我国香根草种质资源研究与应用现状及展望
2021-05-03
来源:步旅网
业与畜牧2o09年第4期总第161期 CAOYE YLJ MU 我国香根草种质资源研究与 应用现状及展望 洒(1.青海大学生物科学系,青海威 ,畅喜云 ,席嘉宾 ,李 寅 西宁810016;2.青海畜牧兽医职业技术学院,青海湟源812100; 3.中山大学生命科学学院,广东 广州510275) 摘要:香根草是一种高大的、簇生成丛的禾本科多年生草本植物,也是一种优良的热带牧草,香根草有很多用 途,特别是在作为一种廉价而有效的,并且有利于生态环境的抗击土壤侵蚀的工具方面发挥着很重要的作用。目前香根 草已被世界上100多个国家列为理想的水土保持植物种之一。香根草生态工程技术也曾被国际评估委员会评为全世界7l 项持续发展技术中最为优秀的项目,受到热带、亚热带地区的政府、科学家和使用者的高度重视,已在这些地区的山坡 地水土保持、路基护坡、海滩和河岸固土以及污染治理等领域广泛应用。本文将重点介绍我国香根草种质资源领域的研 究现状,同时对目前存在的一些问题进行分析说明,为将来我国香根草种质资源的开发利用提供一定的参考。 关键词:香根草;种质资源;研究现状;开发利用 中图分类号:S54.024 文献标识码:B 文章编号:1673—8403(2009)04—0025—05 香根草(Vetiveria zizanioideis)又叫岩兰草,是一 人们的青睐。此外,因其特殊的杀菌防虫以及所具有 种高大的、簇生成丛的禾本科多年生草本植物,原产 于印度等热带、亚热带国家,我国广东省的吴川地区 有小面积的存在…。香根草的根系庞大而发达,抗逆 的造纸功能、燃料价值、用于肥料以及地表覆盖等领 域的功能,可以预料,随着香根草的进一步培育和推 广,必将为我国和世界的国民经济的发展作出更大贡 献。但从目前我国对香根草的研究与应用现状来看, 性强,具有耐旱、耐热、耐寒、耐贫瘠、耐涝、耐 酸、耐碱等特性,在温度范围为一15.9-55 ̄C、年降水 量为300 mm的干旱地区和年降水量6 000 mm的潮湿 地区均可生长 。 ,且向地下纵深发展,抗逆能力也非 从事的领域还是比较狭窄,相关研究不是很多,并且 大多集中在文献综述、资源调查、尾矿治理以及生态 治理的部分领域 ~I,还没有全方位的进行深入的研究 和应用。本文将重点回顾和总结我国香根草种质资源 领域的研究与应用情况,同时对目前存在的一些问题 进行探讨分析,为将来我国在香根草种质资源领域的 常强,是一种非常优良的水土保持类草本植物。20世 纪5O年代早期,香根草在斐济群岛首次被应用到土地 恢复和水土保持 ,同时它还是一种非常优良的可用 于土壤改良、废矿地治理等领域的首选植物,由于其 具有生长迅速、生物量大、营养价值较好以及优良的 抗逆性能等特点,在优良牧草品种资源严重匮乏的热 带亚热带地区,更是一种潜在的优良牧草饲料作物资 源。在亚洲地区,几个世纪以来常常用香根草的根系 提取香根油,也被编织成有香味的席子和屏风而受到 研究以及开发利用提供有益的参考。 1 香根草的植物学特征和生态学特性 香根草属禾本科香根草属多年生草本植物。香根 草密集簇生,无芒,坚韧光洁,草层高通常为1.0~ 1.5 In,抽穗成熟茎秆较高,可达1.5~2.5 m,直立, 一般有节16~20个,每节有腋芽,节间由叶鞘包裹。 茎稍扁圆柱形,表面光滑,质硬基本木质化,中心部 收稿日期:2008—09—18 基金项目:国家科技攻关项目(2004BA522B07—4)和广东省 科技攻关项目(2005B20201020)资助。 通讯作者 稍疏松而有细小空心。叶互生,剑形,较厚硬,两面 光洁,叶背中脉上部及叶边缘有细小锯齿状突起。叶 宽0.4~1.3 cm,长30—130 cm。通常叶基部呈“v” 形折合,上部渐平展,叶尖部有不同程度下垂。圆锥 25 至 花序顶生,直立,紫色,花序主轴粗壮,穗长l5 40 cm,分枝多数、轮生。无柄小穗均两性,扁平, 无芒,雌雄同花,雄蕊3枚,羽状柱头2枚。一般秋 季抽穗(华南地区秋冬季抽穗,同时因品种不同,抽 穗时间也有很大的差异),但很难结实,主要靠分蘖 繁殖。海绵状须根密集呈网状向纵深发展,根粗为 0.6~2.2 mm,深可达2~3 m甚至更深;根系初生时 呈现白色,以后渐呈淡黄色到黄褐色…。鲜、干根系 均有特殊的岩兰醇香味,可提炼香精油;越冬时宿根 处于自然休眠状态,翌春重新分蘖。 从香根草的生态学特性来看,它虽然是一种热带 植物,但能适应较广的物候条件,被认为是一种顶级 演替植物 。它可在气温为.15.9~55 ̄C和年降水量 200~6 000 mm的地区生长,在我国长江流域以南生 长发育良好。由于其较好的耐寒性能,甚至可以延伸 到黄河流域,但目前还基本没有人引种栽培。香根草 属c 植物,光合能力强,生长快,生物量大。在光照 较充足的情况下,当日平均温度稳定在8℃时香根草 就可开始萌发生长,以日均温度达到20~30cc时生长 最快。香根草在自然条件下一般不结实,也没有根状 茎或匍匐茎,因此它不会成为农田杂草。香根草也极 少感染或传播病虫害,一旦定植成功,它就能存活几 十年甚至数百年。它具有非常发达的根系,生长迅 速,对土壤要求不高,能适应各类土壤条件,在非常 贫瘠、紧实、强酸(pH值4)、强碱(pH值1 1),甚 至具有重金属毒害的土壤上都能生长,也能抵抗长期 的干旱或渍水,即使茎叶有部分长期淹水亦能存活。 2国内研究应用的主要香根草种质资源及分布 我国在20世纪5O年代就开始了对本国野生香根 草的应用和研究,曾尝试香精提取和造纸 ,1957年 自从华侨朱平能先生将香根草从印尼引入我国种植开 始,经过几十年的发展,包括我国广东省吴川地区的 野生种在内,至目前在我国已经引进十多个生态型品 系,包括Huffman(USA)、Capitol(USA)、Kandy (Sri Lanka)、 Karnataka (India)、Lilongwe (Malawi)、 Malaysia (Malaysia)、Parit buntar (Malaysia)、Sabak bernam(Malaysia)、Sunshine (USA)、Zomba(Malawi)、Wild(Guangdong, China)和M0nt0(Australia)等,在部分生态型品系 的引进中,中科院华南植物研究所的夏汉平博士应该 说作出了巨大的贡献。据课题组多年的相关研究发 现,这些生态型品系的生物学特性和生态型特征与国 内的野生资源品系相比较,差异很大,特色各异,这 26 oo9年第4期总第161期草业与畜牧 就为将来进一步培育优良水保型以及水保饲草兼用型 等用途的香根草新品系(种)提供了丰富的资源材 料。进入80年代,世界银行官员Grimshaw R.G.从印 度引进香根草进行大规模的水土保持和土地恢复方面 的推广应用 。 据相关文献报道,早年在我国海南的感恩县(现 乐东县、东方市一带)和广东省的吴川I地区都有天然分 布 ,可惜的是目前受人为的破坏以及其他因素的影 响,我国香根草野生种质资源目前仅在广东省的吴J I I地 区有小面积的存在,海南地区已经无法再找到相应的野 生资源分布。据不完全调查,广东省吴川地区香根草野 生种质资源现存面积也只有大约1 50 hm 左右,且一直 呈现破坏萎缩的趋势,这一点非常值得引起我国社会各 界的高度重视,加大保护这唯一资源的力度。从香根草 在我国早年的利用情况来看,早年香根草在我同的种植 主要是用来提炼精油,并且相应品种也是早年引进品 种,而非我国当地的野生品种。而香根草生态和环保领 域的应用直到90年代初才在我国的部分省份开始应 用,并且在短短的十多年时间里,生物工程领域的应用 范围呈现加速度上升趋势,应用范围迅速覆盖到广东、 海南、广西、云南、贵州、四川、湖南、湖北、江西、 福建、浙江、江苏、上海等地,应用面积和应用功能也 在逐年扩大。总的来讲,我国目前对香根草的应用领域 还更多的局限在水土保持方面,而实际上这一点还远远 没有发挥出香根草应有的价值和优势,因此香根草应用 领域开发拓展空间很广。 3国内外香根草种质资源研究与应用现状 3.1 国外香根草种质资源研究与应用现状 印度被认为是香根草应用最早的国家… 。在印 度,香根草作为农田地界植物栽培至少有200多年的 历史。但作为科学研究,最早始见于1989年新西兰学 者John Greenfield的报道,从20世纪50年代开始, John Greenfield就对20种被认为有可能产生良好水土 保持效果的植物进行了长达30年的观测研究,最终肯 定了香根草具有热带、亚热带地区最出色的水土保持 特性的功效I“1。这一研究成果一公布于世,立刻引起 了世人的普遍关注,并在世界银行的支持下迅速在印 度、斐济、泰国、马来西亚、印尼、澳大利亚、美国 等国推广应用,并于1989年成立了围际香根草网络, 发行“Vetiver Newsletter”期刊和出版有关香根草的 专著,以促进各国在香根草领域科研成果的推广和相 关经验的交流,目前香根草已在热带与亚热带的100 多个国家和地区推广应用,广泛用于水土流失治理与 业与畜牧20o9年第4期总第161期 一CAOYE YU XUMU 的综合评价、优良饲用水保兼用型品种的培育、高产 栽培技术以及香根油的开发等方面进行了深人的试验 研究,也取得了非常好的效果” 。 污染环境的改良1 1。相关研究与应用方面的资料表 明,香根草在水土保持方面的效果非常显著,如马来 西亚学者研究发现,香根草能将地表径流减少73%, 土壤流失可降低98%,对地表土壤流失的截留量达到 湖南银兴工程加固有限公司和广州市香根草业科 600 g/m 1 ;在坦桑尼亚等国,工程师们也用它加固桥 基、渠道和水道等。马来西亚、泰国、印度、斐济、 南非、新西兰等国目前也运用香根草的这一特性来进 行各类坡面的防护,加固沟渠稳定性和高速公路路基 技有限公司等国内香根草产业与应用型公司相继提 出,将香根草用于水利、交通、电力、城建、环保等 部门,作为抗滑护坡、固滩护堤等生物绿篱工程加固 措施,来替代或部分替代传统的混凝土或浆砌石挡土 护坡1” 。 在其他领域,国外的许多专家学者也进行了许多 相关的研究,也取得了一定的成就,并仍在不断的深 化之中。例如,印度、斐济等国用香根草作饲料、燃 料和纸浆的原材料。泰国、马来西亚等国将香根草用 于水土流失治理和保护农田果园、生产地砖、胶合 板、装饰材料,甚至家具、茶杯和碗筷,编织草绳、 席子、垫子、刷子、帽子、鞋子、篓子、扇子等,以 减少对木材的砍伐。因香根草的根系含香精成分岩兰 草醇,经提取可驱虫、杀菌,并具一定的香味,因此 在国外许多国家作了大量的研究和开发利用工作。迄 今为止,几乎所有的热带、亚热带国家都在种植和利 用这一植物资源。 3.2国内香根草种质资源研究与应用现状 据有关资料报道,我国早年曾从国外引进了一个 香根草品种,不过当时主要是为了提炼精油,后来由 于提炼成本过高,精油质量不过关,难以打开国际市 场,最终导致香根草在国内的栽培、加工以及提炼工 作渐渐停顿。随后,这个从国外引入栽培的香根草品 种因荒芜而变成了“野草”1 。20世纪80年代末,随 着国土绿化与水保技术在国内重视度的提高,香根草 以其优良的水保特性再次受到人们的青睐,并在水土 保持与环境治理两方面都取得了较好的效果 。由于 香根草特殊的生物学特征以及生态学特性,使得近年 来我国的相关学者也做了大量的相关研究。如在水土 保持领域,夏汉平等人I“ 的研究表明,种植香根草可 使径流量和土壤侵蚀量分别下降60%和93%,土壤 含水量上升40%~42%。在江西祟仁县寺下小流域 试验结果表明 ,保水固土效果依次为香根草篱>等 高梯田>顺坡开垦,香根草在雨季使0 20 cm、 20—40 cm土层含水量分别提高20-3%和4.1%;在旱 季增幅更大,分别为42.1%和13.3%,较好地起到了 抗旱保收作用。而本课题组近年来也在香根草种质资 源领域做了大量的试验研究,从香根草种质资源搜集 整理、生物学特性、生理抗性、饲用价值与水保性能 墙和锚固抗滑桩等工程措施,护坡防滑效果非常良 好,并已在湖南省贺龙水电站变电站以及其他水利水 电堤坝边坡等工程中实施,种植面积已达到3万多平 方米以上。从种植效果来看,香根草生长良好,抗滑 防冲效果明显。此外,香根草在公路边坡以及其他坡 面领域的应用效果也是非常理想,如广州市绿晖园林 工程有限公司将香根草应用于江西省赣州市的利园 线、兴国古高速公路边坡,优秀的防护效果得到公 路部门的高度赞誉,并在相关公路进一步扩大应用 面积u 。实践证明,香根草在我国水土保持和环境保 护上的效果显著,不失为一项符合我国国情的切实可 行且值得称赞与推广的生物工程技术” 。 4香根草种质资源研究与应用领域存在的问题与展 望 国内外对香根草的理论研究和实践应用已经取得 了一定成就,并在不断深化之中,香根草在农业、工 程、环保以及经济等领域广阔的应用前景已在很大程 度上得到了认可。但是,在香根草的应用和研究过程 中仍然存在一些问题。 4.1水土保持 香根草可生长在年降水量低至200 mm的干旱和 半干旱地区,它在海平面高度上和海拔2 600 m的高 度上都一样能良好生长;它不怕火灾,不怕洪水,对 于荒漠和严寒等自然条件也能适应。目前的研究指 出,香根草是一种两栖类植物118],但它这种非凡的生 存能力究竟是怎样形成的u ,目前的资料少有报道。 香根草在我国南方应用较多,总体研究已有从长江以 南向北推移的趋势。理论上,香根草可用于护坡、护 林,但以往仅将香根草用于海岸、河岸的防护、护坡 以及公路边坡防护等领域,目前资料表明,我国用于 护林的实践还非常稀少,今后有望将这方面的研究和 应用进一步推广深人,使得香根草的应用深入到护 林、湖泊、水库、溪流周围的防风固沙中去。 另外,在水土保持过程中,香根草长得太高,株 形差,且冬季变得枯黄,结果造成香根草的景观在冬 27 垒 量 季变得更加难看 。虽然剪割能基本保持冬季青绿并 保持植株低矮,但如果常年持续剪割无疑会大大增加 管理成本,而且有些是种植陡坡上用于护坡或是种在 湿地中用于净化污水,在类似这样的生境中本身就很 难开展剪割工作。因此,要想这一技术今后能在中国 南方更大面积地推广应用,首先必须要克服香根草的 这些弱点,即在不减弱其生态效益的前提下寻找到株 形低矮且能基本保持常年青绿的新品种。本课题组经 过对目前收集到的国内外现有资源的研究发现,来自 印度的Karnataka品种在广东地区是不抽穗的,这一 现象为香根草应用范围的拓展提供非常好的前提,也 为将来进一步培育矮化香根草品种提供良好的原始育 种材料Us}。 4.2环境保护 大量科学实验和工程应用已经证明,香根草是一 种适应性广、抗逆性强、对重金属和污染物等都具有 较强抗逆性和吸收能力的植物一 1。目前香根草用于 处理废水、垃圾废物净化推广方面还不够,城市工 业、小城镇企业工业废水、城市生活垃圾及其渗滤污 水对周围环境产生的污染问题已成为我国大中城市中 普遍存在的问题‘ I。植物难以生长,农田和鱼塘受到 不同程度的污染,居民的身心健康受到威胁,但关于 利用香根草对厂矿周围的环境整治未见相关研究报 道,是植株过高不适用还是其他的原因亦未见报道。 但可以肯定的一点是,在我国南方,可用香根草降低 工业污水中的BOD和COD等有机物含量,净化富养 水体。香根草将广泛应用到湖泊、水库、溪流的环境 保护工作中去。 4.3经济利用开发 香根草的栽种技术简单,投资费用低,全身都是 宝 。其根可提取香根油 ,并且查明具有很大的开 发价值 I,干根可以编制芳香的凉席、提篮、扇子等 物;茎叶可作造纸、人造棉、草袋等原料,嫩叶含有 大量动物生长所需的蛋白质、氨基酸及其他矿物质 等,可作饲料 I;还可以作燃料。目前存在的问题 是,挖根方法困难且易造成水土流失,专门种植挖根 成本过高;提取香根油时蒸馏时间长而且提取率低, 香根油质量跟不上,卖不上价格。香根草作为饲料开 发研究仍缺乏系统性和完整性,虽然本课题组近几年 也作了相关的研究,但受研究经费等的限制,缺乏深 度和广度;香根草造纸的纸质、成本如何,香根草氧 化燃烧放出热量的多少尚未有测试报告,另外,大部 分香根草品种开花率非常低,或者有花但很少结果, 28 u 2oo9年第4期总第161期草业与畜牧 而且开花后植株枯死的原因未明;如何利用香根草的 花为人类造福,什么情况下开花后不会枯死,花与果 的有机成分及是否可以食用是植物学家和食品学家亟 待研究的问题。 5结语 尽管在过去的20多年在香根草领域作了很多方 面的研究,但是在探寻基本的生理学特性上还须努 力 。当今全球环境恶化,干旱地区越来越多,土地 沙漠化现象严重。应用工程措施修复生态费用较高, 治理速度又慢,生物措施还处于初级阶段。香根草具 有保持土壤水分、固沙、净化废水和营养水体中的有 机物的特性,是一种理想的水土保持、环境保护植 物。因此,推广以香根草为主的生物工程对于治理水 土流失和受重金属或有机物污染的土地复垦,其研究 和开发有着美好的前景。另外,价值很高的香根油体 现香根草经济效益显著;香根草含有丰富的蛋白质、 纤维,适于加工成饲料及造纸。因此,寻找高新技术 开发香根草的经济价值具有广阔的市场前景。 参考文献 [1]徐柱.世界禾草属志[M].北京:中国农业出版社,1999.795. 796. 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The Development and Application of Vetiveria zizanioideis Germplasm Resource Research and Its Prospect SA—Wei’,CHANG Xi—yun ,XI Jia—bin ,LI Yin (1.Qinghai University Biology Science Department,Xining 810016,China; 2.Qinghai Vocationnal and Technical Institute ofAnimal Husbandry and Vet,Huangyuan 812100,China; 3.School ofLife Science,Sun Yat—sen University,Guangdong 5 10275,China) Abstract:The Vetiveria zizanioideis is a perennial Gramineae plant with big plant and bunches of Droduction clump,also is a kind of good tropics forage grass,which has many uses,especially it is being taken one kind inexpensive and effective grass,and is advantageous as its ecological environment resistance soil erosion tool aspectAt .present,the Vetiveria zizanioideis is listed as one of ideal conservation of water and soil plant by more than 1 00 countries.The Vetiveria zizanioideis technology is once also evaluated by the International Appraisal Committee that the world 7 1 items to continue to develop in the technology the most outstanding project,which receives the tropics,the subtropics area government,the scientist and user highly takes.And the Vetiveria zizanioideis technology has applied at these domains widespreadly on local hill side water and soil conversation, roadbed slope protection, beach and river bank solid earth as well as pollution management.This paper mainly introduced the Vetiveri口 n凡i0ide/s idioDlasm resources research present situation and analysised some problems at presentwhich can provide certain reference for , the future research and application. Key words:Vetiveria zizanioideis;Germplasm resources;Research present situation;Development and application 29