广藿香[Pogostemon cablin (Blanco) Benth.]属于唇形科刺蕊草属,原产于菲律宾、马来西亚、越南等东南亚国家,后在梁代或之前引入我国[1-2]。广藿香以地上部干燥部分入药,具有芳香化浊、开胃止呕、发表解暑等功效,是“抗病毒口服液”“藿香正气液”“霍胆丸”等数十种中成药的重要原料,历来被视为暑湿时令之良药,是著名的“十大广药”之一。此外,以其提取的广藿香油具有独特的芳香气味及良好的化学属性,在医药和轻化工业得到广泛应用,可用于配制各种药膏、药丸、化妆护肤品、定香剂和杀虫剂等[3-4]。广藿香可作为药材和香料兼用,在世界范围内具有重要的医药和工业价值,应用前景十分广阔。
在我国传统药材市场根据产地将广藿香分为石牌广藿香（“牌香”）、肇庆广藿香（“肇香”）、湛江广藿香（“湛香”）和海南广藿香（“南香”）4个不同品种,其中原产于广州市石牌地区的“牌香”被认为是品质最优的道地药材[5-6]。长期以来,由于不同产地的生态环境和人工栽培措施的影响,广藿香种内也产生了一些变异和分化,在一定程度上丰富了广藿香的种质资源类型,同时不同的栽培措施对广藿香的产量、有效成分含量等有很大的影响,导致其产量和质量不稳定。优良的药材品种和高效规范的栽培技术是确保其药用价值和经济效益稳定的基础,为充分利用广藿香药材资源,进一步推广广藿香规模化和产业化发展,本文主要综述了广藿香的生物学特性、种质资源分布现状、栽培技术中的瓶颈以及产业发展过程中存在的问题,以期为科研工作者提供参考。
1 生物学特性
广藿香是唇形科刺蕊草属多年生芳香草本或半灌木植物,一般高30~100 cm,具有特殊的芳香气味。茎秆粗壮直立,呈四棱型,叶片为单叶,呈阔卵形或者卵状椭圆形,叶片两面均有细密茸毛,也有肥厚感。叶缘呈粗钝锯齿状或呈现不规则齿裂,叶脉纹路清晰,在叶面明显凹陷,在叶背明显凸起。叶柄长1~6 cm,被茸毛。花排成顶生或腋生的轮伞花序或穗状花序,花萼呈圆筒形,长7~9 mm,外被长绒毛,内被较短的绒毛,齿钻状披针形,长约为萼筒的1/3;花冠呈唇形淡紫红色,长约1~5 mm,上唇3裂,裂片外面均被长毛,下唇全缘;雄蕊4枚,外伸出花冠外,花丝长约2 mm,近基部有多数紫色髯毛;子房呈圆球形,花柱细长,先端近相等2浅裂;花盘环状,果为小坚果,椭圆形[5,7]。广藿香在原产地菲律宾可以开花结实,但是引入我国栽培后开花罕见。其长期不开花的原因通常被认为是由于我国栽培上长期以扦插繁殖为主,从而导致有性生殖能力退化。此外,冬季的低温也认为对花芽分化不利。
2 生态习性
广藿香是热带作物,但早期不耐烈日强光,苗期需要有适度的荫蔽,以避免强光照射下,蒸腾作用加速而导致植株萎蔫干枯。待成株后则在全光照下才能生长旺盛,茎枝粗壮分枝多,叶片肥厚含油率高。广藿香喜温暖湿润怕严寒干旱,生长最适温度为22~28℃,最适降水量为1600~ 2000 mm,相对湿度达80%的地区。广藿香对水分十分敏感,幼苗期一定要及时灌溉浇水,如遇干旱则会导致生长不良,但在降雨量大的时期又须及时排水,积水会导致烂根和病虫害加剧。广藿香适合生长在疏松肥沃、土层深厚的酸性砂壤土上,排水不良的粘土则不宜种植,容易生长不良[8]。
3 种质资源研究现状
广藿香是国际市场上最常交易的20种产精油植物之一,在许多国家都有大规模的种植,包括中国、印度、马来西亚、印度尼西亚、新加坡、越南和西非等国家[9]。世界广藿香油年产量约为800 t,其中主要产自中国、马来西亚、印度尼西亚等国,印度在过去的几年中种植量较少,年产量约为20 t,大量需求靠进口[4]。广藿香在我国引种栽培有1000年以上的历史,目前主要在广东省和海南省有大面积种植,广西、云南、福建等地也有少量栽培。广藿香最早是在广州石牌、棠下等地区种植,由于广州适宜的气候条件,以及在人工栽培管理和采收方面的独特方法,石牌广藿香在气味、有效成分和临床疗效等方面优于其他产地的广藿香,也被称为道地药材[10]。肇庆地区的广藿香是在20世纪50年代开始大量种植,其品质与石牌广藿香相近。海南广藿香则是在20世纪40年代从印度尼西亚引种在海南万宁栽培,据《广东中药志》记载,由于五六十年代湛江地区大量发展热带经济作物,遂从海南岛引种至广东湛江的遂溪、徐闻、雷州、吴川等地扩大栽培[11]。
广藿香为热带地区引入我国栽培,种质类型单一,遗传基础狭窄,资源极为有限。但是不同产地的广藿香经过长时间的人工栽培,由于各产地气候、土壤和水分等生态环境不同,种内也产生了一些变异和分化,表现为各产地广藿香在植株形态、气味、有效成分和药性药理上均有所差异,同时在基因水平上也存在变异,这在一定程度上丰富了广藿香的种质类型[12-13]。不同产地的广藿香化学成分的种类和含量有显著差异,罗集鹏等[14]研究发现“牌香”和“肇香”中广藿香酮含量较高,视为“酮型”,“湛香”和“南香”中广藿香醇含量较高,视为“醇型”,传统经验认为“酮型”广藿香品质最好,使用效果最佳。现代医学研究发现广藿香酮在促进消化作用,抑制肠道致病菌,抗腹泻、保护胃肠等方面效果较“醇型”广藿香效果更好,而广藿香醇则具有抗病毒、消炎杀菌功效,对幽门螺旋杆菌胃炎有保护作用及在人类结直肠癌细胞中有抗肿瘤活性[15⇓-17]。对2种不同化学型的广藿香叶片进行显微观察发现,叶表皮细胞形状、表皮细胞长宽比、气孔大小及类型相近;叶缘、叶长宽比、垂周壁形状、气孔指数、非腺毛数等显微特征差异显著[18]。不同产地广藿香有丰富的遗传多态性[19], 刘玉萍等[20]研究发现不同产地的广藿香间的18S rRNA和matK基因的DNA序列存在较大差异,并且这些差异与地理分布及挥发油成分变异具有良好的相关性,由此推测,广藿香不同产地的分化类型,是适应特定环境的结果,本质上由遗传变异所决定。根据RAPD数据分析发现,广藿香的基因型和地理性具有显著的相关性[21]。ISSR和SRAP数据揭示广藿香区域性居群的主要有效成分含量与遗传结构和分化具有很强的相关性[22]。胡珊等[23]通过DNA条形码和ISSR技术对肇庆、阳江和湛江三地的广藿香种质资源进行分析,结果显示肇庆和阳春的广藿香亲缘关系较近,湛江广藿香与其他2个产地亲缘关系均较远。
目前,广东省内主要栽培品种为湛江广霍香,主要产区为粤西地区的阳江市、茂名市和湛江市,尤其以阳江市种植面积最大。尽管广州石牌地区是广东省内最早种植广藿香的道地产区,但是随着城市的发展,该地区的石牌霍香已经很少种植,肇庆地区的“肇香”种植面积也急剧萎缩,只有小面积的种质保存[24]。根据2020年的《中国药典》收录的广藿香中,已经无品种鉴别,广藿香醇含量高于0.1%即为合格的药材[25]。造成这一现状不仅是因为随着城市的发展,道地产区石牌的耕地逐渐减少,还有一个重要的原因是石牌广藿香品种退化。石牌广藿香在长期的栽培过程中未经过系统的品种选育,种质混杂、品种退化,未形成生产上的优势品种,从而导致病害严重、产量降低,影响了农民种植广藿香的积极性[26],并且种植较分散,种苗大多自繁自育,没有稳定的遗传特性和药材质量。目前“湛香”和“南香”是药厂中成药的主要供应原料。
4 栽培技术中存在的问题
中药材质量控制的源头在于原料药材的质量控制,除了优良的品种以外,栽培技术也是影响中药材产量和品质的重要因素。随着大健康产业的快速发展,中药材的市场需求剧烈增加,种植面积不断扩大。近年来,中药材规范化种植生产的推行,特别是产地固定和单一品种规范化种植,导致中药材栽培上问题突出。广藿香的栽培技术上也存在很多问题,目前产区内广藿香的栽培主要是以药农单干为主,种植过程中水肥管理粗放,随意性大,尚未建立统一高效的种植管理体系,药材的品质无法得到稳定保障。同时连续种植的广藿香生长受阻,病害加重,出现严重的连作障碍,农民不得不隔年种植,使适宜生长区域的土地利用率降低。
4.1 养分管理技术缺乏
中药材产量和药效的不稳定是困扰药用植物栽培和发展的瓶颈问题。人工栽培中,田间养分管理是影响药材产量和品质非常重要的因素。中药材的人工种植年限较短,栽培技术大多是参照其他农作物的种植方法,或者是农民凭借经验来进行田间施肥和管理,但是药用植物在考虑产量的同时还需要考虑有效成分含量。目前,广藿香的施肥方法多是农民依据经验进行,对广藿香的营养特性、养分需求及施肥技术还缺乏系统的研究。同时,产区内广藿香栽培多以药农零散种植为主,种植过程中水肥管理及农药使用粗放随意,且由于面积分散,导致很难形成统一高效的种植管理体系。肥料的多施偏施会造成资源的浪费、成本增加、环境污染,养分不平衡施用导致产量药效降低、土壤质量恶化、病虫害增加,不符合中药生态农业的发展趋势[27]。
施肥对药用植物的产量和有效成分含量影响很大,为了提高广藿香的产量和药效品质,应当科学合理地施用肥料。潘超美等[28]研究发现广藿香的施肥增产潜力大、耐肥性较强,在苗期适当增施氮素有利于提高植株的氮养分,促进叶片和根系的生长,为后期的生长奠定基础。氮肥是影响广藿香生长产量和药效成分的主要元素[29],但是随着供氮水平的增加,广藿香生长性状、产量和挥发油含量均有所增加,但挥发油中有效成分含量降低[30]。在不同水平的供磷和供钾的试验中也表明随着磷和钾水平的增加,广藿香茎叶中有效成分的含量均表现为先增加后降低[31-32],2年的田间试验研究发现,施钾方式对含油总量无显著影响[33]。因此,栽培过程中适宜的氮磷钾施用量才能保证广藿香产量的同时兼顾药效品质,从而提高经济效益。在广藿香的栽培中,有机肥对药用植物的生长同样起着重要的作用,生产上药农通常是以有机肥为主,按照经验来施肥,未能根据作物的需肥规律和提高有效成分含量的目的来合理施肥。研究表明,75%有机肥和25%化肥配施能显著促进广藿香的生长,提高产量、产油量,改善广藿香的品质,而且还能增加土壤养分含量、减少化肥使用量[28,34]。
在生产实践中广藿香整个生长周期通常为7~ 8个月,为一年生全草药材,不同的生长阶段,广藿香植株干物质量、体内的矿质养分及有效成分含量的累积动态,同样是作为施肥时参考的重要依据,这些还有待于进一步的研究,对于广藿香的养分推荐施肥方法还有待完善。
4.2 连作障碍问题
目前,广藿香种植产业发展的瓶颈是连作障碍问题,在生产栽培中,随着栽培年限延长会出现植株生长状况变差、病害加剧、产量和品质降低等现象[35⇓⇓-38]。由于对连作障碍缺乏科学的认识,为提高产量和减少病害而盲目加大肥料和农药的使用,使得农业生产成本增加,农药残留超标,药材品质变劣,农田生态系统进入恶化循环,严重阻碍了广藿香规范化种植和产业化发展,降低了药农种植积极性和区域经济发展[39-40]。连作障碍发生的原因主要包括土壤养分亏缺与比例失调、化感物质的自毒作用及土传病害加重,是“植物-土壤-微生物”系统内多种因素综合作用的结果[41-42]。许多研究表明,植物化感自毒物质的持续性积累及其引发的根际土壤微生态失衡是连作障碍发生的主要因素[43⇓⇓⇓-47]。广藿香根部土壤中化感物质的积累包括根系分泌的化感物质以及茎叶代谢物淋溶和枯枝腐解产生的自毒物质。最常见的化感物质主要是酚酸类物质,研究表明肉桂酸、苯甲酸、香草酸等多种酚酸对广藿香幼苗生长以及抗氧化酶活性均有显著影响[48-49]。广藿香根系分泌物和广藿香挥发油显著抑制了广藿香组培苗的生长[50-51]。根际土壤水浸液和植株根茎叶的水浸提液对种子萌发和幼苗的生长均表现出显著的抑制作用,其化感自毒作用表现为叶>根>茎[52⇓-54]。广藿香植株枯枝腐解液增加了土壤中真菌、放线菌数量,降低了细菌的数量,同时广藿香叶片中过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶及丙二醛含量均显著降低[55-56]。由于广藿香生长在南方地区,雨水充沛,前茬植株的茎叶代谢物经雨水淋洗至土壤及枯枝残叶的腐解作用,会产生大量的化感物质在植株根部不断积累,导致后茬广藿香的不定根的伸长和根系活力在连作土壤上受到抑制,这可能是广藿香连作障碍的重要原因之一[57]。土壤微生物在土壤生态系统的循环稳定中起着非常重要的作用,土壤微生态环境的变化与药用植物的生长关系密切,根际土壤中微生物的群落结构变化也是导致中药材连作障碍的重要原因。徐岩[58]采用T-RFLP技术分析了不同茬次广藿香根际土壤,结果显示随着种植年限的增加,细菌种类和菌群数量都逐渐下降,优势度和丰富度均降低,土壤从细菌型转为真菌型导致植株病害加重。同时通过蛋白质组学方法研究发现,广藿香连作改变了叶片中能量代谢、碳水化合物代谢和氨基酸代谢相关蛋白的表达,其中受影响最大的是能量代谢,这可能连作广藿香生长受到抑制的原因。
5 广藿香产业发展趋势及建议
广藿香是我国著名的南药,种植一年即可收获,种植栽培门槛相对较低,与水稻等传统粮食作物相比,能给农户带来更高的经济收益,但其生产量会随着市场的需求变化波动较大。随着藿香正气水、藿香油等在全球的流行,国内外对广藿香的需求正在逐年增加,据粗略估计,目前广藿香的年销量已经达到9000~10 000 t。广藿香除了作为药用植物,还是各种化妆品、生活用品及化工的原料,提取的广藿香精油在国内外市场需求很大,产值更高。全世界广藿香油的生产量每年大约为1000~1200 t,印度每年的广藿香油生产量为20 t,需求量约为220 t,因此,每年靠进口纯广藿香油约20 t和配方油100 t。国内市场年产量约40~50 t,远低于需求量,存在“供不应求”的现象[4,59]。广藿香产业市场空间大,前景较好,带农成效高,目前广藿香国内种植面积正逐渐扩大。同时,政府也应加强调查和引导,摸清广藿香市场容量,把握市场发展趋势,建立大型生产基地统一管理,规范产业销售市场,才能更好地指导药农生产和发展。
5.1 加强广藿香繁殖技术和品种选育
广藿香很少开花,即使开花也很难结实,因此目前国内外广藿香均主要采用扦插或者组织培养等无性繁殖技术,但是采用扦插技术的广藿香繁殖速度慢,受环境影响大,种苗不整齐且易携带病菌,而组织培养技术虽然弥补了传统扦插繁殖的不足,但由于生产成本较高,而无法满足广藿香产业化规模化的发展需求,目前尚未进入产业化。因此,今后应着重加强广藿香繁殖技术的研究,尤其是速度快,成活率高且成本低的技术,以满足广藿香种苗的规模化产业化发展。其次,广藿香在我国基本上是直接引种,在生产上品种混杂,同时长期的无性繁殖使病原体逐代累积传播,产量品质降低且性状不稳定,种质退化严重,病虫害加重。生产上广藿香最常见的病害是细菌青枯病和细菌角斑病[60],目前喷洒农药虽有一定的效果,但是治疗效果差,且难以从根本上解决问题,同时还会导致中药材农药残留污染的问题[61]。因此,应大力加强广藿香高产优质和抗病品种选育的研究工作。
5.2 加强广藿香规范化种植和提高药材质量
长期以来,广藿香等中药材的生产较粗放,品种杂乱,农民盲目种植,田间管理方式多样不统一,点多面广不成规模,产量和质量均不稳定,导致广藿香药材生产未形成优势产业。为了确保广藿香的品质,应该抓住种植源头,按照我国中药材的质量标准和GAP要求,加强广藿香规范化种植技术研究。目前广藿香规范化种植技术的瓶颈问题就是连作障碍,虽然对于广藿香连作障碍的机理和缓解措施做了许多研究,诸如将广藿香和紫苏或者姜黄间作、施用EM菌和竹炭[62⇓⇓-65]均能在一定程度上有效地缓解广藿香连作障碍,但目前并没有得出清晰统一的结论和提出有效推广的解决办法。根据调查农民通常采用与水稻轮作的方法来进行种植,从而减轻病害的影响,但不能彻底根除病虫害。随着分子生物学技术的发展,采用高通量测序技术能够更加深入地了解分析广藿香根际土壤中微生物的种类和群落结构变化,同时通过GC-MS技术能够明确连作广藿香根际土壤中化感物质的种类、分泌规律,能为克服广藿香连作障碍提供理论依据,从而推动其产业化和规模化发展。