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开展药用植物工厂化栽培意义深远

时间:2005-10-12 12:00来源:中国医药报 作者:bioguider 点击: 535次
  编者按:面对全球药用植物市场需求不断攀升的新“气候”,一种新的生产模式--药用植物工厂,近年来在欧美、日本等国家和地区兴起。其依托设施园艺学、环境控制学、生物技术、计算机科学等学科,以工程手段来提高栽培产量和质量,是知识与技术密集的集约型生产方式。我国是世界上使用和出口中草药最多的国家,中草药的80%来自于药用植物。因此,药用植物的工厂化栽培对我国有着特殊的意义。研究和应用工厂化栽培,争取在较短的时间内建设一批有中国特色的药用植物工厂化栽培示范区,对于加快我国中医药事业的发展意义重大。  

  目前,全球植物药市场年销售总额超过200亿美元,预计在2010年,植物药市场的销售额可达到400亿美元。随着国际上对中草药的需求不断增加,对药用植物的质量和产量提出了更高的要求。对此,我国必须利用先进的技术解决传统药用植物栽培中存在的质量和产量不稳定的问题,实现规模化、产业化栽培,形成自己的品牌,提高我国在国际市场上的竞争力。  

  传统栽培方式亟待改进  

  我国药用植物栽培虽然历史悠久,但传统的栽培方式存在很多问题。由于种质(品种)资源不稳定,导致种苗质量不稳定。种苗质量的不稳定在一定程度上又造成栽培产量的不稳定。  

  在传统栽培方式中,露地栽培的栽培环境无法被人为控制,因此不能为相同的药用植物提供相同的生长环境,使药用植物生长参差不齐,质量和产量的稳定性不能得到保证。同时环境条件的不易控制也会导致病虫害,这样一来就不可避免地要使用农药,从而产生农药残留,结果影响药材的质量。并且露地栽培也无法保证每年产量的稳定性。  

  此外,传统的药用植物栽培规模小,对药材的采收、加工时间等影响药材质量的重要环节缺乏统一管理,因此药材质量的稳定性不能得到保证,无法形成品牌销售。  

  药用植物工厂优势独具  

  中草药是一种特殊的商品,它既是原材料药,也是成品药。其植物体内有效成分的含量,直接关系到中草药的质量、药效,关系到人们的健康。俗语:“药材好,药才好!”,说明了药用植物在整个中医药链中的重要性。  

  中草药的质量与药用植物的品种、生长环境、生长年限、采收时间等密切相关。药用植物在长期的自然进化过程中形成了对特定生长环境的适应性,其生长发育以及体内药用有效成分的含量与温度、光照、水分和土壤等环境因素密切相关。当药用植物的品种确定以后,生长环境就成为影响其质量的重要因素。因此,在人工栽培时,应根据不同品种对环境的特殊要求,为其提供适宜的生长环境。植物工厂能针对不同的药用植物品种,为其不同生长阶段提供生长所需的特殊环境,加速植物的生长,缩短栽培周期,减少投资成本,还可按生产计划实现规模化栽培。  

  所谓植物工厂是利用控制技术对设施内植物生长发育所需的温度、湿度、光照、CO2浓度等环境条件和营养液进行高精度控制的系统。根据生产对象和生产层次的不同,植物工厂可以分为:以植物组织培养为主的组织培养系统--用于种苗繁殖;以生产植物体为主的狭义的植物工厂--用于规模化、标准化的植物栽培;以细胞培养为主的细胞培养系统。  

  植物工厂还可以根据对药用有效成分需要的不同,在明确药用植物生理特性的基础上,综合考虑各环境因子的综合作用效果,选择运行成本低、效果好的调控手段进行优化控制,还可利用先进的生物技术提高药用有效成分在植物体内的含量,增加经济效益,并可通过植物苗工厂的形式,加速繁育药用植物的种苗。另外,对于植株矮小的药用植物,可在组织培养室内完成生产。  

  据了解,日本采用岩绵基质培养和毛管式水培养技术栽培柴胡已有多年历史,与传统的露天栽培和土壤栽培相比,不仅栽培密度和产量大大提高,更重要的是质量明显提高。三菱电机中央研究所采用人工光源栽培柴胡,通过白色光、蓝色光、近红外光和近紫外光的对比实验,综合考察柴胡生长及其有效成分含量等指标,结果表明:在红光状态下效果最好。  

  规模化、专业化是发展方向  

  药用植物苗工厂是种苗工厂化繁殖的主要形式之一。药用植物工厂化栽培需要大量高品质的种苗,传统大田育苗无法满足种苗质量和产量稳定性的要求,因此一般利用组织培养技术在室内进行种苗的大量繁殖,即利用植物的器官或组织进行无性繁殖。由于生长环境相同,植株生长均匀一致,出苗整齐,产量和质量保持稳定。随着植物细胞和组织培养技术的发展,药用灯盏菊、百部的种苗工厂化生产已经开始。  

  利用无糖组织培养技术,使用大型培养容器,可以进行规模化、标准化种苗繁殖。日本千叶大学古在教授发明的无糖组织培养技术,去除了培养基中的糖,减少了组织培养过程中的污染,使组织培养技术可以抛弃传统的密闭小容器而使用大型培养容器。通过布置在大型培养容器侧壁或顶部的透气膜,可以调节组织培养间的温度、湿度、CO2浓度等,为药用植物的生长发育提供更加适宜的环境。日本三井石化公司1990年就开始采用大型培养罐大量繁殖百合种苗。  

  营养液栽培技术和环境控制技术的发展为植物工厂的产生和实现周年连续性的生产奠定了良好的基础。营养液是由含各种植物必需营养元素的化合物溶于水配制而成。在植物工厂中,必须根据栽培植物对营养元素和环境条件的需求进行调节控制,为其提供最佳的生长环境。  

  目前,药用植物工厂正在朝着大型化、专业化方向发展。奥地利维也纳技术大学建成一座太阳光利用型钢架玻璃结构植物工厂,其面积虽小,但自动化程度很高,植物在人工模拟环境下生长良好。美国建立了一座面积为18000平方米的植物工厂,是迄今为止世界上规模最大的植物工厂。与欧美国家相比,日本在植物工厂方面的研究相对较晚,但其研究与开发的速度很快。1974年日立公司最早开始这方面的研究。1985年在筑波世博会上展示的一套三层楼高的塔式人工光利用型植物工厂,是日本在这一时期植物工厂成就的重要标志。随后千叶县、东京等地陆续出现了药用植物工厂。2001年,日本北海道札幌市桦户郡浦臼町建成的神内植物工厂,面积3000多平方米。这个植物工厂完全使用营养液栽培技术,进行机械化操作,环境控制基本上实现智能控制,从播种、催芽、栽培到收获、上市销售,完全按照工业生产流程进行。 (责任编辑:泉水)
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