庞敏霞，戚勇，陈丁江，姚国祥*

(1.浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310012； 2.宁波舜韵电子有限公司-浙江韵芝堂生物科技有限公司，浙江 余姚 315402)

铁皮石斛(Dendrobilofficinaliscaulis)为兰科植物铁皮石斛DendrobiumofficinaleKimum et Migo的干燥茎，具益胃生津、滋阴清热功效[1]，是国家二级保护植物濒危中药材之一、石斛之上品，其药用历史非常悠久，早在秦汉时期的《神农本草经》就记载“主伤中、除痹、下气、补五脏虚劳羸瘦、强阴、久服厚肠胃”。研究表明，铁皮石斛具有增强免疫、调节胃肠、降血糖、降血压、抗疲劳、延缓衰老等作用[2-3]，故位列“中华九大仙草”之首。铁皮石斛已列入《可用于保健食品的物品名单》和《已使用化妆品原料名称目录(2015版)》，广泛用于药品、保健食品和化妆品原料，其需求量也在不断增加。

随着组织培养和大棚栽培等人工栽培技术的发展，铁皮石斛人工栽培的面积也逐年增大，但市面上铁皮石斛的种内变异类型混乱，品质良莠不齐。《中华人民共和国药典》(2015年版)规定，铁皮石斛以多糖、甘露糖和醇溶性浸出物的含量为质量标准，传统则以“质重，嚼之黏牙，口甜，无渣者”为优。可见，铁皮石斛多糖是评价铁皮石斛品质的重要指标之一。有研究表明，不同种源地其多糖含量不同，且在栽培第2年时采摘最好，其多糖含量最高[4-5]。《中国药典》规定铁皮石斛的茎为药用部位，铁皮枫斗为2～6个旋纹，茎拉长后3.5～8.0 cm，直径0.2～0.4 cm，因此，铁皮石斛株高、茎粗等生物学性状也是衡量其品质的重要指标。铁皮石斛的品质是一个综合概念，近年来，国内外对铁皮石斛品质方面进行了不断研究，取得了一定的成果，本文从基因、光、温、湿、基、肥等方面来阐述铁皮石斛品质性状的影响因子，以期为优化铁皮石斛生产提供理论依据。

1 遗传因素对铁皮石斛品质的影响

铁皮石斛在中国分布较广，由于遗传背景不同，即使在相同的生长环境下，其生长发育、养分吸收与分配会不同，导致铁皮石斛生物学性状、生理特性与有效物质累积等也不同[6]，进而影响铁皮石斛有效成分的含量与产品疗效。我国野生铁皮石斛有36个品种2个变种，主要分布在浙江、云南、贵州、广西等温带和亚热带地区[7]，浙江是最佳产地[8]。明清时期《本草纲目》《本草易读》都记载，铁皮石斛“以浙江温、台者为贵”。张桂玲等[9]比较了贵州、安徽、浙江3地铁皮石斛与铁皮枫斗中多糖的含量，发现浙江铁皮枫斗多糖含量最高。罗海斌等[10]将5个不同种源铁皮石斛在相同时期种植在栽培条件完全相同的地点，经大棚引种栽培2年后，发现浙江乐清种株高最矮，叶面积最小，叶绿素含量最低，多糖含量较高，甘露糖含量中等；广西乐业种茎细，叶片狭长，叶绿素含量最高，多糖和甘露糖较高。

Chen等[11]成功克隆了铁皮石斛甘露糖结合凝聚素基因(DOA)，经基因表达分析发现，DOA基因可能与铁皮石斛茎抗病虫害有关的一个组成型表达基因，在铁皮石斛根、茎和叶中都有表达，尤其在茎中表达量最高。铁皮石斛基因克隆还涉及蔗糖合成酶(SS)[12]、DcNAC转录因子[13]、细胞周期蛋白依赖激酶A(CDKA;1)[14]和甘露糖基因DoGMP1[15-16]等方面的研究(表1)。尽管科学家们在2015年已经破译了铁皮石斛的基因组[17]，但目前对铁皮石斛功能基因的研究尚处于克隆和功能验证阶段，铁皮石斛生长调控和活性代谢产物合成与累积机制还需深入研究。

表1 铁皮石斛功能基因举例

资料来源：文献[11-16]。

2 生态与栽培环境对铁皮石斛品质的影响

铁皮石斛喜温暖、湿润及阴凉环境，光照、温度、湿度等是影响其品质的主要环境因子。

2.1 光照对铁皮石斛品质的影响

光是植物光合作用的能量来源，也是影响铁皮石斛生物量、叶绿素含量和有效成分的首要因子，主要通过调节铁皮石斛生长发育和代谢过程影响品质。现阶段，光强、光质、光周期等对铁皮石斛品质的影响取得了不同程度的进展。

2.1.1 光强的影响

光照强度对铁皮石斛幼苗形态建成和多糖累积至关重要。研究表明，在人工密闭条件下，光强60～70 μmol·m-2·s-1、光照时间12 h·d-1有利于提高铁皮石斛组培苗的净光合速率和叶绿素含量、增加干重和腋芽数，促进生长发育[18]。李武等[19]研究也发现，组培光强在25～100 μmol·m-2·s-1，叶片叶绿素含量与之呈正相关[20]；一定范围内光强越大，叶片叶绿素含量和蔗糖合成酶活性越高，也越有利于增粗增重。因此，组培室常用光强偏小可能是限制组培苗生长发育的主要因子之一。另有研究表明，在较低光强时更利于铁皮石斛多糖的累积[21]；人工遮阴下，铁皮石斛苗在透光率43%～55%时生长和多糖累积最佳[22]。

2.1.2 光质的影响

目前对光质的研究主要集中在红、蓝、黄及红蓝混光等方面。光质会影响铁皮石斛苗根系长度、株高与茎粗、萌蘖数，及叶绿素、多糖、生物碱等的含量，且对不同种源的影响规律基本一致[23-28]：红光利于试管苗长高，促进多糖累积，且利于提高超氧化物歧化酶(SOD)活性；蓝光则抑制苗长高却利于茎加粗，还能促进生物碱与可溶性蛋白的累积；黄光则利于侧芽的产生；红蓝混合光促进原球茎叶绿素合成和光合特性，当红蓝光比例为1∶3时原球茎生物量和多糖含量最高，当红蓝光比例为2∶3时生物碱含量增加。光质的强弱和配比会影响不同时期铁皮石斛的生长和有效物质的积累[29]，但光质对光合代谢调控的机制尚需深入研究。

2.1.3 光周期的影响

虽然目前报道光周期对铁皮石斛品质影响的研究较少，已有研究发现，铁皮石斛的生长速率与光周期有关(一定的季节性)，以初夏(5—6月)为最大，其次为初秋(8—9月)，盛夏(7—8月)最低，应做到适时种植[30]。

2.2 温度对铁皮石斛品质的影响

适宜的温度才能促进铁皮石斛生长，一定范围内，温度越高越有利于铁皮石斛的茎长高，茎生长高峰期时日平均气温在22～26 ℃，日平均最高气温在25～33 ℃，日平均最低气温在19～23 ℃[31]，而昼/夜温度为28 ℃/13 ℃时(即温差在15 ℃)利于铁皮石斛有效成分的累积[32-33]。

2.3 湿度对铁皮石斛品质的影响

铁皮石斛主要依靠气生根和叶片从雾气、露水中获取水分和养分，其根忌积水，在通风良好的情况下，相对湿度在70%～95%适合铁皮石斛种植；相对湿度超过80%，生长迅速；昼/夜湿度为90%/75%时总生物碱及总黄酮的含量均较高[34]，可见铁皮石斛对湿度的要求非常严格，既要求湿润又不能过湿。

麋鹿小姐的期待是酒刀先生。她最喜欢看他开酒。骨节分明的手指握着瓶颈，恰到好处的力度，就像表演一场魔法秀。警惕而顽固的瓶塞，像守卫的小士兵。遇上不对的人，宁愿粉身碎骨，不求全身而退。可在他的手中，却格外顺从地把自己守护了一生的琼瑶佳酿，心甘情愿地呈上。仅这一幕，就足以让麋鹿小姐微醺其中。

2.4 基质对铁皮石斛品质的影响

适宜的气候条件下，选择结构和养分合适的基质是提高铁皮石斛品质的关键。铁皮石斛人工培育的基质包括组织培养基质与大棚栽培基质。

2.4.1 组培基质的影响

铁皮石斛组培苗从无菌播种到原球茎诱导、增殖、分化、生根等生长的各个阶段对营养物质的需求是不一样的。完整的培养基主要由基础培养基、有机物、生长激素等组成(图1)，常用的基础培养基有MS培养基、B5培养基、N6培养基；有机物主要有蔗糖等碳水化合物，维生素类，氨基酸类，椰汁、香蕉、苹果、马铃薯等天然复合物；激素主要有萘乙酸(NAA)、吲哚乙酸(IAA)等生长素，6-苄氨基嘌呤(6-BA)等细胞分裂素，还有活性炭等其他辅助性物质[35-36]。

基础培养基方面，铁皮石斛种子萌发和组培苗生根都需要丰富营养，其种子在1/2MS培养基萌发效果最好；其原球茎增殖和分化成苗在MS培养基中生长较好；而组培苗在1/2MS培养基最适合生根[37]。碳水化合物方面，蔗糖作为植物细胞生长的碳源，还有调节培养基渗透压的作用，在一定范围内，随着蔗糖浓度的升高，铁皮石斛原球茎的增殖率也升高，当蔗糖浓度为3%时，原球茎多糖含量也增高[38]；在原球茎培育初期添加壳聚糖、普鲁兰多糖也能提高原球茎中多糖和生物碱的含量[39]。生长激素方面，在培养前期，添加1 mg·L-1的6-BA有利于种胚分化；在种胚分化和种苗生长阶段分别添加0.5 mg·L-1的NAA，0.3 mg·L-1的吲哚-3-丁酸(IBA)时种胚分化和种苗生长均较好[40]。营养方面，在MS培养基中添加250 g·L-1土豆汁有利于铁皮石斛原球茎的生长、石斛多糖和石斛碱的累积[41]；5～10 mmol·L-1氮营养素最有利于组培苗生长；低氮素时根系的生长和根系活力提高，氮素向根部集中，会抑制叶绿素、可溶性蛋白质、游离脯氨酸(Pro)合成及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性，但会升高丙二醛(MDA)含量；氮素提高后，根系活力降低，叶部含氮量提高，叶绿素、可溶性蛋白质、Pro合成加快，SOD、POD活性提高，植株体内MDA含量下降；但过高的氮素也不利于植株的生长[42]。结果见表2。

图1 完整培养基的组成

表2 培养基质对铁皮石斛的影响

资料来源：文献[37-42]。

此外，铁皮石斛组培苗的生根率会影响其移栽后的成活率，生长素有利于苗生根，活性炭既能吸附不利于苗生根的物质，也能提供暗环境，加上果蔬添加剂中丰富的天然营养成分有利于铁皮石斛苗的生根和生长，研究发现，1/2 MS+0.2 mg·L-1NAA+1 g·L-1活性炭+10%香蕉泥的培养基有利于铁皮石斛苗生根[43]。

2.4.2 大棚栽培基质对铁皮石斛品质的影响

铁皮石斛大棚栽培的基质主要分为三类：非生物质基质，如碎红砖、碎瓦片、兰石、火山石、珍珠岩和泥灰等；生物质基质，如水苔、花生壳和树皮等；混合基质[44]。松树皮具有良好的透气性、保水性和耐腐蚀性，故目前的使用频率较高。陈洲等[45]通过对铁皮石斛生长特性和多糖含量的监测，发现‘龙虎1号’铁皮石斛在单一松树皮栽培基质中生长最旺盛，多糖含量46.1%，株高35.1 cm。张爱丽等[46]采用核桃壳、松树皮、锯木屑(体积比6∶3∶1)的混合基质，炼苗移栽后成活率和产量均较高。李雪等[47]研究发现，树皮能提高铁皮石斛的鲜重、干物质质量分数和株高等生物学指标，提高叶和茎中蛋白质的质量分数；水苔则能提高铁皮石斛叶的光合色素，提高铁皮石斛多糖的质量分数。此外，学者们正在研究以菌渣[48]等其他原料的基质组合，以期获得高品质、高产量、低成本、环境友好的人工栽培模式。

2.5 肥料对铁皮石斛品质的影响

人工栽培的铁皮石斛生长发育需要肥料供给，合理施肥能促进其生长、提高产量和品质。

目前关于铁皮石斛专用肥的研究较少，今后应根据铁皮石斛需肥特性(喜氮等)，以提高铁皮石斛产量和品质为目的，通过合理施肥提高其多糖、生物碱等有效成分的含量，使甘露糖和葡萄糖的比更协调，从而改善铁皮石斛的品质。白美发[49]研制了一种全营养叶面专用肥，含N、P、K共51%、微量元素(B、Fe、Zn、Cu、Mn、Mo)1%，可提高其茎叶比，促进茎叶生长，使其茎节、直径加长加粗，增加叶面积，提高产量。

2.5.2 铁皮石斛有机肥对铁皮石斛品质的影响

有机肥料能为作物提供丰富的营养物质。羊粪经发酵后是一种很好的有机肥，可改善土质，目前常用于铁皮石斛的大棚栽培。曹汉才等[50]在相同的大棚条件下，分别对铁皮石斛施加发酵的羊粪(加入10%硫酸钾造粒)、蚕粪和花生麸，发现施加发酵羊粪的铁皮石斛存活率、青叶和茎节数、株高均高于另两种肥料。此外，也有对蚯蚓粪等新型有机肥进行研究的，添加蚯蚓粪的栽培基质能提高铁皮石斛SOD活性、POD活性、MDA含量、根系活力、可溶性蛋白含量及茎中黄酮和多糖含量[51]；蚯蚓粪含有多种养分，能促进铁皮石斛次生代谢产物的累积，增强铁皮石斛抗氧化能力，增加根系活力和可溶性蛋白质含量[52]，但在实际生产中仍需进一步验证。

2.6 栽培方式对铁皮石斛品质的影响

目前，铁皮石斛人工栽培方式主要有大棚仿野生、活树仿野生、死树仿野生、林下仿野生、石头仿野生、岩壁仿野生等。研究发现，石头和林下仿野生栽培的铁皮石斛多糖、甘露糖、多酚含量高于其他，而粗纤维含量低；岩壁、活树仿野生栽培铁皮石斛浸出物高于其他；且活树仿野生栽培的铁皮石斛多酚、粗纤维含量最高；大棚仿野生栽培铁皮石斛长势最好、茎生物总重最高，但多酚、黄酮含量最低；林下、岩壁仿野生栽培铁皮石斛黄酮含量高于其他；石头仿野生栽培铁皮石斛粗纤维含量最低；死树仿野生栽培铁皮石斛多糖、浸出物含量最低。可见，大棚仿野生栽培的铁皮石斛浸出物、多酚和黄酮含量较低，尚有提升空间[53-54]。王晖等[55]还研究了香樟、杉木、毛竹3种不同材料栽培，通过科学管理，铁皮石斛也能正常生长且品质佳，其中杉木附生的总多糖含量最高。在华南地区附生于林分郁闭度为30%～50%的檀香或降香黄檀树干中部也值得推广[56]。

2.7 采收时期对铁皮石斛品质的影响

铁皮石斛多糖含量与其开花过程密切相关，各有效成分含量随时间推移而改变。研究发现，盈江地区铁皮石斛多糖1—3月还在累积，3月末伴随花芽萌发，多糖含量开始下降；在6—9月植株稳定生长，多糖又缓慢累积，3月的多糖含量最高[57]；但不同地区铁皮石斛多糖和浸出物等有效成分含量的变化不同。邵尉等[58]研究发现，总多糖及甘露糖含量在4月最高，而还原性糖含量3月高于4、5月。王琦等[59]却发现，即使在组培室恒定条件下多糖变化规律和大田栽培一致，在5—6月多糖含量最高。此外，有效成分的累积还与栽培年限有关，铁皮石斛中多糖和甘露糖含量以2年生最高，酚类成分随着种植年限增加在铁皮石斛中累积增加[60]。但调控铁皮石斛有效成分累积的具体机制有待进一步研究。

2.8 其他因素对铁皮石斛品质的影响

研究发现，铁皮石斛内生菌能一定程度上促进生长(提高鲜重，促进矿物质吸收)[61-62]；根中的真菌从铁皮石斛生长发育早期便开始参与其中，在共生过程中发挥重要作用，但具体作用机制有待进一步研究[63]。因此，今后有必要从内生菌、根际真菌角度对铁皮石斛有效成分的调控机制进行深入研究。

3 展望

由于人为过度采挖和生态破坏等原因导致野生铁皮石斛资源濒临灭绝，假冒伪劣铁皮石斛充斥市场，人工栽培铁皮石斛品质又难以保证，铁皮石斛行业受到巨大冲击，故全面了解影响铁皮石斛品质的因素，优化铁皮石斛生产具有重要的现实意义。通过分析表明，铁皮石斛品质性状受遗传因子、生态环境因子和栽培方式等诸多因素的影响，且各因素对铁皮石斛品质产生的效应各不相同，单纯改良某一因素都不能从根本上解决铁皮石斛品质良莠不齐的问题。因此，笔者提出以下几点建议，以期对优化铁皮石斛的生产有所启示。

3.1 严把铁皮石斛高品质品种选育关

铁皮石斛的品质与其品种密切相关，首先要保证铁皮石斛种源的品质，从生物学性状到内在有效成分含量等都要进行严格筛选；其次加强现代分子生物学技术的利用，深入研究铁皮石斛生长调控和其中活性代谢产物合成和累积的机制，为筛选高品质铁皮石斛提供新思路；还可利用现存野生铁皮石斛的特性，通过杂交、回交等育种方法开发出新的高品质铁皮石斛，综合提高铁皮石斛生物学性状、生理特性及人工栽培的适应性；此外，还要遵循“道地药材”原则，完成道地产区铁皮石斛品种一致性的建设，优良的品种才于以栽培。

3.2 严把铁皮石斛人工栽培技术关

除了遗传因素外，人工栽培铁皮石斛的品质还受生态环境因子、栽培方式、病虫害等诸多因素的影响。应在有机栽培和仿野生栽培双重标准的规范下，分阶段、营造出最适宜当地品种栽培的生态环境，选择更经济、环保的栽培方式，科学防治病虫害与合理施肥，做到“因地制宜”“低肥少药”，形成专属地区铁皮石斛人工栽培高效、可持续发展的模式。

3.3 严把铁皮石斛高品质生产技术关

基于铁皮石斛有效成分累积的周期性，应严格把握铁皮石斛采收的时间，未到时间或逾期便不再进行采收；细致筛选，剔除不符合要求的部分，杜绝以次充好；做好采收、加工、检测等记录，便于全程溯源。