基于GMPGIS的陽春砂全球產地區劃

宮 璐 葉育石 吳 杰 吳明麗 蘇 賀 黃志海

(1 廣州中醫藥大學第二臨床醫學院，廣州，510006；2 中國科學院華南植物園，廣州，510650；3 中國中醫科學院中藥研究所，北京，100700)

基于GMPGIS的陽春砂全球產地區劃

宮 璐1葉育石2吳 杰3吳明麗3蘇 賀1黃志海1

(1 廣州中醫藥大學第二臨床醫學院，廣州，510006；2 中國科學院華南植物園，廣州，510650；3 中國中醫科學院中藥研究所，北京，100700)

目的：我國陽春砂資源緊缺，開展陽春砂全球產地生態適宜性分析，為陽春砂的人工引種提供科學依據，以保障陽春砂資源的可持續利用。方法：全球范圍搜集陽春砂分布樣點108個，應用藥用植物全球產地生態適宜性區劃信息系統(GMPGIS)系統對其進行分析，得到陽春砂在全球范圍的潛在種植區。結果：陽春砂在世界范圍的生態適宜產區總面積為440多萬平方千米，除中國外，還有巴西、剛果等56個國家(或地區)也具備陽春砂生長的生態條件；陽春砂在國內主要產區為廣東、廣西、云南和福建。結論：GMPGIS為陽春砂的全球人工種植提供科學指導，以保護陽春砂的藥用資源。

陽春砂；生態適宜性；GMPGIS；全球區劃

砂仁是常用中藥，《中華人民共和國藥典》(2015年版一部)記載砂仁來源于姜科植物陽春砂AmomumvillosumLour.、綠殼砂AmomumvillosumLour.var.xanthioidesT.L.Wu et Senjen、海南砂AmomumlongiligulareT.L.Wu的干燥成熟果實。性辛、溫，具化濕開胃，溫脾止瀉，理氣安胎之功效；用于濕油中阻，脘痞不饑，脾胃虛寒，嘔吐泄瀉，妊娠惡阻，胎動不安[1]。除藥用外，砂仁又可作為食品、調味劑、保健品、藥膳、制茶、造紙原料、獸藥等使用。砂仁以廣東省陽春縣為道地產區，所產陽春砂質量好、產量大，成為砂仁中的主流品種[2]。陽春砂野生資源稀少，藥材主要來自于人工栽培品，因陽春砂自身的生物學特性所限，主產區局限于廣東、廣西、云南、福建等少數幾個省份。受陽春砂授粉困難、產量過低等影響，除道地產區外，其他地區陽春砂種植規模及產量均面臨下降趨勢[3]。而近些年來道地產區廣東陽春也因城市經濟發展，山地資源不斷遭到人為開發與破壞，導致陽春砂的生長環境嚴峻，藥材資源受到嚴重威脅[2]。因此，在全球范圍發掘陽春砂的適宜種植區對于陽春砂資源的可持續利用意義重大。

生態環境是影響藥材種植的最重要因素。由中國中醫科學院中藥研究所自主研發的GMPGIS系統是全球首個中藥材產地生態適宜性分析系統。該系統將與中藥材生長環境相關的生態因子(降水、溫度、濕度、土壤、日照)量化成柵格數據結構，然后對網格數據進行空間聚類分析，并根據中藥材產地生態相似度大小確定藥材引種區。本研究應用GMPGIS系統對陽春砂進行全球產地區劃，為陽春砂在全球范圍尋找適宜的人工種植區域提供科學依據。

1 數據與方法

1.1 數據來源 通過文獻查閱[2-6]、標本查詢[7]和數據庫[8]查詢等多種方式，在全球范圍選擇陽春砂分布點共108個進行分析(表1)。其中中國分布點94個，包括道地產區廣東省陽春市蟠龍鎮、春灣鎮，陽春砂主產區廣東高州、信宜、云浮，云南勐臘、勐海、景洪，廣西防城、隆安、百色、扶綏、欽州，福建長泰、同安等，及陽春砂的相應省份野生分布點。老撾分布點14個，越南分布點2個，泰國分布點2個。

2 結果與分析

2.1 陽春砂生態因子分析 陽春砂生長適宜溫度22～28 ℃，能忍受0 ℃的短暫低溫，但較長時間的0 ℃低溫或嚴重霜凍，直立莖將受凍死亡；陽春砂喜濕、怕澇、忌旱，一般要求空氣相對濕度75%～90%，孕蕾期至開花結果期空氣相對濕度90%以上，土壤最適含水量為25%～27%；陽春砂為半陰生植物，喜歡漫射光，忌陽光直射；對土壤要求不甚嚴格，一般的砂質壤土或多種類型的壤土均可種植[3]。陽春砂在我國主要分布于熱帶亞熱帶季風氣候地區，氣候溫暖，年平均氣溫19～22 ℃；低溫期及霜凍期短，光照充足，雨量充沛，年降水量在1 000 mm以上，空氣相對濕度在90%以上[3]。其道地產區陽春市屬亞熱帶季風氣候區，地處云霧山脈、天露山脈的中段與河尾山的八甲大山之間，光照時間長、熱量豐富、雨量充沛、季風活動明顯，土壤為紅黃壤土，年平均氣溫22.3 ℃、年降水量2 385 mm[4]。

經GMPGIS系統分析得到陽春砂在全球范圍主要生長區域的生態因子值如表2所示，由表可知，生態因子各項數值符合陽春砂的生長條件，表明該系統預測結果具有可信性。

表2 全球范圍內主要生長區域生態因子值

2.2 陽春砂全球產地區劃 經GMPGIS系統分析得到陽春砂的全球最大生態相似度區域分布圖(圖1)，由圖可以看出，亞洲、美洲、非洲均有部分區域適宜陽春砂生長。統計后發現，陽春砂的全球最大生態相似度區域位于57個國家(或地區)，總面積為4 417.2×103km2，主要國家包括巴西、剛果、中國、緬甸、美國、老撾等(圖2)。其中排名前3位的巴西、剛果和中國陽春砂最大生態相似度區域面積分別為1 325.0×103km2、662.5×103km2和536.0×103km2，占全球全部陽春砂最大生態相似度區域面積的57.13%。

根據分析結果，結合陽春砂生物學特性，并考慮自然、社會經濟、藥材主產地栽培和采收加工技術等條件，建議國際陽春砂栽培區域主要為中國，引種栽培研究區域主要以巴西、剛果、緬甸、美國、老撾等國為宜。

圖1 陽春砂全球最大生態相似度區域分布圖

2.3 陽春砂國內產地區劃 陽春砂在國內的最大生態相似度區域主要位于廣西、廣東、云南、福建等省份(表3)，與目前陽春砂主產區情況基本一致。陽春砂自古均以廣東陽春為道地產區，后逐漸引種到陽春周圍；20世紀60年代引種至云南、福建、廣西等地。云南因原始森林的種植環境具有得天獨厚的昆蟲授粉條件，無需人工授粉，使得種植成本大大降低，因此在20世紀90年代至21世紀初取代廣東陽春成為陽春砂的主產區，種植面積遠大于廣東，藥材總產量也處于全國領先地位[6]。然而近些年云南地區陽春砂經濟效益下滑，影響藥農種植積極性，與此同時廣東陽春地區在政府的大力扶持下，面積及規模逐漸擴大，重新成為陽春砂的最大主產區[5]。除此之外，江西、海南、臺灣、浙江等地區也有陽春砂的適宜生長區分布。

根據分析結果，結合陽春砂生物學特性，并考慮自然、社會經濟、藥材主產地栽培和采收加工技術等條件，建議國內陽春砂引種栽培研究區域主要以廣東、廣西、云南、福建為宜。

圖2 陽春砂最大生態相似度區域全球主要國家分布面積

圖3 陽春砂全國最大生態相似度區域分布圖

圖4 陽春砂最大生態相似度區域國內主要省份分布面積

3 討論

作為“四大南藥”“十大廣藥”之一的陽春砂，因資源稀缺，在2016年成為廣東省立法保護的8大南藥品種之一。陽春砂在我國道地產區及引種區目前處于種植規模降低及資源瀕危的局面，嚴重威脅陽春砂資源的開發和利用。本研究應用GMPGIS系統進行陽春砂全球生態適宜性預測，發現除中國外，世界上還有其他國家和地區具備種植陽春砂的生態條件，其中南美的巴西和非洲的剛果陽春砂適宜種植區面積甚至超過中國。該研究結果為陽春砂的人工種植和資源可持續利用提供了科學指導。

產自道地產區廣東陽春的陽春砂被認為質量較其他區域更好，趙紅寧等[4]采用氣相色譜法測定廣東、廣西、云南、福建等不同產地陽春砂樣品中樟腦、龍腦、乙酸龍腦酯有效成分的質量分數，研究結果顯示，這3種成分的質量分數有明顯差異，產自于廣東陽春的樣品中質量分數均較高。張丹雁[3]等在對廣東、云南等陽春砂主產區的生產栽培現狀調查研究中發現，由于栽培的氣候、土壤、水分等生態條件的不同以及栽培技術上的差異，致使陽春砂在株型、成品性狀、農藝學性狀等方面存在著差別。藥材的質量一方面受環境因素的影響，另一方面受到藥材自身的遺傳因素影響。陽春砂的栽培品種盡管沒有明確的定義，但在道地產區廣東陽春的實際種植過程中分為長果砂仁和圓果砂仁2種類型，另外，還有人工選育的“春選”品種[9]。何瑞等[10]通過對3個品種的果實與花進行形態調查后發現，不同栽培品種具有各自可區別的顯著特征；黃瓊林[11-12]等應用ISSR分子標記和26S rDNA和matK基因序列對該3個品種進行鑒別和親緣關系分析研究，發現長果陽春砂和圓果陽春砂親緣關系較近，與春選相區別，通過堿基位點的差異可將其進行區分。在以后的陽春砂品質生態學研究中，應加強對陽春砂不同栽培品種的比較研究，在品種鑒定的基礎上進行不同產地陽春砂的實驗研究，以排除遺傳因素對陽春砂品質差異的影響，更為客觀地發掘影響陽春砂品質的關鍵生態因子，為提高陽春砂的人工栽培質量奠定基礎。

[1]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典(一部)[M].北京：中國醫藥科技出版社，2015:253.

[2]歐陽霄妮.陽春砂資源調查與品質評價研究[D].廣州：廣州中醫藥大學,2010.

[3]張丹雁.陽春砂種質資源研究[D].廣州：廣州中醫藥大學,2008.

[4]趙紅寧,黃柳芳,劉喜樂,等.不同產地陽春砂仁藥材的質量差異研究[J].廣東藥學院學報,2016,31(2):176-180.

[5]張丹雁,劉軍民,熊清平,等.陽春砂資源調查與分析[J].廣州中醫藥大學學報,2008,25(1):77-80.

[6]陳彩英,詹若挺,王小平.砂仁品種、種質資源的考證溯源[J].山東中醫藥大學學報,2011,35(4):354-357，376.

[7]中國數字植物標本館[EB/OL].http://www.cvh.ac.cn/search.

[8]Global Biodiversity Information Facility[EB/OL].http://www.gbif.org/occurrence/search?.

[9]張丹雁,劉軍民,徐鴻華.陽春砂不同栽培品種的比較鑒別[J].廣州中醫藥大學學報,2005,22(1):1-3.

[10]何瑞,楊錦芬,詹若挺,等.道地產區不同栽培品種陽春砂果實與花形態特征調查與分析[J].廣州中醫藥大學學報,2010,27(1):57-61.

[11]黃瓊林,楊錦芬,詹若挺,等.基于ISSR分析的陽春砂分子鑒別[J].中藥新藥與臨床藥理,2010,21(5):518-521.

[12]黃瓊林,楊錦芬,段中崗,等.基于26S rDNA D1-D3區和mat K基因序列分析的陽春砂分子鑒別[J].廣州中醫藥大學學報,2010,27(2):151-155.

(2017-04-10收稿 責任編輯：徐穎)

Global Production Area Prediction of Amomum Villosum Lour.through GMPGIS

Gong Lu1，Ye Yushi2，Wu Jie3，Wu Mingli3，Su He1，Huang Zhihai1

(1TheSecondAffiliatedHospitalofGuangzhouUniversityofChineseMedicine，Guangzhou510006，China; 2SouthChinaBotanicalGarden，ChineseAcademyofSciences，Guangzhou510650，China；3InstituteofChineseMateriaMedica，ChinaAcademyofChineseMedicalSciences，Beijing100700，China)

Objective:In order to ensure the sustainable utilization of the natural resources of Amomum villosum Lour.，the global ecological suitability analysis was carried out by Global geographic information system for medicinal plant(GMPGIS).Methods:A total of 108 distribution sites were collected and put into the system.Seven ecological factors were made cluster analysis to predict the suitable ecological region and potential artificial cultivation area.Results:A total area of about 4 400 000 square kilometers was found suitable for planting Amomum villosum globally.In addition to China，Brazil，Congo and other 56 countries or regions also had ecological conditions for Amomum villosum growth.Guangdong，Guangxi，Yunnan and Fujian were the main producing areas in china.Conclusion:GMPGIS provides scientific guidance for the global artificial cultivation of Amomum villosum.

Amomum villosum；Ecological suitability;GMPGIS;Global regionalization

廣東省中醫院專項(編號：2015KT1817)——嶺南中草藥DNA條形碼分子鑒定和生態適宜性研究；中國中醫科學院中醫藥健康服務專項(編號：ZZ0908067)——200余種嶺南中草藥DNA條形碼研究

黃志海，主任中藥師，研究方向：中藥資源與質量控制，E-mail：1925196926@qq.com

[R282.2]

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2017.05.007