中藥材甘草植物抗旱性及其在沙漠治理中研究進展

摘 要：甘草是一種重要的藥用植物，具有抗旱、耐寒、耐鹽堿等特性，是干旱、半干旱地區重要的植物資源之一，其在長期的進化過程中形成了對逆境條件的適應機制。對此，主要從甘草的生物學特征及應用價值、甘草響應干旱脅迫的形態及生理變化特征，以及其在沙漠治理中的作用和地位等方面進行了綜述，為甘草植物資源的開發應用提供參考。

關鍵詞：甘草；抗旱性；沙漠治理；形態結構

中圖分類號：S567.71 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–00-03

甘草，又稱甜草或甜根子，是豆科甘草屬的多年生草本植物，具有顯著的藥用和生態價值。該植物主要分布在中亞、西亞、歐洲和北美，尤其適應于生長在干旱、半干旱及鹽堿環境，是典型的耐旱植物。在中國，甘草的主要產區包括西北、華北和東北等地的干旱和半干旱地區，成為該地區重要的植物資源。

甘草不僅具有抗旱、耐寒、耐鹽堿等特性，它的深根系統可以有效固定土壤，減少水土流失，從而發揮著防沙固沙的作用。這使甘草在干旱和環境脆弱地區尤為重要，能夠提高土壤質量和改善生態環境。然而，由于甘草在藥用和經濟價值上的廣泛需求，其資源正快速減少。過度采挖和資源濫用已經導致北方地區沙塵暴頻發、土地沙漠化日益嚴重，威脅著生態系統的穩定和人類的生存。因此，保護和合理開發甘草資源，實施可持續管理，對于維護生態平衡、提高環境質量和促進社會經濟發展具有深遠的意義。

1 甘草的生物學特征及應用價值

1.1 生物學特征

甘草是一種適應性極強的植物，尤其喜愛日照，可生長于嚴苛的環境，具有超強的耐旱性和耐鹽堿性，非常適合生長在沙質土壤、草地、河邊及荒漠環境中。作為旱中生植物，甘草擁有發達的根莖和根系結構。

根莖分為垂直和水平兩種類型：水平根莖在土壤中平行延伸，可以再生出新的根莖和芽，逐漸生長成新苗；垂直根莖則生長在土壤表層附近，與地面垂直，為地上莖和地上枝條提供穩固的支撐。

甘草的根系結構復雜且呈網狀分布，能有效吸收和儲存水分，以此應對干旱、鹽害，以及低溫等環境壓力。并且，甘草的根系不僅有助于改善土壤結構，還能有效提升土壤的透氣性和保水能力，對其生長環境起到積極的改良作用。

此外，甘草還富含多種化學成分，如甘草酸和黃酮類化合物。它的提取物具有消炎、解毒、抗菌等藥理作用。由于其獨特的生物學和化學特性，甘草在系統生態功能方面也起著關鍵作用，不僅有助于恢復生態平衡，還有助于維護生物多樣性。

1.2 甘草的應用價值

甘草的應用價值涵蓋多個領域，展現出其多功能性和廣泛的適用性。最早在《神農本草經》中記載，甘草不僅能夠根據具體需求發揮不同的治療作用，還能調和其他藥物，因此在中醫藥中占據了重要地位，被譽為“國老”。作為最常用的中藥材之一，甘草有“十方九草”的美譽，年用量超過10萬t。甘草富含多種具有藥理活性的有效成分，藥用價值極高，能夠有效治療發燒、感冒、咳嗽、口腔炎癥等常見病癥，同時也可用于治療肺炎、潰瘍、關節炎、腫瘤、肝炎、心臟病和腸炎等較為嚴重的疾病。其廣泛的藥用效果使其在傳統醫學中不可或缺。

除了藥用領域，甘草在畜牧業中被廣泛用作飼料添加劑，以提高動物的免疫力和生長效率。在食品工業中，甘草作為天然甜味劑和口感改良劑，被應用于各類糖果、飲料和調味品，提升產品的口感。在化工行業，甘草提取物因其抗氧化和抗炎特性，被廣泛用于護膚產品，幫助改善皮膚狀態。在建材和釀造行業，甘草作為添加劑，能夠改善產品的物理和化學特性，提高產品的質量和穩定性。在國防工業中，甘草被用于制造某些特定的防護材料，顯示出其在特殊領域的應用潛力。值得一提的是，甘草多生長于生態環境脆弱的干旱和半干旱荒漠地區，是此類地區優良的藥用及防風固沙植物。其能夠改良鹽堿土質，促進荒漠綠化，具有很高的生態應用價值，助力生態環境保護和恢復。

2 甘草響應干旱脅迫的形態和生理變化特征

2.1 甘草響應干旱脅迫的形態結構特征

干旱是植物面臨的最常見且最普遍的脅迫因子之一，其對植物造成的傷害超過其他逆境因子的總和，嚴重制約了植物的生長發育。干旱對植物的影響主要表現在生長發育及生理代謝的過程。為了應對干旱脅迫，植物在長期的進化過程中逐漸發展出了一套完整的抗性機制。

植物響應干旱脅迫取決于脅迫程度，為了應對各種環境變化，不同植物種子在解剖結構和生理特性方面的變化，使其在發芽能力上有所區別。其中，根系生物量可以作為植物是否適應干旱脅迫的重要指標之一，適宜的干旱脅迫有助于甘草幼苗根部的生長，但當干旱脅迫持續增強，幼苗根部的生長就會受到明顯抑制。甘草葉片表面有一定厚度的角質層和發達的毛狀體，其在減少水分散失方面具有重要的作用，同時，葉肉細胞呈柵欄組織狀排列，可防止強光灼傷葉肉組織。此外，成熟干燥的甘草種子硬實率高達80%，是甘草種子適應干旱的重要機制[2]。

在干旱條件下，甘草的形態變化主要體現在根系的發展及整體生長速率減緩。研究數據表明，干旱環境中，甘草的根系深度增加了20%～25%；根系的直徑與體積分別降低16%和8%；單根總面積變化顯著，平均減少21%～25%；干旱脅迫導致幼苗干重降低16%～29%，地上部分干重降低60%左右，根冠比與之前相比增加[3-5]。甘草根系的擴張有助于植株更有效地利用土壤中的有限水資源，而根冠比的變化促進了干物質向根系分配。

2.2 甘草響應干旱脅迫的生理變化

為適應干旱脅迫，荒漠植物在種子萌發過程中會通過改變細胞代謝、增強保護酶活性和增加滲透調節物質含量等反應來應對干旱脅迫。其中，滲透調節物質的變化是植物響應干旱最直接的方式，其有助于維持植物正常生長所需的水分，是植物保持細胞生長、抵抗干旱、提高水分利用率的關鍵生理機制。魯守平等[6]

發現在輕度水分脅迫條件下，甘草幼苗的各項生理指標與對照條件相比并沒有顯著差異；然而，在較重水分脅迫條件下，甘草幼苗會積累更多的滲透調節物質，根系活力更強，抗氧化酶活性更高，同時質膜透性的變化較小，這些現象均表明甘草具有較強的耐干旱脅迫的能力。

甘草在生理生化方面的適應主要包括滲透調節物質的積累、抗氧化防御系統的強化及植物激素調節機制的變化。在一項研究中，干旱條件下甘草體內脯氨酸的含量增加200%～1 200%，葉綠素含量增加10%～50%，這種滲透調節物質的積累有助于維持細胞的水勢和結構完整性。抗氧化系統方面，過氧化物酶的活性增加4%～40%；過氧化氫酶含量增加100%～360%，這種活性的提高幫助植物清除由于干旱引起的過量活性氧，以減輕細胞損傷[7-8]。

甘草中的一些特定化學成分具有緩解植物干旱損傷的作用。隨著干旱脅迫程度的逐步加劇，甘草葉片中的葉綠素含量會逐漸減少，導致其光合作用能力下降，影響甘草的生長活力[9]。葉片中的可溶性糖和游離脯氨酸等滲透調節物質含量呈現先升高后降低的趨勢。在干旱脅迫的早期，滲透調節物質含量升高可增強甘草的吸水和保水能力。而在干旱脅迫的后期，這些可溶性糖含量和游離脯氨酸含量的下降，導致甘草的滲透調節能力減弱。

此外，干旱脅迫強度和持續時間對甘草次生代謝產物的積累具有顯著影響，適度干旱脅迫能夠刺激甘草體內有機酸、萜類、生物堿等次生代謝產物的合成和積累[10-12]。這些次生代謝產物一方面增強了甘草的滲透調節能力，保證了細胞膜結構和功能的完整性；另一方面也提升了中藥材的品質。

3 甘草在沙漠治理中的作用和地位

植物種植對于沙漠治理具有舉足輕重的作用，不僅能防風固沙，而且能顯著改善沙漠環境。趙瑞[13]在沙漠修復植物生態適應性評價及系統研發中，篩選出烏拉爾甘草為沙漠生態修復的完全適應植物，脹果甘草及光果甘草為較好適應植物，這些甘草屬植物在沙漠生態修復中發揮著顯著的作用。

甘草是一種典型的耐干旱、耐鹽堿的旱生植物，地上部分常呈群叢狀，耐沙埋，地下根莖和根系發達，可深入土壤中數米，避開地表高濃度鹽堿層，從地下深處吸取水分和養分，因而與蘆葦、紅柳、鹽梭梭、白刺、駱駝刺、胡楊、羅布麻等沙生植物共同構成天然的防風固沙屏障，發揮其防沙固沙、改良土壤、防治水土流失及改良生態環境等作用[14-18]。同時，甘草根系的根瘤菌還對培肥土壤有良好的作用，甘草根莖發達，形成縱橫交錯的網狀根層，抗風固沙，對荒漠干旱、半干旱及半荒漠地區的防風固沙、綠化沙漠、維護生態平衡有著重要作用。在荒漠綠洲邊緣地帶，實行退耕還草，發展甘草種植，能顯著降低耕地風蝕，其土壤風蝕量較裸地下降16%～83%，地表粗糙度和土壤表層（0～5 cm）含水率分別比裸地高12～55倍和27%～148%，可以有效地保護干旱荒漠農區的生態[19-23]。

沙漠地區的植物根系與土壤的交互作用不僅優化了土壤的結構，提升了土壤的使用效率和品質，而且對周邊的環境因子也產生了重要的影響。種植甘草能夠有效提升風沙土中細小顆粒的比例，增加有機質、速效鉀和速效磷的含量，減少表土層的風蝕量和容重。

甘草種植后，鹽漬化土壤中含鹽比例明顯下降，這有利于土壤團粒結構的形成。馬慧[24]研究發現，甘草種植在鹽堿土地上能夠降低表層土壤中82%～85%的可溶性鹽含量，不僅減緩了土壤的沙化速度，而且可利用土地資源面積也隨之增加，這些都證明了甘草在荒漠化治理和鹽漬土改良中的重要作用。李昂等[25]研究表明種植甘草對地表微環境和土壤物理性狀有改良效應，甘草的種植不僅能提升地表粗糙度和濕度，提高土壤含水率和孔隙度，而且會使表層土壤的容重及平均粒徑隨其地上生物量的增加而逐漸減少。此外，采用圍欄補植甘草可以固定沙丘、改善土壤理化性質，幫助形成植被結構，這對于后期植被恢復和降低沙塵暴的發生率具有積極作用。

4 結束語

作為干旱、半干旱地區重要的自然資源，甘草在防風固沙和沙漠生態修復中發揮著重要作用。甘草在干旱條件下可以通過提高體內滲透物質、增強保護酶活性、改變葉綠素含量等方式來適應干旱環境。通過對甘草的抗旱性研究，分析甘草在干旱環境中的生理指標的變化與耐旱性的關系，為干旱地區的甘草開發利用及甘草對荒漠地區的治理提供理論依據和實踐指導。同時，分析其形態和生理適應的差異有助于選育出更為有效的耐旱品種，從而擴大甘草的種植范圍，提高其產量。盡管甘草抗旱性的研究已經取得一定的進展，但仍存在一些問題和不足。在未來，相關研究人員應進一步對甘草抗旱性進行深入研究，特別在生理響應相關的分子水平上加強研究，這有助于高品質中藥材甘草的抗性選育和資源的開發應用。同時，相關部門要加強科學管理和技術指導，提高農戶的甘草種植水平，以充分發掘干旱地區優勢中藥材甘草屬植物的應用價值。

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收稿日期：2024-06-11

作者簡介：戈艷（1980—），女，內蒙古巴彥淖爾人，工程師，研究方向為生物與醫藥（藥用資源植物）。#通信作者：高鴻永，E-mail：929999884@qq.com。