川產(chǎn)道地藥材暗紫貝母生態(tài)因子的動態(tài)監(jiān)測研究

方清茂 王洪蘇 吳 萍 羅 冰 胡 平 胡 鵑 王曉蓉

(1 四川省中醫(yī)藥科學(xué)院四川省道地藥材系統(tǒng)開發(fā)工程技術(shù)研究中心,成都,610041; 2 四川松贊雪貝生物科技有限公司,茂縣,623301; 3 康定恩威高原藥材野生撫育基地有限責(zé)任公司,康定,626002)

川貝母是最具代表性的川產(chǎn)道地珍稀瀕危藥材之一[1-2],同時又是被列入《野生藥材資源保護(hù)管理?xiàng)l例》的29種國家重點(diǎn)保護(hù)(三級保護(hù))植物藥材之一[3],具有清熱潤肺、化痰止咳、散結(jié)消癰之功效[4]。“松貝”是優(yōu)質(zhì)商品規(guī)格的川貝母,而暗紫貝母FritillariaunibracteataHsiao et K.C.Hsia是“松貝”的主要來源[5]。

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展,對中藥材的需求越來越大。川貝母飲片及相關(guān)制劑、藥品臨床應(yīng)用廣泛,目前,川貝母藥材市場年需求量超過60萬公斤,由于川貝母商品藥材大部分來自于野生資源,且野生川貝母的年產(chǎn)量不足10萬公斤,導(dǎo)致貨源短缺,市場價格不斷攀升,每公斤優(yōu)質(zhì)的“松貝”價格已超4 000元。川貝母具有獨(dú)特的潤肺、保護(hù)肺功能的功效,隨著全球氣候變化以及新冠疫情的影響,冬季霧霾的加重,川貝母的需求量必將進(jìn)一步增加。川貝母資源短缺已成為制約我國中成藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個瓶頸。因此,發(fā)展川貝母的栽培與提升藥材的質(zhì)量具有十分重要的意義。

生態(tài)因子是影響中藥材品質(zhì)的關(guān)鍵因素[6-12]。溯源監(jiān)測站針對中藥材生長情況及種植環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測,可實(shí)時動態(tài)測定產(chǎn)地的環(huán)境生態(tài)因子,如土壤溫度、濕度、空氣溫度、濕度、光照、氣壓,利用通用分組無線服務(wù)技術(shù)(General Packet Radio Service,GPRS)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸,通過平臺網(wǎng)站實(shí)時獲得產(chǎn)地的生態(tài)因子動態(tài)數(shù)據(jù),從而開展中藥材的野生與人工環(huán)境生態(tài)因子的動態(tài)變化研究[13]。

目前,川貝母藥材主要來源于野生,在四川省青藏高原地區(qū)與涼山州有小面積栽培。當(dāng)前栽培川貝母的方法主要有大田栽培、大棚栽培以及大棚育苗3種模式,而海拔和栽培方式對川貝母的藥材形態(tài)與品質(zhì)都有顯著影響,栽培川貝母的形態(tài)發(fā)生了顯著的變異[14]。氣候與環(huán)境是影響藥材品質(zhì)與形狀的主要因素之一[2,15-19]。迄今為止,未見中藥材川貝母生態(tài)因子動態(tài)監(jiān)測的報道。因此,本研究通過在不同海拔、大田與大棚安裝中藥材溯源設(shè)備,對暗紫貝母產(chǎn)地的生態(tài)因子進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測,比較不同生態(tài)環(huán)境、不同栽培條件下生態(tài)因子的差異,以期為川貝母的生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器 本研究使用的設(shè)備為中藥溯源監(jiān)測設(shè)備(成都眾意達(dá)醫(yī)信科技有限公司,型號:ZYD10),依托平臺為中國中藥協(xié)會的中藥材溯源平臺(hhtp://www.zysypt.cn/gis/overview)。

1.2 方法

1.2.1 監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置 2020—2021年在大田栽培環(huán)境下,不同海拔高度設(shè)置了監(jiān)測點(diǎn);在相同或相近的海拔高度不同栽培環(huán)境條件下設(shè)置了監(jiān)測點(diǎn)。其中,松潘縣水晶鄉(xiāng)和茂縣松坪溝均為四川松贊雪貝生物科技有限公司的生產(chǎn)基地。

1.2.2 數(shù)據(jù)獲取 野生溯源監(jiān)測設(shè)備每隔1 h定期動態(tài)收集暗紫貝母產(chǎn)地的生態(tài)因子數(shù)據(jù)(土壤溫度、濕度、空氣溫度、濕度、光照、氣壓),監(jiān)測設(shè)備通過GPRS芯片與服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接,利用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線傳輸,基于LabWindows/CVI和SQL Toolkit開發(fā)了上位機(jī)界面,上位機(jī)界面可以登錄監(jiān)測系統(tǒng),開啟服務(wù)器功能,接收環(huán)境因子數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示和保存,并將溯源監(jiān)測設(shè)備通過GPRS方式將數(shù)據(jù)上傳到云平臺。用戶通過平臺網(wǎng)站實(shí)時獲得產(chǎn)地的生態(tài)因子動態(tài)數(shù)據(jù)(土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照、氣壓),并獲得生態(tài)因子動態(tài)數(shù)據(jù)圖。

1.2.3 分析方法 選擇生長最快物候期的生態(tài)因子進(jìn)行分析。暗紫貝母生于海拔2 700 m以上的高海拔地區(qū),物候期較晚。動態(tài)監(jiān)測表明,低海拔2 700 m與大棚內(nèi)栽培的暗紫貝母,4月下旬開始出苗,高海拔地區(qū)5月上旬才出苗,一般在五月下旬到六月下旬生長最快,并開花結(jié)果。因此,對暗紫貝母5月下旬到6月下旬的動態(tài)生態(tài)因子進(jìn)行了觀察。

2 結(jié)果

5月27日至6月23日動態(tài)生態(tài)因子進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測結(jié)果。見表1。

表1 紅原、松潘、茂縣4個溯源設(shè)備生態(tài)因子統(tǒng)計(jì)表

2.1 氣壓 本研究設(shè)立定的4個動態(tài)監(jiān)測點(diǎn)海拔落差較大,松坪溝海拔最低,為2 750 m;松潘水晶鄉(xiāng)海拔3 150 m;紅原麥洼鄉(xiāng)海拔最高為3 617 m。3個地方的氣壓數(shù)據(jù)較穩(wěn)定,但存在較大差異,松坪溝為72.5 kPa,紅原為65.5 kPa;說明隨著海拔升高,氣壓逐漸降低,且變化顯著。見表1、圖1。

圖1 茂縣松坪溝貝母大田基地一日大氣壓力動態(tài)變化

2.2 光照 紅原麥洼、松潘水晶與茂縣松坪溝的野外與大田的光照強(qiáng)度高,日均光照最大值為39 086 Lux,日均光照平均值為17 258～25 645 Lux,以紅原麥洼的光照累計(jì)量最大。見圖2。大棚內(nèi)的光照強(qiáng)度極低,日均光照最大值為5 456 Lux,日均光照平均值為3 825 Lux,僅為大田環(huán)境的1/4～1/6。見圖3。

圖2 紅原麥洼野生環(huán)境光照動態(tài)變化圖注:圖中顯示數(shù)字為實(shí)時光照強(qiáng)度值

光照的動態(tài)數(shù)據(jù)可反映天氣的變化情況,如松坪溝6月5日、12日、20日為陰天,光照強(qiáng)度顯著低于晴天。見圖4。而紅原則只有6月1日有1個陰天。松潘只有5月30日有1個陰天。

圖4 松坪溝基地大田光照動態(tài)變化圖注:圖中顯示數(shù)字為實(shí)時光照強(qiáng)度值

光照能反映1 d內(nèi)的氣候變化情況。大田與野外都是中午12點(diǎn)到下午17點(diǎn)的光照較強(qiáng),而晚上20點(diǎn)到次日早上5點(diǎn)之間光照極低或者為0。見圖5。

圖5 松潘基地大棚內(nèi)光照一日動態(tài)變化圖注:圖中顯示數(shù)字為實(shí)時光照強(qiáng)度值

2.3 氣溫 不同產(chǎn)地野外與大田的平均氣溫差異不顯著。見表1。但紅原的晝夜溫差較大(最高、最低分別為19.07 ℃,6.40 ℃),松坪溝的晝夜溫差較小(最高、最低分別為19.74 ℃,9.53 ℃)。

松潘大棚內(nèi)的平均氣溫16.17 ℃,顯著高于大田平均氣溫13.54 ℃,大棚內(nèi)的最高氣溫也顯著高于大田與野生環(huán)境,6月23日松潘大棚內(nèi)的氣溫高達(dá)27.7 ℃。見圖6。

圖6 松潘基地大棚內(nèi)氣溫動態(tài)變化圖

2.4 土壤溫度 茂縣松坪溝的土壤平均溫度高于松潘的大田與大棚的土壤平均溫度。見表1。

2.5 空氣濕度 如表1所示,茂縣松坪溝的空氣濕度最大。見圖7;而紅原的空氣濕度較小。

圖7 茂縣松坪溝大田空氣濕度動態(tài)變化圖

2.6 土壤濕度 紅原麥洼的土壤濕度(69.54%)顯著高于松潘與茂縣的監(jiān)測點(diǎn)。

相較于5月份,隨著雨季到來,6月上旬的土壤濕度平均增加了11%以上,且十分穩(wěn)定。見圖8。

圖8 紅原野生環(huán)境土壤濕度動態(tài)變化圖

2.7 光照與土壤溫度、土壤濕度之間的相關(guān)性 光照強(qiáng),溫度高,土壤濕度小;光照少、溫度低,土壤濕度較大。氣溫與空氣濕度之間存在明顯的反比例分析。見圖9。

圖9 紅原野生環(huán)境空氣溫度與濕度動態(tài)變化

3 討論

暗紫貝母是典型的川產(chǎn)道地藥材,分布區(qū)域狹窄,生態(tài)環(huán)境特殊,藥材具有典型的“懷中抱月”形態(tài)特征。暗紫貝母適宜生長區(qū)為我國高海拔地區(qū),主要是青藏高原東南緣的四川省西北部及青海省南部、甘肅省西南部。在青藏高原其他地區(qū)均無分布,如四川省甘孜州、西藏自治區(qū)、云南省等。分布區(qū)域?qū)俅箨懜咴詺夂?四季氣溫?zé)o明顯差別,冬季嚴(yán)寒漫長,夏季涼寒濕潤,年平均氣溫0.8～4.3 ℃。暗紫貝母在四川省主要分布于若爾蓋高原和川西高山峽谷東段,海拔3 200～4 500 m的草甸和灌叢中,以若爾蓋高原區(qū)所產(chǎn)質(zhì)量為優(yōu)[20]。根據(jù)暗紫貝母的適宜生長產(chǎn)地與栽培生產(chǎn)場地,本研究區(qū)域包括四川省阿壩藏族自治州的紅原縣、茂縣、松潘縣等地。

3.1 溯源監(jiān)測設(shè)備可實(shí)時監(jiān)測暗紫貝母準(zhǔn)確的生態(tài)因子數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映貝母不同生長與栽培的環(huán)境下生態(tài)因子的動態(tài)變化,對貝母及其他中藥材的生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

3.2 暗紫貝母生于海拔3 200～4 300 m的土壤腐殖質(zhì)多、疏松的高山灌叢或草甸[2]。研究表明,海拔是影響貝母生長的主要因素,隨著海拔的升高,相關(guān)生態(tài)因子均發(fā)生了變化,如氣壓降低、光照增強(qiáng)、空氣濕度減小、土壤溫度降低。見表1。

3.3 栽培暗紫貝母的藥材形態(tài)與野生藥材相比,發(fā)生了很大的變化,大棚內(nèi)暗紫藥材形態(tài)變?yōu)椴灰?guī)則細(xì)長柱狀[14],大棚對貝母生態(tài)因子的影響十分顯著。暗紫貝母生于陽光充足的高山灌叢[2],光照是影響暗紫貝母生長最關(guān)鍵的生態(tài)因子,吸收強(qiáng)光是貝母獲得能量的主要營養(yǎng)方式。大棚內(nèi)光照度顯著低于大田與野外環(huán)境,說明大棚設(shè)施栽培對貝母的生態(tài)因子光照造成了較大改變。氣溫是影響貝母生長的關(guān)鍵生態(tài)因子,暗紫貝母喜低溫,溫度高于30 ℃就會停止生長[2,15]。提示大棚對貝母的生態(tài)因子氣溫有顯著的影響。這些生態(tài)因子的變化可能與大棚內(nèi)栽培藥材形態(tài)及品質(zhì)發(fā)生變化之間存在很大的相關(guān)性。上面3個綠色概念相同,相同則統(tǒng)一為一個說法。

3.4 道地藥材必須在道地產(chǎn)區(qū)人工栽培與野生撫育。四川省阿壩州紅原縣海拔高,是暗紫貝母的道地產(chǎn)區(qū)[21-22],野生松貝的產(chǎn)量仍然比較大。高海拔的野生環(huán)境的生態(tài)因子優(yōu)于人工栽培的條件,如伴生植被好,土壤濕度大于大田與大棚,更有利于暗紫貝母的生長。低海拔地區(qū)引種栽培暗紫貝母時,由于生態(tài)因子的改變,也可能是引起藥材品質(zhì)改變的因素。

3.5 本研究考察了暗紫貝母關(guān)鍵生長時期1個多月的生態(tài)因子的動態(tài)變化情況,尚不能完全反映暗紫貝母全生長周期(5年以上)的情況,應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行長期的動態(tài)監(jiān)測,以獲得暗紫貝母5年以上全生長周期的適宜生態(tài)因子,推動貝母栽培的科學(xué)化進(jìn)程。

利益沖突聲明:無。