三七,五加科人蔘屬多年生草本植物,別稱金不換等,是我國名貴的中藥材,也是很多中成藥的主要原料之一。常以根和根莖入藥,具有活血化瘀、消腫止痛的功效,對治療跌打損傷、外傷出血等症狀有較好功效。地道藥材三七主產區位於雲南省和廣西壯族自治區,在廣西有悠久的歷史,當地人習慣稱三七為”田七“,常在海拔400~1 800 m 的人工坡或森林下種植。由於三七具有較高的藥用價值,其市場前景非常廣闊,市場需求增加,供應短缺,且目前三七藥材的供給大部分來源於培植,野生三七資源相當匱乏。人工栽培三七已經有400多年曆史,三七的原產地雲南文山州,是該地區的支撐產業。目前,隨着產業規模的不斷擴大,三七種植業面臨着眾多挑戰。本文綜述了三七品種選育、種植選地、病蟲防治、採收加工等方面研究狀況,並對今後三七種植加工和產業發展作了一些展望。
1.1 品種選育與等級研究
種子的質量是三七品質的源頭保障,種子質量參差不齊,對藥材的產量以及質量影響極大。雲南文山三七研究院和文山苗鄉三七公司建立的三七種質資源圃,為三七新品種的選育提供硬件支持。張金渝等通過分析不同三七選育品系的遺傳變異分化程度,並據此設計和開發17對EST(表達序列標鑑)-SSR(簡單序列重複)引物,大大縮短了育種週期。還有研究報道利用藥用植物DNA標記技術輔助育種,提高選育率,為三七的品種選育提供了理論支持。韓春豔等參照農作物種子質量分級標準,制定了三七種子質量分級標準,為鑑定種子以及檢驗提供保障。
1.2 種子前處理
挑選出高大的、莖稈粗壯的健康母株,科學管理,細心照料,到11月左右選擇前2批飽滿、健康的果實(紅色籽)留種。經過保存後的種子在播種前還要經過挑選,剔除黴變的種子,再消毒即可播種。
1.3 選地
文山州地處低緯度高原地區,冬暖夏涼,熱量豐富,雨量集中,為三七的種植提供了比較優越的自然環境。種植三七對土壤、氣候環境等要求比較苛刻,在土地的選擇上儘量選擇背面陰涼的緩坡地,坡度在5°~10°較佳,太陡水土流失嚴重,平原排水不佳。三七喜歡生長在土層深厚而肥沃的土壤,屬於喜陰植物,在温暖潮濕的條件下長勢較好。三七忌酷熱,喜温涼,一般栽培於海拔1 500 m左右的山地上,對土壤的要求相對於其他中藥材來説沒那麼苛刻,土壤的最佳pH值為6~7,富含腐殖質的疏鬆沙壤土土質最佳,土壤含水量要求在 25%~30%之間。正是由於三七這樣的特殊要求,很多地方都不適合栽培三七,這也正是三七價格普遍偏高的原因之一。楊春豔等為此建立了一種基於傅里葉變換紅外光譜(FTIR)結合光譜檢索的三七種植土壤類型鑑別技術,為三七品質鑑定提供了快捷、方便的途徑。這種技術的推廣,對藥農種植選地有一定的幫助,但是對於居高不下的價格還是沒有實質性的作用。
1.4 園地建設
三七是一種喜陰植物,所以在栽培三七時要搭蔭棚。蔭棚的高度一般在0.9~2 m之間,多為平頂式,在蔭棚的四周用籬笆圍起來。在遮陰棚設置多個園口,方便對園內氣候進行調節。搭建蔭棚的材料一般選用三七專用的遮陽網,也可以用樹枝、秸稈等材料。崔秀明等研究發現,蔭棚的透光率在7%~12%時栽培三七最佳。如果透光率超過30%,產量就會明顯下降,高透光已經超出了三七對光照的承受極限。有經驗的藥農會根據三七的長勢適當調整蔭棚的透光率,以獲得更高產量。
1.5 播種和放苗
在將種子消毒之後,一般在12月到翌年1月播種,按照株行距5 cm×6 cm進行播種,因為三七屬於密集型種植,主要以手工播種為主,勞動強度大。高筱鈞等研究設計了一種氣吸滾筒式精密排種器,這種精密的排種器有望能有效解決三七機械化精密播種的問題。
目前三七的栽培大多采取育苗移栽的方式,通常會選取1年生的三七的根來作種苗。雲南文山州的三七種質較佳,栽培户都會選取文山州的種苗來種植三七。在三七不同的生長週期中,其所需要的温度、光照、濕度、土壤等都會有差異,種植户會根據其生長規律,在温度適宜、日照時間變化穩定的區域種植三七,這樣有利於三七皂苷的積累。
1.6.1 光照影響
光是植物生長的重要因子之一,植物生長髮育離不開光,王朝梁等研究發現,長日照而低光照度的條件對優質三七的形成十分有利,1~3 年生的三七對光照度的需求各不相同,呈逐步增加的趨勢,1~3年生的三七通常需要光照度 8%~12%、12%~15%、15%~20%。
1.6.2 土壤影響
除了光照影響以外,土壤對種植三七也是一個非常關鍵的因素,土壤環境的質量直接影響三七的藥材道地性。除了酸白泥土和黏重土不適合種植以外,其他土壤均可以種植三七,但並不一定是最合適的種植土壤類型。土壤類型不同,使得三七皂苷的含量也不盡相同,在火山岩紅壤種植的三七的皂苷含量最高。N、P、K這3種元素是三七生長的主要營養元素,崔秀明等研究發現,通過合理使用N、P、K肥可以提高三七的產量。
1.6.3 温度影響
三七是一種喜陰植物,對温度十分敏感,而云南省文山州地處低緯度地帶,冬暖夏涼,為三七的生長髮育提供了適宜的氣候。出苗期三七的適宜温度為20~25 ℃,土壤温度宜為 10~15 ℃,持續低温會凍傷三七種苗。在三七的生長期,適宜生長温度在20~25 ℃,土壤温度15~20 ℃。
1.6.4 濕度影響
在三七的生育期,對濕度的要求較高,要求保持25%~40%的土壤水分才能正常生長,園內相對濕度在70%~80%。在雨季的5—10月完全可以依賴大氣水分,而在其他月份需要人工澆灌,維持濕度。
1.7 三七連作障礙
由於中藥材的道地性,限制了三七的種植面積。三七連作栽培往往會加劇病害,造成產量降低,影響藥材的品質。如何克服三七連作障礙,是提高三七藥材產量與品質的關鍵。三七的連作障礙與土壤微生物羣落結構變化有着緊密的聯繫,楊建忠等研究了三七連作障礙的發生機理,發現導致三七連作障礙的4個方面的原因分別是土壤的理化性質惡化、微生物羣落演變、土壤酶活性的下降和根際自毒物質的積累。研究發現輪作時間對三七的生長影響,發現輪作年限越短,三七出苗率越低,並且根腐病越嚴重,延長輪作年限,三七出苗率和存苗率會相應提高,根腐病發病率相應降低。
1.8 病蟲防治研究
由於三七生長在温暖潮濕的環境中,很容易受到各種有害生物的危害,陳昱君等對文山三七種植基地的病害進行調查鑑定時發現,常見的三七病害種類有細菌性根腐病、立枯病、三七炭疽病和三七黑斑病等18種侵染性病害。目前制約三七發展的最嚴重的病害有6種,即植株黃化枯萎型根腐病、黑斑病、圓斑病、灰黴病、疫黴病和白粉病,其中根腐病一直是最嚴重的病害。董弗兆等研究發現,三七的根腐病跟土壤帶菌、種苗帶菌以及氣候條件有關。陳昱君等認為,三七的根腐病跟海拔、土壤類型、輪作年限、前茬作物等因素有關。在郝慶秀等的調查中發現,三七普遍存在根腐病和黑斑病,而田間管理人員都能及時除去,並防止其蔓延。在防治方面,許多學者做了大量的研究,陳昱君等用殺菌劑福鎂雙、葉枯寧和多菌靈按一定的比例混合拌種、拌苗,並使用98%大掃滅可濕性粉劑燻蒸土壤,發現對三七的根腐病有明顯的防治作用。
1.9 三七種植管理及其中藥材生產質量管理規範
三七種植週期比較長,管理尤其重要,三七種植的管理方法分為田間管理和季節管理。在田間管理方面,主要有除草和培土工作,由於三七根系分佈較淺,為了保護根系,應當掌握好種植的深度,及時除去雜草,在除草的過程中若發現根系裸露地表,應該及時覆蓋土壤。根據濕度要求,在氣候乾燥時期淋水,要做好排水工作,及時將土壤中多餘的水分排出去,防止積水給根系帶來不良影響。在季節管理方面,春季要做好抗旱防火工作,夏季做好追肥防蟲害等工作,進入冬季要做好蔭棚修整、清掃園區、消毒等工作。隨着科學技術的不斷進步,農業現代化被越來越多的人所接受,大大提高了生產效率。傳統的種植大棚是人工監控。由於傳統栽培缺乏規範的生產質量控制標準,在一定程度上制約了三七產業的健康發展,為了規範栽培技術,雲南文山州等種植基地根據國家GAP要求,建立了多個三七GAP種植基地。目前三七的GAP研究以及質量評價主要集中在HPLC指紋圖譜、幹物質的積累規律、有效成分的變化規律等幾個方面。2015年我國中藥材GAP建設浪潮上升,三七種植業利用這一趨勢,加大三七GAP基地建設力度,引進人才,科學種植;種植户管理更加精細,操作規範,從此三七GAP基地建設進入標準化管理正軌。
2.1 採收季節
三七的採摘時間通常分為2段,若是不留種的園區通常在9—10月採摘,若是留種的園區通常在12月至次年1月開始採摘。三七根據採收不同的季節分為“春七”和“冬七”,春天採收的三七根部比較飽滿,質量比較好,冬天採收的三七相對鬆軟,質量稍差。不同的採收時間對三七的皂苷含量有一定的影響,三七一般在春秋季節採收,在8、9月採收的三七皂苷含量高。
2.2 採摘方法
在通常情況下,一般會選擇天氣晴朗的日子採摘,使用竹木棍撬挖、釘耙收挖等方法,如果碰到土壤過於堅硬的,可以淋水後,再隔2天採挖。在採摘過程中避免傷害到三七的主根。於進川研製了懸掛式三七挖掘收穫機,大大改善了傳統手工收穫方式效率低下的情況,機械化生產是未來種植業發展的必然趨勢。
2.3 採收及商品規格
採收回來的三七根據個體大小分為13個等級,一等為20頭,即每500 g在20個以內,30、40、60、80、120頭等依次計算。雖然三七被人為地分為這麼多個等級,但並不代表三七藥材的優劣,秦雪梅等報道了不同商品規格三七藥材的質量,僅從個體大小不能鑑別藥材的優劣,薄層鑑定是最簡單有效的方法。
3.1 清洗
採收回來的三七,表面會沾上很多泥土,首先清洗其表面的泥土,後面再分類加工。塊根的加工順序是分選—清洗—修剪—乾燥—拋光—分級;廖增強等研發了有機三七清洗設備,有效保證了清洗加工之後三七的質量,滿足工業化規模化生產的需要。任雙燕針對塊根加工存在的問題,研製了三七果實去皮機,有效降低人力勞動強度,提高去皮效率。以往三七採收之後並不清洗,直接採根曬乾,或者一邊曬一邊打磨,這樣的加工方式對三七的品質影響很大。農藥殘留、重金屬超標等問題一直影響中藥材的品質,對臨牀用藥安全和藥材銷售構成了很大的影響。三七農藥殘留、重金屬超標等問題跟土壤污染、使用的化肥、加工的方式等種種因素有很大的關係。陳駿飛等研究發現採用新鮮三七趁鮮清洗比採用乾製後三七再清洗的效果更優,特別是在重金屬去除方面。
3.2 乾燥
3.2.1 傳統的乾燥方式
乾燥是保障三七品質的重要措施,乾燥程度直接影響三七的質量。按照以往做法,三七採挖時期隨處晾曬不但對環境造成污染,還影響環境美觀;還有自然晾乾的方式,將採收的三七白天放在日光下晾曬,如遇到陰雨天氣,則放置室內,夜間收回;或者木炭烤乾,即將採收的三七放在木炭的架子上烘烤,温度不宜過高。
3.2.2 太陽能大棚乾燥
太陽能大棚乾燥技術得到的三七的皂苷含量最高,但是在加工過程中,受天氣影響最大,加工過程中比較耗時間,但是從能源,環境角度來考慮,太陽能大棚乾燥技術卻是最佳的加工方式。
3.2.3 熱風乾燥和微波乾燥
由於熱風乾燥操作方便、低能耗,區煥財對三七熱風乾燥試驗做了相關研究,提出了熱風乾燥優化方案,改善傳統晾曬三七的方式,解決因天氣原因而不能順利加工三七的問題。除了熱風乾燥,還有一種新的方式——微波乾燥。楊海峯等發現,三七切片厚度為0.45 cm,火候為中火,加工出來的三七品質比較優良。
3.3 加工技術
3.3.1 冷凍乾燥技術
三七藥材中含有很多皂苷、氨基酸、揮發油等有效成分,而且大多是容易受熱分解的成分,如果使用傳統的方法來乾燥三七,操作不當就會引起有效成分的分解,從而降低藥效。因此,有學者將先進的冷凍乾燥技術引入到三七的加工中來。真空冷凍乾燥技術是20世紀新興的一種物質脱水乾燥工藝。
3.3.2 冷凍真空法加工
三七含有很多的皂苷和揮發油等有效成分,加工時受熱容易被破壞掉,這樣加工出來的三七成品有效成分的含量就會降低很多。孟芹等採用冷凍真空法加工乾燥的三七,以三七總皂苷含量為指標,得到了最佳的冷凍加工方式,在冷凍-25°、排針、微波滅菌和真空包裝的條件下,保持了三七的新鮮外觀,藥材飽滿美觀,有效成分接近鮮三七,含量比傳統的方式還高。
3.3.3 超微粉碎技術
超微粉碎技術是指利用機器或者流體途徑將物料顆粒粉碎到微米級別甚至納米級別的一個過程。這樣的微粒表面具有獨特的物理和化學性質,運用現代超微粉碎技術加工中藥材,可以將中藥材粉碎到粒徑為 0.1~75 μm的顆粒,藥物的細胞壁完全被打破,使得藥物能夠以微粒的形式存在,極大地增大藥物粉體的比表面積,提高藥效,節省中藥材資源。胡原相應也建立了三七超微粉的質量標準,可用於控制三七超微粉的質量。
3.4 包裝和儲藏
初級加工後的三七成品必須用乾淨的、乾燥的、沒有異味、無污染的容器包裝,並且該容器如麻袋、紙箱等不能污染產品。在包裝上註明產品名稱、產地、毛質量、生產日期、執行標準等。包裝好的產品必須單獨儲藏在乾淨、通風、無污染的倉庫中,注意倉庫的温濕度。三七比較容易儲藏,但是不能久貯,每半個月檢查1次,定期翻曬,防黴防蟲。
三七產業作為雲南文山的支撐產業之一,應加快文山州三七加工企業的發展,充分發揮政府的引導作用,提高三七加工企業的生產和管理水平,抓住當前大學生畢業就業難的機會,動員企業組織見面會,積極引進相關專業的畢業生。積極組織文山州內機關事業單位經營管理人才深入企業掛職扶持,幫助企業提升市場競爭力,開辦培訓課程,培養相關技術人才,為三七企業源源不斷輸送人才。在三七的加工過程中,技術這一環節制約着企業的發展,政府應該在這方面制定相應的政策,出台並完善產學研相結合的機制,促進企業技術創新,並給予一定的資金支持,鼓勵企業增加研發投入,打造自己的核心競爭力。重視資源的整合與利用,建立完善的三七加工質量安全標準體系,做好招商引資工作,集約利用土地資源,按照標準建立廠房,打造一個高科技三七產業園區。文山三七研究院和國內院校有着豐富的教學資源,充分利用這些資源,加大規範種植培訓力度,有目的、有計劃、有步驟地開展三七規範化種植培訓活動,切實提高種植户的種植水平。實施品牌戰略,提高市場競爭力,政府制定相關發展規劃,建立並完善品牌評價體系,積極鼓勵和引導企業走品牌擴張發展道路。
三七作為我國重要的中藥材,已有數百年的栽培歷史,在實際操作中已經積累了一整套完整的栽培技術模式。新品種的選育是整個環節中最重要的,分子生物學技術的應用加快三七的育種進程,雖然已經開展了一些研究,但仍未形成一個完整的體系。種子的選育為後面解決連作障礙提供有效的途徑,連作障礙的問題得不到解決,種植業發展將面臨嚴重的挑戰。在病害防治研究方面,目前除了根腐病相對難根除以外,其他病害基本上能得到相應的有效防治,但是由於連作障礙的影響導致栽培區變化,新的病害總會出現,研究重點應該是尋找合適的物理方法降低病害,儘量降低農藥的使用,找出連作障礙的發生機制。在機械化方面,在實際中有廣泛的應用,採取科學的管理方法,機器的效率比人工的效率更高,採用機械化管理,這樣能夠達到高產穩產的效果。