趙小光,趙興忠,穆建新,陳文杰,張耀文,王麗萍,張 新,拜倉玲
(陜西省雜交油菜研究中心,陜西 楊凌 712100)
目前我國有很多小品種油料作物,如向日葵、芝麻、胡麻、油茶、紅花、紫蘇等[1],它們含有獨特的脂肪酸成分和生理活性物質(zhì),且耐干旱、耐瘠薄,是一類適宜旱薄地種植的優(yōu)勢作物,因其具有特色和特殊用途,被稱之為特色油料作物,種植面積約占全國油料作物總面積的10%,產(chǎn)量約占油料總產(chǎn)量的5%。食用植物油是居民生活的必需品,抓好油料生產(chǎn)對于穩(wěn)定我國食用植物油市場、滿足消費需求、增加農(nóng)民收入和促進經(jīng)濟發(fā)展具有重大意義。
近年來,我國農(nóng)產(chǎn)品價格低下,油料作物種植利潤較少,種植面積持續(xù)下滑,國內(nèi)食用植物油產(chǎn)需缺口不斷擴大,自給率僅40%,每年需要從國外大量進口[2]。為了推動油料事業(yè)的發(fā)展,我國在2007年召開了促進油料作物生產(chǎn)的會議,發(fā)布了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進油料生產(chǎn)發(fā)展的意見》,提出積極開發(fā)特色油料,因地制宜大力發(fā)展芝麻、亞麻、油葵、油茶、紫蘇等作物生產(chǎn)[3]。
紫蘇(PerillafrutescensL.Britt)又名荏子、赤蘇、紅蘇等,為唇形科紫蘇屬一年生草本植物[4],原產(chǎn)亞洲東部,有野生型和栽培型,主要生長在熱帶和溫帶地區(qū),在我國已有2000多年的栽培歷史,李時珍的《本草綱目》中就有記載[5]。目前,我國紫蘇主產(chǎn)于江蘇、安徽、湖南等地,在其他20多個省份也有零星栽培,種植區(qū)域極為廣泛。我國北方主要用以生產(chǎn)食用油,而南方主要用于藥用原料,同時也用來制作香料和生活食用等[6]。研究表明,紫蘇具有保護肝臟、降壓降脂、預(yù)防血栓、促進免疫、提高記憶力、抗炎、抗過敏、抗微生物等多種藥用功效[7],是我國衛(wèi)生部第一批規(guī)定的既是藥品又是食品的60種作物之一,在醫(yī)藥食品領(lǐng)域有著重要的開發(fā)價值[8,9]。近年來,人們通過對紫蘇的活性物質(zhì)和營養(yǎng)成分的開發(fā),將其多種用途廣泛的應(yīng)用于生活之中,使紫蘇越來越引起人們的重視[10,11]。本文在分析紫蘇利用價值和研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合陜西自身地理、生態(tài)、經(jīng)濟、人文等資源條件,重點分析了陜西種植紫蘇的潛力、難點及解決策略,并對今后的開發(fā)利用進行了展望,以期為紫蘇的深入研究和應(yīng)用提供參考,有效促進陜西紫蘇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
目前在紫蘇屬植物的資源研究與利用上日本處于領(lǐng)先地位。Nitt等[12,13]通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),紫蘇主要分布在中國、韓國、日本、越南等亞洲東部國家,對紫蘇的生理及農(nóng)藝性狀等進行測定及分析后,將其分成五個類群,大部分油用型紫蘇分為一個類群,藥用型紫蘇分為3個類群,野生型則成為1個類群;Lee等[14]通過分子標(biāo)記方法分析了栽培型紫蘇及其野生型的遺傳關(guān)系,證明了野生型紫蘇起源于日本,而栽培型紫蘇起源于中國和韓國;Shin等[15]利用GC-MS分析方法分析了多個紫蘇品種的油脂成分及特性,篩選出了一份高α-白蘇烯的種質(zhì)資源。國內(nèi)對紫蘇的資源研究起步較晚,借鑒前人的研究基礎(chǔ),參考小麥、油菜等常規(guī)作物的選育方法,研究人員分別建立了紫蘇的種子快速分析檢測方法和田間拷種標(biāo)準(zhǔn),并通過測定不同栽培紫蘇品種的農(nóng)藝性狀、含油率及脂肪酸組成等,結(jié)合抗病、抗倒、產(chǎn)量指標(biāo)篩選出一系列綜合經(jīng)濟性狀較好的紫蘇資源,不斷收集野生紫蘇資源,有效地豐富了紫蘇種質(zhì)基因庫[16-18]。
紫蘇的適應(yīng)性很強,對土壤要求不嚴(yán),排水良好的沙土、壤土、粘壤土均能播種,具有耐蔭喜光的習(xí)性, 路邊坡地和溝邊地角均能良好生長,可與大株作物或者果樹進行套種,有效利用了非耕地面積。因喜濕怕澇,紫蘇在水利條件不良的半干旱地區(qū)需通過育苗移栽方式進行栽培,而在排水不良的低洼地帶則應(yīng)做好排水措施,從而保證其正常生長。紫蘇為春播作物,南方在3月份播種,北方在4月份播種,地表溫度在5℃以上時紫蘇種子即可萌發(fā),芽期、苗期和花期的適宜溫度分別為18—23℃、15—25℃、26—28℃,為短日照作物[6]。孫燕玲等[19]研究了紫蘇的種植密度與產(chǎn)量的相關(guān)性,結(jié)果表明在不超過15萬株/hm2的密度條件下,隨著密度的增加,紫蘇產(chǎn)量一直處于增加的趨勢,但勞動投入成本也在增加,故紫蘇的最佳種植密度為7萬株/hm2;朱小平等[20]研究了不同的施氮量對紫蘇各發(fā)育時期的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀的影響,分析了整個生育期的動態(tài)變化趨勢,最終認(rèn)為紫蘇的施氮量以75—150kg/hm2較為適宜。
紫蘇葉中含有酚、醛、酮、多糖等多種活性物質(zhì),具有重要的藥用和商用價值。紫蘇葉中的酸類物質(zhì)主要活性成分為迷迭香酸,具有抗炎、抗氧化和免疫抑制等作用[21]。張鑫等[22]在不同發(fā)育時期對紫蘇葉片通過多種方法來提取迷迭香酸,分別確定了提取的最佳時期和方法。紫蘇葉提取的花色素苷具有良好的還原能力,對DPPH和ABTS自由基具有較強的清除能力[23]。胡曉丹等[24]用超聲波助提法有效地提高了紫蘇葉中花色素苷的提取率;王健等[25]利用氣相色譜—質(zhì)譜技術(shù)研究了紫蘇不同生長部位的精油成分,依次鑒定出葉、梗、花蕾和籽中的不同精油組分和比例;周曉晶等[26]采用化學(xué)萃取和GC-MS法,對不同產(chǎn)源地和變種的紫蘇種子進行了油含量及其脂肪酸組成分析,發(fā)現(xiàn)α-亞麻酸、亞油酸與油酸之間存在一定代謝轉(zhuǎn)化相關(guān)性,其中白蘇變種的含油量和α-亞麻酸含量較高;陳琳等[27]對比研究了不同壓榨方式對紫蘇油酸價和不飽和酸含量的影響,結(jié)果表明冷壓榨下紫蘇油中不飽和脂肪酸顯著高于熱榨紫蘇油。
紫蘇籽的含油量較高,出油率可達到40%—50%,其中α-亞麻酸含量高達50%—70%[5],是目前發(fā)現(xiàn)的天然植物中含量最高的。α-亞麻酸屬于ω-3脂肪酸,人體不能自我合成,必須從食物中獲取,是人體必需脂肪酸,被稱為植物界中的“腦黃金”。我國目前主要食用油中的α-亞麻酸含量普遍偏低,其中菜籽油僅10%左右。歐美等國居民飲食結(jié)構(gòu)中的ω-3脂肪酸的攝取來源主要是深海魚油,而我國深海魚油資源貧乏,加上價格昂貴,因此居民普遍存在ω-3脂肪酸攝取不足的問題[28]。于修燭等[29]等研究發(fā)現(xiàn)α-亞麻酸在體內(nèi)通過代謝可生成EPA和DHA,EPA是體內(nèi)三烯前列腺素的前體,DHA是大腦、視網(wǎng)膜等神經(jīng)系統(tǒng)膜磷脂主要成分,它不僅能提高神經(jīng)系統(tǒng)功能,對學(xué)習(xí)記憶和行為活動也有促進作用。此外,α-亞麻酸還具有促進免疫、降低血脂、預(yù)防心腦血管疾病發(fā)生等多種功效。據(jù)報道,α-亞麻酸對癌細(xì)胞也具有治療作用,有效的降低了結(jié)腸膜對腫瘤誘發(fā)物的敏感性[30],因此紫蘇的油用價值主要體現(xiàn)在食用保健功能上。
據(jù)《本草綱目》記載,紫蘇具有行氣寬中、消痰利肺、和血、溫中、止痛、定喘、安胎的功效,其葉、梗、苞、籽均可入藥[21]。隨著科技的進步,現(xiàn)代學(xué)者對紫蘇的藥用價值進行了更加深入和詳細(xì)的研究。首先,紫蘇具有抗菌、抗病毒的功效。郭群群等[31]發(fā)現(xiàn)紫蘇葉揮發(fā)油對革蘭陽性菌和革蘭陰性菌均具有較強的抗菌作用;李國清等[32]發(fā)現(xiàn)紫蘇莖葉提取物對常見菌也具有抑制作用。其次,紫蘇具有止血的功效。劉瀏報道[33]紫蘇葉提取物能直接作用于血管,促進血小板血栓的形成,當(dāng)血栓形成之后,能機械性堵塞傷口,從而達到止血的效果,縮短血凝時間和血漿復(fù)鈣時間。第三,紫蘇還具有抗氧化作用,其中起主要作用的活性成分為迷迭香酸。呂曉玲等[34]研究發(fā)現(xiàn)紫蘇提取物迷迭香酸具有較強的還原力和抗氧化性,并對脫氧核糖氧化損傷有抑制作用,其抗氧化活性比抗壞血酸的還高。此外,紫蘇還具有降血脂、抗過敏、鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、提高免疫力等多種功效。
紫蘇不僅是居民生活中的保健食用油和醫(yī)藥工業(yè)重要的原材料,它在日用化工、食品生產(chǎn)、生物農(nóng)藥等方面也同樣扮演著重要角色。紫蘇具有特異香味,全株可蒸餾提煉活性物質(zhì),主要成分為揮發(fā)油,總含量約占植株的0.5%,分別含紫蘇酮、紫蘇烯、紫蘇醛、苯丙醇、香薷酮和檸檬醛等成分,可在食用加工中作為防腐劑、甜味劑和香料等添加劑產(chǎn)品使用[35]。紫蘇鮮嫩葉片的蛋白含量高達3.84%,類胡蘿卜素含量為8mg/L,并富含人體需要的多種維生素和微量元素,營養(yǎng)價值高并兼具藥用功效,作為蔬菜食用深受人們喜愛。以紫蘇為原料,人們相繼開發(fā)出了紫蘇餅、紫蘇飲料、紫蘇口服膠囊等,并且開發(fā)出亞麻酸含量85%以上的紫蘇保健油[5]。此外,紫蘇花蕾繁密、花期較長、花蜜味香,適合蜜蜂采集花蜜。紫蘇榨油后的油餅富含蛋白質(zhì)和萜類物質(zhì),動物食用具有很高的營養(yǎng)價值,可作為家畜飼料[36]。紫蘇全株味香,紫葉品種可作為道路綠化和庭院美化的植物。
陜西位于105°29′—111°15′E、31°42′—39°35′N,南北長約880km,東西寬約490km,地跨北溫帶和亞熱帶,整體屬大陸季風(fēng)性氣候。由于南北延伸很長,所跨緯度多,所以氣候在南北之間差異較顯著,在長城沿線以北為溫帶干旱半干旱氣候,陜北其他地區(qū)和關(guān)中平原為暖溫帶半濕潤氣候,陜南盆地為北亞熱帶濕潤氣候,山地大部份為暖溫帶濕潤氣候[37]。溫度的分布也受緯度的影響,表現(xiàn)為由南向北逐漸降低,北部地區(qū)年平均氣溫為7—12℃,南部地區(qū)年平均氣溫為14—16℃,年平均降水量576.9mm[38]。而紫蘇主要分布在溫帶和熱帶地區(qū),生長喜溫喜濕,而陜西的氣溫和降水均能滿足紫蘇的生長,所以全省大部分地域都適合紫蘇的種植。調(diào)查發(fā)現(xiàn),在陜西北部榆林、南部安康、西部與甘肅交界處、東部與山西交界處均有農(nóng)戶零星種植。
陜西耕地面積約480萬hm2,僅占全省土地總面積的23.3%,陜西北部和中部以小麥、玉米輪播,陜南地方則為油菜和水稻輪播。近年來隨著農(nóng)產(chǎn)品效益的低下,種植主糧的平均收入約4500元/hm2,因此農(nóng)民開始選擇性地種植省工省力的作物,一年只種植小麥或水稻等一料作物。大量農(nóng)村勞動力外出務(wù)工,許多耕地被閑置荒廢,同時伴隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的開展,陜西耕地面積逐年下降。陜西省山地面積為741萬hm2,占全省土地總面積的36%;林地面積為962.6萬hm2,占總面積的46.8%;草地面積為317.9萬hm2,占總面積的15.4%。加上陜西坡地較多、平地較少,很難實現(xiàn)大規(guī)模的機械化農(nóng)業(yè)生產(chǎn),所以非耕地資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過耕地資源。這些非耕地面積基本都適宜紫蘇的種植和生長,在不影響糧食作物生產(chǎn)的前提下,通過開發(fā)紫蘇既能增加留守人員的收入,又能使土地功能得到充分利用。
相比市場上常見的玉米、油菜等雜交品種,紫蘇為常規(guī)品種,農(nóng)戶可將當(dāng)季收獲的種子保存留作來年播種,不需要每年購買。播種時候不需要對土地進行深翻,只需開淺溝就行,完全可由農(nóng)村的老人、婦女等留守人員完成。紫蘇對土肥的需要較低,在較貧瘠的土地也能生長,施用農(nóng)家肥即可滿足需求,不需要在生長旺季購買化肥進行追肥。施肥過多反而容易造成植株瘋長,在收獲季節(jié)出現(xiàn)大面積倒伏,增加收獲難度與成本。由于紫蘇具有特殊香味和多種殺菌防腐的活性成分,因此本身具有很強的抗病蟲能力,在陜西地區(qū)對大部分病蟲害都具有防護能力。紫蘇主要病情為銹病,由單孢銹菌屬真菌侵害所致,一般在雨季發(fā)病較重,排水不良的低洼地和種植過密、通風(fēng)透光較差的地塊也較易發(fā)病,通過合理密植和做好排水可大量減輕發(fā)病率[39]。紫蘇收獲根據(jù)不同用途分為收葉、收梗、收籽,分別在7月、9月、10月進行,可以有效將收獲時間分散開,解決了農(nóng)村勞動力不足的問題。
按照目前的市場價格,紫蘇種子為16元/kg,平均產(chǎn)量約750kg/hm2,收入為1.2萬元/hm2;紫蘇葉為10元/kg,平均產(chǎn)量3000kg/hm2,收入為3萬元/hm2;紫蘇梗為1元/kg,平均產(chǎn)量7500kg/hm2,收入為7500元/hm2,所以農(nóng)民獲得的初級農(nóng)產(chǎn)品總收入為4.95萬元/hm2。如果將種子加工為紫蘇油和紫蘇膠囊,將紫蘇葉加工為蔬菜和化工原料,紫蘇的收益還要翻一番。對比種植玉米作物,種子收購價為1.6元/kg,平均產(chǎn)量9000kg/hm2,總收入只有1.44萬元/hm2,而玉米秸稈還需要雇傭農(nóng)機進行粉碎和深埋。玉米從播種到收獲,平均農(nóng)機費用約為4500元/hm2、化肥1500元/hm2、灌溉225元/hm2、種子費450元/hm2、農(nóng)藥費1050元/hm2,最終農(nóng)民的收益只有4650元/hm2。而且陜西地處秦嶺以北,在玉米收獲季節(jié)經(jīng)常遇到南方梅雨帶北移,極大地增加了農(nóng)民的收獲困難。
陜西的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)主要集中在西安、寶雞、渭南等大城市及周邊地區(qū),主要以第二、三產(chǎn)業(yè)為主,而從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的第一產(chǎn)業(yè)大部分位于經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū),尤其在陜西南部的安康、漢中等地的偏僻山區(qū),由于交通不便,存在大量的貧困人口,是陜西省重點扶貧地區(qū),而紫蘇的種植為這些貧困山區(qū)提供了一條增加收入的有效途徑。紫蘇適應(yīng)環(huán)境能力強、易種植、成本低,房前屋后,山坡路邊均能正常生長,加上具有特殊香味,既能美化鄉(xiāng)村及庭院,又能作為經(jīng)濟作物有效提高農(nóng)民收入。紫蘇葉、莖、稈和根富含維生素與麥類蛋白、豆類蛋白,粗蛋白含量高達20%,是營養(yǎng)價值很高的飼料,可以大力開展養(yǎng)殖業(yè)。它的觀光、油用、藥用、花用、飼用等多種功能一體化,對促進陜西貧困地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),帶動農(nóng)民積極性具有重要意義。
無論在學(xué)術(shù)上還是生產(chǎn)上,紫蘇屬植物的資源利用都一直不很清晰。《中國藥用植物志》最早對其進行了分類,認(rèn)為白蘇與紫蘇為同一物種的不同變種[40]。20世紀(jì)末期國內(nèi)科研工作者開始對紫蘇屬植物分類進行了詳細(xì)研究。丁樹利等[41]研究表明,紫蘇和白蘇應(yīng)為兩種不同的植物,而耳齒蘇應(yīng)與野生紫蘇為同種植物;郭鳳根[42]等對云南境內(nèi)紫蘇種的遺傳變異進行研究,結(jié)果表明紫蘇屬植物可分為紫蘇、回回蘇、耳齒紫蘇、野生紫蘇和白蘇5個變種,所以目前紫蘇的分類學(xué)研究結(jié)果尚存在爭議。農(nóng)戶收獲時都是對當(dāng)?shù)卦耘喾N或野生種進行混收,缺乏對單一品種的辨識能力,造成紫蘇種植時品種混亂、管理單一、收獲時期集中,從而產(chǎn)量和品質(zhì)均達不到預(yù)期目的。為解決紫蘇資源混亂問題,首先要從理論水平上解決??蒲泄ぷ髡邔ψ咸K進行分類時既要參考傳統(tǒng)外觀形態(tài)觀察方法,還要采用先進的實驗室輔助手段,如同工酶蛋白分析、RAPD分子標(biāo)記[43]、細(xì)胞學(xué)核型分析等,為紫蘇屬資源的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。基層農(nóng)技工作人員應(yīng)提高自身的學(xué)習(xí)能力和宣傳能力,幫助農(nóng)戶識別品種,介紹管理經(jīng)驗,讓農(nóng)戶科技務(wù)農(nóng)。
紫蘇籽含油量較高,不飽和脂肪酸含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他油料作物,從而使種子活力不能長期維持在較高的水平。紫蘇籽常溫保存時,時間愈長,種子的萌發(fā)率愈低,經(jīng)過高溫處理后發(fā)芽率就更低,萌發(fā)率顯著下降[36]。雖然低溫保存可使紫蘇種子維持10年以上的萌發(fā)活力,然而目前普通農(nóng)戶家庭尚不具備低溫保存紫蘇種子的條件和意識。隨著紫蘇資源的進一步開發(fā)利用,其種植面積將會逐漸擴大,而如何使農(nóng)民對種植的種子放心,商家儲存的優(yōu)質(zhì)種子已成為眾人關(guān)注的問題。紫蘇無論是種植還是生產(chǎn),必須保證種子的質(zhì)量,這就需要科研工作者對種子保存進行深入研究,從源頭上為農(nóng)民和商家解決難題。
紫蘇起源于亞洲,在我國已有2000多年的種植歷史,但是作為小品種非主糧作物,將紫蘇作為經(jīng)濟作物進行育種科學(xué)研究的國內(nèi)科技人員較少,主要集中在四川、重慶、貴州等西南地區(qū)。目前已選育出多個適宜當(dāng)?shù)胤N植的優(yōu)良紫蘇品種,如“奇蘇2號、奇蘇3號、川紫1號”等。由于這些地域的氣候與陜西差異較大,品種能否適應(yīng)陜西種植還需要驗證。陜西本地種植的紫蘇多為野生種,產(chǎn)量和綜合性狀均低于審定品種,所以需要從全國各地收集栽培品種在陜西多點進行引種實驗,設(shè)計不同密度和播期,從而篩選出適合陜西本地種植的紫蘇栽培品種。對陜西已有的野生種,應(yīng)采用傳統(tǒng)育種手段,通過田間觀察、拷種、計產(chǎn)、雜交等手段將其逐漸馴化,使之成為栽培品種。
目前紫蘇在我國北方有傳統(tǒng)的油用種植區(qū),在南方有藥用種植區(qū),在主產(chǎn)地均有配套的科技指導(dǎo)人員和產(chǎn)品加工部門,保證紫蘇從種到收可順利完成。而在陜西,紫蘇種植面積小且分散,農(nóng)戶種植多為自家榨油,少量為食用紫蘇葉,基層沒有具備專業(yè)知識的農(nóng)技人員,省內(nèi)也沒有專門從事紫蘇研究的科研人員,紫蘇的開發(fā)利用缺乏理論指導(dǎo)。陜西適宜紫蘇種植地域多為山地和坡地,播種和收割時機械化操作困難,若大面積承包種植,需要大量勞動力協(xié)作。此外,陜西缺乏紫蘇榨油工廠和紫蘇活性物質(zhì)提煉部門,原材料不能就地加工,運送外地需要增加大量的運輸費用。為解決這些問題,當(dāng)?shù)卣块T需要大力支持,既要增加特色油料作物的科研經(jīng)費,培育陜西本土的紫蘇科研和農(nóng)技人員,又要鼓勵商家興辦與紫蘇開發(fā)利用配套的生產(chǎn)工廠,通過產(chǎn)品的精深加工,進一步提高紫蘇的收益。
紫蘇作為藥食兩用的特色油料作物,在保健用油、香料加工、藥品原料、食品原料等方面展現(xiàn)出獨有的特色[7],越來越受到人們的青睞。我國對紫蘇的研究與開發(fā)越來越重視,多個省份的農(nóng)業(yè)機構(gòu)都已建立有專門的紫蘇育種與科研部門,選育出多個適應(yīng)大規(guī)模種植且綜合性狀良好的審定品種,對紫蘇脂肪酸成分和葉片活性成分的研究也更加深入。同時,下游的產(chǎn)品開發(fā)也取得一定的成就,推出多個品牌的食用紫蘇油,之后又開發(fā)出紫蘇食品、紫蘇飲料和紫蘇化妝品等。為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)消費需求,紫蘇的開發(fā)利用應(yīng)更加多元化,加工生產(chǎn)紫蘇精油、防腐劑、色素、調(diào)味劑等,研制止血、鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、抗腫瘤、安胎等中成藥。近年來越來越多的紫蘇產(chǎn)品出現(xiàn)在市面上,其發(fā)展前景十分樂觀。然而,我國對紫蘇的研究和選育工作起步較晚,尤其基礎(chǔ)研究與國外差距較大,而紫蘇的商業(yè)化運作也尚未成熟,因此紫蘇開發(fā)既要抓科研,又要抓生產(chǎn),更要抓市場,從而不斷促進陜西紫蘇產(chǎn)業(yè)發(fā)展。