0 引 言
白头翁〔
Pulsatilla chinensis (Bge.) Regel〕又名老婆子、花毛姑朵花,系毛茛科(Ranunculaceae)白头翁属(
Pulsatilla Mill.)多年生草本
[1],生山坡、平地、干草坡等向阳地,分布于东北、华北、西北、华东等地
[2]。白头翁干燥根为常用传统中药,性寒、味苦,在我国已有上千年的应用历史。目前国内外关于白头翁的相关研究多集中在化学成分及药理机制等方面。白头翁的化学成分主要为三萜皂苷类及三萜酸类,此外还有小分子类成分,如白头翁素、白头翁灵、木脂素类、香豆素类和甾醇类等
[3]。朝鲜白头翁根部分离出来的SB365对胃癌细胞的生长和增殖具有抑制作用
[4];白头翁提取物作为抗癌候选药,能有效抑制ATC细胞的生长,对甲状腺癌的治疗具有一定功效
[5]。此外,白头翁在抗菌、抗炎、抗病毒、抗肿瘤、抗氧化、促进免疫以及抗血吸虫病等方面均具有一定作用
[6~10]。
由于白头翁的药用价值较高,其需求连年增长,供需缺口加大。供应国内外市场的白头翁完全依赖野生品,连年采挖,野生资源逐渐枯竭,产量逐年减少,供需矛盾不断加剧,白头翁种质资源的搜集、评价、栽培、保存迫在眉睫。目前有关白头翁种质资源及生境特点的研究较少,燕山地区所在的承德、唐山、秦皇岛等地市是白头翁的重要产区,开展这一地区白头翁野生种质资源及生境伴生植物的调查研究,对野生白头翁的引种及近自然栽培具有重要意义。本次研究对燕山地区与白头翁共存的伴生植物种类、相似性、生活型、分布区类型等进行调查与分析,以期为燕山地区白头翁种质资源的保护与利用提供参考。
1 调查内容与方法
1.1 调查区概况
燕山是中国北部著名山脉之一
[11]。广义燕山系坝上高原以南,河北平原以北,白河谷地以东,山海关以南的山地,山地中多盆地和谷地,如承德、平泉、滦平、兴隆、宽城等谷地,遵化、迁西等盆地,是燕山地区主要农耕区
[12]。燕山处于暖温带大陆性季风气候区,年均温6~10 ℃,7月20~25 ℃,10 ℃以上持续期为195~205 d,活动积温约2 600~3 800 ℃
[13]。
1.2 调查方法
于2021年6月至9月进行调查,重点为
表1所示的37个地点。采用访问调查、路线调查和典型样地调查法
[13,14]。每一调查地在白头翁分布点选择6个间距15 m以上、面积5 m×5 m的样方,鉴定样方内的植物种类,记录样地的地理信息
[15]。对任意2个不同的白头翁样地的伴生植物,统计其共有种数,用
j表示,样地A和样地B的物种数分别用
a和
b表示,2个样地伴生植物采用Sorenson指数作为相似系数的方法计算分析,相似系数用
C表示,
C值越接近1,表明两地伴生植物相似性越高。计算公式为:
C = 2
j/(
a+
b)
[16]。
1.3 数据统计与分析
应用Excel软件进行数据统计及分析。
2 结果与分析
2.1 燕山地区白头翁资源概况
通过对37个样点的考察,发现燕山地区从冀东的秦皇岛地区到冀北的承德地区都有白头翁的分布,主要分布在植被稀疏的低山丘陵,呈现分布点减少趋势,秦皇岛、唐山地区的白头翁分布面积大于承德地区。
2.2 燕山地区白头翁生境伴生植物
2.2.1 种类概况
燕山地区白头翁生境伴生植物所属科及其种类在样地出现频次见
表2。白头翁的伴生植物共有56科128属164种,种类最多的是菊科(Compositae),随后依次是豆科(Leguminosae)、禾本科(Gramineae)、蔷薇科(Rosaceae)、唇形科(Labiatae)、百合科(Liliaceae)、毛茛科、萝藦科(Asclepiadaceae);具有3种的科有壳斗科(Fagaceae)、桑科(Moraceae)、藜科(Chenopodiaceae)、石竹科(Caryophyllaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、椴树科(Tiliaceae)和鸢尾科(Iridaceae);桦木科(Betulaceae)、榆科(Ulmaceae)、远志科(Polygalaceae)、漆树科(Anacardiaceae)、卫矛科(Celastraceae)、鼠李科(Rhamnaceae)、葡萄科(Vitaceae)、伞形科(Umbelliferae)、报春花科(Primulaceae)、木犀科(Oleaceae)、旋花科(Convolvulaceae)、玄参科(Scrophulariaceae)、桔梗科(Campanulaceae)和薯蓣科(Dioscoreaceae)等14个科只有2种植物;其余27科仅有1种植物,包括卷柏科(Selaginellaceae)、松科(Pinaceae)、柏科(Cupressaceae)、胡桃科(Juglandaceae)、蓼科(Polygonaceae)、苋科(Amaranthaceae)、马齿苋科(Portulacaceae)、防己科(Menispermaceae)、罂粟科(Papaveraceae)、十字花科(Cruciferae)、景天科(Crassulaceae)、虎耳草科(Saxifragaceae)、牻牛儿苗科(Geraniaceae)、蒺藜科(Zygophyllaceae)、芸香科(Rutaceae)、苦木科(Simarubaceae)、藤黄科(Guttiferae)、堇菜科(Violaceae)、胡颓子科(Elaeagnaceae)、柿树科(Ebenaceae)、马鞭草科(Verbenaceae)、车前科(Plantaginaceae)、茜草科(Rubiaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)、败酱科(Valerianaceae)、莎草科(Cyperaceae)和鸭跖草科(Commelinaceae)。
伴生植物在37个生境中出现的次数各不同,出现频次6次以上的伴生植物有42种,其中白莲蒿(Artemisia gmelinii Weber ex Stechm.)、荆条〔Vitex negundo L. var. heterophylla (Franch.) Rehd.〕、委陵菜(Potentilla chinensis Ser.)、荩草〔Arthraxon hispidus (Thunb.) Makino〕等4种植物出现频次在20次以上,出现频次2~5次的伴生植物有69种,53种伴生植物只出现1次,未发现共有伴生种。
2.2.2 伴生植物相似性分析
各样地伴生植物与其余样地相似系数统计见
表3。相似系数均值介于0.150~0.338,极大值在0.313~0.563,极小值在0.000~0.111;有11对样地伴生植物的相似系数大于或等于0.500,其中2号样地与4号、7号、10号的相似系数分别为0.563,0.514,0.500,9号样地与15号、16号的相似系数分别为0.500,0.545,6号与14号、15号与16号、16号与17号、17号与18号、23号与24号、32号与33号样地的相似系数分别为0.500,0.542,0.510,0.560,0.500和0.545。
2.2.3 生活型组成
白头翁生境伴生植物中乔木植物稀少,仅见油松(Pinus tabulaeformis Carr.)、侧柏〔Platycladus orientalis (L.) Franco〕、核桃楸(Juglans mandshurica Maxim.)、麻栎(Quercus acutissima Carruth.)、槲栎(Quercus aliena Bl.)、蒙古栎(Quercus mongolica Fisch.)和黑枣(Diospyros lotus L.)等7种,占总种数的4.27%,隶属5科5属,在白头翁生境中零星分散分布;灌木植物共有22科38属46种,占总种数的28.05%,其中包括榆科、桑科、苦木科、卫矛科、椴树科和木犀科7属10种乔木的幼苗或伐桩苗;草本植物共35科85属111种,占总种数的67.68%,种类最多,其中菊科23种、禾本科11种。
2.2.4 分布区类型
按照吴征镒、李锡文等对植物属的分布区类型划分
[17~21],白头翁生境伴生的种子植物属的分布区类型数量结构见
表4,白头翁生境伴生的127属种子植物可分为14个分布区类型,缺少热带亚洲和热带美洲间断分布类型。世界分布属共20属,在白头翁生境中出现频次比较多的主要是鬼针草属(
Bidens L.)和猪毛菜属(
Salsola L.)。热带成分的属共27属,占非世界分布总属数的25.23%,其中,泛热带分布属20属,占非世界分布总属数的18.69%,占热带分布属的74.07%,在白头翁生境中出现频次最多,主要有牡荆属(
Vitex L.)、枣属(
Ziziphus Mill.)、一叶萩属(
Securinega Juss.)、木蓝属(
Indigofera L.)、狗尾草属(
Setaria Beauv.)、牵牛花属(
Pharbitis Choisy.);其次是热带亚洲至热带非洲分布,共有3属,占非世界分布总属数的2.80%,占热带分布属的11.11%,以荩草属(
Arthrason Beauv.)和菅属(
Themeda Forsk.)占主导;旧世界热带分布属共有2属,占非世界分布总属数的1.87%,占伴生植物热带分布属的7.41%,常见扁担杆属(
Grewia L.);热带亚洲(印度⁃马来西亚)分布和热带亚洲至热带大洋洲分布属均为1个,总计占非世界分布总属数的1.87%,占伴生植物热带分布属的7.41%,雀儿舌头属(
Leptopus Decne.)为热带亚洲至热带大洋洲分布属,在白头翁生境中多有分布;热带地理成分是构成白头翁生境伴生植物分布区的重要组成部分。
温带成分的属共78属,占非世界分布总属数的72.90%,是构成白头翁生境伴生植物分布区的主体。其中,北温带分布属有34属,旧世界温带分布属有17属,东亚分布属有12属,东亚及北美洲间断分布属有7属,温带亚洲分布属有4属,地中海、西亚至中亚分布属有3属,中亚分布属有1属,分别占非世界分布总属数的31.78%,15.89%,11.21%,6.54%,3.74%,2.80%和0.93%,占伴生植物温带分布属的42.50%,21.25%,15.00%,8.75%,5.00%,3.75%,1.25%和2.50%,主要代表属有蒿属(Artemisia L.)、榆属(Ulmus L.)、地榆属(Sanguisorba L.)、龙牙草属(Agrimonia L.)、绣线菊属(Spiraea L.)、唐松草属(Thalictrum L.)、委陵菜属(Potentilla L.)、松属(Pinus L.)、沙参属(Adenophora Fisch.)、胡枝子属(Lespedeza Mill.)、蛇葡萄属(Ampelopsis Michx.)、萝藦属(Metaplexis R. Br.)、锦鸡儿属(Caragana Fabr.)、牦牛儿苗属(Erodium L'Her.)和蚂蚱腿子属(Myripnois Bge.)等。中国特有分布属仅有2属。
3 结论与讨论
3.1 燕山地区白头翁及其伴生植物资源特点
3.1.1 白头翁分布差异显著
白头翁是个广布种,主产欧、亚两大洲,在我国华北、西北、东北等地均有分布,燕山是河北省白头翁资源的主要产地。调查发现白头翁多生于向阳的山地草坡上,分布以低山山坡草丛、干旱多石的坡地或林缘为主,喜阳光,较耐干旱,从燕山的东南到西北呈现分布减少的趋势,说明大气候条件影响白头翁的分布。从生境地形来看,白头翁在同一山坡的中上位和中下位均可分布,可见白头翁能够在同一区域内占据不同的生态位,可适应光照、水分等轻微差异,小气候对白头翁的存活影响不大。对河北省涉县太行山区野生白头翁的分布进行研究,发现太行山区白头翁生于海拔300~900 m的山坡草地、林缘、荒野向阳处,以海拔600 ~ 850 m较多,在干旱的草丛、灌丛或排水、通风良好的山坡多有分布,与本研究结果一致
[22]。总体来说,白头翁属阳生性种类,适于在阳生性环境生长。
3.1.2 草本伴生植物占优势
燕山地区白头翁生境伴生植物共56科128属164种,其中乔木植物仅7种,种类较少且分布稀疏零散;灌木植物46种,出现频次较多的有白莲蒿、荆条、酸枣〔
Ziziphus jujuba Mill. var.
spinosa (Bge)〕、小叶鼠李(
Rhamnus parvifolia Bge.)、榆(
Ulmus pumila L.)幼苗、叶底珠〔
Securinega suffruticosa (Pall.) Rehd.〕、花木蓝(
Indigofera kirilowii Maxim.)、阴山胡枝子〔
Lespedeza inschanica (Maxim) Schindl.〕、臭椿〔
Ailanthusaltissima (Mill.) Swingle〕幼苗、孩儿拳头(
Grewia biloba G. Don)等;草本植物111种,集中分布在菊科和禾本科,出现频次较多的有委陵菜、地榆、荩草、黄背草〔
Themeda japonica (Willd.) Tanaka〕、狗尾草〔
Setaria viridis (L.) Beauv.〕、茜草(
Rubia cordifolia L.)、茵陈蒿(
Artemisia capillaris Thunb.)、桃叶鸦葱(
Scorzonera sinensis Lipsch.)、野艾蒿(
Artemisia tavandulaefolia DC.)、鬼针草(
Bidens bipinnata L.)、祁州漏芦〔
Stemmacantha uniflora (L.) Dittrich〕、南牡蒿(
Artemisia eriopoda Bge.)、矮丛苔草〔
Carex humilis Leyss. var.
nana (levl. et Vant.) Ohwi〕、猪毛菜(
Salsola collina Pall.)、霞草(
Gypsophila oldhamiana Miq.)、展枝沙参(
Adenophora divaricata Franch.)等。白头翁伴生植物中乔木种类较少,所在群落较矮,这与白头翁喜光、耐旱、适于阳生性环境的特点有关,乔木下空间郁闭度高、采光较差,不适合白头翁的生长,与绣球茜(
Dunnia sinensis Tutcher)的某些生境特点类似
[23]。
3.1.3 伴生植物相似性较低
物种趋同适应性和依赖性可通过群落物种组成体现,物种相似性则揭示了物种与环境的内在关联
[24]。对燕山37个样地白头翁生境伴生植物相似性分析,各样地间相似系数普遍较低,仅有的11对伴生植物相似系数大于或等于0.500的样地,多处在同一县市或距离较近,地形、地貌、土壤、水分相似,绝大部分样地间的相似系数小于0.500,可见燕山地区不同地区白头翁生境差别较大,其伴生植物具有多样性的特点。
3.1.4 分布区类型较为多样
燕山地区白头翁生境伴生植物分布区类型较为多样,属有14个分布区类型和5个变型。植物分布区温带性质突出,在127属中,温带成分的属占78属,世界分布、热带分布、中国特有属均相对较少,体现与其他地区的广泛联系,又表现出以温带成分占绝对优势,与镜泊湖熔岩台地种子植物分布区调查结果类似,表明大气候环境对白头翁的分布有着强烈的影响
[25]。
3.2 燕山地区野生白头翁资源的保护与利用
3.2.1 全面普查燕山地区野生白头翁资源
燕山地区蕴含丰富的野生白头翁及其他植物资源,充分了解这些植物资源对于后续的保护和开发十分必要。然而,本次调查选取的样地具有随机性,未能完全覆盖整个燕山地区,致使调查的伴生植物种类难免会有所遗漏,应增加目的性线路调查
[26],对燕山地区野生白头翁资源及其伴生植物进行全面普查,完善其数据资料。值得一提的是,在调查过程中对白头翁资源蕴藏量的估算也十分重要,可通过线路样方法、植被+土壤类型图面积法分别估算单位面积蕴藏量和总分布面积
[27],采用公式“蕴藏量=单位面积蕴藏量×资源分布总面积”来估算野生白头翁资源蕴藏量。
3.2.2 保护野生白头翁资源及其适生区域
近年来,由于中药市场药材价格飞涨,燕山地区当地居民对野生白头翁资源进行无序采挖,致使其生境及其他伴生植物遭到严重破坏,保护野生白头翁资源及其适生区域已迫在眉睫。首先,政府应加大管控和宣传力度,禁止对白头翁等野生药材的肆意采挖,引导当地居民形成保护生态环境的意识
[26]。其次,开展燕山地区野生白头翁种质资源的收集与保存工作,建立种质资源库和种质资源圃,保证白头翁种质资源的可持续性
[28]。再次,建立系统全面的野生白头翁农艺性状、群体遗传评价体系,为资源的合理有效保护提供参考
[29]。
3.2.3 选育优良品种,开发白头翁药材资源
白头翁种质的优劣直接影响药材品质,优良品种具有药用成分含量高、适应性强、抗逆性好等特点,通过杂交、回交、分子标记辅助育种等方式选育优良栽培品种都是改善药材品质的重要途径
[30]。可充分利用燕山地区科研院所、高校及药材基地,校企联合,通过申报课题、科研立项等方式,选育优良品种,开发白头翁药材资源。近年来课题组一直致力于研究和选育白头翁及其他道地药材的优良品种和新品种,目前已收集燕山地区30余个不同居群的白头翁种质资源,正在进行形态多样性、遗传多样性及综合评价研究。
3.2.4 顺应自然生境,科学种植栽培白头翁
自然环境是物质存在的基本条件,古代医药学家认为中药药性的形成与药物生长的自然环境因子密切相关
[31]。在优良品种选育基础上,加强白头翁栽培环节关键技术的试验与研究,探索最佳栽培技术,提高药材白头翁的品质;在白头翁生产基地建设上,优先考虑原产地及其相似的立地类型,因地制宜,适地适药
[31];同时通过现代科学技术,结合植物生境伴生植物、气候、土壤等因子,积极培育仿生栽培、半野生栽培、近自然栽培白头翁资源
[32]。