川产道地药材暗紫贝母生态因子的动态监测研究

方清茂 王洪苏 吴 萍 罗 冰 胡 平 胡 鹃 王晓蓉

(1 四川省中医药科学院四川省道地药材系统开发工程技术研究中心,成都,610041; 2 四川松赞雪贝生物科技有限公司,茂县,623301; 3 康定恩威高原药材野生抚育基地有限责任公司,康定,626002)

川贝母是最具代表性的川产道地珍稀濒危药材之一[1-2],同时又是被列入《野生药材资源保护管理条例》的29种国家重点保护(三级保护)植物药材之一[3],具有清热润肺、化痰止咳、散结消痈之功效[4]。“松贝”是优质商品规格的川贝母,而暗紫贝母FritillariaunibracteataHsiao et K.C.Hsia是“松贝”的主要来源[5]。

随着现代医学的不断发展,对中药材的需求越来越大。川贝母饮片及相关制剂、药品临床应用广泛,目前,川贝母药材市场年需求量超过60万公斤,由于川贝母商品药材大部分来自于野生资源,且野生川贝母的年产量不足10万公斤,导致货源短缺,市场价格不断攀升,每公斤优质的“松贝”价格已超4 000元。川贝母具有独特的润肺、保护肺功能的功效,随着全球气候变化以及新冠疫情的影响,冬季雾霾的加重,川贝母的需求量必将进一步增加。川贝母资源短缺已成为制约我国中成药产业发展的一个瓶颈。因此,发展川贝母的栽培与提升药材的质量具有十分重要的意义。

生态因子是影响中药材品质的关键因素[6-12]。溯源监测站针对中药材生长情况及种植环境进行监测,可实时动态测定产地的环境生态因子,如土壤温度、湿度、空气温度、湿度、光照、气压,利用通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service,GPRS)网络进行数据的远程无线传输,通过平台网站实时获得产地的生态因子动态数据,从而开展中药材的野生与人工环境生态因子的动态变化研究[13]。

目前,川贝母药材主要来源于野生,在四川省青藏高原地区与凉山州有小面积栽培。当前栽培川贝母的方法主要有大田栽培、大棚栽培以及大棚育苗3种模式,而海拔和栽培方式对川贝母的药材形态与品质都有显著影响,栽培川贝母的形态发生了显著的变异[14]。气候与环境是影响药材品质与形状的主要因素之一[2,15-19]。迄今为止,未见中药材川贝母生态因子动态监测的报道。因此,本研究通过在不同海拔、大田与大棚安装中药材溯源设备,对暗紫贝母产地的生态因子进行动态监测,比较不同生态环境、不同栽培条件下生态因子的差异,以期为川贝母的生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 仪器 本研究使用的设备为中药溯源监测设备(成都众意达医信科技有限公司,型号:ZYD10),依托平台为中国中药协会的中药材溯源平台(hhtp://www.zysypt.cn/gis/overview)。

1.2 方法

1.2.1 监测点设置 2020—2021年在大田栽培环境下,不同海拔高度设置了监测点;在相同或相近的海拔高度不同栽培环境条件下设置了监测点。其中,松潘县水晶乡和茂县松坪沟均为四川松赞雪贝生物科技有限公司的生产基地。

1.2.2 数据获取 野生溯源监测设备每隔1 h定期动态收集暗紫贝母产地的生态因子数据(土壤温度、湿度、空气温度、湿度、光照、气压),监测设备通过GPRS芯片与服务器建立网络连接,利用GPRS网络进行数据的远程无线传输,基于LabWindows/CVI和SQL Toolkit开发了上位机界面,上位机界面可以登录监测系统,开启服务器功能,接收环境因子数据并进行显示和保存,并将溯源监测设备通过GPRS方式将数据上传到云平台。用户通过平台网站实时获得产地的生态因子动态数据(土壤温湿度、空气温湿度、光照、气压),并获得生态因子动态数据图。

1.2.3 分析方法 选择生长最快物候期的生态因子进行分析。暗紫贝母生于海拔2 700 m以上的高海拔地区,物候期较晚。动态监测表明,低海拔2 700 m与大棚内栽培的暗紫贝母,4月下旬开始出苗,高海拔地区5月上旬才出苗,一般在五月下旬到六月下旬生长最快,并开花结果。因此,对暗紫贝母5月下旬到6月下旬的动态生态因子进行了观察。

2 结果

5月27日至6月23日动态生态因子进行动态监测结果。见表1。

表1 红原、松潘、茂县4个溯源设备生态因子统计表

2.1 气压 本研究设立定的4个动态监测点海拔落差较大,松坪沟海拔最低,为2 750 m;松潘水晶乡海拔3 150 m;红原麦洼乡海拔最高为3 617 m。3个地方的气压数据较稳定,但存在较大差异,松坪沟为72.5 kPa,红原为65.5 kPa;说明随着海拔升高,气压逐渐降低,且变化显著。见表1、图1。

图1 茂县松坪沟贝母大田基地一日大气压力动态变化

2.2 光照 红原麦洼、松潘水晶与茂县松坪沟的野外与大田的光照强度高,日均光照最大值为39 086 Lux,日均光照平均值为17 258～25 645 Lux,以红原麦洼的光照累计量最大。见图2。大棚内的光照强度极低,日均光照最大值为5 456 Lux,日均光照平均值为3 825 Lux,仅为大田环境的1/4～1/6。见图3。

图2 红原麦洼野生环境光照动态变化图注:图中显示数字为实时光照强度值

光照的动态数据可反映天气的变化情况,如松坪沟6月5日、12日、20日为阴天,光照强度显著低于晴天。见图4。而红原则只有6月1日有1个阴天。松潘只有5月30日有1个阴天。

图4 松坪沟基地大田光照动态变化图注:图中显示数字为实时光照强度值

光照能反映1 d内的气候变化情况。大田与野外都是中午12点到下午17点的光照较强,而晚上20点到次日早上5点之间光照极低或者为0。见图5。

图5 松潘基地大棚内光照一日动态变化图注:图中显示数字为实时光照强度值

2.3 气温 不同产地野外与大田的平均气温差异不显著。见表1。但红原的昼夜温差较大(最高、最低分别为19.07 ℃,6.40 ℃),松坪沟的昼夜温差较小(最高、最低分别为19.74 ℃,9.53 ℃)。

松潘大棚内的平均气温16.17 ℃,显著高于大田平均气温13.54 ℃,大棚内的最高气温也显著高于大田与野生环境,6月23日松潘大棚内的气温高达27.7 ℃。见图6。

图6 松潘基地大棚内气温动态变化图

2.4 土壤温度 茂县松坪沟的土壤平均温度高于松潘的大田与大棚的土壤平均温度。见表1。

2.5 空气湿度 如表1所示,茂县松坪沟的空气湿度最大。见图7;而红原的空气湿度较小。

图7 茂县松坪沟大田空气湿度动态变化图

2.6 土壤湿度 红原麦洼的土壤湿度(69.54%)显著高于松潘与茂县的监测点。

相较于5月份,随着雨季到来,6月上旬的土壤湿度平均增加了11%以上,且十分稳定。见图8。

图8 红原野生环境土壤湿度动态变化图

2.7 光照与土壤温度、土壤湿度之间的相关性 光照强,温度高,土壤湿度小;光照少、温度低,土壤湿度较大。气温与空气湿度之间存在明显的反比例分析。见图9。

图9 红原野生环境空气温度与湿度动态变化

3 讨论

暗紫贝母是典型的川产道地药材,分布区域狭窄,生态环境特殊,药材具有典型的“怀中抱月”形态特征。暗紫贝母适宜生长区为我国高海拔地区,主要是青藏高原东南缘的四川省西北部及青海省南部、甘肃省西南部。在青藏高原其他地区均无分布,如四川省甘孜州、西藏自治区、云南省等。分布区域属大陆高原性气候,四季气温无明显差别,冬季严寒漫长,夏季凉寒湿润,年平均气温0.8～4.3 ℃。暗紫贝母在四川省主要分布于若尔盖高原和川西高山峡谷东段,海拔3 200～4 500 m的草甸和灌丛中,以若尔盖高原区所产质量为优[20]。根据暗紫贝母的适宜生长产地与栽培生产场地,本研究区域包括四川省阿坝藏族自治州的红原县、茂县、松潘县等地。

3.1 溯源监测设备可实时监测暗紫贝母准确的生态因子数据。这些数据能够准确反映贝母不同生长与栽培的环境下生态因子的动态变化,对贝母及其他中药材的生产具有一定的指导意义。

3.2 暗紫贝母生于海拔3 200～4 300 m的土壤腐殖质多、疏松的高山灌丛或草甸[2]。研究表明,海拔是影响贝母生长的主要因素,随着海拔的升高,相关生态因子均发生了变化,如气压降低、光照增强、空气湿度减小、土壤温度降低。见表1。

3.3 栽培暗紫贝母的药材形态与野生药材相比,发生了很大的变化,大棚内暗紫药材形态变为不规则细长柱状[14],大棚对贝母生态因子的影响十分显著。暗紫贝母生于阳光充足的高山灌丛[2],光照是影响暗紫贝母生长最关键的生态因子,吸收强光是贝母获得能量的主要营养方式。大棚内光照度显著低于大田与野外环境,说明大棚设施栽培对贝母的生态因子光照造成了较大改变。气温是影响贝母生长的关键生态因子,暗紫贝母喜低温,温度高于30 ℃就会停止生长[2,15]。提示大棚对贝母的生态因子气温有显著的影响。这些生态因子的变化可能与大棚内栽培药材形态及品质发生变化之间存在很大的相关性。上面3个绿色概念相同,相同则统一为一个说法。

3.4 道地药材必须在道地产区人工栽培与野生抚育。四川省阿坝州红原县海拔高,是暗紫贝母的道地产区[21-22],野生松贝的产量仍然比较大。高海拔的野生环境的生态因子优于人工栽培的条件,如伴生植被好,土壤湿度大于大田与大棚,更有利于暗紫贝母的生长。低海拔地区引种栽培暗紫贝母时,由于生态因子的改变,也可能是引起药材品质改变的因素。

3.5 本研究考察了暗紫贝母关键生长时期1个多月的生态因子的动态变化情况,尚不能完全反映暗紫贝母全生长周期(5年以上)的情况,应继续进行长期的动态监测,以获得暗紫贝母5年以上全生长周期的适宜生态因子,推动贝母栽培的科学化进程。

利益冲突声明:无。