天然植物“抗生素”牛至资源及繁育研究进展

刘 艳，黄红燕，李金荣，任风鸣

(1.重庆市药物种植研究所 重庆市中药良种选育与评价工程技术中心，重庆 南川 408435；2.西双版纳国家级自然保护区勐养管护所，云南 景洪 666106)

牛至(OriganumvulgareL.)是唇形科牛至属多年生草本植物，又名止痢草、小叶薄荷等，是一个广布种，原产于欧洲南部及地中海地区，在我国西北、华北、及长江流域以南地区都有分布[1]。牛至具有重要的经济价值，是一种重要的芳香植物，在西班牙、墨西哥和地中海地区的饮食中被作为佐料长期使用[2]，也是一种传统的中草药，可用于预防流感，治疗急性胃肠炎、腹痛、小儿食积腹胀等症[1,3]。牛至精油是从牛至中提取的具有强烈杀菌消炎作用的植物精油，对大量的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有抗菌作用，有挥发性芳香味，抗氧化作用明显，且不具有耐药性，牛至精油能明显提高动物的生产性能、抗病能力、提高动物机体免疫力，无毒副作用，是一种新型动物保健药物，是一种天然、环保、安全的理想抗生素替代品，已是世界范围内认可的天然饲料添加剂[4-7]。由于牛至精油的重要作用，目前对于牛至的研究多集中于牛至精油方面[8-11]。随着牛至需求量的增加，仅依靠野生资源已无法满足生产用量，因此牛至的人工种植就变得越来越重要，然而目前关于牛至种质资源及栽培繁殖方面的研究相对而言较少，本文主要对牛至的资源、繁育、栽培等方面的研究进展进行了系统总结，为牛至的后期研究及大规模种植提供理论参考。

1 牛至的分类及分布

1.1 分类学研究

牛至属约15～20种，主要分布于地中海至中亚，我国仅产牛至一种。牛至在世界范围分布广泛，是一个多型种，形态变异幅度大。Ietswaart通过对牛至属的分类学研究，建立了牛至属较完善的分类系统[12]，其中他将牛至划分成6个亚种：ssp.hirtum(Link) Ietswaart，ssp.vulgareL.，ssp.virens(Hoffmannsegg et Link) Ietswaart，ssp.viride(Boissier) Hayek，ssp.gracile(Kock) Ietswaart和ssp.glandulosum(Desfontaines) Ietswaart。Azizi利用AFLP和SAMPL分子标记对牛至的种下类群进行了遗传多样性及亚种界定研究，研究结果表明两种分子标记方法均适用于牛至的种下类群研究，SAMPL比AFLP的区别效率高，并且分子研究结果也印证了Ietswaart基于形态学研究的分类系统[13]。但由于分类学知识普及的局限性加之牛至形态变异大，普通人群很难准确区分牛至种下类群，目前地中海地区市场上大部分商业用牛至精油的原材料多采自野外，并未严格区分是何亚种[13]。

牛至亚种检索表(引自Ietswaart[12])

Key to subspecies ofOriganumvulgareL. (Cited from Ietswaart[12])

1.叶片和花萼通常具有明显的点状腺体；苞片长1.5～6 mm，宽1～3 mm。

2.茎轻微有毛或光滑；叶有点状腺体，淡绿色，光滑或轻微有毛；枝条纤细

O.vulgaressp.gracile

2.茎通常多毛；叶有浓密的点状腺体，通常不呈淡绿色，通常多毛或有毛；枝条不纤细。

3.苞片通常比花萼短，光滑或边缘轻微有毛，有明显的点状腺体；花序通常较宽

O.vulgaressp.glandulosum

3.苞片通常与花萼等长或有时比花萼稍长，多毛或有毛，多少具点状腺体；花序通常紧凑

O.vulgaressp.hirtum

1.叶片和花萼通常具有不明显的点状腺体；苞片长2～11 mm，宽1～7 mm。

4.苞片通常(部分)紫色；花粉红色

O.vulgaressp.vulgare

4.苞片通常(发黄的)绿色；花通常白色。

5.苞片长3.5～11 mm，宽2～7 mm，无毛或光滑，黄绿色；花序通常紧凑

O.vulgaressp.virens

5.苞片长2～8 mm，宽1～4 mm，常被密毛，通常绿色；花序通常疏松

O.vulgaressp.viride

除此之外，其他方面的分类学研究报道相对较少，Fazal对多种药用植物的孢粉学研究结果表明牛至的花粉为长圆形，表面具有条状的纹饰[14]。另外在牛至药材性状研究方面，宫海燕等研究了新疆牛至植株不同部位的药材性状及粉末的显微特征，并绘制出粉末图，为推广这一药物资源提供了鉴定依据[15]。

1.2 地理分布及生态习性

牛至是一个变异广泛的广布种，从亚速尔群岛、马德拉、加纳利群岛、欧洲地中海地区一直到亚洲西部、中部、东部都有分布(图1)，北美地区亦有引入，从海平面到海拔4 000 m均可生长，喜钙质土壤，花期5～10月，果期10～12月，我国野生牛至在四川、重庆、陕西、甘肃、云南、贵州、湖北、湖南、江苏、浙江、安徽、江西、河南、新疆、西藏、福建及台湾等地均有分布(图2)，生于路旁、山坡、林下及草地[1,12]。根据Ietswaart[12]的分类系统，就牛至的6个亚种而言，他们的分布区域及生态习性也各不相同，我们也对此进行了梳理，详见表1，并且由此结果可见我国产牛至包括O.vulgaressp.vulgare和O.vulgaressp.viride两个亚种，但目前有关国内牛至资源、栽培、精油含量及品质研究等的文献报道中尚未见有明确亚种的说法，在今后的相关研究及生产应用中应注意区分不同亚种，并进行优良种质资源的筛选培育。

图1 牛至世界分布区示意图(根据Ietswaart[12]绘制，a：ssp. vulgare，b：ssp. glandulosum，c：ssp. gracile，d：ssp. hirtum，e：ssp. virens，f(a)：主要是ssp. viride，偶有ssp. vulgare)Fig. 1 World distribution of O. vulgare L.(Draw based on Ietswaart[12], a：ssp. vulgare, b：ssp. glandulosum, c：ssp. gracile, d：ssp. hirtum, e：ssp. virens, f(a): mainly ssp. viride, occasionally ssp. vulgare)

2 种质资源

2.1 形态差异

我国各地产牛至的表型差异较大，新疆所产牛至叶较大，花序密集，小苞片倒卵形至近卵形；甘肃产牛至小苞片极宽大，果期小苞片近于圆形，深红色；福建产牛至花萼近于无毛，湖南部分标本花序明显呈角柱形；台湾所产牛至常有雌花两性花异株现象[1]。除植物志的形态差异描述外目前针对国内牛至种质资源形态差异方面的研究报道还比较少，在今后的研究中应多加强形态方面的比较研究，同时也要利用分子生物学方面的先进技术开展牛至种质资源遗传多样性等方面的研究，弄清不同形态类型牛至种质资源的遗传背景。

2.2 精油含量差异

目前对牛至种质资源方面的研究主要集中于不同种质资源牛至的精油含量、品质差异方面。世界各地不同产地牛至精油含量参差不齐，多位学者对不同产地牛至的精油含量、品质做了大量研究，发现牛至精油含量从0.03%到8%不等[8-11,13]。刘红兵等对我国不同产地牛至中麝香草酚和香荆芥酚含量的分析表明，湖北、湖南岳阳、江西九江和安徽、云南部分产地的牛至香荆芥酚含量较高，浙江丽水、江西九江和湖北部分地区的牛至麝香草酚含量高，综合来看湖北、湖南岳阳、江西九江、浙江丽水等地牛至中香荆芥酚与麝香草酚总量较高，品质较好；同时发现牛至的品质与海拔高度有一定关系，海拔较低的牛至中香荆芥酚与麝香草酚的含量相对较高[16]。Gong对中国和巴基斯坦6个牛至产区(新疆和田昆仑山区、河南商丘、新疆和田、安徽、新疆伊犁、巴基斯坦)的牛至精油含量及化学成分进行了研究分析，结果表明这些产区的牛至精油含量在0.1%～0.7%之间[8]。Lukas对欧洲17个国家的51个种群的牛至精油含量及化学成分变化进行了分析，研究结果表明牛至精油含量及化学成分组成差异较大，精油含量在0.03%～4.6%间变化[9]。Mastro对意大利南部不同产地的牛至精油含量进行了比较，结果显示牛至精油含量为0.96%～5.10%[10]。Morshedloo对生长于相似土壤和气候条件下伊朗不同居群的牛至精油进行了GC-MS分析，发现其精油成分差异较大，共鉴定出42种成分，其中香芹酚(0.3%～46.8%)、乙酸芳樟酯(0.2%～44.3%)、(Z)-α-双酚丁烯(0.0%～40.3%)、(E)-β-石竹烯(0.0%～24.0%)和石竹烯氧化物(0.1%～21.3%)被确定为精油的主要成分[11]。

图2 牛至在中国的分布地点示意图Fig. 2 Distribution of O. vulgare L. in China

3 繁育技术

3.1 传统繁殖方法

目前国内牛至在生产上常采用的繁殖方法有播种繁殖、幼苗直接栽种、分株繁殖及扦插繁殖。播种繁殖牛至由于种子细小导致发芽率低，要土壤平整细碎才容易出土；分株繁殖要在早春或晚秋采挖老株，选择粗壮带2～3芽的根剪开种植[17]。谢党恩和永雪薇对新疆牛至的人工引种繁殖方法进行了研究，采用野生牛至种子、幼苗为材料，在实验地用直接播种、栽种、扦插等8种方法研究其萌芽成活生长情况，发现沙盘扦插法，直接引栽法和户外播种覆盖法均有较好的成活率，其中户外播种覆盖法最方便、经济[18]。张红瑞等进行了牛至的扦插繁殖研究，发现用茎中部作插穗，以NAA 100 mg/L浓度处理4 h牛至插穗效果较好，成活率能达到95%[19]。

表1 牛至亚种分布及生态习性

3.2 组培快繁

植物组织培养技术已被广泛应用于植物的快速繁殖、品种改良、基因工程育种、种质资源保存、次生代谢产物生产等方面，产生了巨大的经济效益和社会效益[20]。牛至的组培快繁方面也有少量研究，基本培养基MS适用于牛至，以茎尖为外植体时, 最适宜的增殖培养基为MS+BA 2.0 mg/L+IBA 0.02 mg/L , 增殖倍数最高可达5.54，而茎段的增殖倍数为2.83，牛至在不含激素的1/2 MS、MS培养基上生根率可达96%～100%, 但根较细, 侧根少, 移栽不易成活, 加入激素后生根数量增多, 侧根数量明显增加, NAA, IBA和IAA均可提高生根数量, 浓度以0.5～1.0 mg/L较好，牛至的根形成后易老化、褐化，在炼苗移栽时应注意选择适宜的时间，不宜太晚，成活率可达90%以上[17,21]。林泋君研究了牛至的组培快繁技术，利用野生牛至2年生茎段，经过MS+6-BA 0.3 mg/L+NAA 0.05 mg/L培养基启动培养后，用MS+6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L培养基进行增殖培养，MS+NAA 0.3 mg/L进行生根培养，炼苗移栽30 d后成活率可达95%[22]。这些研究是利用牛至茎尖、茎段作为外植体进行的组培快繁方面的成功探索，牛至植株种子产量较高，利用种子进行组培快繁具有比茎段更高的成苗效率，在今后的研究中可以多进行这方面的试验探索，技术成熟后可在生产中推广应用。

4 栽培技术

牛至在西餐中常作香料使用，因此在欧洲人工驯化栽培历史悠久，在生产中已形成较多的栽培品种[13]。而牛至在我国是一味传统中药，历史上需求量并不大，主要由野生资源供给，近年来由于牛至饲料添加剂的大量应用，才开始引种栽培和繁育，对牛至栽培方面的研究较少，种植技术水平和生产模式还相对落后，尚未见有栽培品种的报道，目前生产中主要通过野外收集种子或采挖野生牛至作种[18]。沙红通过研究发现牛至比较耐寒，对土壤要求不严，环境适应性强，以土层深厚、土壤肥沃、排灌方便的土壤或砂壤易获高产，一般在10月采收，剪取离地5～10 cm以上的茎叶，40～50℃干燥备用[17]。蒲继延等研究了牛至的种植技术，并发现牛至现蕾期到初花期牛至精油的含量最高，用作提取加工的牛至草此时就可以收割[23]。

5 讨论与展望

5.1 加强牛至形态学研究，注意区分牛至亚种

根据Ietswaart[12]的分类系统，牛至包含6个亚种，但由于形态分类知识的欠缺，目前在牛至的大多数研究及产业发展中并没有严格区分亚种，因此在今后应加强牛至形态特征方面的研究，在分类上注意区分不同亚种，这将有助于不同亚种优良种质的筛选研究。就Ietswaart[12]中牛至的分布区域来看，我国有O.vulgaressp.vulgare和O.vulgaressp.viride两个亚种，从目前我们从云南地区采集的野生牛至样品来看，已发现有苞片紫色、花粉红色和苞片黄绿色、花白色两种不同类型，这也印证了Ietswaart[12]的研究结果。牛至形态变异复杂，目前国内针对牛至不同地区不同生长环境下变异类型的研究报道还比较欠缺，因此在后续研究中也要多关注牛至的形态学变异特征。我国具有丰富多样的生态环境，牛至在我国的表型也表现出非常大的差异，除O.vulgaressp.vulgare和O.vulgaressp.viride之外我国是不是有其他牛至亚种的存在，应是今后牛至资源学研究中一个需要特别关注的问题。

5.2 挖掘优良种质，推动优良品种选育

由于牛至在西餐中的重要地位及牛至精油作为天然“抗生素”的重要作用，欧洲地区关于牛至种质资源方面的研究较多，而在国内则起步较晚、相对较少，这些研究多是基于牛至精油含量及品质方面的。牛至在我国虽分布广泛，但野生资源量较少，近年来随着需求量的增加，野生资源也因被无序采挖而破坏严重[19]。目前国内牛至精油生产仍主要依赖野生资源供给，远远不能满足规模化生产的需求，大量的国产化难以实现，由此可见牛至产业的发展首先要解决资源匮乏、供应不足的瓶颈问题。因此在今后的研究中应多开展牛至优良种质资源的筛选评价及挖掘利用方面的研究，除了进行精油含量、质量方面的研究之外，也要利用分子生物学方面的先进技术对牛至种质资源遗传多样性等开展深入研究，为牛至优良种质的挖掘提供科学依据，从而推动优良品种的选育及推广利用。

5.3 开展牛至繁育技术研究及优质高产栽培，扩大资源量，满足市场需求

国内牛至人工栽培起步晚，对于栽培方面的基础研究还相当薄弱，栽培技术比较落后，无法满足大规模人工种植的需求。目前国内牛至生产用种质混乱，缺乏统一纯化的良种，栽培品种退化严重[21]，这些因素致使牛至人工种植规模小，产量不稳定，质量参差不齐，加工提取成本高、经济性差，限制了牛至生产发展和种植效益的提高。因此在今后应重点开展牛至栽培用优良品种的培育、配套规范化种植技术等方面的研究工作，培育出精油含量高、品质好的优良栽培品种，并加以示范推广应用，以供应大规模人工种植牛至的需要，同时也要大量开展繁育技术及优质高产栽培技术方面的研究，大量繁育优质种苗，优化栽培技术，扩大人工种植规模，以解决市场供应问题，满足实际生产应用中的需求，助推牛至产业的可持续发展。