特色油料作物紫苏在陕西的开发潜力与展望

赵小光，赵兴忠，穆建新，陈文杰，张耀文，王丽萍，张 新，拜仓玲

(陕西省杂交油菜研究中心,陕西 杨凌 712100)

目前我国有很多小品种油料作物,如向日葵、芝麻、胡麻、油茶、红花、紫苏等[1]，它们含有独特的脂肪酸成分和生理活性物质,且耐干旱、耐瘠薄,是一类适宜旱薄地种植的优势作物,因其具有特色和特殊用途,被称之为特色油料作物,种植面积约占全国油料作物总面积的10%,产量约占油料总产量的5%。食用植物油是居民生活的必需品,抓好油料生产对于稳定我国食用植物油市场、满足消费需求、增加农民收入和促进经济发展具有重大意义。

近年来,我国农产品价格低下,油料作物种植利润较少,种植面积持续下滑,国内食用植物油产需缺口不断扩大,自给率仅40%,每年需要从国外大量进口[2]。为了推动油料事业的发展,我国在2007年召开了促进油料作物生产的会议,发布了《国务院办公厅关于促进油料生产发展的意见》，提出积极开发特色油料,因地制宜大力发展芝麻、亚麻、油葵、油茶、紫苏等作物生产[3]。

紫苏(PerillafrutescensL.Britt)又名荏子、赤苏、红苏等,为唇形科紫苏属一年生草本植物[4],原产亚洲东部,有野生型和栽培型,主要生长在热带和温带地区,在我国已有2000多年的栽培历史,李时珍的《本草纲目》中就有记载[5]。目前,我国紫苏主产于江苏、安徽、湖南等地,在其他20多个省份也有零星栽培,种植区域极为广泛。我国北方主要用以生产食用油,而南方主要用于药用原料,同时也用来制作香料和生活食用等[6]。研究表明,紫苏具有保护肝脏、降压降脂、预防血栓、促进免疫、提高记忆力、抗炎、抗过敏、抗微生物等多种药用功效[7],是我国卫生部第一批规定的既是药品又是食品的60种作物之一,在医药食品领域有着重要的开发价值[8,9]。近年来,人们通过对紫苏的活性物质和营养成分的开发,将其多种用途广泛的应用于生活之中,使紫苏越来越引起人们的重视[10，11]。本文在分析紫苏利用价值和研究现状的基础上,结合陕西自身地理、生态、经济、人文等资源条件,重点分析了陕西种植紫苏的潜力、难点及解决策略,并对今后的开发利用进行了展望,以期为紫苏的深入研究和应用提供参考,有效促进陕西紫苏产业的发展。

1 紫苏的研究现状

1.1 紫苏的种质资源研究

目前在紫苏属植物的资源研究与利用上日本处于领先地位。Nitt等[12,13]通过调查发现，紫苏主要分布在中国、韩国、日本、越南等亚洲东部国家,对紫苏的生理及农艺性状等进行测定及分析后,将其分成五个类群,大部分油用型紫苏分为一个类群,药用型紫苏分为3个类群,野生型则成为1个类群;Lee等[14]通过分子标记方法分析了栽培型紫苏及其野生型的遗传关系,证明了野生型紫苏起源于日本,而栽培型紫苏起源于中国和韩国;Shin等[15]利用GC-MS分析方法分析了多个紫苏品种的油脂成分及特性,筛选出了一份高α-白苏烯的种质资源。国内对紫苏的资源研究起步较晚,借鉴前人的研究基础，参考小麦、油菜等常规作物的选育方法,研究人员分别建立了紫苏的种子快速分析检测方法和田间拷种标准,并通过测定不同栽培紫苏品种的农艺性状、含油率及脂肪酸组成等,结合抗病、抗倒、产量指标筛选出一系列综合经济性状较好的紫苏资源,不断收集野生紫苏资源,有效地丰富了紫苏种质基因库[16-18]。

1.2 紫苏的栽培研究

紫苏的适应性很强,对土壤要求不严,排水良好的沙土、壤土、粘壤土均能播种,具有耐荫喜光的习性, 路边坡地和沟边地角均能良好生长,可与大株作物或者果树进行套种,有效利用了非耕地面积。因喜湿怕涝,紫苏在水利条件不良的半干旱地区需通过育苗移栽方式进行栽培,而在排水不良的低洼地带则应做好排水措施,从而保证其正常生长。紫苏为春播作物,南方在3月份播种,北方在4月份播种,地表温度在5℃以上时紫苏种子即可萌发,芽期、苗期和花期的适宜温度分别为18—23℃、15—25℃、26—28℃,为短日照作物[6]。孙燕玲等[19]研究了紫苏的种植密度与产量的相关性,结果表明在不超过15万株/hm2的密度条件下,随着密度的增加,紫苏产量一直处于增加的趋势,但劳动投入成本也在增加,故紫苏的最佳种植密度为7万株/hm2;朱小平等[20]研究了不同的施氮量对紫苏各发育时期的农艺性状和产量性状的影响,分析了整个生育期的动态变化趋势,最终认为紫苏的施氮量以75—150kg/hm2较为适宜。

1.3 紫苏的开发产物研究

紫苏叶中含有酚、醛、酮、多糖等多种活性物质,具有重要的药用和商用价值。紫苏叶中的酸类物质主要活性成分为迷迭香酸,具有抗炎、抗氧化和免疫抑制等作用[21]。张鑫等[22]在不同发育时期对紫苏叶片通过多种方法来提取迷迭香酸,分别确定了提取的最佳时期和方法。紫苏叶提取的花色素苷具有良好的还原能力,对DPPH和ABTS自由基具有较强的清除能力[23]。胡晓丹等[24]用超声波助提法有效地提高了紫苏叶中花色素苷的提取率;王健等[25]利用气相色谱—质谱技术研究了紫苏不同生长部位的精油成分,依次鉴定出叶、梗、花蕾和籽中的不同精油组分和比例;周晓晶等[26]采用化学萃取和GC-MS法,对不同产源地和变种的紫苏种子进行了油含量及其脂肪酸组成分析,发现α-亚麻酸、亚油酸与油酸之间存在一定代谢转化相关性,其中白苏变种的含油量和α-亚麻酸含量较高;陈琳等[27]对比研究了不同压榨方式对紫苏油酸价和不饱和酸含量的影响,结果表明冷压榨下紫苏油中不饱和脂肪酸显著高于热榨紫苏油。

2 紫苏的利用价值

2.1 紫苏的油用价值

紫苏籽的含油量较高,出油率可达到40%—50%,其中α-亚麻酸含量高达50%—70%[5],是目前发现的天然植物中含量最高的。α-亚麻酸属于ω-3脂肪酸,人体不能自我合成,必须从食物中获取,是人体必需脂肪酸,被称为植物界中的“脑黄金”。我国目前主要食用油中的α-亚麻酸含量普遍偏低,其中菜籽油仅10%左右。欧美等国居民饮食结构中的ω-3脂肪酸的摄取来源主要是深海鱼油,而我国深海鱼油资源贫乏,加上价格昂贵,因此居民普遍存在ω-3脂肪酸摄取不足的问题[28]。于修烛等[29]等研究发现α-亚麻酸在体内通过代谢可生成EPA和DHA，EPA是体内三烯前列腺素的前体,DHA是大脑、视网膜等神经系统膜磷脂主要成分,它不仅能提高神经系统功能,对学习记忆和行为活动也有促进作用。此外,α-亚麻酸还具有促进免疫、降低血脂、预防心脑血管疾病发生等多种功效。据报道,α-亚麻酸对癌细胞也具有治疗作用,有效的降低了结肠膜对肿瘤诱发物的敏感性[30],因此紫苏的油用价值主要体现在食用保健功能上。

2.2 紫苏的药用价值

据《本草纲目》记载,紫苏具有行气宽中、消痰利肺、和血、温中、止痛、定喘、安胎的功效,其叶、梗、苞、籽均可入药[21]。随着科技的进步,现代学者对紫苏的药用价值进行了更加深入和详细的研究。首先，紫苏具有抗菌、抗病毒的功效。郭群群等[31]发现紫苏叶挥发油对革兰阳性菌和革兰阴性菌均具有较强的抗菌作用；李国清等[32]发现紫苏茎叶提取物对常见菌也具有抑制作用。其次，紫苏具有止血的功效。刘浏报道[33]紫苏叶提取物能直接作用于血管,促进血小板血栓的形成,当血栓形成之后,能机械性堵塞伤口,从而达到止血的效果,缩短血凝时间和血浆复钙时间。第三，紫苏还具有抗氧化作用,其中起主要作用的活性成分为迷迭香酸。吕晓玲等[34]研究发现紫苏提取物迷迭香酸具有较强的还原力和抗氧化性,并对脱氧核糖氧化损伤有抑制作用,其抗氧化活性比抗坏血酸的还高。此外,紫苏还具有降血脂、抗过敏、镇静、镇痛、提高免疫力等多种功效。

2.3 紫苏的商业价值

紫苏不仅是居民生活中的保健食用油和医药工业重要的原材料,它在日用化工、食品生产、生物农药等方面也同样扮演着重要角色。紫苏具有特异香味,全株可蒸馏提炼活性物质,主要成分为挥发油,总含量约占植株的0.5%,分别含紫苏酮、紫苏烯、紫苏醛、苯丙醇、香薷酮和柠檬醛等成分,可在食用加工中作为防腐剂、甜味剂和香料等添加剂产品使用[35]。紫苏鲜嫩叶片的蛋白含量高达3.84%,类胡萝卜素含量为8mg/L,并富含人体需要的多种维生素和微量元素,营养价值高并兼具药用功效,作为蔬菜食用深受人们喜爱。以紫苏为原料,人们相继开发出了紫苏饼、紫苏饮料、紫苏口服胶囊等,并且开发出亚麻酸含量85%以上的紫苏保健油[5]。此外,紫苏花蕾繁密、花期较长、花蜜味香,适合蜜蜂采集花蜜。紫苏榨油后的油饼富含蛋白质和萜类物质,动物食用具有很高的营养价值,可作为家畜饲料[36]。紫苏全株味香,紫叶品种可作为道路绿化和庭院美化的植物。

3 紫苏在陕西的开发潜力

3.1 陕西气候优势

陕西位于105°29′—111°15′E、31°42′—39°35′N,南北长约880km,东西宽约490km,地跨北温带和亚热带,整体属大陆季风性气候。由于南北延伸很长,所跨纬度多,所以气候在南北之间差异较显著,在长城沿线以北为温带干旱半干旱气候,陕北其他地区和关中平原为暖温带半湿润气候,陕南盆地为北亚热带湿润气候,山地大部份为暖温带湿润气候[37]。温度的分布也受纬度的影响,表现为由南向北逐渐降低,北部地区年平均气温为7—12℃,南部地区年平均气温为14—16℃,年平均降水量576.9mm[38]。而紫苏主要分布在温带和热带地区,生长喜温喜湿,而陕西的气温和降水均能满足紫苏的生长,所以全省大部分地域都适合紫苏的种植。调查发现，在陕西北部榆林、南部安康、西部与甘肃交界处、东部与山西交界处均有农户零星种植。

3.2 陕西非耕地资源多

陕西耕地面积约480万hm2,仅占全省土地总面积的23.3%,陕西北部和中部以小麦、玉米轮播,陕南地方则为油菜和水稻轮播。近年来随着农产品效益的低下,种植主粮的平均收入约4500元/hm2,因此农民开始选择性地种植省工省力的作物,一年只种植小麦或水稻等一料作物。大量农村劳动力外出务工,许多耕地被闲置荒废,同时伴随着城镇化建设的开展,陕西耕地面积逐年下降。陕西省山地面积为741万hm2,占全省土地总面积的36%;林地面积为962.6万hm2,占总面积的46.8%;草地面积为317.9万hm2,占总面积的15.4%。加上陕西坡地较多、平地较少,很难实现大规模的机械化农业生产,所以非耕地资源远远超过耕地资源。这些非耕地面积基本都适宜紫苏的种植和生长,在不影响粮食作物生产的前提下,通过开发紫苏既能增加留守人员的收入,又能使土地功能得到充分利用。

3.3 紫苏种植与管理简便

相比市场上常见的玉米、油菜等杂交品种,紫苏为常规品种,农户可将当季收获的种子保存留作来年播种,不需要每年购买。播种时候不需要对土地进行深翻,只需开浅沟就行,完全可由农村的老人、妇女等留守人员完成。紫苏对土肥的需要较低,在较贫瘠的土地也能生长,施用农家肥即可满足需求,不需要在生长旺季购买化肥进行追肥。施肥过多反而容易造成植株疯长,在收获季节出现大面积倒伏,增加收获难度与成本。由于紫苏具有特殊香味和多种杀菌防腐的活性成分,因此本身具有很强的抗病虫能力,在陕西地区对大部分病虫害都具有防护能力。紫苏主要病情为锈病,由单孢锈菌属真菌侵害所致,一般在雨季发病较重,排水不良的低洼地和种植过密、通风透光较差的地块也较易发病,通过合理密植和做好排水可大量减轻发病率[39]。紫苏收获根据不同用途分为收叶、收梗、收籽,分别在7月、9月、10月进行,可以有效将收获时间分散开,解决了农村劳动力不足的问题。

3.4 紫苏种植效益分析

按照目前的市场价格,紫苏种子为16元/kg,平均产量约750kg/hm2,收入为1.2万元/hm2;紫苏叶为10元/kg,平均产量3000kg/hm2,收入为3万元/hm2;紫苏梗为1元/kg,平均产量7500kg/hm2,收入为7500元/hm2,所以农民获得的初级农产品总收入为4.95万元/hm2。如果将种子加工为紫苏油和紫苏胶囊,将紫苏叶加工为蔬菜和化工原料,紫苏的收益还要翻一番。对比种植玉米作物,种子收购价为1.6元/kg,平均产量9000kg/hm2,总收入只有1.44万元/hm2,而玉米秸秆还需要雇佣农机进行粉碎和深埋。玉米从播种到收获,平均农机费用约为4500元/hm2、化肥1500元/hm2、灌溉225元/hm2、种子费450元/hm2、农药费1050元/hm2,最终农民的收益只有4650元/hm2。而且陕西地处秦岭以北,在玉米收获季节经常遇到南方梅雨带北移,极大地增加了农民的收获困难。

3.5 紫苏观光创收一体化

陕西的经济发达地区主要集中在西安、宝鸡、渭南等大城市及周边地区,主要以第二、三产业为主,而从事农业生产的第一产业大部分位于经济欠发达地区,尤其在陕西南部的安康、汉中等地的偏僻山区,由于交通不便,存在大量的贫困人口,是陕西省重点扶贫地区,而紫苏的种植为这些贫困山区提供了一条增加收入的有效途径。紫苏适应环境能力强、易种植、成本低,房前屋后,山坡路边均能正常生长,加上具有特殊香味,既能美化乡村及庭院,又能作为经济作物有效提高农民收入。紫苏叶、茎、秆和根富含维生素与麦类蛋白、豆类蛋白,粗蛋白含量高达20%,是营养价值很高的饲料,可以大力开展养殖业。它的观光、油用、药用、花用、饲用等多种功能一体化,对促进陕西贫困地区农业生产,带动农民积极性具有重要意义。

4 紫苏的开发利用难点与解决策略

4.1 品种混乱,产量低,质量不稳定

无论在学术上还是生产上,紫苏属植物的资源利用都一直不很清晰。《中国药用植物志》最早对其进行了分类,认为白苏与紫苏为同一物种的不同变种[40]。20世纪末期国内科研工作者开始对紫苏属植物分类进行了详细研究。丁树利等[41]研究表明,紫苏和白苏应为两种不同的植物,而耳齿苏应与野生紫苏为同种植物;郭凤根[42]等对云南境内紫苏种的遗传变异进行研究,结果表明紫苏属植物可分为紫苏、回回苏、耳齿紫苏、野生紫苏和白苏5个变种,所以目前紫苏的分类学研究结果尚存在争议。农户收获时都是对当地栽培种或野生种进行混收,缺乏对单一品种的辨识能力,造成紫苏种植时品种混乱、管理单一、收获时期集中,从而产量和品质均达不到预期目的。为解决紫苏资源混乱问题,首先要从理论水平上解决。科研工作者对紫苏进行分类时既要参考传统外观形态观察方法,还要采用先进的实验室辅助手段,如同工酶蛋白分析、RAPD分子标记[43]、细胞学核型分析等,为紫苏属资源的开发利用提供科学依据。基层农技工作人员应提高自身的学习能力和宣传能力,帮助农户识别品种,介绍管理经验,让农户科技务农。

4.2 紫苏种子保存技术不成熟

紫苏籽含油量较高,不饱和脂肪酸含量远远高于其他油料作物,从而使种子活力不能长期维持在较高的水平。紫苏籽常温保存时,时间愈长，种子的萌发率愈低,经过高温处理后发芽率就更低,萌发率显著下降[36]。虽然低温保存可使紫苏种子维持10年以上的萌发活力,然而目前普通农户家庭尚不具备低温保存紫苏种子的条件和意识。随着紫苏资源的进一步开发利用,其种植面积将会逐渐扩大,而如何使农民对种植的种子放心,商家储存的优质种子已成为众人关注的问题。紫苏无论是种植还是生产,必须保证种子的质量,这就需要科研工作者对种子保存进行深入研究,从源头上为农民和商家解决难题。

4.3 尚无适宜陕西种植的紫苏栽培种

紫苏起源于亚洲,在我国已有2000多年的种植历史,但是作为小品种非主粮作物,将紫苏作为经济作物进行育种科学研究的国内科技人员较少,主要集中在四川、重庆、贵州等西南地区。目前已选育出多个适宜当地种植的优良紫苏品种,如“奇苏2号、奇苏3号、川紫1号”等。由于这些地域的气候与陕西差异较大,品种能否适应陕西种植还需要验证。陕西本地种植的紫苏多为野生种,产量和综合性状均低于审定品种，所以需要从全国各地收集栽培品种在陕西多点进行引种实验,设计不同密度和播期,从而筛选出适合陕西本地种植的紫苏栽培品种。对陕西已有的野生种,应采用传统育种手段,通过田间观察、拷种、计产、杂交等手段将其逐渐驯化,使之成为栽培品种。

4.4 机械化程度低,产业化规模小

目前紫苏在我国北方有传统的油用种植区,在南方有药用种植区,在主产地均有配套的科技指导人员和产品加工部门,保证紫苏从种到收可顺利完成。而在陕西,紫苏种植面积小且分散,农户种植多为自家榨油,少量为食用紫苏叶,基层没有具备专业知识的农技人员,省内也没有专门从事紫苏研究的科研人员,紫苏的开发利用缺乏理论指导。陕西适宜紫苏种植地域多为山地和坡地,播种和收割时机械化操作困难,若大面积承包种植,需要大量劳动力协作。此外,陕西缺乏紫苏榨油工厂和紫苏活性物质提炼部门,原材料不能就地加工,运送外地需要增加大量的运输费用。为解决这些问题,当地政府部门需要大力支持,既要增加特色油料作物的科研经费,培育陕西本土的紫苏科研和农技人员,又要鼓励商家兴办与紫苏开发利用配套的生产工厂,通过产品的精深加工,进一步提高紫苏的收益。

5 紫苏的开发展望

紫苏作为药食两用的特色油料作物,在保健用油、香料加工、药品原料、食品原料等方面展现出独有的特色[7],越来越受到人们的青睐。我国对紫苏的研究与开发越来越重视,多个省份的农业机构都已建立有专门的紫苏育种与科研部门,选育出多个适应大规模种植且综合性状良好的审定品种,对紫苏脂肪酸成分和叶片活性成分的研究也更加深入。同时,下游的产品开发也取得一定的成就,推出多个品牌的食用紫苏油,之后又开发出紫苏食品、紫苏饮料和紫苏化妆品等。为了满足人们日益增长的物质消费需求,紫苏的开发利用应更加多元化,加工生产紫苏精油、防腐剂、色素、调味剂等，研制止血、镇静、镇痛、抗肿瘤、安胎等中成药。近年来越来越多的紫苏产品出现在市面上,其发展前景十分乐观。然而,我国对紫苏的研究和选育工作起步较晚,尤其基础研究与国外差距较大,而紫苏的商业化运作也尚未成熟,因此紫苏开发既要抓科研,又要抓生产,更要抓市场,从而不断促进陕西紫苏产业发展。