羌活属植物在不同海拔引种的生态适宜性研究

蒋舜媛　周燕　孙辉　周毅　万凌云　张艳侠　王建

[摘要]采用人工引种栽培方式研究不同海拔梯度下羌活与宽叶羌活的生长状况、地下生物量和有效成分含量的变化规律，筛选羌活属植物的最佳种植区域。结果表明：①从栽培植株成活率和生物量等指标来看，羌活的生态适应范围是2 600～4 100 m；宽叶羌活生态适应海拔高度是1 700～3 600 m。②从药用部位有效成分含量与总量来看，羌活有效成分含量与总量较高的海拔范围是2 600～3 600 m，而宽叶羌活有效成分含量与总量较高的海拔则是1 700～3 600 m。综上所述，羌活生态和品质亚最适宜范围为2 600～3 600 m；宽叶羌活对应区域较宽，为1 700～3 600 m。该结果将为羌活属植株的野生驯化与人工栽培提供科学依据。

[关键词]羌活； 宽叶羌活； 生态适宜性； 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

我國药典收录的羌活药材Notopterygii Rhizoma et Radix的基原植物为伞形科羌活属中国特有和濒危植物羌活Notopterygium incisum Ting ex H T Chang和宽叶羌活N franchetii Boiss[1]。羌活为中药和藏、羌等民族医药大宗药材，在我国有数千年的用药历，传统上以其柱状根茎及根入药[2]。羌活药材性温，味辛、苦，气浓郁，具有解表散寒、祛风除湿，止痛之功效，主治风寒感冒，头痛强项，风湿痹痛，肩背酸痛[34]。现代药理研究表明对心脑血管疾病也有确切疗效[5]。周毅等[6]调研发现，因羌活适生与高寒独特的生境，分布区狭窄，种群更新缓慢，致野生资源蕴藏有限，近30年来生境人为严重破坏以及野生资源种群缺乏保护，使得羌活野生资源濒危状况日益严重[7]。鉴于野生环境中羌活生长周期长以及野生资源日益枯竭的现状[89]，通过适当的技术在适于的环境人工引种实现羌活药材的规模化栽培，是满足市场对羌活药材不断增长的需求、保护野生资源种群、实现相关资源与产业可持续发展的重要途径。

目前，羌活人工繁育技术（种子繁育与组培快繁）已经取得突破[10]并进行了中试，人工规模化种植的示范和推广基地建设也在进行；宽叶羌活人工种植也已经展开。本文在不同海拔进行羌活和宽叶羌活引种人工栽培，开展了引种2种羌活在不同海拔的引种表现及生物量和化学成分对比分析，为筛选羌活适宜的种植区和开展规范化栽培生产的区划提供科学依据。

1材料

11实验地概况

海拔梯度适应性野外实验位于青藏高原东缘四川省阿坝藏族羌族自治州小金县梦笔山。梦笔山是大雪山与邛崃山系交界的北部地段，由数个海拔4 000 m以上的高峰组成，研究区域内海拔3 000～4 000 m为亚高山针叶林分布，为云杉Picea balfouriana人工林，开阔地带间有红桦Betula albosinen零星分布，灌层植物主要有悬钩子Rubus corchorifolius、三颗针Berkeris sargentiana、高山栎Quercus semecarpifoli、高山柳Salix spp等，草本层植物主要有铁线莲Ranunculaceae Clematis、老鹳草Geranium pylzowianum、蟹甲草Cacalia spp、草玉Anemone rivularis等零星分布；其上的高山树线为云杉散生，杜鹃灌丛分布；高山灌丛草地主要是高山杜鹃Rhododendron delavayi千里香杜鹃R thymifolium灌丛呈丛状分布。河谷两侧阶地和海拔3 000 m以下为农区，种植青稞、马铃薯、白菜、莴苣等农作物。在海拔3 200 m及其以上的林下及灌丛草地有羌活野生种群零星分布，是羌活的原生分布区域之一。因为梦笔山的基础海拔高，在盆地中部峨眉山设置了较低海拔实验，以实验较为完整的海拔梯度，峨眉山与梦笔山的纬度相近。

12實验设置与采样

本实验在小金县梦笔山设置了6个海拔梯度（A，B，C，D，E，F），在峨眉山地区设置了3个海拔梯度（G，H，I），各梯度的海拔、经纬度见表1。选取规格一致的二年生羌活种子苗移栽分别于2009年6月移栽到前述海拔梯度，于2011年观察记录各个样地羌活植株的物候特征、生长状况、存活率、生物量，并在10月底采集植株样品，分析羌活药材中的有效成分总量以及化学成分。

13仪器与试剂

ESJ210A电子天平（沈阳龙腾电子有限公司）；RE5205旋转蒸发器（上海雅荣生化设备仪器有限公司）；高相液相色谱仪（美国Agilent1200，自动进样器为Agilent 1260 Infinity，四元梯度泵Agilent 1200 Infinity）。

异欧前胡素对照品（中国食品药品检定研究院，批号 110827200407）；羌活醇对照品（成都孟德尔科技有限公司，批号 130429）； 紫花前胡苷对照品（CAS 495318）；反式阿魏酸紫花前胡苷对照品；甲醇、乙腈（Fisher，色谱纯）、磷酸（Sigma，色谱纯），其余试剂为分析纯。

2方法

21生长动态调查

于2010年记录每个样地的出苗时间、倒苗时间。于2011年5月15日开始，在每个样地选择15株长势相近的植株挂牌，分3组，每5株为1个重复。然后每隔15 d测定1次每株的株高。同时记录最后的存苗数，统计其存苗率。

存苗率=存苗数/移栽总株数×100% （1）

22生物量测定

于2011年9月27日，每个样地选挖5株，单株为1个重复，测定每株的地下部分鲜重及干重。

23羌活药材的化学成分分析

于2011年9月27日，每个样地选挖5株，单株为1个重复，带回实验室。采用HPLCDADESIMS法测定不同海拔梯度下羌活和宽叶羌活根茎的化学成分（紫花前胡苷、反式阿魏酸紫花前胡苷、异欧前胡素和羌活醇）[11]。

3结果与讨论

31不同海拔高度羌活与宽叶羌活的生长状况

311不同海拔高度羌活与宽叶羌活移栽植物的存活率羌活与宽叶羌活植株不同海拔下引种成活率见图1，2。羌活在海拔1 750，1 297，920 m处存活率均为0，表明羌活难以在1 750 m及以下海拔存活。随着海拔梯度的上升，羌活存活率随之升高，到海拔3 265 m后逐渐下降，羌活存活率较高的海拔范围在3 263～3 616 m。对于宽叶羌活，在低于1 750 m的海拔也能够成活部分植株。其存活率随海拔高度的上升而增加，同样在海拔3 263 m达到最高。当海拔超过3 616 m以后，其存活率急剧降低，海拔4 123 m对应的植株存活率为18%。

3 263～3 616 m时，羌活的存活率较高于宽叶羌活的对应值。由此说明与宽叶羌活相比，羌活更加适应高海拔的生态环境，而宽叶羌活在低海拔生存能力较羌活高。

312不同海拔高度羌活与宽叶羌活植株在生长季节株高变化羌活与宽叶羌活植株在各个生长的海拔高度上，整个生长季均呈现3个时期，即迅速生长期、平稳生长期、黄枯期，见图3，4。不同海拔梯度上，羌活3个生长时期开始和持续的时间有差异，海拔2 656 m出苗时间最早，海拔3 770，海拔4 123 m出苗时间最晚；当达到平稳生长期时，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对应值。海拔3 770，4 123 m的羌活植株生长长势较弱。对于羌活植株的黄枯期，海拔2 656 m羌活最早出现倒苗，7月底株高开始下降，8月底已完全枯萎；其他海拔梯度，8月中旬时羌活才开始出现倒苗，9月中旬才逐渐枯萎。

不同海拔梯度下宽叶羌活植株的生长势态不一样。其长势旺盛的海拔有1 750，2 960，3 263 m，且随着海拔的上升，迅速生长期植株生长速度变缓慢；当达到平稳生长期时，低海拔植株的株高高于高海拔的对应值；植株黄枯期时，低海拔植株出现黄枯的时间早于高海拔。宽叶羌活植株长势较弱的海拔有920，1 297，4 123，3 770 m；长势其次的海拔有2 656 m。

313不同海拔环境下羌活与宽叶羌活植株的地下部分生物量羌活药用部位是地下部分的根和根茎，因此地下部分生物量是药材生产的经济指标之一。海拔梯度上羌活与宽叶羌活植株地下部位的鲜重和干重见表2。

对于羌活，随着海拔的上升，其生物量呈现先升后降的变化规律。当海拔高于3 700 m时，羌活生物量下降，且海拔3 770，4 123 m对应的地下鲜重分别仅有074，125 g；其所对应的地下干重分别仅有029，052 g。羌活生物量积累速度最快的海拔是2 960 m，地下鲜重和干重分别为2221，824 g。其与海拔4 123，3 770，2 656 m的对应值差异达到显著水平，但其与海拔3 263，3 616 m的地下鲜重和干重差异不显著。

除海拔2 656 m外，宽叶羌活的生物量均随海拔的上升呈现出先升后降的规律。生物量小的海拔有920，1 297，3 770，4 123 m；生物量积累量最大的是海拔3 263 m，其所对应的地下鲜重干重分别达到了5172，2186 g，且其与海拔1 750，2 960，3 616 m的生物量差异均达到显著水平。

32不同海拔高度羌活与宽叶羌活药用部位化学成分含量分析

紫花前胡苷、异欧前胡素和羌活醇等3种成分被认为是羌活药材的有效成分的评价指标。不同海拔高度羌活和宽叶羌活药用部位的主要化学成分动态变化见图5，6。

对于羌活，其药用部位的异欧前胡素含量最高，质量分数均值为475 mg·g-1；紫花前胡苷次之（187 mg·g-1）；羌活醇的最少，质量分数均值为175 mg·g-1。且这3种化学成分含量均随着海拔的升高呈现先增加后减少的趋势。异欧前胡素含量最高时对应的海拔高度为3 300 m，紫花前胡苷含量最高的海拔是3 000 m，而羌活醇对应的海拔是3 300 m。这与羌活最适生长的海拔高度（3 200 m）基本一致，即羌活生态和品质适宜海拔高度为2 600～3 500 m。

对于宽叶羌活，其药用部位的紫花前胡苷含量最高，质量分数均值为2166 mg·g-1；羌活醇次之，为457 mg·g-1；异欧前胡素的含量最低，分别为184 mg·g-1。随着海拔高度的上升，这3种化学成分含量均呈现先增加后减少的变化趋势，且在海拔3 000 m时达到峰值。综合考虑其植株生物量、产量和品质，宽叶羌活生态和品质适宜高度为1 700～3 600 m，宽于羌活的最佳生长和品质适宜高度。

33不同海拔高度羌活与宽叶羌活植株药用部位的有效成分产量

羌活中有效成分总量（紫花前胡苷、异欧前胡素和羌活醇）的每克样品总量及单株总量随海拔变化趋势相似。随海拔的上升，均呈现先升后降的趋势。海拔2 960，3 263 m的单株有效成分总量最高，其次为2 656，3 616 m，含量最低值在海拔3 770，4 123 m，见图7。

对于宽叶羌活，其有效成分总量（紫花前胡苷、异欧前胡素和羌活醇）的每克样品总量在海拔920～1 750 m迅速地上升，在海拔1 750～3 616 m呈平稳趋势，而在海拔3 616～4 123 m又迅速地下降。从有效成分总量的单株总量来看，海拔2 656 m的每克样品总量与海拔1 750，2 960，3 263，3 616 m的差异不大，但其的地下干重远远低于上述4个海拔的对应值，致使其单株总量下降，见图8。

4结论

本文通过人工引种栽培方式研究不同海拔梯度下羌活与宽叶羌活的生长状况、有效成分含量和化学成分含量的变化规律，筛选出羌活属植物的最佳种植区域。

从羌活与宽叶羌活在不同海拔移栽后成活率、株高和生物量等指标来看，羌活在海拔梯度上的生态的适应范围是2 600～4 100 m，其中最适应的海拔高度是3 200 m左右，低于2 600 m羌活植株人工栽培难以成活；宽叶羌活生态适应海拔高度是1 700～3 600 m，低于1 700 m或者高于3 600 m均有成活，但是经济产量积累很低。由此看来，羌活与宽叶羌活在海拔高度上生态位尽管有重叠，但还有是分化的，宽叶羌活生态位更宽，能够适应较低海拔的环境，而羌活似乎更加适应高海拔环境，对低海拔生境难以适应。

地下部位的化学成分分析来看，羌活属植株的化学成分含量（紫花前胡苷、异欧前胡素和羌活醇）均随着海拔的升高呈现先增加后减少的趋势，且在海拔为3 000～3 300 m时达到峰值，由此说明羌活属植株品质最佳生长区域为3 000～3 300 m。

从药用部位有效成分含量与总量来看，羌活有效成分含量较高的海拔范围是2 600～3 600 m，总量的趋势与此相同；对于宽叶羌活，有效成分含量较高的范围是1 700～3 600 m，总量趋势与此相同。尽管海拔越低，土地资源更加充足好，人工成本更低，生产条件更好，但是生态适应指标与药材质量需要进行综合考虑，这从经济与生态的角度提出了羌活和宽叶羌活人工栽培的最适范围。

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[责任编辑吕冬梅]