林业科学  2009, Vol. 45 Issue (4): 151-155   PDF    
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张荣沭, 赵敏, 周亚丹, 韩颂.
Zhang Rongshu, Zhao Min, Zhou Yadan, Han Song
引种青蒿的青蒿素含量及生物量
Artemisinin Content and Biomass Yield of Introduced Artemisia annua
林业科学, 2009, 45(4): 151-155.
Scientia Silvae Sinicae, 2009, 45(4): 151-155.

文章历史

收稿日期:2008-04-15

作者相关文章

张荣沭
赵敏
周亚丹
韩颂

引种青蒿的青蒿素含量及生物量
张荣沭1,2, 赵敏1, 周亚丹1, 韩颂1,3     
1. 东北林业大学生命科学学院 哈尔滨 150040;
2. 齐齐哈尔医学院附属第二医院 齐齐哈尔 161006;
3. 黑龙江省医药工业研究所 哈尔滨 150040
关键词:青蒿    青蒿素    HPLC    含量    生物量    
Artemisinin Content and Biomass Yield of Introduced Artemisia annua
Zhang Rongshu1,2, Zhao Min1 , Zhou Yadan1, Han Song1,3    
1. Life Science College of Northeast Forestry University Harbin 150040;
2. Second Clinical Medical Institute of Qiqihar Medical College Qiqihar 161006;
3. Heilongjiang Institute of Pharmaceutical Industry Harbin 150040
Abstract: Pre-column derivation of and high-performance liquid chromatography (HPLC) with ultraviolet detection were used to detect the epurated artemisinin in Artemisia annua, and the artemisinin content and biomass yield were compared between the introduced A. annua and the local wild A. annua. The result showed that the quantity of artemisinin was mainly affected by the genetic background, and secondly influenced by the environment and climate of the cultivated region. The seedlings raised with the integrated plate-type paper containers method in greenhouse had longer growth period of A. annua by about 45 days in frigid area. The highest content of artemisinin was 0.555% and the highest biomass yield was (3 526.7±378) kg·hm-2. High artemisinin content and biomass yield together contributed to artimisinin production. The introduced cultivars had a strong capacity to quickly adapt to the circumstance in Heilongjiang. The artemisinin contents reached to the purchasing level. The mean biomass of individual plant was greater than that in its original region.
Key words: Artemisia annua    artemisinin    HPLC    content    biomass    

青蒿(Artemisia annua)为菊科蒿属1年生草本植物(张萍等,2001董岩等,2004Tang et al., 2006),是我国传统中药,其提取物青蒿素(artemisinin, QHS)是含有过氧桥结构的倍半萜内脂类化合物(Patrick et al., 2007Liu et al., 2007)。青蒿素衍生物毒性低,抗疟作用强,已替代传统抗疟药喹啉治疗疟疾的地位,被WTO批准为在世界范围内治疗脑型疟疾和恶性疟疾的首选药物(青蒿素结构研究协作组,1977郭燕等,2006)。黑龙江省的气候条件适宜野生青蒿生长发育,且单株生物量大。本课题组研究发现黑龙江野生青蒿的青蒿素含量极低(低于0.1%),不具药用价值。本研究连续2年在黑龙江引种主产区的青蒿进行栽培试验,采用不同栽培方法、不同生育期的青蒿素含量和药用生物量的变化规律,以期确定青蒿的最佳育苗、移栽和收获期,为在黑龙江省大面积引种青蒿提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

2006年观察哈尔滨市野生青蒿的植株长势,并在不同生长时期采样,测定青蒿素含量;同年7月末至8月初分别采集省内有代表性地区生长的野生青蒿样品,测定青蒿素含量。

2006,2007年春,分别将上年秋收获的青蒿种子(云南农业大学、湖南农业大学提供),在哈尔滨、大庆、五常等地大田、温室栽培,观察各栽培地块青蒿的长势。在不同生长时期采样,测定各地块栽培青蒿的青蒿素含量。

采样方法:晴天取叶、花蕾(带少量嫩枝),晒干,植物粉碎机粉碎后过0.4 mm筛备用。

1.2 青蒿素的提取和含量测定

青蒿素的提取和含量测定方法按张荣沭等(2008)进行。

1.3 数据分析

利用Excel 2007对数据进行统计分析、绘图。

2 结果与分析 2.1 引种青蒿与本地野生青蒿植株长势的对比

在哈尔滨市随机选择不同生境下(光照充足;散生、簇生)20株野生青蒿挂牌标记,定期测定植株长势变化动态;随机选择哈尔滨市栽培地引种的青蒿20株,定期测定植株长势变化动态。

结果表明(图 12):青蒿从发芽至抽生侧枝前,株高生长比较缓慢,接着进入2个月左右的株高生长迅速期,以后生长逐渐趋于缓慢,到花蕾形成期停止生长。茎增粗生长有2个迅速期:第1个长粗迅速期出现在株高生长迅速期之前,增粗的茎为株高迅速生长做准备;第2个长粗迅速期出现在株高生长迅速期之后,为加强对已有株高的支撑,同时也为支持生殖生长即将形成大量的花蕾做准备。茎的侧枝数增长迅速期与株高生长迅速期相吻合,这一时期主茎迅速生长,侧枝大量生成,所以侧枝数量迅速增加。但随着主茎的长高,下部的分支由于光照不足等原因,少量的枝条及其叶片枯萎变黄,导致株高生长后期虽然新的枝条不断长出,但总的分支数不再增加。植株冠幅与植株密度关系很大,密度大其冠幅相对小。引种的青蒿,采用温室集成板式纸筒育苗移栽方式进行。移栽后需10天左右缓苗期,植株长势变化历程在时间上落后于野生类型,栽培与野生类型植株长势之间有一定的差异,但生长变化趋势一致。高温、高湿和强光照可使野生和栽培青蒿快速生长。野生类型生长周期短,能完成其生育期;但引种的植株生长周期长,转入生殖生长后,霜冻来临时植株的种子尚未形成或未成熟。

图 1 野生青蒿植株长势变化动态 Figure 1 Growth drift of wild A. annua -◆-株高Stem; -■-茎基数Thickness of the stem; -▲-侧枝数Number of lateral branches; -×-冠幅Crown width.下同The same below.
图 2 引种湖南青蒿植株长势变化动态 Figure 2 Growth drift of A. annua of Hunan provenance
2.2 引种青蒿与野生青蒿的青蒿素含量对比

1)野生青蒿中青蒿素含量 哈尔滨野生青蒿中青蒿素含量测定结果显示(图 3):青蒿中青蒿素含量极低,为0.017%~0.052%,达不到产地药用收购标准(0.4%~0.5%) (李国栋等,1998赵永成等,2001)。在生育期内青蒿素含量经历由低到高,再降低的过程。在7月末8月初转入现蕾期,含量达最高。

图 3 野生青蒿生育期内青蒿素含量变化 Figure 3 Artemisinin content of wild A. annua in growing and breeding period

同年7月末至8月初分别采集省内有代表性地区的野生青蒿,测定其青蒿素含量(图 4),结果表明:虽然各地样品含量差异较大,但在含量最高期采集的所有样品,青蒿素含量均未达到0.1%,即本地野生青蒿无药用价值。

图 4 不同地区野生青蒿中青蒿素含量 Figure 4 Artemisinin content of wild A. annua in different sites 1.齐齐哈尔Qiqihar;2.大庆Daqing;3.牡丹江富江桥Fujiang bridge of Mudanjiang;4.牡丹江磨刀石Modaoshi town in Mudanjiang;5.铁力Tieli;6.五常保龙店Baolongdian village in Wuchang;7.五常草庙子Caomiaozi village in Wuchang;8.五常牤牛河Mangniu River in Wuchang.

2)引种青蒿的青蒿素含量变化 2006年5月下旬至6月上旬分别在哈尔滨等不同城市大田直播云南青蒿种子(2005年收获,原产地栽培青蒿素含量为0.8%),由于播种晚,在气温较高的月份青蒿尚未转入生殖生长。为防霜冻,10月上旬将大田青蒿盆栽移入温室,继续生长并收获种子。10月中旬青蒿在温室内进入现蕾期,青蒿素含量达到最高,因此栽培方法及时间需进一步研究。测定结果表明:现蕾前期和现蕾期青蒿素含量最高,分别为0.458%,0.491%(图 5),显著高于当地野生植株(P<0.05)。说明青蒿素含量主要受种源遗传背景的影响。

图 5 引种云南青蒿中青蒿素含量变化 Figure 5 Artemisinin content of A. annua of Yunnan provenance introduced to Heilongjiang

为确定青蒿在黑龙江省的最佳栽培方法及时间,2007年早春3月下旬进行温室集成板式纸筒育苗(湖南青蒿种子,2006年收获,原产地栽培青蒿素含量为0.785%),5月10日移栽大田,定期测定青蒿素含量。结果表明:青蒿在生长过程中青蒿素含量是一个由低到高,再降低的过程。经过4—9月份的5个月生长期,到9月上旬的花芽分化期青蒿素含量累积到最高水平,达0.555%(图 6)。9月20日后在青蒿进入现蕾期时本地气温下降,青蒿素含量开始降低。早春采用温室集成板式纸筒育苗方法,青蒿素含量的最高值比2006年晚播的最高值(图 5)升高11.53%,可延长青蒿的生长期45天左右;引种的青蒿,营养生长可持续到9月初,生长期长近170天,与其在主产地的生长期相近。8月下旬陆续转入生殖生长,此时本地气候高温、光照强,可使青蒿在气温较高的月份积累最高的青蒿素含量。

图 6 引种湖南青蒿生育期内青蒿素含量变化 Figure 6 Artemisinin content of A. annua of Hunan provenance in growing and breeding period

温室栽培青蒿,温度适宜,但由于日照强度明显低于室外,测定的青蒿素含量和生物量均低于大田栽培青蒿的青蒿素含量,说明光照强度是影响青蒿素含量和生物量产量的重要因素(刘春朝等,19981999Liu et al., 2002),这也与高温(30 ℃)和强光照可使青蒿素的含量成百倍地增长的观点一致(陈福泰等,1987)。说明青蒿素的含量主要受种源的遗传背景影响,同时也受生长的环境条件影响。黑龙江省夏季气温高,日照时数多、辐射强度大,有利于青蒿生长和青蒿素积累。

2.3 引种青蒿与野生青蒿药用部位生物量

1)野生青蒿的药用生物量 青蒿素含量高峰期,采集不同生境条件下的野生青蒿样品,测定50株的药用生物量,平均单株生物量较大(表 1)。

表 1 野生青蒿药用部位生物量 Tab.1 Medicinal biomass yield of wild A. annua in Heilongjiang

2)引种青蒿的药用生物量 测定哈尔滨等3地区大田栽培青蒿的药用生物量。提早育苗可提高青蒿药用生物量的产量(表 2),这与Sushil等(2004)的研究结果一致。早育苗1个月移栽后,单位面积药用生物量的产量可提高26.5%。因此最佳育苗时间是3月下旬至4月上旬,移栽时间是5月上旬,收获时间是9月上旬。栽培株距不同(行距0.6 m固定条件下,株距为0.4 m药用生物量最大),对亩产药用生物量影响较大。青蒿本性适合群生,合理密植可提高药用部位生物量(Ferreira et al., 1993韦霄等,1999)。

表 2 引种湖南青蒿药用生物量产量 Tab.2 Medicinal biomass yield of A. annua from Hunan provenance introduced to Heilongjiang Province

野生青蒿植株高大,但叶片较稀,药用生物量较小;而引种的青蒿,通过提早育苗移栽大田,在本地的生境条件下生长,植株9月中旬进入现蕾期,不仅达到了野生植株的高度,且茎粗、叶片密集,单株生物量远大于野生青蒿的单株生物量,同时引种青蒿的青蒿素含量也远远高于野生植株。引种青蒿单位面积的药用生物量产量也高于原产地栽培的青蒿(表 3)。

表 3 不同来源青蒿药用生物量产量对比 Tab.3 Medicinal biomass yield of A. annua contrast among different origins
3 结论与讨论

青蒿系世界分布种,但其青蒿素的含量随产地的不同差别极大。除我国少数地区以外,世界绝大多数地区生长的青蒿中青蒿素含量都很低(≤0.1%)。在我国海拔50 m的沿海地带至海拔3 650 m的青藏高原均有青蒿的分布。我国的青蒿中青蒿素含量从南到北基本呈递减的趋势。桂、黔、川青蒿资源丰富,青蒿素含量也较高(周英平等,2006),而内蒙古地区青蒿资源丰富,青蒿中青蒿素含量较低,在0.12%~0.17%(李吉和等,2000)。黑龙江省野生青蒿资源丰富,其青蒿素含量尚未见报道。本研究结果表明黑龙江地区野生青蒿中青蒿素含量更低(≤0.1%),且由于气候特点导致本地青蒿在4月中旬至10月中旬期间,即可完成其生育期。

青蒿种子具有种子驯化现象,经多年种植后,青蒿素含量明显提高。通过青蒿引种可以有效解决野生青蒿资源分布分散、产量不稳定、有效成分含量差异大的问题(张萍等,2001)。引种青蒿在原产地(23°—30° N)可进行秋季、夏季和春季播种。春季播种是在3月上旬到中旬播种,4月下旬移栽,经过10天左右的成活到5月上旬进入营养生长期。生长旺盛期在6月上旬到7月下旬,8月下旬至9月上旬花蕾形成(朱卫平,2003)。而主产区青蒿引种到具有大量土地资源的黑龙江省(46° N,高寒地区),其生长周期仍与原产地相近。2年的栽培试验表明:引种青蒿的青蒿素含量虽有下降,但仍然能达到药用收购标准且生物量大。青蒿素的产量源于青蒿素含量及药用生物量的贡献,3月下旬到4月初采用温室集成板式纸筒育苗方法,即可延长青蒿生长时间,又避免与野生类型混杂,成本低,移栽时不伤苗、损苗,成活率高。5月上旬移栽,经过10天左右的成活到5月下旬进入营养生长期。生长旺盛期在6月下旬到8月中旬,9月上旬至中旬花蕾形成。这样克服了高寒地区气候弱点,延长青蒿生长期,在气温较高的月份转入生殖生长,积累最高的青蒿素含量并达到大的生物量,从而提高青蒿素产量。

黑龙江引种和野生青蒿的青蒿素含量累积趋势是一致的,但含量高低差异极大,说明青蒿素含量主要受遗传背景控制,其次受环境条件影响;引种青蒿的青蒿素含量可达到工业利用水平且药用生物量单产超过原产地;引种的青蒿对本地各种立地条件具有很强的适应性。因此充分利用青蒿栽培对土壤类型要求不高(Laughlin,1993韦美丽等,2005)及适应性强的特点,在荒地、废弃地、闲置地、石砾地,开展大规模栽培生产,既可带动黑龙江乡村、林场经济的发展,又避免与传统作物争地。

参考文献(References)
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