基于GMPGIS的陽(yáng)春砂全球產(chǎn)地區(qū)劃

宮 璐 葉育石 吳 杰 吳明麗 蘇 賀 黃志海

(1 廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，廣州，510006；2 中國(guó)科學(xué)院華南植物園，廣州，510650；3 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所，北京，100700)

基于GMPGIS的陽(yáng)春砂全球產(chǎn)地區(qū)劃

宮 璐1葉育石2吳 杰3吳明麗3蘇 賀1黃志海1

(1 廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，廣州，510006；2 中國(guó)科學(xué)院華南植物園，廣州，510650；3 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所，北京，100700)

目的：我國(guó)陽(yáng)春砂資源緊缺，開(kāi)展陽(yáng)春砂全球產(chǎn)地生態(tài)適宜性分析，為陽(yáng)春砂的人工引種提供科學(xué)依據(jù)，以保障陽(yáng)春砂資源的可持續(xù)利用。方法：全球范圍搜集陽(yáng)春砂分布樣點(diǎn)108個(gè)，應(yīng)用藥用植物全球產(chǎn)地生態(tài)適宜性區(qū)劃信息系統(tǒng)(GMPGIS)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行分析，得到陽(yáng)春砂在全球范圍的潛在種植區(qū)。結(jié)果：陽(yáng)春砂在世界范圍的生態(tài)適宜產(chǎn)區(qū)總面積為440多萬(wàn)平方千米，除中國(guó)外，還有巴西、剛果等56個(gè)國(guó)家(或地區(qū))也具備陽(yáng)春砂生長(zhǎng)的生態(tài)條件；陽(yáng)春砂在國(guó)內(nèi)主要產(chǎn)區(qū)為廣東、廣西、云南和福建。結(jié)論：GMPGIS為陽(yáng)春砂的全球人工種植提供科學(xué)指導(dǎo)，以保護(hù)陽(yáng)春砂的藥用資源。

陽(yáng)春砂；生態(tài)適宜性；GMPGIS；全球區(qū)劃

砂仁是常用中藥，《中華人民共和國(guó)藥典》(2015年版一部)記載砂仁來(lái)源于姜科植物陽(yáng)春砂AmomumvillosumLour.、綠殼砂AmomumvillosumLour.var.xanthioidesT.L.Wu et Senjen、海南砂AmomumlongiligulareT.L.Wu的干燥成熟果實(shí)。性辛、溫，具化濕開(kāi)胃，溫脾止瀉，理氣安胎之功效；用于濕油中阻，脘痞不饑，脾胃虛寒，嘔吐泄瀉，妊娠惡阻，胎動(dòng)不安[1]。除藥用外，砂仁又可作為食品、調(diào)味劑、保健品、藥膳、制茶、造紙?jiān)?、獸藥等使用。砂仁以廣東省陽(yáng)春縣為道地產(chǎn)區(qū)，所產(chǎn)陽(yáng)春砂質(zhì)量好、產(chǎn)量大，成為砂仁中的主流品種[2]。陽(yáng)春砂野生資源稀少，藥材主要來(lái)自于人工栽培品，因陽(yáng)春砂自身的生物學(xué)特性所限，主產(chǎn)區(qū)局限于廣東、廣西、云南、福建等少數(shù)幾個(gè)省份。受陽(yáng)春砂授粉困難、產(chǎn)量過(guò)低等影響，除道地產(chǎn)區(qū)外，其他地區(qū)陽(yáng)春砂種植規(guī)模及產(chǎn)量均面臨下降趨勢(shì)[3]。而近些年來(lái)道地產(chǎn)區(qū)廣東陽(yáng)春也因城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，山地資源不斷遭到人為開(kāi)發(fā)與破壞，導(dǎo)致陽(yáng)春砂的生長(zhǎng)環(huán)境嚴(yán)峻，藥材資源受到嚴(yán)重威脅[2]。因此，在全球范圍發(fā)掘陽(yáng)春砂的適宜種植區(qū)對(duì)于陽(yáng)春砂資源的可持續(xù)利用意義重大。

生態(tài)環(huán)境是影響藥材種植的最重要因素。由中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所自主研發(fā)的GMPGIS系統(tǒng)是全球首個(gè)中藥材產(chǎn)地生態(tài)適宜性分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)將與中藥材生長(zhǎng)環(huán)境相關(guān)的生態(tài)因子(降水、溫度、濕度、土壤、日照)量化成柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后對(duì)網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行空間聚類分析，并根據(jù)中藥材產(chǎn)地生態(tài)相似度大小確定藥材引種區(qū)。本研究應(yīng)用GMPGIS系統(tǒng)對(duì)陽(yáng)春砂進(jìn)行全球產(chǎn)地區(qū)劃，為陽(yáng)春砂在全球范圍尋找適宜的人工種植區(qū)域提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源 通過(guò)文獻(xiàn)查閱[2-6]、標(biāo)本查詢[7]和數(shù)據(jù)庫(kù)[8]查詢等多種方式，在全球范圍選擇陽(yáng)春砂分布點(diǎn)共108個(gè)進(jìn)行分析(表1)。其中中國(guó)分布點(diǎn)94個(gè)，包括道地產(chǎn)區(qū)廣東省陽(yáng)春市蟠龍鎮(zhèn)、春灣鎮(zhèn)，陽(yáng)春砂主產(chǎn)區(qū)廣東高州、信宜、云浮，云南勐臘、勐海、景洪，廣西防城、隆安、百色、扶綏、欽州，福建長(zhǎng)泰、同安等，及陽(yáng)春砂的相應(yīng)省份野生分布點(diǎn)。老撾分布點(diǎn)14個(gè)，越南分布點(diǎn)2個(gè)，泰國(guó)分布點(diǎn)2個(gè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 陽(yáng)春砂生態(tài)因子分析 陽(yáng)春砂生長(zhǎng)適宜溫度22～28 ℃，能忍受0 ℃的短暫低溫，但較長(zhǎng)時(shí)間的0 ℃低溫或嚴(yán)重霜凍，直立莖將受凍死亡；陽(yáng)春砂喜濕、怕澇、忌旱，一般要求空氣相對(duì)濕度75%～90%，孕蕾期至開(kāi)花結(jié)果期空氣相對(duì)濕度90%以上，土壤最適含水量為25%～27%；陽(yáng)春砂為半陰生植物，喜歡漫射光，忌陽(yáng)光直射；對(duì)土壤要求不甚嚴(yán)格，一般的砂質(zhì)壤土或多種類型的壤土均可種植[3]。陽(yáng)春砂在我國(guó)主要分布于熱帶亞熱帶季風(fēng)氣候地區(qū)，氣候溫暖，年平均氣溫19～22 ℃；低溫期及霜凍期短，光照充足，雨量充沛，年降水量在1 000 mm以上，空氣相對(duì)濕度在90%以上[3]。其道地產(chǎn)區(qū)陽(yáng)春市屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，地處云霧山脈、天露山脈的中段與河尾山的八甲大山之間，光照時(shí)間長(zhǎng)、熱量豐富、雨量充沛、季風(fēng)活動(dòng)明顯，土壤為紅黃壤土，年平均氣溫22.3 ℃、年降水量2 385 mm[4]。

經(jīng)GMPGIS系統(tǒng)分析得到陽(yáng)春砂在全球范圍主要生長(zhǎng)區(qū)域的生態(tài)因子值如表2所示，由表可知，生態(tài)因子各項(xiàng)數(shù)值符合陽(yáng)春砂的生長(zhǎng)條件，表明該系統(tǒng)預(yù)測(cè)結(jié)果具有可信性。

表2 全球范圍內(nèi)主要生長(zhǎng)區(qū)域生態(tài)因子值

2.2 陽(yáng)春砂全球產(chǎn)地區(qū)劃 經(jīng)GMPGIS系統(tǒng)分析得到陽(yáng)春砂的全球最大生態(tài)相似度區(qū)域分布圖(圖1)，由圖可以看出，亞洲、美洲、非洲均有部分區(qū)域適宜陽(yáng)春砂生長(zhǎng)。統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)春砂的全球最大生態(tài)相似度區(qū)域位于57個(gè)國(guó)家(或地區(qū))，總面積為4 417.2×103km2，主要國(guó)家包括巴西、剛果、中國(guó)、緬甸、美國(guó)、老撾等(圖2)。其中排名前3位的巴西、剛果和中國(guó)陽(yáng)春砂最大生態(tài)相似度區(qū)域面積分別為1 325.0×103km2、662.5×103km2和536.0×103km2，占全球全部陽(yáng)春砂最大生態(tài)相似度區(qū)域面積的57.13%。

根據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合陽(yáng)春砂生物學(xué)特性，并考慮自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、藥材主產(chǎn)地栽培和采收加工技術(shù)等條件，建議國(guó)際陽(yáng)春砂栽培區(qū)域主要為中國(guó)，引種栽培研究區(qū)域主要以巴西、剛果、緬甸、美國(guó)、老撾等國(guó)為宜。

圖1 陽(yáng)春砂全球最大生態(tài)相似度區(qū)域分布圖

2.3 陽(yáng)春砂國(guó)內(nèi)產(chǎn)地區(qū)劃 陽(yáng)春砂在國(guó)內(nèi)的最大生態(tài)相似度區(qū)域主要位于廣西、廣東、云南、福建等省份(表3)，與目前陽(yáng)春砂主產(chǎn)區(qū)情況基本一致。陽(yáng)春砂自古均以廣東陽(yáng)春為道地產(chǎn)區(qū)，后逐漸引種到陽(yáng)春周圍；20世紀(jì)60年代引種至云南、福建、廣西等地。云南因原始森林的種植環(huán)境具有得天獨(dú)厚的昆蟲(chóng)授粉條件，無(wú)需人工授粉，使得種植成本大大降低，因此在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初取代廣東陽(yáng)春成為陽(yáng)春砂的主產(chǎn)區(qū)，種植面積遠(yuǎn)大于廣東，藥材總產(chǎn)量也處于全國(guó)領(lǐng)先地位[6]。然而近些年云南地區(qū)陽(yáng)春砂經(jīng)濟(jì)效益下滑，影響藥農(nóng)種植積極性，與此同時(shí)廣東陽(yáng)春地區(qū)在政府的大力扶持下，面積及規(guī)模逐漸擴(kuò)大，重新成為陽(yáng)春砂的最大主產(chǎn)區(qū)[5]。除此之外，江西、海南、臺(tái)灣、浙江等地區(qū)也有陽(yáng)春砂的適宜生長(zhǎng)區(qū)分布。

根據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合陽(yáng)春砂生物學(xué)特性，并考慮自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、藥材主產(chǎn)地栽培和采收加工技術(shù)等條件，建議國(guó)內(nèi)陽(yáng)春砂引種栽培研究區(qū)域主要以廣東、廣西、云南、福建為宜。

圖2 陽(yáng)春砂最大生態(tài)相似度區(qū)域全球主要國(guó)家分布面積

圖3 陽(yáng)春砂全國(guó)最大生態(tài)相似度區(qū)域分布圖

圖4 陽(yáng)春砂最大生態(tài)相似度區(qū)域國(guó)內(nèi)主要省份分布面積

3 討論

作為“四大南藥”“十大廣藥”之一的陽(yáng)春砂，因資源稀缺，在2016年成為廣東省立法保護(hù)的8大南藥品種之一。陽(yáng)春砂在我國(guó)道地產(chǎn)區(qū)及引種區(qū)目前處于種植規(guī)模降低及資源瀕危的局面，嚴(yán)重威脅陽(yáng)春砂資源的開(kāi)發(fā)和利用。本研究應(yīng)用GMPGIS系統(tǒng)進(jìn)行陽(yáng)春砂全球生態(tài)適宜性預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)除中國(guó)外，世界上還有其他國(guó)家和地區(qū)具備種植陽(yáng)春砂的生態(tài)條件，其中南美的巴西和非洲的剛果陽(yáng)春砂適宜種植區(qū)面積甚至超過(guò)中國(guó)。該研究結(jié)果為陽(yáng)春砂的人工種植和資源可持續(xù)利用提供了科學(xué)指導(dǎo)。

產(chǎn)自道地產(chǎn)區(qū)廣東陽(yáng)春的陽(yáng)春砂被認(rèn)為質(zhì)量較其他區(qū)域更好，趙紅寧等[4]采用氣相色譜法測(cè)定廣東、廣西、云南、福建等不同產(chǎn)地陽(yáng)春砂樣品中樟腦、龍腦、乙酸龍腦酯有效成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，研究結(jié)果顯示，這3種成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有明顯差異，產(chǎn)自于廣東陽(yáng)春的樣品中質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較高。張丹雁[3]等在對(duì)廣東、云南等陽(yáng)春砂主產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)栽培現(xiàn)狀調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)，由于栽培的氣候、土壤、水分等生態(tài)條件的不同以及栽培技術(shù)上的差異，致使陽(yáng)春砂在株型、成品性狀、農(nóng)藝學(xué)性狀等方面存在著差別。藥材的質(zhì)量一方面受環(huán)境因素的影響，另一方面受到藥材自身的遺傳因素影響。陽(yáng)春砂的栽培品種盡管沒(méi)有明確的定義，但在道地產(chǎn)區(qū)廣東陽(yáng)春的實(shí)際種植過(guò)程中分為長(zhǎng)果砂仁和圓果砂仁2種類型，另外，還有人工選育的“春選”品種[9]。何瑞等[10]通過(guò)對(duì)3個(gè)品種的果實(shí)與花進(jìn)行形態(tài)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，不同栽培品種具有各自可區(qū)別的顯著特征；黃瓊林[11-12]等應(yīng)用ISSR分子標(biāo)記和26S rDNA和matK基因序列對(duì)該3個(gè)品種進(jìn)行鑒別和親緣關(guān)系分析研究，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)果陽(yáng)春砂和圓果陽(yáng)春砂親緣關(guān)系較近，與春選相區(qū)別，通過(guò)堿基位點(diǎn)的差異可將其進(jìn)行區(qū)分。在以后的陽(yáng)春砂品質(zhì)生態(tài)學(xué)研究中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)陽(yáng)春砂不同栽培品種的比較研究，在品種鑒定的基礎(chǔ)上進(jìn)行不同產(chǎn)地陽(yáng)春砂的實(shí)驗(yàn)研究，以排除遺傳因素對(duì)陽(yáng)春砂品質(zhì)差異的影響，更為客觀地發(fā)掘影響陽(yáng)春砂品質(zhì)的關(guān)鍵生態(tài)因子，為提高陽(yáng)春砂的人工栽培質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

[1]國(guó)家藥典委員會(huì).中華人民共和國(guó)藥典(一部)[M].北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，2015:253.

[2]歐陽(yáng)霄妮.陽(yáng)春砂資源調(diào)查與品質(zhì)評(píng)價(jià)研究[D].廣州：廣州中醫(yī)藥大學(xué),2010.

[3]張丹雁.陽(yáng)春砂種質(zhì)資源研究[D].廣州：廣州中醫(yī)藥大學(xué),2008.

[4]趙紅寧,黃柳芳,劉喜樂(lè),等.不同產(chǎn)地陽(yáng)春砂仁藥材的質(zhì)量差異研究[J].廣東藥學(xué)院學(xué)報(bào),2016,31(2):176-180.

[5]張丹雁,劉軍民,熊清平,等.陽(yáng)春砂資源調(diào)查與分析[J].廣州中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2008,25(1):77-80.

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[7]中國(guó)數(shù)字植物標(biāo)本館[EB/OL].http://www.cvh.ac.cn/search.

[8]Global Biodiversity Information Facility[EB/OL].http://www.gbif.org/occurrence/search?.

[9]張丹雁,劉軍民,徐鴻華.陽(yáng)春砂不同栽培品種的比較鑒別[J].廣州中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2005,22(1):1-3.

[10]何瑞,楊錦芬,詹若挺,等.道地產(chǎn)區(qū)不同栽培品種陽(yáng)春砂果實(shí)與花形態(tài)特征調(diào)查與分析[J].廣州中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2010,27(1):57-61.

[11]黃瓊林,楊錦芬,詹若挺,等.基于ISSR分析的陽(yáng)春砂分子鑒別[J].中藥新藥與臨床藥理,2010,21(5):518-521.

[12]黃瓊林,楊錦芬,段中崗,等.基于26S rDNA D1-D3區(qū)和mat K基因序列分析的陽(yáng)春砂分子鑒別[J].廣州中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2010,27(2):151-155.

(2017-04-10收稿 責(zé)任編輯：徐穎)

Global Production Area Prediction of Amomum Villosum Lour.through GMPGIS

Gong Lu1，Ye Yushi2，Wu Jie3，Wu Mingli3，Su He1，Huang Zhihai1

(1TheSecondAffiliatedHospitalofGuangzhouUniversityofChineseMedicine，Guangzhou510006，China; 2SouthChinaBotanicalGarden，ChineseAcademyofSciences，Guangzhou510650，China；3InstituteofChineseMateriaMedica，ChinaAcademyofChineseMedicalSciences，Beijing100700，China)

Objective:In order to ensure the sustainable utilization of the natural resources of Amomum villosum Lour.，the global ecological suitability analysis was carried out by Global geographic information system for medicinal plant(GMPGIS).Methods:A total of 108 distribution sites were collected and put into the system.Seven ecological factors were made cluster analysis to predict the suitable ecological region and potential artificial cultivation area.Results:A total area of about 4 400 000 square kilometers was found suitable for planting Amomum villosum globally.In addition to China，Brazil，Congo and other 56 countries or regions also had ecological conditions for Amomum villosum growth.Guangdong，Guangxi，Yunnan and Fujian were the main producing areas in china.Conclusion:GMPGIS provides scientific guidance for the global artificial cultivation of Amomum villosum.

Amomum villosum；Ecological suitability;GMPGIS;Global regionalization

廣東省中醫(yī)院專項(xiàng)(編號(hào)：2015KT1817)——嶺南中草藥DNA條形碼分子鑒定和生態(tài)適宜性研究；中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中醫(yī)藥健康服務(wù)專項(xiàng)(編號(hào)：ZZ0908067)——200余種嶺南中草藥DNA條形碼研究

黃志海，主任中藥師，研究方向：中藥資源與質(zhì)量控制，E-mail：1925196926@qq.com

[R282.2]

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2017.05.007