羌活屬植物在不同海拔引種的生態適宜性研究

蔣舜媛　周燕　孫輝　周毅　萬凌云　張艷俠　王建

[摘要]采用人工引種栽培方式研究不同海拔梯度下羌活與寬葉羌活的生長狀況、地下生物量和有效成分含量的變化規律，篩選羌活屬植物的最佳種植區域。結果表明：①從栽培植株成活率和生物量等指標來看，羌活的生態適應范圍是2 600～4 100 m；寬葉羌活生態適應海拔高度是1 700～3 600 m。②從藥用部位有效成分含量與總量來看，羌活有效成分含量與總量較高的海拔范圍是2 600～3 600 m，而寬葉羌活有效成分含量與總量較高的海拔則是1 700～3 600 m。綜上所述，羌活生態和品質亞最適宜范圍為2 600～3 600 m；寬葉羌活對應區域較寬，為1 700～3 600 m。該結果將為羌活屬植株的野生馴化與人工栽培提供科學依據。

[關鍵詞]羌活； 寬葉羌活； 生態適宜性； 人工栽培； HPLCDADESIMS

[Abstract]A comprehensive field research had been focused on growing status， underground biomass and active constituents of Notopterygium incisum and N franchetii to evaluate the ecological suitability and appropriate cultivation zones by growing the two species seedlings along different elevation gradient The results showed that compared to the survival rate and underground biomass， the beneficial altitude region to N incisum was ranged from 2 600 m to 4 100 m， while N franchetii required a lower altitude which ranges from 1 700 m to 3 600 m For the active constituent contents， the values were higher in the range of 2 600 to 3 600 m for N incisum， but for N franchetii， the range was form 1 700 to 3 600 m This result provides instructional guidance and scientific basis for artificial cultivation of N incisum and N franchetii

[Key words]Notopterygium incisum； N franchetii； ecological suitability； artificial cultivation； HPLCDADESIMS

我國藥典收錄的羌活藥材Notopterygii Rhizoma et Radix的基原植物為傘形科羌活屬中國特有和瀕危植物羌活Notopterygium incisum Ting ex H T Chang和寬葉羌活N franchetii Boiss[1]。羌活為中藥和藏、羌等民族醫藥大宗藥材，在我國有數千年的用藥歷，傳統上以其柱狀根莖及根入藥[2]。羌活藥材性溫，味辛、苦，氣濃郁，具有解表散寒、祛風除濕，止痛之功效，主治風寒感冒，頭痛強項，風濕痹痛，肩背酸痛[34]。現代藥理研究表明對心腦血管疾病也有確切療效[5]。周毅等[6]調研發現，因羌活適生與高寒獨特的生境，分布區狹窄，種群更新緩慢，致野生資源蘊藏有限，近30年來生境人為嚴重破壞以及野生資源種群缺乏保護，使得羌活野生資源瀕危狀況日益嚴重[7]。鑒于野生環境中羌活生長周期長以及野生資源日益枯竭的現狀[89]，通過適當的技術在適于的環境人工引種實現羌活藥材的規模化栽培，是滿足市場對羌活藥材不斷增長的需求、保護野生資源種群、實現相關資源與產業可持續發展的重要途徑。

目前，羌活人工繁育技術（種子繁育與組培快繁）已經取得突破[10]并進行了中試，人工規模化種植的示范和推廣基地建設也在進行；寬葉羌活人工種植也已經展開。本文在不同海拔進行羌活和寬葉羌活引種人工栽培，開展了引種2種羌活在不同海拔的引種表現及生物量和化學成分對比分析，為篩選羌活適宜的種植區和開展規范化栽培生產的區劃提供科學依據。

1材料

11實驗地概況

海拔梯度適應性野外實驗位于青藏高原東緣四川省阿壩藏族羌族自治州小金縣夢筆山。夢筆山是大雪山與邛崍山系交界的北部地段，由數個海拔4 000 m以上的高峰組成，研究區域內海拔3 000～4 000 m為亞高山針葉林分布，為云杉Picea balfouriana人工林，開闊地帶間有紅樺Betula albosinen零星分布，灌層植物主要有懸鉤子Rubus corchorifolius、三顆針Berkeris sargentiana、高山櫟Quercus semecarpifoli、高山柳Salix spp等，草本層植物主要有鐵線蓮Ranunculaceae Clematis、老鸛草Geranium pylzowianum、蟹甲草Cacalia spp、草玉Anemone rivularis等零星分布；其上的高山樹線為云杉散生，杜鵑灌叢分布；高山灌叢草地主要是高山杜鵑Rhododendron delavayi千里香杜鵑R thymifolium灌叢呈叢狀分布。河谷兩側階地和海拔3 000 m以下為農區，種植青稞、馬鈴薯、白菜、萵苣等農作物。在海拔3 200 m及其以上的林下及灌叢草地有羌活野生種群零星分布，是羌活的原生分布區域之一。因為夢筆山的基礎海拔高，在盆地中部峨眉山設置了較低海拔實驗，以實驗較為完整的海拔梯度，峨眉山與夢筆山的緯度相近。

12實驗設置與采樣

本實驗在小金縣夢筆山設置了6個海拔梯度（A，B，C，D，E，F），在峨眉山地區設置了3個海拔梯度（G，H，I），各梯度的海拔、經緯度見表1。選取規格一致的二年生羌活種子苗移栽分別于2009年6月移栽到前述海拔梯度，于2011年觀察記錄各個樣地羌活植株的物候特征、生長狀況、存活率、生物量，并在10月底采集植株樣品，分析羌活藥材中的有效成分總量以及化學成分。

13儀器與試劑

ESJ210A電子天平（沈陽龍騰電子有限公司）；RE5205旋轉蒸發器（上海雅榮生化設備儀器有限公司）；高相液相色譜儀（美國Agilent1200，自動進樣器為Agilent 1260 Infinity，四元梯度泵Agilent 1200 Infinity）。

異歐前胡素對照品（中國食品藥品檢定研究院，批號 110827200407）；羌活醇對照品（成都孟德爾科技有限公司，批號 130429）； 紫花前胡苷對照品（CAS 495318）；反式阿魏酸紫花前胡苷對照品；甲醇、乙腈（Fisher，色譜純）、磷酸（Sigma，色譜純），其余試劑為分析純。

2方法

21生長動態調查

于2010年記錄每個樣地的出苗時間、倒苗時間。于2011年5月15日開始，在每個樣地選擇15株長勢相近的植株掛牌，分3組，每5株為1個重復。然后每隔15 d測定1次每株的株高。同時記錄最后的存苗數，統計其存苗率。

存苗率=存苗數/移栽總株數×100% （1）

22生物量測定

于2011年9月27日，每個樣地選挖5株，單株為1個重復，測定每株的地下部分鮮重及干重。

23羌活藥材的化學成分分析

于2011年9月27日，每個樣地選挖5株，單株為1個重復，帶回實驗室。采用HPLCDADESIMS法測定不同海拔梯度下羌活和寬葉羌活根莖的化學成分（紫花前胡苷、反式阿魏酸紫花前胡苷、異歐前胡素和羌活醇）[11]。

3結果與討論

31不同海拔高度羌活與寬葉羌活的生長狀況

311不同海拔高度羌活與寬葉羌活移栽植物的存活率羌活與寬葉羌活植株不同海拔下引種成活率見圖1，2。羌活在海拔1 750，1 297，920 m處存活率均為0，表明羌活難以在1 750 m及以下海拔存活。隨著海拔梯度的上升，羌活存活率隨之升高，到海拔3 265 m后逐漸下降，羌活存活率較高的海拔范圍在3 263～3 616 m。對于寬葉羌活，在低于1 750 m的海拔也能夠成活部分植株。其存活率隨海拔高度的上升而增加，同樣在海拔3 263 m達到最高。當海拔超過3 616 m以后，其存活率急劇降低，海拔4 123 m對應的植株存活率為18%。

3 263～3 616 m時，羌活的存活率較高于寬葉羌活的對應值。由此說明與寬葉羌活相比，羌活更加適應高海拔的生態環境，而寬葉羌活在低海拔生存能力較羌活高。

312不同海拔高度羌活與寬葉羌活植株在生長季節株高變化羌活與寬葉羌活植株在各個生長的海拔高度上，整個生長季均呈現3個時期，即迅速生長期、平穩生長期、黃枯期，見圖3，4。不同海拔梯度上，羌活3個生長時期開始和持續的時間有差異，海拔2 656 m出苗時間最早，海拔3 770，海拔4 123 m出苗時間最晚；當達到平穩生長期時，海拔2 960，3 263，3 616 m的株高高于30 cm，且低海拔株高高于高海拔的對應值。海拔3 770，4 123 m的羌活植株生長長勢較弱。對于羌活植株的黃枯期，海拔2 656 m羌活最早出現倒苗，7月底株高開始下降，8月底已完全枯萎；其他海拔梯度，8月中旬時羌活才開始出現倒苗，9月中旬才逐漸枯萎。

不同海拔梯度下寬葉羌活植株的生長勢態不一樣。其長勢旺盛的海拔有1 750，2 960，3 263 m，且隨著海拔的上升，迅速生長期植株生長速度變緩慢；當達到平穩生長期時，低海拔植株的株高高于高海拔的對應值；植株黃枯期時，低海拔植株出現黃枯的時間早于高海拔。寬葉羌活植株長勢較弱的海拔有920，1 297，4 123，3 770 m；長勢其次的海拔有2 656 m。

313不同海拔環境下羌活與寬葉羌活植株的地下部分生物量羌活藥用部位是地下部分的根和根莖，因此地下部分生物量是藥材生產的經濟指標之一。海拔梯度上羌活與寬葉羌活植株地下部位的鮮重和干重見表2。

對于羌活，隨著海拔的上升，其生物量呈現先升后降的變化規律。當海拔高于3 700 m時，羌活生物量下降，且海拔3 770，4 123 m對應的地下鮮重分別僅有074，125 g；其所對應的地下干重分別僅有029，052 g。羌活生物量積累速度最快的海拔是2 960 m，地下鮮重和干重分別為2221，824 g。其與海拔4 123，3 770，2 656 m的對應值差異達到顯著水平，但其與海拔3 263，3 616 m的地下鮮重和干重差異不顯著。

除海拔2 656 m外，寬葉羌活的生物量均隨海拔的上升呈現出先升后降的規律。生物量小的海拔有920，1 297，3 770，4 123 m；生物量積累量最大的是海拔3 263 m，其所對應的地下鮮重干重分別達到了5172，2186 g，且其與海拔1 750，2 960，3 616 m的生物量差異均達到顯著水平。

32不同海拔高度羌活與寬葉羌活藥用部位化學成分含量分析

紫花前胡苷、異歐前胡素和羌活醇等3種成分被認為是羌活藥材的有效成分的評價指標。不同海拔高度羌活和寬葉羌活藥用部位的主要化學成分動態變化見圖5，6。

對于羌活，其藥用部位的異歐前胡素含量最高，質量分數均值為475 mg·g-1；紫花前胡苷次之（187 mg·g-1）；羌活醇的最少，質量分數均值為175 mg·g-1。且這3種化學成分含量均隨著海拔的升高呈現先增加后減少的趨勢。異歐前胡素含量最高時對應的海拔高度為3 300 m，紫花前胡苷含量最高的海拔是3 000 m，而羌活醇對應的海拔是3 300 m。這與羌活最適生長的海拔高度（3 200 m）基本一致，即羌活生態和品質適宜海拔高度為2 600～3 500 m。

對于寬葉羌活，其藥用部位的紫花前胡苷含量最高，質量分數均值為2166 mg·g-1；羌活醇次之，為457 mg·g-1；異歐前胡素的含量最低，分別為184 mg·g-1。隨著海拔高度的上升，這3種化學成分含量均呈現先增加后減少的變化趨勢，且在海拔3 000 m時達到峰值。綜合考慮其植株生物量、產量和品質，寬葉羌活生態和品質適宜高度為1 700～3 600 m，寬于羌活的最佳生長和品質適宜高度。

33不同海拔高度羌活與寬葉羌活植株藥用部位的有效成分產量

羌活中有效成分總量（紫花前胡苷、異歐前胡素和羌活醇）的每克樣品總量及單株總量隨海拔變化趨勢相似。隨海拔的上升，均呈現先升后降的趨勢。海拔2 960，3 263 m的單株有效成分總量最高，其次為2 656，3 616 m，含量最低值在海拔3 770，4 123 m，見圖7。

對于寬葉羌活，其有效成分總量（紫花前胡苷、異歐前胡素和羌活醇）的每克樣品總量在海拔920～1 750 m迅速地上升，在海拔1 750～3 616 m呈平穩趨勢，而在海拔3 616～4 123 m又迅速地下降。從有效成分總量的單株總量來看，海拔2 656 m的每克樣品總量與海拔1 750，2 960，3 263，3 616 m的差異不大，但其的地下干重遠遠低于上述4個海拔的對應值，致使其單株總量下降，見圖8。

4結論

本文通過人工引種栽培方式研究不同海拔梯度下羌活與寬葉羌活的生長狀況、有效成分含量和化學成分含量的變化規律，篩選出羌活屬植物的最佳種植區域。

從羌活與寬葉羌活在不同海拔移栽后成活率、株高和生物量等指標來看，羌活在海拔梯度上的生態的適應范圍是2 600～4 100 m，其中最適應的海拔高度是3 200 m左右，低于2 600 m羌活植株人工栽培難以成活；寬葉羌活生態適應海拔高度是1 700～3 600 m，低于1 700 m或者高于3 600 m均有成活，但是經濟產量積累很低。由此看來，羌活與寬葉羌活在海拔高度上生態位盡管有重疊，但還有是分化的，寬葉羌活生態位更寬，能夠適應較低海拔的環境，而羌活似乎更加適應高海拔環境，對低海拔生境難以適應。

地下部位的化學成分分析來看，羌活屬植株的化學成分含量（紫花前胡苷、異歐前胡素和羌活醇）均隨著海拔的升高呈現先增加后減少的趨勢，且在海拔為3 000～3 300 m時達到峰值，由此說明羌活屬植株品質最佳生長區域為3 000～3 300 m。

從藥用部位有效成分含量與總量來看，羌活有效成分含量較高的海拔范圍是2 600～3 600 m，總量的趨勢與此相同；對于寬葉羌活，有效成分含量較高的范圍是1 700～3 600 m，總量趨勢與此相同。盡管海拔越低，土地資源更加充足好，人工成本更低，生產條件更好，但是生態適應指標與藥材質量需要進行綜合考慮，這從經濟與生態的角度提出了羌活和寬葉羌活人工栽培的最適范圍。

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[責任編輯呂冬梅]