。體外試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，艾的鞣酸類(lèi)化合物對(duì)超氧陰離子和羥基自由基均有一定的清除能力，且濃度為8 mg/mL時(shí)清除效果強(qiáng)于甘露醇［25］。艾葉的三萜類(lèi)成分主要包括α-香樹(shù)脂醇、β-香樹(shù)脂醇、β-乙酸香樹(shù)脂醇、羽扇烯酮、羊齒烯酮、3β-甲氧基-9β、19-環(huán)羊毛甾-23（E）烯-25，26-二醇等［26］，對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等7 種致病菌均有著較好的抑制作用［14］。此外，艾中還含有桉葉烷類(lèi)、綠原酸等物質(zhì)。

由此可知，艾中含有大量有效成分，主要包括黃酮類(lèi)、多糖類(lèi)、揮發(fā)油等，還有多酚、鞣酸類(lèi)、三萜類(lèi)等其他物質(zhì)。這些成分具有抑菌、抗炎、抗氧化等藥理作用，不同品種及不同種植方式下的含量差異較大，是艾葉發(fā)揮藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 艾栽培技術(shù)

2.1 立地條件

劉蓓蓓等［27］分析，艾適宜栽培于丘陵、低海拔地區(qū)，生長(zhǎng)旺盛時(shí)的氣溫范圍在24～30 ℃時(shí)產(chǎn)量較高。以光照充足、通風(fēng)良好、土層深厚、土壤通透性好、有機(jī)質(zhì)豐富、排水良好的沙質(zhì)壤土地塊種植為佳［28］。王菁菁等［21］探究氣候因子對(duì)艾葉揮發(fā)性成分的影響，發(fā)現(xiàn)年日照時(shí)數(shù)的影響最大，其次是年極低溫度和年極高溫度。最好選取光照充足的溫帶地區(qū)進(jìn)行種植，避免低溫影響生長(zhǎng)。

艾屬于多年生草本植物，李鵬飛等［29］的研究結(jié)果表明，其夏季的最大抗拉力達(dá)到最大值，進(jìn)入冬季后則遞減。針對(duì)艾的抗拉力研究發(fā)現(xiàn)，其下坡大于中坡大于上坡。陽(yáng)坡種植的艾雖根系直徑較大，但陰坡種植的抗拉力、根系密度、細(xì)根、地下生物量等均大于陽(yáng)坡。綜合來(lái)看，將艾種植于中下坡位具有一定的護(hù)坡作用，且陰坡的根系發(fā)育好于陽(yáng)坡，更適合艾生長(zhǎng)。

此外，礦區(qū)種植的艾具有一定的耐重金屬特性，將艾種植于礦區(qū)能夠?qū)ι鷳B(tài)進(jìn)行修復(fù)。董鵬鵬等［30］對(duì)艾葉重金屬含量進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)有多個(gè)產(chǎn)地的鎘含量超標(biāo)，超標(biāo)率達(dá)62.5%。研究表明，將艾與微生物相結(jié)合能夠有效治理礦區(qū)矸石山，有利于生態(tài)重建［31］。方改霞等［32］通過(guò)測(cè)定平頂山礦區(qū)與非礦區(qū)土壤中的重金屬含量，發(fā)現(xiàn)艾對(duì)Cr、Cu、Pb、Zn、Mn 5 種重金屬均具有一定的富集作用，對(duì)Cr 的富集能力最強(qiáng)，且由根部吸收向莖葉運(yùn)輸，能夠有效防止二次污染，可用于對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)。徐華偉等［33］的研究結(jié)果也表明，在鉛鋅礦區(qū)中種植野艾蒿（Artemisia lavandulaefoliaDC.）后，廢棄地土壤中的重金屬含量隨廢棄年限的增加而減少。土壤中的重金屬含量升高后，野艾蒿對(duì)重金屬的吸收富集能力也增加。

2.2 良種的應(yīng)用

無(wú)論采用何種繁殖方式，都應(yīng)選擇優(yōu)良品種。艾生產(chǎn)上優(yōu)先選擇生長(zhǎng)旺盛、氣味濃郁、密被絨毛、幼苗根系發(fā)達(dá)的植株為繁殖材料［34］，同時(shí)考慮其有效成分的含量與質(zhì)量。洪宗國(guó)等［35］將蘄艾、北艾與川艾進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，蘄艾具有出油率高、中餾分含量高等特點(diǎn)。研究表明，南陽(yáng)艾和襄陽(yáng)艾的出絨率、礦質(zhì)元素含量較高，而蘄艾的總揮發(fā)油、黃酮及酚酸類(lèi)成分含量普遍較高；蘄艾中，雨湖艾、漕河艾和蘄州香艾的出絨率較高，蘄州香艾的總揮發(fā)油含量最高，而洪咀七尖艾的黃酮及酚酸類(lèi)成分的綜合含量最高［36］。曹利等［22］的研究同樣表明，蘄艾的不同栽培品種中，七尖蘄艾藥用效果更佳。此外，適于藥用的艾主要包括河南衡陽(yáng)艾、湖北蘄艾、河南南陽(yáng)艾等，而綜合各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)與口感，適于食用的以食用艾為佳［37］。各地在進(jìn)行引種栽培時(shí)，應(yīng)按照不同艾品種的特點(diǎn)與生產(chǎn)目的，選擇適宜的材料進(jìn)行栽培與推廣。

2.3 科學(xué)栽培與管理

艾種子存活期短，栽種后成活率低且生長(zhǎng)緩慢，一般不采用種子繁殖方法［38］，而根狀莖繁殖成活率高，實(shí)際生產(chǎn)中以根莖繁殖為主。根據(jù)劉保財(cái)?shù)龋?9］在西吉縣開(kāi)展的栽培試驗(yàn)結(jié)果可知，6 月種植的艾成活率可達(dá)88.53%。是否覆蓋黑膜主要由種植時(shí)間決定，4 月栽培以覆蓋黑膜為佳，6 月栽培無(wú)論是否覆膜成活率均較高，9 月無(wú)論是否覆膜成活率均較低。4 月與9 月栽培時(shí)宜適當(dāng)深植，而6 月栽培應(yīng)該淺栽。王曉軍等［40］的研究表明，艾最佳用肥量為尿素（N）115.80 kg/hm2、磷肥（P2O5）279.06 kg/hm2、鉀肥（K2O）76.29 kg/hm2，推薦施肥量為尿素（N）108～135 kg/hm2、磷肥（P2O5）270～315 kg/hm2、鉀肥（K2O）75～90 kg/hm2。與北方相比，南方溫度與濕度均更大，種植密度應(yīng)比北方稀、施肥更勤，否則易引發(fā)病蟲(chóng)害［41］。也可采用常規(guī)V 字形種植模式，充分利用光照［42］。

栽培后需要定期進(jìn)行田間管理，包括除草、追肥及水分控制等。土壤的水分含量影響艾中活性物質(zhì)的含量。水分充足時(shí)，艾中黃酮、有機(jī)酸等有效成分含量提高，無(wú)論是質(zhì)量還是產(chǎn)量均得到提高；但若只考慮揮發(fā)油品質(zhì)，在不影響產(chǎn)量的情況下可適當(dāng)減少水分供給，保持土壤適度干燥，提高揮發(fā)油含量［27］。而針對(duì)礦區(qū)種植的艾，無(wú)需施用過(guò)多肥料，粗放管理即可。

2.4 病蟲(chóng)害防控

艾的常見(jiàn)病害包括白粉病、斑枯病、葉斑病、銹病和白絹病等。艾白粉病為真菌感染，主要為害葉片、葉柄及莖，病部產(chǎn)生白色無(wú)定形斑點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致植株死亡［43］。斑枯病在5—10 月易發(fā)生，初期葉片上出現(xiàn)灰褐色斑點(diǎn)后逐漸擴(kuò)大，潰爛，直至莖干破裂，植株死亡［34］。葉斑病主要為害葉片，病部形成圓形病斑，后不斷擴(kuò)大產(chǎn)生輪紋［44］。銹病在6—8月陰雨連綿時(shí)易發(fā)生，初期葉背出現(xiàn)橙黃色粉狀物后逐漸變?yōu)楹谏?，?yán)重時(shí)導(dǎo)致葉片枯萎脫落［34］。白絹病則主要發(fā)生在艾近基部和根部，表皮褐變，病斑上出現(xiàn)白色匍匐菌絲并擴(kuò)展，導(dǎo)致皮層腐爛脫落，直至枯死［45］。

蚜蟲(chóng)、紅蜘蛛、葉甲等都是艾種植中的常見(jiàn)害蟲(chóng)。蚜蟲(chóng)是艾的主要害蟲(chóng)，不僅吸取葉片液汁，還導(dǎo)致病害發(fā)生，影響植株正常生長(zhǎng)［44］，病部產(chǎn)生葉斑、黃葉、卷葉，甚至導(dǎo)致植株死亡。紅蜘蛛使葉片產(chǎn)生密集而細(xì)小的灰黃色斑點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至使葉片枯黃脫落［27］。葉甲幼蟲(chóng)食用艾葉肉，留下表皮，成蟲(chóng)則將葉片吃成孔洞。此外，葉甲的糞便和黏液也對(duì)葉片產(chǎn)生污染，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致葉片枯萎脫落［44］。

將艾與蔬菜、糧食作物等合理輪作、間作，能夠有效利用資源，減輕病蟲(chóng)帶來(lái)的危害［46］。林席躍等［47］探究了食用艾間套大豆［Glycine max（Linn.）Merr.］的種植技術(shù)，發(fā)現(xiàn)該種植方式能夠充分利用光照，增加種植收益。Tian 等［48］分析發(fā)現(xiàn)，艾短期種植能夠刺激土壤微生物的生長(zhǎng)與活動(dòng)，但長(zhǎng)期會(huì)導(dǎo)致土壤病原體增加，加劇土壤養(yǎng)分資源的競(jìng)爭(zhēng)，故艾在溫帶地區(qū)多年種植后應(yīng)考慮與其他作物的輪作，以維持土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)和功能。此外，需要加強(qiáng)艾的田間管理，發(fā)現(xiàn)病株時(shí)立刻拔出，集中深埋或燒毀。堅(jiān)持“綠色植?！钡睦砟睿瑥?qiáng)化物理和生物防治方法，盡可能減少化學(xué)農(nóng)藥的使用［49］。

2.5 采收與儲(chǔ)存

2.5.1 適時(shí)采收 蘄艾每年收割3 次，分別在5 月下旬至6 月上旬、7 月中下旬至8 月上旬和10 月中下旬［46］。研究表明，總黃酮含量隨植株生長(zhǎng)不斷增加，至6 月上旬達(dá)到最大值，鞣酸含量則在5 月下旬或6 月上旬達(dá)到最高；10 月艾樣品的揮發(fā)油含量和總黃酮含量則顯著低于6 月。綜合來(lái)看，在6 月10日左右采收最佳［50］。根據(jù)艾的不同用途，采收時(shí)間和方式略有差異。艾作食用時(shí)，采摘苗期的嫩葉芽或成株期的頂部嫩芽；作藥用時(shí)，采摘生長(zhǎng)旺盛、莖稈直立未萌發(fā)側(cè)枝、尚未開(kāi)花的植株；作飼料添加時(shí)，在植株出現(xiàn)花蕾前采收，不宜過(guò)老；在生產(chǎn)上曬干收購(gòu)或直接用于粗體物防治害蟲(chóng)時(shí)，選取植株出現(xiàn)花蕾而未開(kāi)花時(shí)采收［44，51］。

2.5.2 合理儲(chǔ)存 艾不同的貯存時(shí)間影響其藥性［51］。何正有等［23］比較了鮮艾與陳艾揮發(fā)油的含量與成分差異，鮮艾揮發(fā)油得率為0.67%，陳艾為0.47%，表明揮發(fā)油總量隨貯存時(shí)間的延長(zhǎng)而減少；鮮艾中烯烴、醇類(lèi)、醛類(lèi)成分的含量較高，而陳艾中的氧化產(chǎn)物含量較高。龔敏等［52］的研究結(jié)果表明，隨存儲(chǔ)時(shí)間延長(zhǎng)，總黃酮量逐年增加，第3 年達(dá)到峰值而后下降，總多糖量則逐年下降，但前3 年下降并不劇烈。若提取精油，則不需要進(jìn)行干燥，選取新鮮的全株艾即可［44］；若用于生產(chǎn)灸用制品，通常存放1～3 年［53］，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。

基于實(shí)際生產(chǎn)的需求，應(yīng)結(jié)合不同種植地區(qū)的條件特點(diǎn)，選取適當(dāng)?shù)钠贩N進(jìn)行規(guī)范種植。結(jié)合田間管理，關(guān)注可能出現(xiàn)的病蟲(chóng)害，并依照應(yīng)用方向進(jìn)行合理采收與儲(chǔ)存。

3 小結(jié)與展望

艾具有抑菌抗病毒、抗氧化抗衰老、抗癌抗腫瘤、抗炎免疫等藥理作用，并在臨床醫(yī)藥、工業(yè)加工、食品制作等方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。艾含有黃酮類(lèi)、多糖類(lèi)、揮發(fā)油、多酚類(lèi)、鞣酸類(lèi)、三萜類(lèi)等一系列有效成分，分布廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)，易于繁衍生長(zhǎng)。徐燃等［54］分析表明，冬冷夏熱、年溫差大、陽(yáng)光充沛、降水集中的溫帶大陸性氣候最適合艾生長(zhǎng)，全球最適合栽培艾的區(qū)域主要集中在中國(guó)華中、華東北部及華北南部的湖北、河南、安徽、四川、湖南等省，較適合栽培的區(qū)域包括中國(guó)河北、山東、廣東、遼寧、浙江、福建等省。

確定種植的地區(qū)范圍后，選取陰坡的中下坡位能夠發(fā)揮一定的護(hù)坡作用，更適合艾的生長(zhǎng)［29］。而在礦區(qū)種植艾能夠起到一定的生態(tài)修復(fù)作用，無(wú)需過(guò)多施用肥料，粗放管理即可。在寒旱區(qū)生態(tài)環(huán)境下，甘肅隴原艾的總黃酮含量更高；若考慮總多糖含量，則種植南陽(yáng)艾最佳［9］。梅全喜等［55］的研究表明，湖北蘄春艾葉的揮發(fā)油含量較高，燃燒熱為18 139 J/g，明顯高于其他地區(qū)，適合用于艾灸生產(chǎn)。若為藥用，建議選取七尖蘄艾進(jìn)行種植［22］，若為食用，則選用食用艾［37］，具體選擇還需結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況與生產(chǎn)需求。

艾種植以6 月淺栽為佳，若條件允許可覆蓋黑膜［39］，推薦施肥量為尿素（N）108～135 kg/hm2、磷肥（P2O5）270～315 kg/hm2、鉀肥（K2O）75～90 kg/hm2［40］。定期進(jìn)行田間管理，保持水分充足可提高整體質(zhì)量與產(chǎn)量，但適當(dāng)減少水分供給可提高揮發(fā)油含量［27］。針對(duì)病蟲(chóng)害防控，以“綠色植保”理念為主，將艾配合其他作物進(jìn)行輪作、間作能夠有效防止病蟲(chóng)害，充分利用光照與土壤資源［46］。蘄艾每年進(jìn)行3 次收割，可根據(jù)不同用途確定采收時(shí)間與采收方式。提取精油以新鮮全株艾為宜［44］，生產(chǎn)灸用制品的存放時(shí)間則不宜超過(guò)3 年［52，53］。后續(xù)可結(jié)合不同肥料，著重探究艾的高效施肥方案。此外，艾在生態(tài)修復(fù)方面有著巨大的潛力，可在此方面開(kāi)展更多研究，實(shí)現(xiàn)其價(jià)值的最大化。