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(1.清华大学附属中学,北京 100080; 2.北京林业大学生物科学与技术学院,食品加工与安全北京市重点实验室,北京 100083)

黑果腺肋花楸(Aorniamelanocarpa)原产于北美东部和加拿大东部,为蔷薇科腺肋花楸属,落叶阔叶灌木,灌木丛高度可达2～3 m[1]。该树种作为一种珍贵的经济型灌木浆果树种,集生态价值,园林观赏价值,药用价值,食用及保健价值于一身,用途十分广泛。欧美和东亚一些国家对黑果腺肋花楸的相关研究起步早,如加拿大、俄罗斯、保加利亚、匈牙利、波兰、捷克等国家都有相当规模的栽培和相关的加工产业[2]。我国于20世纪90年代开始引种栽培,辽宁省干旱地区造林研究所结合国家林业局“948项目”—“腺肋花楸优良种质资源及栽培与利用技术引进”,先后从国外引进8个黑果腺肋花楸品种,其中果用型品种6个,观赏型品种2个[3],为我国黑果腺肋花楸产业的发展奠定了较丰富的种质资源基础。截止到2015年,该树种在我国栽培面积约为533～600 hm2[4],辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古、河南、河北、北京、山东、新疆、江苏等12个省(自治区、直辖市)均有不同面积种植[5]。

自上世纪末引种以来到现在,该树种在我国栽培种植时间不足30年,相较于欧美和东亚一些国家,我国对黑果腺肋花楸的相关研究起步较晚。由历年来黑果腺肋花楸相关研究论文发表情况也可以看出,1991～2006年的15年时间里,相关研究论文发表数量仅有20余篇,且大部分论文是对其繁殖栽培技术的相关研究。然而,由图1可知,近十年来,有关于黑果腺肋花楸的相关研究越来越受到我国科研工作者的重视。尤其从2014年开始,针对黑果腺肋花楸的相关研究报道大幅增加,2017年对其相关研究论文的发表数量多达38篇,约为2002～2012年发表论文数量的总和,可见近些年我国对于黑果腺肋花楸相关研究发展迅猛(见图1)。

图1 2002～2017黑果腺肋花楸研究文献数量变化趋势Fig.1 Variation tendency of the research papers number on Aornia melanocarpa in 2002～2017

由图2可知,我国对黑果腺肋花楸的研究方向主要集中在繁殖技术、栽培技术、生物活性成分研究以及相关产品研发上。其中关于黑果腺肋花楸的繁殖、栽培和生物活性成分研究较多,对黑果腺肋花楸相关产品研发文献报道相对较少。本文主要对近十年黑果腺肋花楸国内研究现状进行综述,以期使从事黑果腺肋花楸相关方向的研究者了解该树种的发展现状,并为该树种今后在我国的科学研究和开发利用提供相应的理论依据。

图2 我国黑果腺肋花楸相关研究方向和文章发表数量Fig.2 Research direction and article publication quantities of Aornia melanocarpa in China

1 黑果腺肋花楸繁殖技术研究

黑果腺肋花楸繁殖技术的研究主要包括嫁接技术[2,6-7],组培快繁技术,扦插技术和多倍体良种的培育等,其中黑果腺肋花楸的组培快繁和扦插技术研究较多,且相关技术较为成熟。

1.1 扦插技术

目前黑果腺肋花楸主要采用扦插繁殖技术。扦插具有操作简单,繁育周期短,可保留亲本优良性状等优点。对黑果腺肋花楸扦插技术的研究主要集中在扦插条件、扦插方法和插后管理等方面[8-9]。一般选取8～12 cm插条长度,将插条下端在ABT生根粉或吲哚丁酸中浸泡约2 h后扦插,扦插时间宜选择6月中旬至7月下旬,扦插基质多为有机肥和土壤混合物,床上铺洁净河沙。扦插后对插穗苗进行水分管理、根外施肥、防治病虫害以及越冬管理[10-11]。最终确定插穗的成活率可达90%～100%[10,12-13]。

1.2 组培快繁技术

组培快繁技术与传统的育苗方法相比最大优势为育苗周期短,可大大提高繁殖系数和工作效率,并且不受时间、季节和环境的影响,弥补了传统育苗手段的缺陷。近年来我国研究者对黑果腺肋花楸的组培快繁方法较为重视,相关文献发表量逐年增加。组培快繁技术具体操作步骤为:外植体的选择(一般选择茎段或茎尖)、诱导培养、继代培养、生根培养[14-15],最终组培苗成活率可达95%～100%[15-17]。

1.3 多倍体良种培育技术

关于黑果腺肋花楸多倍体良种培育近三年来也有文献报道。多倍体较二倍体而言具有较强的抗逆性及适应能力,且有研究表明,黑果腺肋花楸四倍体酚类物质含量明显高于二倍体,酶活性与抗氧化活性都显著高于二倍体[18]。多倍体良种培育技术对我国培育优良品种并获得高产量、高药用活性物质的多倍体黑果腺肋花楸植株具有一定的意义和价值[19-20]。

2 黑果腺肋花楸栽培技术研究

近十年来,我国研究者广泛开展对黑果腺肋花楸栽培技术的研究,相关文献多达40余篇。我国研究者对黑果腺肋花楸栽培种植技术的研究主要包括对其生态习性[21-22],栽植技术[23-24],浇水施肥[25],整枝修剪[26-27]和病虫害防治[28]。研究结果表明黑果腺肋花楸是兼具适应性强、栽植范围广、易修剪、病虫害少等优势的灌木经济林新树种,开发利用前景广泛。我国已经完全掌握黑果腺肋花楸苗木快速繁殖技术,达到国外同等技术水平,并有所创新[29]。该树种适应能力强,对土壤环境没有严格的要求,沙壤土、山坡地、石砾多等含有一定量水分的地方均能很好生长[30]。且黑果腺肋花楸栽植技术操作简便,无需特别管理,适合在大多数地区栽培种植。该树种在太原地区[31]、沈阳地区[32]、新疆北部[22]、宽甸地区[33]以及山西北部忻州地区和东南部长治地区[34]进行引种试验栽培工作,结果显示黑果腺肋花楸在这些地区均表现出良好的适应性,树木发育生长状态良好,适宜推广栽植。另外,我国自主培育的黑果腺肋花楸树苗富康源1号也已投入栽培,通过栽培试验表明该树苗适合在我国栽培种植[35-36]。

3 黑果腺肋花楸生物活性物质研究

黑果腺肋花楸果实中含有丰富的生物活性物质,国外研究者对其活性物质的种类和结构进行广泛研究,研究结果表明黑果腺肋花楸中富含多酚类、有机酸、蛋白质、糖、脂肪、矿物质和维生素等物质,且多酚类物质含量是已知浆果中含量最高的。多酚类物质如酚酸、原花青素、花青素、黄酮醇等含量丰富,其中含量最高的多酚类物质为原花青素,其次为花青素[37]。黑果腺肋花楸多酚类物质含量较葡萄高80～180倍,是香蕉的1000～2000倍、蓝莓的5倍,且抗氧化性约是蓝莓的2.5倍、蔓越莓的9倍以上,对黑果腺肋花楸发挥其生理和药理功效起着至关重要的作用。根据不同的测定方法,黑果腺肋花楸多酚含量测定值差异较大[38-40]。黑果腺肋花楸因其具有的多种功效成分和功效作用,可作为药品或功能性食品开发的原料,极具经济价值和广阔的市场前景。

自2014年起,我国研究者开始对黑果腺肋花楸果实中生物活性成分进行探究,其中以黑果腺肋花楸多酚类物质研究最为广泛,其次是花青素、黄酮、原花青素等物质研究。对这些生物活性成分研究主要包括提取纯化工艺和相关性质(抗氧化、抑菌、稳定性、抗疲劳等)方向的研究。玄永浩等[41]、于雪等[42]分别对黑果腺肋花楸的生物活性物质和功效进行综述,表明黑果腺肋花楸果实中含有多种功能性成分,为后续的研究提供一定理论基础。于明等[43]研究了黑果腺肋花楸幼苗的化学成分并对其结构进行鉴定,最终确定出六种化合物。表1总结了近年来研究者对黑果腺肋花楸生物活性物质研究的具体内容。可以看出,黑果腺肋花楸中酚类物质含量很高,得率可达(68.15±1.04) mg/g[44];经XAD-7和HPD-600大孔树脂纯化,纯度可升高至64%～77%,说明大孔树脂适用于黑果腺肋花楸多酚类物质的纯化[45]。抗氧化和抑菌性研究均表明黑果腺肋花楸多酚类物质具有强大的抗氧化和抑菌活性。稳定性试验表明黑果腺肋花楸中多酚类物质稳定性较差,宜保存在低温、避光、酸性条件下。此外,关于黑果腺肋花楸中花色苷,原花青素及黄酮等物质提取纯化及活性研究也有相关报道,这些研究方法与多酚类物质提取纯化和性质测定方法较为相似。

表1 黑果腺肋花楸生物活性物质研究Table 1 Bioactive constituents research of Aornia melanocarpa

值得注意的是,我国研究者对黑果腺肋花楸活性物质的研究层次较为简单,提取纯化工艺较为传统,缺乏创新性;其抗氧化性、稳定性以及抑菌性等体外性质研究也较为基础,极少涉及到体内实验,或从细胞、分子水平等更深层次进行研究。而对黑果腺肋花楸研究起步较早的欧美国家更侧重于食品科学与技术方面[46]相关研究。如上所述,国外研究学者不仅对黑果腺肋花楸生物活性物质的种类和结构进行广泛研究,并对其生理和药理活性进行深入探讨。由于黑果腺肋花楸强大的抗氧化活性,可以预防和治疗慢性疾病如代谢紊乱、高脂血症、糖尿病和心脑血管疾病,此外,黑果腺肋花楸果汁或提取物还具有抗炎[47-48]、抗病毒[49]、抗辐射[50-51]和抗衰老[52]等作用。而我国研究者在该方向的研究报道甚少,研究基础较为薄弱,故笔者相信在未来几年我国研究者对黑果腺肋花楸生物活性物质研究的深度和领域会不断加深与拓宽。

4 黑果腺肋花楸相关产品研发

黑果腺肋花楸果实具有一定的食用性,因其富含多种生物活性物质,又兼有药用与保健的功效,但是由于果实中单宁含量较高,直接食用口感偏涩,故可对其果实进行深加工,制成黑果腺肋花楸相关产品,改善口感。我国研究者对黑果腺肋花楸产品的研发报道较少,仅有的十余篇文献报道中大部分是关于黑果腺肋花楸果酒的生产工艺研究。王鹏等[53]分别研究了黑果腺肋花楸果酒的发酵条件,澄清处理[54],降酸处理[55]以及SO2对果酒的抑菌和启动发酵影响[56]。研究结果表明黑果腺肋花楸果酒中的含糖量对发酵过程影响最大,温度影响次之,pH对果酒发酵影响相对较弱。此外,佟凤琴[57]研究野生黑果腺肋花楸果酒酿造工艺得出最佳发酵条件为:加糖量为20%,温度为27 ℃,SO2添加量为40 mg/L,接种量为0.6 g/L,在此条件下可得到较为理想的黑果腺肋花楸果酒。徐贝贝等[58]研究了酶对黑果腺肋花楸果酒发酵过程花色苷浸出率的影响,结果表明半纤维素酶可显著提高黑果腺肋花楸果实酿酒过程花色苷的浸出率。除了黑果腺肋花楸果酒,也有学者对黑对果腺肋花楸果醋的生产工艺[59]和酵素的抗氧化性质[60]进行了相关研究。

但总体而言,我国对黑果腺肋花楸相关产品的研发还处于萌芽阶段,相关科学研究较少。目前,波兰和德国等国已经出现了以黑果腺肋花楸果汁与其它果汁混合为原料发酵生产果酒的企业[61]。另外,高纯度的黑果腺肋花楸提取物,如黑果腺肋花楸多酚类物质和糖的混合物作为保健产品也已在欧美国家进行销售[62]。以黑果腺肋花楸果实为原料加工的药品、保健品和各种食品在国外市场上非常普及和流行。黑果腺肋花楸经济价值高,深加工产业链长,所以,我国企业和研究人员应重视黑果腺肋花楸相关产品的生产研发。

5 问题与展望

本文详细介绍了近十年来黑果腺肋花楸国内研究进展,黑果腺肋花楸作为一种集生态价值,观赏价值,食用价值,药用价值为一体的多用途珍贵树种,市场前景非常广阔。但我国黑果腺肋花楸产业正处于发展阶段,在发展过程中还存在诸多问题,如:

a.盲目引种:有些地区前期工作未做充分就对黑果腺肋花楸果树进行引种种植,目标树种与引进品种并不一致或区域环境并不适合该树种的生长,导致一定经济损失;

b.栽培管理技术水平低:黑果腺肋花楸在我国作为一种新兴树种,很多从事该树种的种植人员对其生长习性栽培条件并不十分了解,很难实现黑果腺肋花楸的优质高产[63];

c.相关专业技术人员较少:黑果腺肋花楸栽培种植或研发过程中,由于缺少专业的技术人员,直接影响黑果腺肋花楸苗木的生长和产量,以及对黑果腺肋花楸活性物质提取方法较为粗犷,提取后的物料直接丢弃成为垃圾废料,综合利用程度低,造成了资源的严重浪费,引起环境污染。这些面临的问题尚待相关部门和研究者解决。

相信在未来几年内,我国研究者对黑果腺肋花楸的相关研究将继续深入,文献报道也会持续增加,且对黑果腺肋花楸的研究方向会更侧重于三个方面:

a.黑果腺肋花楸活性物质提取纯化及结构的研究:目前我国研究者对黑果腺肋花楸活性物质的研究仅限于对果实中酚类物质提取和纯化相关工艺研究,对果实中其它生物活性物质研究较少,且并未对活性物质的种类和结构进行具体分析,故对黑果腺肋花楸该方向的研究有待进一步深入;

b.黑果腺肋花楸生理活性和药理活性研究:我国研究者关于黑果腺肋花楸生理药理活性的研究报道甚少,而黑果腺肋花楸由于其含有丰富的活性物质可以预防和缓解多种疾病的发生,故对该方向的研究具有十分重要的现实意义;

c.黑果腺肋花楸相关产品研发:欧美和东亚一些国家对黑果腺肋花楸相关产品研发较为成熟,多种黑果腺肋花楸产品如食品、药品、化妆品、保健品等已在市场销售并取得相当可观的经济效益,相关产业也已建立完善,我国企业和研发人员应充分借鉴其发展经验,重视黑果腺肋花楸相关产品的研发,充分发挥黑果腺肋花楸的经济价值和利用价值。相信在不久的将来,黑果腺肋花楸在我国会有更广阔的发展前景。