桑树多元化创新利用与桑树新兴产业化发展

2016-01-29李章宝黄仁志龙唐忠

中国蚕业 2016年4期

关键词：桑椹桑树桑叶

李章宝王明黄仁志龙唐忠

(湖南省蚕桑科学研究所，湖南长沙 410127)

桑树多元化创新利用与桑树新兴产业化发展

李章宝王明黄仁志龙唐忠

(湖南省蚕桑科学研究所，湖南长沙 410127)

综述了桑树的特性、营养成分及独特的功能因子，阐述了桑树在生态治理、饲料、食用及药用上的多元化开发利用，并从桑树新兴产业化的技术体系、多元化开发生产模式和经营发展模式方面，提出了桑树新兴产业化发展的建议。

桑树;多元化;创新;新兴产业化

桑树是我国古老的植物，桑叶用于养蚕在我国已有五千多年的悠久历史。种桑养蚕为我国贫困地区的农村脱贫致富和外贸出口创汇作出了巨大贡献。但随着我国农业现代化的建设和农业产业结构的优化调整，传统的“种桑—养蚕—缫丝”这种单一的生产模式已经不能适应现代产业化发展的要求。传统的蚕桑产业必须要创新产业发展思路，实施跨学科跨行业的产业转型升级，充分利用桑树特性、营养成分及功能因子，通过创新研究，实现桑树多元化的开发与利用，走生态桑、饲料桑、食药用桑等桑树新兴产业化发展之路。

1 桑树的特性与功能

1.1 桑树的适应性

桑树广泛分布于北纬50°至南纬30°的寒带、温带与热带地域［1］。能够抵抗－30℃的低温，也能够耐受40℃的高温，在土壤pH值4.5～9.0，年降水300 mm以上的地区，桑树均能正常生长［2－3］。在沙漠地带、石漠化地区、石灰岩山坡、开矿毁弃地和尾矿山上，桑树也能较好地生存，具有较强的耐旱、耐寒和耐盐性，适应性强。

1.2 桑树的再生性

桑树具有发达的根系，地下部分的生物量超过地上部分的生物量，分布范围也大于树冠投影面积［4］。桑树主要是收获桑叶和桑条，可年年剪伐，随纬度的降低，每年剪伐次数增多，且桑树枝干部分有较多的根原体，即使被流沙掩埋仍能发出新根，并长出新芽破土而出，具有较强的再生能力［5］。

1.3 桑树的保水性

桑树的蒸腾系数为274，远低于紫花苜蓿(831)等干旱地区的牧草，也低于杨树(368)等阔叶树种，水分蒸腾量少;而且，桑园土壤水分渗透速度、渗透系数(K，10℃)分别是空旷地的1.91倍和3.07倍［5］。在丘陵石灰岩山区，土层仅为20～50 cm厚的梯田里，4年生桑树地下部分占53.10%，根系可以分布到地下80 cm以下，与空旷区相比土壤容重减少14.88%，土壤总隙度提高17.92%，土壤含水量提高47.26%，土壤饱和含水量提高18.48%，具有较好的保水性能［4］。

1.4 桑叶的营养特性

桑叶营养成分(干物质)中粗蛋白含量为15%～30%，粗脂肪含量为4%～10%，粗纤维含量为8%～12%，无氮浸出物含量为30%～35%，粗灰分含量为8%～12%，钙(Ca)含量为1%～3%，磷(P)含量为0.3%～0.6%［6］。

桑叶中含有18种氨基酸，其中，动物必需和半必需的氨基酸占氨基酸总量的50%以上，尤其是在糖代谢和蛋白质代谢过程中起重要作用的几种氨基酸(如谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸等)含量高，可作为优良的畜禽饲料［7］。另外，桑叶中含有锌(Zn)、铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)、镁(Mg)、钾(K)、钠(Na)及维生素B1、维生素B2、维生素B5、微生物B11、维生素C、维生素E、烟酸、胡萝卜素、视黄醇等50多种微量元素和维生素。桑叶中还含有多种天然活性物质，如谷甾醇、异槲皮苷、黄体色素、叶黄素、紫云英素等，特别是含有迄今为止只有桑树这一种植物叶片中发现的1－脱氧野尻霉素(DNJ)，有明显的降血糖效果［8］。

桑叶营养成分丰富而均衡，且含有多种维生素、矿物质及特有的功能因子，具有广泛的食用性和药用性。

1.5 桑树的独特功能

桑树具有根系发达、生长快、吸附力强、耐伐、耐旱、耐瘠、耐盐、保土持水力强等特性，是净化空气，防风固沙，石漠化治理，矿山尾渣区治理，重金属污染耕地修复等生态治理的理想树种;而且，桑叶营养丰富而全面，含有独特的功能因子，除用于养蚕外，还可用于畜禽饲料和桑叶茶及中成药的开发，具有降血脂、降血糖、降血压、抗菌消炎、抗动脉粥样硬化、抗衰老、增强人体抵抗力等作用。

2 桑树的多元化创新利用

2.1 桑树在生态治理上的应用

2.1.1 桑树对重金属污染耕地的修复桑树对镉(Cd)、铅(Pb)、Zn、砷(As)等重金属具有一定的耐受性，其发达的根系在吸收土壤中营养成分的同时也在一定程度上促进了对土壤中重金属元素的吸收［10］。桑树吸收的重金属离子一部分通过输导组织的运输积累到茎干和叶片中，再通过桑园采叶和伐条被移除，达到原位去除土壤中重金属的目的，从而起到对重金属污染耕地的修复作用，是理想的重金属污染耕地的替代作物和治理作物［11］。研究表明，桑树对每1 m2耕作层土壤上Cu的迁移总量为12 116.1 mg，对Pb的迁移总量为749.8 mg，对Cd的迁移总量为 2 056.4 mg，对 Zn的迁移总量为254 532.8 mg，桑树对土壤中的4种重金属引起的耕地污染均有一定的修复作用［11］。桑树幼苗对Zn和Cd具有较强的吸收能力和耐受性，可以作为Zn和Cd污染土壤的修复植物使用［12］。桑树在Pb含量为734 mg/kg、Zn含量为1 194 mg/kg、As含量为53 mg/kg的污染土壤上能正常生长且外观没有表现出明显的受胁迫现象［13］。

另外，桑树对重金属的富集主要集中在根部，且家蚕对重金属也有一定的耐受力，因此，在轻度和中度重金属污染的区域开展种桑养蚕，不仅可以起到对污染耕地的修复作用，而且还可以获得良好的经济效益。研究表明，当土壤 Cd浓度处于 8.49～75.80 mg/kg时，桑树从土壤中吸收的Cd约有50%富集在根部，10%转移到桑叶中，耕作层土壤Cd含量年平均下降1.33 mg/kg［14］。无论用Cd污染土壤中生长收获的桑叶，还是用较高浓度Cd化合物溶液浸渍的桑叶(桑叶中Cd含量＜3.66 mg/kg)饲养家蚕，其生长发育与蚕茧质量均未受到明显的影响，家蚕通过桑叶食下的Cd主要以蚕沙的形式排出体外，留存在蚕体中的不到7%，且家蚕对Cd有较强的耐受力［15－16］。

2.1.2 桑树对大气污染的净化桑树生长迅速，生物量高，对氯气(Cl2)、二氧化硫(SO2)、氟化氢(HF)等有害气体都有较强的耐受性和吸收能力，对烟尘、粉尘也有阻挡和吸附作用，且具有固碳放氧、净化大气的功效，是理想的碳汇林树种。研究表明，桑林1年吸收固定二氧化碳(CO2)4 929 117 kg/ hm2，释放氧气(O2)3 628 814 kg/hm2;在SO2体积分数为0.79×10－6的条件下熏气6 h，每立方米桑林每天可以吸收20 mL SO2气体，且桑树在以Cl2、SO2为主的复合污染源的情况下，叶片不受损或损伤面积小于总面积的20%，生长发育正常［17］。另外，桑树还具有很好的滞尘作用，桑叶对大气中的粉尘的滞留量达539 g/m2，桑树也是部分绿化树种中吸氟量(每克干叶质量＞0.45 mg)最高和对大气Pb、Cd污染物吸收净化能力最强的树种，可以作为大气污染净化的优良植物品种加以利用［18－19］。

2.1.3 桑树对盐碱地的修复桑树对盐碱地具有较强的耐受性和修复作用，是当前改良盐碱地的重要生物措施之一。研究表明，桑树可以在pH值8.3～9.5范围内生长，种植桑树3年后，土壤理化性质均有所改善，保水保墒能力增强，土壤容重显著下降，土壤砂粒和粘粒含量降低，粉粒含量升高，土壤含水量显著增加，土壤含盐量明显降低，土壤pH值减小0.5～1.0;同时，土壤N、P、K、有机质和腐殖质含量，土壤微生物数量和土壤酶活性都呈增大趋势，土壤肥力改善，产生良性循环［20］。

2.1.4 桑树对防风固沙的作用桑树根系分布具有保持水土、防风固沙、涵养水源的特点，根系近地面部分是水平根，深土层部分是垂直根，水平根和垂直根构成了一个立体交叉的吸水固土网络，不仅极大地提高了桑树的防风固土能力和抗旱能力，还可以改变土壤的理化性质和土壤结构，提高土壤肥力和持水力。研究表明，每年每公顷桑园可比无林地多涵水300 m3，减少泥沙流失45 t，在无其它植被的情况下，有桑园的农田区 1年的固沙能力达到3 067.8 kg/km2，比无桑园农田区的侵蚀量减少57%［21］。

2.1.5 桑树对石漠化山地的治理石漠化是我国南方岩溶山地持续水土流失造成的一种特殊形式的荒漠化，又称喀斯特荒漠化［22］。桑树适应性强，生长迅速，发达的立体网状根系对防止水土流失、涵养水源具有良好的功效，是岩溶山地石漠化区域和库区岸带等典型生态脆弱区治理的理想树种。在广西［23］、重庆［24］的石漠化地区发展生态桑园已有成功的范例，既可以保持水土，改善生态环境，又可以通过种桑养蚕，增加当地农民的经济收入。

2.1.6 桑树对矿区复垦的作用我国存在大量的尾矿库、废石堆等矿山废弃地，复垦率极低。我国人口众多，土地资源相对较少，矿区土地复垦对矿区土地的再生利用有着极其重要的意义。桑树根系发达，生长势和耐旱性强，是矿区复垦的良好树种。矿区实施种桑养蚕进行复垦，不仅可有效恢复矿区生态功能，还可提高当地农民的经济效益，这将有利于加快矿区复垦效果和治理步伐。

2.2 桑树在饲料上的开发

桑叶作为动物饲料早已引起联合国粮农组织(FAO)的关注。2000年FAO组织召开了“桑树在动物生产应用”的电子研讨会，2001年又在中国杭州召开了“利用桑叶资源发展畜牧业生产”的国际会议，研讨内容涵盖桑树的化学成分及其营养价值、饲养体系、动物饲养效果以及作为饲料的桑树栽培模式、收获、加工处理与保存等多个方面［25］。

桑叶的营养丰富而均衡，是一种优良的畜禽饲料。桑叶与被称为“饲料之王”的苜蓿相比，具有蛋白质和碳水化合物含量高、纤维素含量低、饲用率高、产能高的特点。研究表明，桑叶粉与苜蓿粉相比，粗蛋白含量高10.61%，粗脂肪含量低12.50%，粗纤维含量低 50.00%，碳水化合物含量高32.14%，灰分和总能量相当，猪消化能低14.86%，鸡消化能高 15.83%，奶牛料奶转化率(能)高46.55%。桑叶与苜蓿、甘薯和大豆粕相比，桑叶中氨基酸种类更丰富，含量更高，在畜禽饲料中加入桑叶有利于调节饲料中的氨基酸平衡，特别是苜蓿、甘薯和大豆粕中都只有12种氨基酸，而桑叶中含有18种氨基酸，而且8种动物必需氨基酸含量丰富，超过了氨基酸总量的43%［26］。

桑叶的功能性成分对家禽、家畜具有保健作用。桑叶中还含有50多种微量元素和维生素，尤其富含能维持机体免疫系统、抗氧化系统、脂肪和碳水化合物周转代谢系统和应激活动所需的B族和C族维生素［26］。桑叶中还含有谷甾醇、异槲皮苷、紫云英素等多种天然活性物质及其衍生物，对家禽具有保健作用，能够防止禽流感的发生，提高家禽的抗病能力，有利于家禽保持健康快速生长［26］。

桑叶饲料的适口性好，消化率高。桑叶作为家畜饲料的重要特点是对所有家畜都具有很好的适口性，当动物首次接触桑叶时，很容易接受它而无采食障碍;而且如果动物已经熟悉了桑叶，则会优先采食桑叶［26］。

2.3 桑树在食用上的开发

2.3.1 桑叶茶的开发桑树是国家卫生部认定的“药食同源”植物。桑叶含有丰富的粗蛋白、氨基酸、维生素、矿物质营养元素及许多功能性活性成份，如谷甾醇(植物类固醇0.08%)、胡萝卜素、叶绿素、异槲皮苷、黄体色素、新胡萝卜素和叶黄素等色素以及芸香甙、槲皮素、γ－氨基酸、超氧化物岐化酶(SOD)、DNJ等［26－27］。可制成桑叶茶，具有降糖降脂、抑菌抗衰老、增强人体免疫力等多种功效。湖南省蚕桑科学研究所与湖南农业大学合作采用高山桑毛茶，借鉴安化黑茶的传统工艺，以“金花”(冠突散囊菌)培养为核心，传承和创新有机结合研制出桑叶黑茶新品种，产品茶香糅合桑叶清香与“金花”菌香，滋味糅合纯和回甘与醇厚饱满，汤色橙黄明亮，具有独特的茶香、滋味与汤色风格，并在功能性作用方面实现了桑叶与普通黑茶的有效互补。

2.3.2 果桑的开发桑椹被医学界誉为“21世纪的最佳保健果品”。研究表明，桑椹中蛋白质含量较高(1.01%～2.30%)，大约是苹果中蛋白质含量(0.40%)的2.5～6.0倍;桑椹中含有7种必需氨基酸和12种非必需氨基酸，氨基酸种类较齐全;桑椹中含有 K、Ca、Na、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、P、As和钼(Mo)等多种矿物质，其中硒(Se)的含量十分丰富，是猕猴桃的10倍，苹果的8倍;桑椹脂肪酸多存在于桑籽中，其中亚油酸占总脂肪酸含量的57.30%;桑椹红色素属于我国法律允许的天然食品添加剂，可作为糖果的着色剂使用;桑椹中桑椹红色素含量为2.45～3.14 mg/g;白葫芦醇是一种天然抗癌有效成分，桑椹果皮中白葫芦醇含量高达0.128 mg/g，比葡萄果皮中的含量高5～6倍;桑椹能够增强免疫力，促进睡眠，延缓衰老，降低血脂，预防动脉粥样硬化，抗癌抗诱变，副作用小，可长期服用，是一种理想的保健食品［28］。

目前，我国果桑产业正在全面兴起，产业技术比较成熟，产品开发种类也较多，进入市场的产品有桑椹汁、桑椹粉、桑椹果酱、桑椹蜜汁、桑椹醋、桑椹酒等。

2.4 桑树在药理上的应用

桑叶中含有甾体类及三萜类化合物、黄酮类及其苷类、香豆素及其苷类、多酚类、挥发性有机酸、氨基酸、生物碱等天然活性物质，具有抗应激、抗衰老、增强机体耐力、降低血清胆固醇、调节肾上腺、降血脂、降血糖、抑制癌细胞等功能。临床上桑叶用于治疗感冒、上呼吸道感染、糖尿病、化脓性中耳炎、百日咳、角膜炎等［27］。

桑枝中含有黄酮类化合物、生物碱、多糖和香豆素类化合物，还含有氨基酸、有机酸、挥发油及多种维生素等。中药桑枝有降血糖、降血脂、消炎等作用;临床上用于提高淋巴细胞转化率，治疗风寒湿痹，风湿性关节炎，四肢拘挛，脚气浮肿等［27］。

桑椹中含有蛋白质、糖类化合物、游离酸、磷脂、矿物质、维生素、芦丁、杨梅酮、桑色素、芸香甙、鞣质、花青素、挥发油等成分。中药桑椹有增强细胞免疫功能，促进造血细胞生长、降血糖、降血脂、抗衰老、防癌抗突变等药理作用。临床上桑椹用于治疗再生障碍性贫血、血虚头晕等贫血、神经衰弱、糖尿病及高血压等症［27］。

在中成药方面，据不完全统计，含桑(桑叶或桑白皮、桑枝、桑椹)成分的单方和复方中成药制剂近240种，剂型有口服、外用、注射剂等。单方制剂有桑椹膏、桑椹颗粒、桑枝膏，复方制剂有235种，其中含桑白皮的复方制剂有107种，含桑叶的复方制剂有66种，含桑椹的复方制剂有41种，含桑枝的复方制剂有32种。含桑(桑叶或桑白皮、桑枝、桑椹)成分的药剂适应症非常广泛，涵盖用于治疗风热感冒、咳嗽、高血压、糖尿病、口干咽干、目晕耳鸣、腿脚疼痛等病症，桑树有广泛的药用疗效［27］。

3 桑树的新兴产业化发展建议

3.1 建立桑树新兴产业化技术体系

科学技术是第一生产力。实施一个新兴产业的产业化发展战略，必须要建立一套完整的产业化技术体系，解决生产过程中一系列关键技术，才能顺利推进，做到可持续发展。如建立饲料桑产业技术体系，关键技术包括选育耐剪伐、高蛋白含量的优良饲料桑品种，草本化、轻简化高产栽培技术，最优饲料桑配方，饲料桑的无菌发酵及青贮技术等。

3.2 推行桑树新兴产业多元化开发生产模式

桑树新兴产业要做到可持续发展，必须要产生良好的经济效益，而要产生良好的经济效益，就必须改变传统的单一的种桑养蚕生产模式，推行桑树新兴产业多元化开发生产模式。即通过实现多产业融合互补，拓展产业链条，培育新的经济增长点，充分利用桑树独特功能的资源优势，提高经济效益，做到高效可持续发展。如桑树已在重金属污染耕地修复生态治理中得到了广泛的应用，要想做到可持续发展，产生良好的经济效益，可实施“生态经济型桑产业”产业化发展，可以推行生态桑—养蚕—蚕茧—蚕丝被，生态桑—畜禽饲料，生态桑—桑叶茶，生态桑园—家禽套养，生态桑园—蔬菜套种等多元化开发、多产业融合的生产模式。

3.3 优化桑树新兴产业化经营发展模式

桑树新兴产业化发展要实施产学研合作联盟战略，推行“成果+企业+基地+农户”的产业化经营发展模式，构建“分工明确、风险共担、利益共享、运转协调”的经济共同体。科研院所负责技术成果研发、技术创新、技术推广、技术培训与技术服务，龙头企业负责产业战略规划、战略布局、市场与品牌开发、产品销售、产业战略实施与管理，基地负责统一指导、统一技术、统一收购、统一加工等;农户负责产品生产。在互惠互利，共同发展的基础上做大做强龙头企业，带动农民致富，促进科技创新与科技成果转化，推动桑树新兴产业的可持续发展。

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