基于文獻計量的黑果腺肋花楸國內研究現狀分析

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(1.清華大學附屬中學,北京 100080; 2.北京林業大學生物科學與技術學院,食品加工與安全北京市重點實驗室,北京 100083)

黑果腺肋花楸(Aorniamelanocarpa)原產于北美東部和加拿大東部,為薔薇科腺肋花楸屬,落葉闊葉灌木,灌木叢高度可達2～3 m[1]。該樹種作為一種珍貴的經濟型灌木漿果樹種,集生態價值,園林觀賞價值,藥用價值,食用及保健價值于一身,用途十分廣泛。歐美和東亞一些國家對黑果腺肋花楸的相關研究起步早,如加拿大、俄羅斯、保加利亞、匈牙利、波蘭、捷克等國家都有相當規模的栽培和相關的加工產業[2]。我國于20世紀90年代開始引種栽培,遼寧省干旱地區造林研究所結合國家林業局“948項目”—“腺肋花楸優良種質資源及栽培與利用技術引進”,先后從國外引進8個黑果腺肋花楸品種,其中果用型品種6個,觀賞型品種2個[3],為我國黑果腺肋花楸產業的發展奠定了較豐富的種質資源基礎。截止到2015年,該樹種在我國栽培面積約為533～600 hm2[4],遼寧、吉林、黑龍江、內蒙古、河南、河北、北京、山東、新疆、江蘇等12個省(自治區、直轄市)均有不同面積種植[5]。

自上世紀末引種以來到現在,該樹種在我國栽培種植時間不足30年,相較于歐美和東亞一些國家,我國對黑果腺肋花楸的相關研究起步較晚。由歷年來黑果腺肋花楸相關研究論文發表情況也可以看出,1991～2006年的15年時間里,相關研究論文發表數量僅有20余篇,且大部分論文是對其繁殖栽培技術的相關研究。然而,由圖1可知,近十年來,有關于黑果腺肋花楸的相關研究越來越受到我國科研工作者的重視。尤其從2014年開始,針對黑果腺肋花楸的相關研究報道大幅增加,2017年對其相關研究論文的發表數量多達38篇,約為2002～2012年發表論文數量的總和,可見近些年我國對于黑果腺肋花楸相關研究發展迅猛(見圖1)。

圖1 2002～2017黑果腺肋花楸研究文獻數量變化趨勢Fig.1 Variation tendency of the research papers number on Aornia melanocarpa in 2002～2017

由圖2可知,我國對黑果腺肋花楸的研究方向主要集中在繁殖技術、栽培技術、生物活性成分研究以及相關產品研發上。其中關于黑果腺肋花楸的繁殖、栽培和生物活性成分研究較多,對黑果腺肋花楸相關產品研發文獻報道相對較少。本文主要對近十年黑果腺肋花楸國內研究現狀進行綜述,以期使從事黑果腺肋花楸相關方向的研究者了解該樹種的發展現狀,并為該樹種今后在我國的科學研究和開發利用提供相應的理論依據。

圖2 我國黑果腺肋花楸相關研究方向和文章發表數量Fig.2 Research direction and article publication quantities of Aornia melanocarpa in China

1 黑果腺肋花楸繁殖技術研究

黑果腺肋花楸繁殖技術的研究主要包括嫁接技術[2,6-7],組培快繁技術,扦插技術和多倍體良種的培育等,其中黑果腺肋花楸的組培快繁和扦插技術研究較多,且相關技術較為成熟。

1.1 扦插技術

目前黑果腺肋花楸主要采用扦插繁殖技術。扦插具有操作簡單,繁育周期短,可保留親本優良性狀等優點。對黑果腺肋花楸扦插技術的研究主要集中在扦插條件、扦插方法和插后管理等方面[8-9]。一般選取8～12 cm插條長度,將插條下端在ABT生根粉或吲哚丁酸中浸泡約2 h后扦插,扦插時間宜選擇6月中旬至7月下旬,扦插基質多為有機肥和土壤混合物,床上鋪潔凈河沙。扦插后對插穗苗進行水分管理、根外施肥、防治病蟲害以及越冬管理[10-11]。最終確定插穗的成活率可達90%～100%[10,12-13]。

1.2 組培快繁技術

組培快繁技術與傳統的育苗方法相比最大優勢為育苗周期短,可大大提高繁殖系數和工作效率,并且不受時間、季節和環境的影響,彌補了傳統育苗手段的缺陷。近年來我國研究者對黑果腺肋花楸的組培快繁方法較為重視,相關文獻發表量逐年增加。組培快繁技術具體操作步驟為:外植體的選擇(一般選擇莖段或莖尖)、誘導培養、繼代培養、生根培養[14-15],最終組培苗成活率可達95%～100%[15-17]。

1.3 多倍體良種培育技術

關于黑果腺肋花楸多倍體良種培育近三年來也有文獻報道。多倍體較二倍體而言具有較強的抗逆性及適應能力,且有研究表明,黑果腺肋花楸四倍體酚類物質含量明顯高于二倍體,酶活性與抗氧化活性都顯著高于二倍體[18]。多倍體良種培育技術對我國培育優良品種并獲得高產量、高藥用活性物質的多倍體黑果腺肋花楸植株具有一定的意義和價值[19-20]。

2 黑果腺肋花楸栽培技術研究

近十年來,我國研究者廣泛開展對黑果腺肋花楸栽培技術的研究,相關文獻多達40余篇。我國研究者對黑果腺肋花楸栽培種植技術的研究主要包括對其生態習性[21-22],栽植技術[23-24],澆水施肥[25],整枝修剪[26-27]和病蟲害防治[28]。研究結果表明黑果腺肋花楸是兼具適應性強、栽植范圍廣、易修剪、病蟲害少等優勢的灌木經濟林新樹種,開發利用前景廣泛。我國已經完全掌握黑果腺肋花楸苗木快速繁殖技術,達到國外同等技術水平,并有所創新[29]。該樹種適應能力強,對土壤環境沒有嚴格的要求,沙壤土、山坡地、石礫多等含有一定量水分的地方均能很好生長[30]。且黑果腺肋花楸栽植技術操作簡便,無需特別管理,適合在大多數地區栽培種植。該樹種在太原地區[31]、沈陽地區[32]、新疆北部[22]、寬甸地區[33]以及山西北部忻州地區和東南部長治地區[34]進行引種試驗栽培工作,結果顯示黑果腺肋花楸在這些地區均表現出良好的適應性,樹木發育生長狀態良好,適宜推廣栽植。另外,我國自主培育的黑果腺肋花楸樹苗富康源1號也已投入栽培,通過栽培試驗表明該樹苗適合在我國栽培種植[35-36]。

3 黑果腺肋花楸生物活性物質研究

黑果腺肋花楸果實中含有豐富的生物活性物質,國外研究者對其活性物質的種類和結構進行廣泛研究,研究結果表明黑果腺肋花楸中富含多酚類、有機酸、蛋白質、糖、脂肪、礦物質和維生素等物質,且多酚類物質含量是已知漿果中含量最高的。多酚類物質如酚酸、原花青素、花青素、黃酮醇等含量豐富,其中含量最高的多酚類物質為原花青素,其次為花青素[37]。黑果腺肋花楸多酚類物質含量較葡萄高80～180倍,是香蕉的1000～2000倍、藍莓的5倍,且抗氧化性約是藍莓的2.5倍、蔓越莓的9倍以上,對黑果腺肋花楸發揮其生理和藥理功效起著至關重要的作用。根據不同的測定方法,黑果腺肋花楸多酚含量測定值差異較大[38-40]。黑果腺肋花楸因其具有的多種功效成分和功效作用,可作為藥品或功能性食品開發的原料,極具經濟價值和廣闊的市場前景。

自2014年起,我國研究者開始對黑果腺肋花楸果實中生物活性成分進行探究,其中以黑果腺肋花楸多酚類物質研究最為廣泛,其次是花青素、黃酮、原花青素等物質研究。對這些生物活性成分研究主要包括提取純化工藝和相關性質(抗氧化、抑菌、穩定性、抗疲勞等)方向的研究。玄永浩等[41]、于雪等[42]分別對黑果腺肋花楸的生物活性物質和功效進行綜述,表明黑果腺肋花楸果實中含有多種功能性成分,為后續的研究提供一定理論基礎。于明等[43]研究了黑果腺肋花楸幼苗的化學成分并對其結構進行鑒定,最終確定出六種化合物。表1總結了近年來研究者對黑果腺肋花楸生物活性物質研究的具體內容?？梢钥闯?黑果腺肋花楸中酚類物質含量很高,得率可達(68.15±1.04) mg/g[44];經XAD-7和HPD-600大孔樹脂純化,純度可升高至64%～77%,說明大孔樹脂適用于黑果腺肋花楸多酚類物質的純化[45]?？寡趸鸵志匝芯烤砻骱诠倮呋ㄩ倍喾宇愇镔|具有強大的抗氧化和抑菌活性。穩定性試驗表明黑果腺肋花楸中多酚類物質穩定性較差,宜保存在低溫、避光、酸性條件下。此外,關于黑果腺肋花楸中花色苷,原花青素及黃酮等物質提取純化及活性研究也有相關報道,這些研究方法與多酚類物質提取純化和性質測定方法較為相似。

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

值得注意的是,我國研究者對黑果腺肋花楸活性物質的研究層次較為簡單,提取純化工藝較為傳統,缺乏創新性;其抗氧化性、穩定性以及抑菌性等體外性質研究也較為基礎,極少涉及到體內實驗,或從細胞、分子水平等更深層次進行研究。而對黑果腺肋花楸研究起步較早的歐美國家更側重于食品科學與技術方面[46]相關研究。如上所述,國外研究學者不僅對黑果腺肋花楸生物活性物質的種類和結構進行廣泛研究,并對其生理和藥理活性進行深入探討。由于黑果腺肋花楸強大的抗氧化活性,可以預防和治療慢性疾病如代謝紊亂、高脂血癥、糖尿病和心腦血管疾病,此外,黑果腺肋花楸果汁或提取物還具有抗炎[47-48]、抗病毒[49]、抗輻射[50-51]和抗衰老[52]等作用。而我國研究者在該方向的研究報道甚少,研究基礎較為薄弱,故筆者相信在未來幾年我國研究者對黑果腺肋花楸生物活性物質研究的深度和領域會不斷加深與拓寬。

4 黑果腺肋花楸相關產品研發

黑果腺肋花楸果實具有一定的食用性,因其富含多種生物活性物質,又兼有藥用與保健的功效,但是由于果實中單寧含量較高,直接食用口感偏澀,故可對其果實進行深加工,制成黑果腺肋花楸相關產品,改善口感。我國研究者對黑果腺肋花楸產品的研發報道較少,僅有的十余篇文獻報道中大部分是關于黑果腺肋花楸果酒的生產工藝研究。王鵬等[53]分別研究了黑果腺肋花楸果酒的發酵條件,澄清處理[54],降酸處理[55]以及SO2對果酒的抑菌和啟動發酵影響[56]。研究結果表明黑果腺肋花楸果酒中的含糖量對發酵過程影響最大,溫度影響次之,pH對果酒發酵影響相對較弱。此外,佟鳳琴[57]研究野生黑果腺肋花楸果酒釀造工藝得出最佳發酵條件為:加糖量為20%,溫度為27 ℃,SO2添加量為40 mg/L,接種量為0.6 g/L,在此條件下可得到較為理想的黑果腺肋花楸果酒。徐貝貝等[58]研究了酶對黑果腺肋花楸果酒發酵過程花色苷浸出率的影響,結果表明半纖維素酶可顯著提高黑果腺肋花楸果實釀酒過程花色苷的浸出率。除了黑果腺肋花楸果酒,也有學者對黑對果腺肋花楸果醋的生產工藝[59]和酵素的抗氧化性質[60]進行了相關研究。

但總體而言,我國對黑果腺肋花楸相關產品的研發還處于萌芽階段,相關科學研究較少。目前,波蘭和德國等國已經出現了以黑果腺肋花楸果汁與其它果汁混合為原料發酵生產果酒的企業[61]。另外,高純度的黑果腺肋花楸提取物,如黑果腺肋花楸多酚類物質和糖的混合物作為保健產品也已在歐美國家進行銷售[62]。以黑果腺肋花楸果實為原料加工的藥品、保健品和各種食品在國外市場上非常普及和流行。黑果腺肋花楸經濟價值高,深加工產業鏈長,所以,我國企業和研究人員應重視黑果腺肋花楸相關產品的生產研發。

5 問題與展望

本文詳細介紹了近十年來黑果腺肋花楸國內研究進展,黑果腺肋花楸作為一種集生態價值,觀賞價值,食用價值,藥用價值為一體的多用途珍貴樹種,市場前景非常廣闊。但我國黑果腺肋花楸產業正處于發展階段,在發展過程中還存在諸多問題,如:

a.盲目引種:有些地區前期工作未做充分就對黑果腺肋花楸果樹進行引種種植,目標樹種與引進品種并不一致或區域環境并不適合該樹種的生長,導致一定經濟損失;

b.栽培管理技術水平低:黑果腺肋花楸在我國作為一種新興樹種,很多從事該樹種的種植人員對其生長習性栽培條件并不十分了解,很難實現黑果腺肋花楸的優質高產[63];

c.相關專業技術人員較少:黑果腺肋花楸栽培種植或研發過程中,由于缺少專業的技術人員,直接影響黑果腺肋花楸苗木的生長和產量,以及對黑果腺肋花楸活性物質提取方法較為粗獷,提取后的物料直接丟棄成為垃圾廢料,綜合利用程度低,造成了資源的嚴重浪費,引起環境污染。這些面臨的問題尚待相關部門和研究者解決。

相信在未來幾年內,我國研究者對黑果腺肋花楸的相關研究將繼續深入,文獻報道也會持續增加,且對黑果腺肋花楸的研究方向會更側重于三個方面:

a.黑果腺肋花楸活性物質提取純化及結構的研究:目前我國研究者對黑果腺肋花楸活性物質的研究僅限于對果實中酚類物質提取和純化相關工藝研究,對果實中其它生物活性物質研究較少,且并未對活性物質的種類和結構進行具體分析,故對黑果腺肋花楸該方向的研究有待進一步深入;

b.黑果腺肋花楸生理活性和藥理活性研究:我國研究者關于黑果腺肋花楸生理藥理活性的研究報道甚少,而黑果腺肋花楸由于其含有豐富的活性物質可以預防和緩解多種疾病的發生,故對該方向的研究具有十分重要的現實意義;

c.黑果腺肋花楸相關產品研發:歐美和東亞一些國家對黑果腺肋花楸相關產品研發較為成熟,多種黑果腺肋花楸產品如食品、藥品、化妝品、保健品等已在市場銷售并取得相當可觀的經濟效益,相關產業也已建立完善,我國企業和研發人員應充分借鑒其發展經驗,重視黑果腺肋花楸相關產品的研發,充分發揮黑果腺肋花楸的經濟價值和利用價值。相信在不久的將來,黑果腺肋花楸在我國會有更廣闊的發展前景。