西洋參種植與營(yíng)養(yǎng)及微生物作用關(guān)系的的研究進(jìn)展

張 華 ，于紅霞 ，邢 翔*，黃建軍 *

（1.山東大學(xué)（威海）海洋學(xué)院，山東威海264209；2.威海金頤陽(yáng)藥業(yè)有限公司，山東威海264400）

1 生長(zhǎng)環(huán)境

西洋參喜土壤容重小，適宜生長(zhǎng)的pH值為5.5～7.0；喜陰涼濕潤(rùn)，所以需搭建遮陰棚，目前有拱棚、復(fù)式棚栽培等，為西洋參的生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的小氣候，隨著生長(zhǎng)階段的變化，西洋參光照條件也要進(jìn)行調(diào)整[5～6]；西洋參各個(gè)階段所需的溫度不盡相同，一般在10～25℃之間，低溫會(huì)影響水分和礦物質(zhì)的吸收，高溫會(huì)加強(qiáng)蒸騰作用，影響西洋參的吸收和光合作用[7]。此外，還需要良好的通風(fēng)，保證CO2的供應(yīng)量。

2 面臨的問(wèn)題

2.1 連作障礙continuous cropping obstacle（CCO）

連作障礙是目前西洋參人工種植最主要的問(wèn)題，西洋參成藥周期一般為4年，一般采用的是 “2+2”模式，即在西洋參種植兩年后，移栽到另一塊田地繼續(xù)生長(zhǎng)2年。金慧等人的研究發(fā)現(xiàn)，栽過(guò)一茬的參地再栽植西洋參在第二年后存苗率降至30%以下，有大約70%的參地出現(xiàn)人參須根脫落、燒須等現(xiàn)象，各種病害的發(fā)病率也會(huì)升高。造成連作障礙的原因有以下幾點(diǎn)[8]：

2.1.1 微生物區(qū)系的改變

張冉通過(guò)氯仿熏蒸－容量分析法測(cè)定了土壤中微生物生物量碳(MBC），用T-RFLP技術(shù)測(cè)定新土中的細(xì)菌和真菌群落組成結(jié)構(gòu)與多樣性。說(shuō)明了其Shannon-Wiener多樣性指數(shù)發(fā)生了改變。余妙[9]等采用Illumina Miseq高通量測(cè)序測(cè)得西洋參根腐病株和健株在土壤微生物組成上具有顯著性差異，溶磷菌，解鉀菌，自生固氮菌的數(shù)量都有所下降[10～11]。例如立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)會(huì)引起立枯病，毀滅柱孢菌 (Cylindrocarpon destructans)會(huì)引起西洋參銹腐病，黑斑病（半知菌亞門鏈格孢屬真菌），西洋參疫病（鞭毛菌亞門疫霉菌屬疫霉菌），西洋參猝倒病（鞭毛菌亞門腐霉屬真菌），西洋參菌核病（子囊菌亞門核盤攻屬菌核菌）西洋參灰霉病（灰葡萄孢菌）等都是由有害微生物引起的[12～13]。

2.1.2 營(yíng)養(yǎng)元素的缺失

王韻秋等發(fā)現(xiàn)，老參地與新參地相比，土壤容重增大，而西洋參十一生活在土質(zhì)肥沃疏松，腐殖質(zhì)豐富的條件下，由于土壤空孔隙變小的條件下，降低了西洋參的抗病能力[14]。不同植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的種類數(shù)量的需求不同，長(zhǎng)期種植西洋參，會(huì)導(dǎo)致土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素不均衡進(jìn)而影響西洋參的生長(zhǎng)。孫賀研究了西洋參在不同的階段對(duì)于N、P、K的需求也不同。也有實(shí)驗(yàn)證明了氮素形態(tài)對(duì)西洋參黑斑病的影響[15]。

2.1.3 酸堿度變化

長(zhǎng)期種植西洋參的土地，會(huì)出現(xiàn)PH值下降的情況，而西洋參在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)土壤的PH值有一定的要求，傳統(tǒng)老參地的PH一般為4.5～5.5最佳[16]。

2.2 植物的化感自毒作用

植物化感作用是由德國(guó)科學(xué)家H.Molish在1937年首先提出的，后來(lái)由E.L.Rice進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，他認(rèn)為：“植物化感作用是指植物(含微生物)通過(guò)釋放化學(xué)物質(zhì)到環(huán)境中而產(chǎn)生的對(duì)其他植物(含微生物)直接或間接的有害作用。”后來(lái)發(fā)現(xiàn)化感作用的對(duì)象也有植物本身，稱為化感自毒作用。植物釋放的化學(xué)物質(zhì)會(huì)影響自身的生長(zhǎng)發(fā)育，可以通過(guò)破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、影響光合作用、干擾活性氧和激素的代謝等方面抑制植物生長(zhǎng)。近年來(lái)廣泛認(rèn)為化感自毒作用是西洋參連作障礙的關(guān)鍵因素之一[17]。

在移動(dòng)化和碎片化消費(fèi)漸成趨勢(shì)的當(dāng)下，新出現(xiàn)的移動(dòng)音頻資源為人們的教育、學(xué)習(xí)、求知、娛樂(lè)活動(dòng)帶來(lái)巨大的價(jià)值，作為承擔(dān)著作為文獻(xiàn)中心、知識(shí)中心、文化中心和情報(bào)中心職責(zé)的高校圖書館，更需要重視移動(dòng)音頻資源的開發(fā)與利用，在產(chǎn)業(yè)鏈上、中、下游中探索對(duì)移動(dòng)音頻內(nèi)容資源開發(fā)利用的應(yīng)對(duì)之道。

2.3 種植條件

野生西洋參為陰性植物，需要漫射光和散射光，直射光不利于生長(zhǎng)，所以一般生長(zhǎng)在森林中，且對(duì)于海拔有一定的要求。Qin Zhang等通過(guò)MaxEnt的準(zhǔn)確性評(píng)估，得到了各國(guó)種植西洋參的適宜地區(qū)，這些地區(qū)主要為山地，靠近海洋，海拔在700～2000米，如美國(guó)的阿巴拉契亞山脈和中國(guó)的長(zhǎng)白山，但隨著森林面積的減少，西洋參所適宜的生長(zhǎng)環(huán)境也逐漸減少[18]。人工種植西洋參也需要一定的條件，土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素要均衡，有害微生物不能過(guò)多，強(qiáng)光照射西洋參時(shí)，會(huì)破壞葉組織，葉片發(fā)脆，脫落，根部停止生長(zhǎng)，導(dǎo)致產(chǎn)量下降[13]。

3 解決方法

3.1 輪作

輪作（Crop rotation）是指在同一塊田地上，有順序地在季節(jié)或年間輪換種植不同植物的一種種植方式。輪作可防治病、蟲、草害，均衡土壤養(yǎng)分，調(diào)節(jié)土壤肥力。這種種植方式改善了西洋參的連作障礙[19]。但在生產(chǎn)中要輪作8～10年以上才能再次種植西洋參[20]。

3.2 改善微生物區(qū)系

發(fā)生連作障礙的一個(gè)關(guān)鍵的因素就是就是土壤中微生物區(qū)系的改變，主要是土壤中的某些有害微生物增加，可以通過(guò)添加拮抗菌來(lái)抑制土壤中的有害微生物，目前獲取拮抗菌有主要有兩種途徑：一是從植物中提取內(nèi)生真菌（Endophyte）。姜午春采用純培養(yǎng)方法從西洋參中提取了58株內(nèi)生真菌，其中有14株表現(xiàn)出對(duì)西洋參病原菌的拮抗性[21]。二是從土壤中分離的到，施建飛利用分離純化法從土壤中篩取了7株具有抗病能力的菌株[22]。也可以通過(guò)土壤滅菌的方式來(lái)清除有害微生物，再添加復(fù)合肥補(bǔ)充，或是運(yùn)用秸稈反應(yīng)堆技術(shù)，施加秸稈餅肥和功能微生物菌劑，平衡土壤中的各種養(yǎng)分，增加放線菌的量[23～24]。

3.2 補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)元素

由于西洋參連作會(huì)導(dǎo)致土壤中營(yíng)養(yǎng)成分不均衡，西洋參需要的營(yíng)養(yǎng)元素不足，因而導(dǎo)致西洋參生長(zhǎng)不良。可在土壤中添加N、P、K及其他微量元素（如Mg、Ca、S、B 等），改善參地的環(huán)境，促進(jìn)西洋參的生長(zhǎng)[25]。

3.3 發(fā)展立體種植等新型種植方式

由于目前可供西洋參種植的土地減少，且傳統(tǒng)的種植方式會(huì)有連作障礙等問(wèn)題，可以發(fā)展新型的種植模式來(lái)滿足西洋參的種植需求。立體栽培（SC）是通過(guò)設(shè)計(jì)栽培槽和使用培養(yǎng)基來(lái)人工改善作物生長(zhǎng)環(huán)境的模式。據(jù)報(bào)道，鐵皮石斛和草莓運(yùn)用SC都提高了產(chǎn)量。Liao,Peiran等人通過(guò)比較三七立體培養(yǎng)（SC）和田間栽培（FC），發(fā)現(xiàn)運(yùn)用SC是可行的。比較在自生苗圃（SSN），苗圃土壤（NS）和水培（HC）的條件下人參幼苗的生長(zhǎng)情況，發(fā)現(xiàn)可以用NS幼苗替代SSN幼苗[26]。

3.4 培養(yǎng)能夠產(chǎn)生有效成分的內(nèi)生菌

由于在共同進(jìn)化的過(guò)程中植物與內(nèi)生菌進(jìn)行相互間的基因交換，從而使內(nèi)生菌具有了產(chǎn)生某些與藥用植物相同或相似的化合物的能力，李俊瑩在健康的人參中提取出了Burkholderia sp.GE 17-7，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該真菌可轉(zhuǎn)化人參皂苷，經(jīng)色譜法測(cè)的，轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物為人參皂苷Rg3。目前已知藥用植物的內(nèi)生菌大都可以產(chǎn)生與植物有效成一致的產(chǎn)物，且培養(yǎng)內(nèi)生菌周期短，沒(méi)有傳統(tǒng)培養(yǎng)中的連作障礙[27]。

3.5 培養(yǎng)外植體

將植物進(jìn)行離體培養(yǎng)，經(jīng)脫分化形成愈傷組織，再定向誘導(dǎo)，得到所需的部位。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在MS培養(yǎng)基上更利于西洋參的不定根的誘導(dǎo)，當(dāng)吲哚乙酸(IBA)的濃度為2mg·L-1時(shí)，不定根的分布密度最大，誘導(dǎo)率可以達(dá)到 96%±3.5%；培養(yǎng)基中中的蔗糖到30 g·L-1時(shí)，誘導(dǎo)西洋參不定根的效果最好；培養(yǎng)基中在總氮量為 30mmol·L-1，NO3-/NH4+比 為 20：10，PO43-濃 度 為25.0mmol·L-1時(shí)，西洋參不定根誘導(dǎo)率最大[28]。

4 討論

目前對(duì)于西洋參的連作障礙普遍認(rèn)為土壤中微生物區(qū)系的改變是一個(gè)重要原因，在微生物的研究上主要集中在有害生物拮抗菌的研究，對(duì)于影響植物生存環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)成分的細(xì)菌如自生固氮菌，溶磷菌，解鉀菌研究較少。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，營(yíng)養(yǎng)元素的比例對(duì)西洋參病害的發(fā)生率是有影響的，不同的氮素形態(tài)對(duì)西洋參的作用也不同，對(duì)于西洋參，銨鹽形式作為氮源時(shí)比硝酸鹽形態(tài)作為氮源更容易導(dǎo)致黑斑病。而且土壤中的微生物是相互作用，共同調(diào)節(jié)西洋參的生長(zhǎng)，因此應(yīng)該更加全面的研究微生物區(qū)系的變化[15～16]。由張愛華的研究可以發(fā)現(xiàn)適當(dāng)微生物同時(shí)作用時(shí)比單個(gè)菌株對(duì)西洋參的作用更加明顯。因此，對(duì)于自生固氮菌，溶磷菌等有益微生物的研究時(shí)有必要的[12]。此外西洋參，人參，三七等都是根生藥用植物，可以引入根瘤菌等共生固氮菌。

通過(guò)培養(yǎng)內(nèi)生菌和外植體，可以得到某些所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，且生長(zhǎng)周期短，無(wú)人工種植時(shí)的連作障礙，利于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。但目前西洋參的一些成分的作用尚不明確，所以要更加深入的研究西洋參中成分的功能以及各種成分相互作用產(chǎn)生的藥理作用。

隨著西洋參的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，面臨的問(wèn)題也逐漸增多，最主要的就是擴(kuò)大規(guī)模，降低成本，提高產(chǎn)量，所以首要的就是解決西洋參種植的連作障礙，這對(duì)于促進(jìn)西洋參產(chǎn)業(yè)化具有很大的意義。