鄭 元 羅明燦 高 柱 唐軍榮 劉 鵬 王連春 馬煥成 劉惠民

(1.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，云南 昆明 650224；2.江西省科學(xué)院，江西 南昌 330096)

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牛角瓜的研究動(dòng)態(tài)

鄭 元1羅明燦1高 柱2唐軍榮1劉 鵬1王連春1馬煥成1劉惠民1

(1.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，云南 昆明 650224；2.江西省科學(xué)院，江西 南昌 330096)

牛角瓜廣泛分布于亞洲和非洲熱帶及亞熱帶地區(qū)，在云南主要分布于干熱河谷區(qū)，具有藥用、纖維、能源等開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，為不可多得的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型植物。通過(guò)對(duì)牛角瓜國(guó)內(nèi)外研究資料的分析，介紹牛角瓜在種質(zhì)資源挖掘和利用、繁育技術(shù)、生物生態(tài)學(xué)、栽培技術(shù)、開(kāi)發(fā)利用等方面的研究動(dòng)態(tài)，展望其在藥用、纖維、能源等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)利用前景，分析牛角瓜在開(kāi)發(fā)與研究中尚存在的問(wèn)題，提出了研究方向，旨在為牛角瓜的資源開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)推廣提供參考依據(jù)。

牛角瓜；種質(zhì)資源；生物學(xué)特性；開(kāi)發(fā)利用

牛角瓜(Calotropisgigantea)屬于蘿藦科(Asclepiadaceae)牛角瓜屬植物，廣泛分布于亞洲和非洲的熱帶及亞熱帶地區(qū)。在我國(guó)主要分布于云南、海南、廣東、四川等省。牛角瓜在干熱河谷的荒山野坡、曠野瘠地、江灘河岸等生態(tài)脆弱環(huán)境下生長(zhǎng)迅速，長(zhǎng)勢(shì)良好，不僅能充分利用不宜耕種的荒地，而且常年開(kāi)花結(jié)果、每年收獲多次，具有改善干熱河谷脆弱生境與防治水土流失的生態(tài)功能[1]。

近年來(lái)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),牛角瓜具有多種用途的資源開(kāi)發(fā)價(jià)值，國(guó)外學(xué)者在其多個(gè)部位提取分離出大量天然產(chǎn)物并證實(shí)具有鎮(zhèn)痛、抗菌、抗氧化、殺蟲(chóng)、保肝、避孕、保凝血、創(chuàng)傷愈合等功效[2-4]，同時(shí)，在紡織原料[5-7]和生物能源[8-9]領(lǐng)域也表現(xiàn)出廣闊的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景，是不可多得的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型資源植物[1,10]。如能科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)利用牛角瓜資源，將對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有非常積極的推動(dòng)作用。然而目前，由于牛角瓜的自然分布較為分散，且尚無(wú)系統(tǒng)的集約化栽培管理技術(shù)，加之牛角瓜在我國(guó)還未受到足夠的重視，導(dǎo)致其生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的推廣受到極大限制，因此對(duì)牛角瓜進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)與深入研究迫在眉睫。

為此，通過(guò)介紹牛角瓜在種質(zhì)資源挖掘和利用、栽培繁育技術(shù)、生物生態(tài)學(xué)、開(kāi)發(fā)利用等方面的研究動(dòng)態(tài)，展望其在藥用、纖維、能源等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)利用前景，總結(jié)牛角瓜在開(kāi)發(fā)與研究中存在的問(wèn)題，并提出建議，旨在為牛角瓜的特色資源開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化推廣提供理論與實(shí)踐依據(jù)。

1 栽培技術(shù)研究

1.1 種質(zhì)資源篩選與利用

云南牛角瓜種質(zhì)資源主要分布在干熱河谷區(qū)，鄭元等[11]對(duì)元江干熱河谷29個(gè)牛角瓜種質(zhì)資源地進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，并對(duì)不同種源牛角瓜的18個(gè)果實(shí)性狀進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，該區(qū)大量分布的野生牛角瓜種質(zhì)資源具有豐富的多樣性。牛角瓜果實(shí)的單果長(zhǎng)、寬、高、鮮質(zhì)量及果殼鮮質(zhì)量5個(gè)指標(biāo)相互之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，果實(shí)各組分的含水量與單果干質(zhì)量的相關(guān)性高于單果鮮質(zhì)量，果實(shí)長(zhǎng)度、果實(shí)干質(zhì)量、種子干質(zhì)量是影響單果棉干質(zhì)量與出棉率2個(gè)重要棉紡指標(biāo)的關(guān)鍵因子。研究還發(fā)現(xiàn)，果實(shí)性狀指標(biāo)的變異范圍為3.99%～42.84%，表明元江干熱河谷牛角瓜果實(shí)在不同種源之間存在廣泛的遺傳變異性。篩選出單果長(zhǎng)、單果干質(zhì)量、單果棉干質(zhì)量、單果含水量、芯含水量、種子含水量、單果種子數(shù)、出棉率為牛角瓜的主要果實(shí)性狀指標(biāo)；篩選出元江干熱河谷不同種源地點(diǎn)的6個(gè)優(yōu)良單株，表現(xiàn)為果實(shí)品質(zhì)性狀與棉紡經(jīng)濟(jì)性狀均較高；確定紅河、個(gè)舊為元江干熱河谷牛角瓜不同地理分布的優(yōu)良種源。

1.2 育苗技術(shù)

牛角瓜屬陽(yáng)性植物，宜采用陽(yáng)畦種植，在20 ～ 35 ℃溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)勢(shì)良好。前期進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)袋育苗，待2個(gè)月后移栽幼苗，株行距為60 cm × 60 cm，幼苗移栽10 d后每隔15 d施1次液態(tài)肥，前3次以氮、磷、鉀肥為主，滿(mǎn)足前期生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)需求，后期主施磷、鉀肥，促進(jìn)開(kāi)花及果實(shí)膨大[1]。

在育苗技術(shù)研究方面，高柱等[12]針對(duì)種子處理、播種深度、播種季節(jié)研究了牛角瓜的播種育苗技術(shù)。種子發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)果表明，水浸催芽處理與干種直接播種相比，可以提高牛角瓜的種子發(fā)芽率，最高發(fā)芽率達(dá)到92.65%。播種深度為1 cm(淺播)比3 cm(深播)的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)更高；秋播的發(fā)芽率比春播更高，且發(fā)芽進(jìn)程受溫度影響較小，但春播的萌發(fā)速率系數(shù)和萌發(fā)指數(shù)比秋播更高。幼苗生長(zhǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，牛角瓜幼苗的生長(zhǎng)進(jìn)程分為慢生長(zhǎng)期(0～20 d)、快速生長(zhǎng)期(20～40 d)、慢生長(zhǎng)期(60～80 d)。播種深度不僅影響發(fā)芽率，還影響幼苗生長(zhǎng)；春播幼苗的生長(zhǎng)較秋播更為迅速。因此，建議牛角瓜育苗以晚春或初夏浸泡種子后以淺播為宜。

在組培技術(shù)研究方面，李克烈等[13]以牛角瓜的葉片為外植體，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基MS+2, 4-D 2 mg/L對(duì)葉片的愈傷組織誘導(dǎo)率最高，30 d后誘導(dǎo)率可達(dá)86%；最適分化培養(yǎng)基為MS+6-BA 0.5 mg/L+NAA 0.1 mg/L，其愈傷組織分化形成的叢生芽較多，生長(zhǎng)勢(shì)良好，30 d可繼代1次。將健壯的無(wú)根單芽接種于1/2 MS+NAA 0.5 mg/L上進(jìn)行生根誘導(dǎo)，30 d生根率可達(dá)100%，生根整齊，苗粗壯；將根系發(fā)達(dá)、植株健壯的生根苗移到自然漫射光下煉苗3 d后即可移栽，取出苗后用水洗去根部的培養(yǎng)基，用多菌靈浸泡1 min，然后移栽到椰糠+細(xì)沙(2∶1)的混合基質(zhì)中，遮蔭、保濕1周后即可發(fā)新根并成活，移栽成活率達(dá)85%。

1.3 栽植技術(shù)

牛角瓜株高約40 cm即可開(kāi)花，其聚傘花序的開(kāi)花數(shù)量很大，但結(jié)果數(shù)量較少，因此,在管理中可以通過(guò)疏花處理來(lái)減少養(yǎng)分損失。牛角瓜生長(zhǎng)迅速，當(dāng)年即可形成一定郁閉度，導(dǎo)致下部枝條逐漸老化枯死，因此,可先于春季進(jìn)行摘心處理，再于冬季疏剪枯枝和過(guò)密枝[10]。此外，還需及時(shí)對(duì)牛角瓜出現(xiàn)的頂芽枯死病、葉斑病、莖枯病等病害以及蚜蟲(chóng)(Aphidoidea)、樺斑蝶(Salaturayenatia)、綠鱗象甲(Hypomecessquamosus)等蟲(chóng)害進(jìn)行針對(duì)性地預(yù)防與治理。

在栽植技術(shù)方面，高柱等[14]以牛角瓜野生種群當(dāng)年生果實(shí)為試材，采用集約化培育方法，對(duì)牛角瓜整個(gè)生育周期進(jìn)行調(diào)查研究。結(jié)果表明，牛角瓜在干熱河谷秋播萌發(fā)率達(dá)95.00%，高于春播，但萌發(fā)速度較春播慢，與春、秋季播種溫度變化有關(guān)；牛角瓜生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程經(jīng)歷1個(gè)峰值，快速生長(zhǎng)期為6～8個(gè)月，與河谷雨季同期；果實(shí)迅速膨大期出現(xiàn)在謝花后的第6～15天，果實(shí)長(zhǎng)度增加滯后于粗度增加，果實(shí)成熟期為33 d左右；集約化栽培平均單株產(chǎn)量為42.50 g，可產(chǎn)纖維1 199.70 kg/hm2，平均出棉率達(dá)19.37%，且變異系數(shù)達(dá)12.69%；集約化種植牛角瓜能節(jié)約土地，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)效果。

劉鵬等[15]以牛角瓜種子為試材，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)L9(34)，通過(guò)N、P、K及其不同配比的施肥試驗(yàn)，分析各元素及其水平對(duì)牛角瓜苗高和地徑生長(zhǎng)的影響，確定了牛角瓜苗期生長(zhǎng)的最佳施肥方案。結(jié)果表明，105 d試驗(yàn)期間不同處理間均呈極顯著差異，處理6(N∶2.50 g/株、P∶2.25 g/株、K∶1.0 g/株)的苗高指標(biāo)最好，是對(duì)照組的3.7倍；處理3(N∶1.25 g/株、P∶2.25 g/株、K∶1.5 g/株)的地徑指標(biāo)最好，是對(duì)照組的1.95倍，且與其他處理呈極顯著差異；對(duì)牛角瓜幼苗苗高、地徑生長(zhǎng)的影響為N>P>K，最佳施肥方案為N∶2.50 g/株、P∶2.25 g/株、K∶1.5 g/株。

2 生物及生態(tài)學(xué)特性研究

2.1 光合特性

在光合特性方面，僅見(jiàn)高柱等[16]對(duì)牛角瓜在干熱河谷自然生境條件下的光合日進(jìn)程動(dòng)態(tài)和光合響應(yīng)曲線(xiàn)特征的研究報(bào)道，其凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，而胞間CO2濃度表現(xiàn)為先降后升的趨勢(shì)。牛角瓜的凈光合速率與光合有效輻射呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，不存在光合午休現(xiàn)象，表明其作為典型陽(yáng)性植物，對(duì)高溫強(qiáng)光均具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。然而，針對(duì)牛角瓜對(duì)干熱、強(qiáng)光、鹽堿等逆境脅迫下的生理抗性及響應(yīng)機(jī)制方面研究尚未見(jiàn)報(bào)道，有待于進(jìn)一步深入研究。

2.2 授粉特性

在授粉特性方面，劉鵬等[17]系統(tǒng)觀(guān)測(cè)研究了牛角瓜的傳粉生物學(xué)特性。結(jié)果表明：1)牛角瓜花具聚傘形花序，花冠紫藍(lán)色，花期全年，單花花期7～8 d，在開(kāi)花整個(gè)過(guò)程中花粉一直保持較強(qiáng)活力且柱頭具有可授性。花藥一直低于柱頭，由蠟質(zhì)薄膜包裹的花粉粒形成花粉塊，無(wú)法散落至柱頭。因此，花藥和柱頭間存在空間隔離。2)牛角瓜的雜交指數(shù)為4，說(shuō)明其繁育系統(tǒng)以異交為主，部分自交親和，故需要傳粉者。3)人工授粉試驗(yàn)顯示，牛角瓜不能在柱頭表面上完成授粉，而是在柱頭腔中，且存在一定的傳粉限制；牛角瓜沒(méi)有主動(dòng)的自花傳粉現(xiàn)象，在自然條件下也沒(méi)有無(wú)融合生殖現(xiàn)象，人工異株授粉結(jié)實(shí)率比自花授粉結(jié)實(shí)率高。4)昆蟲(chóng)借助足部將花粉塊移出，并將花粉塊通過(guò)花藥裂口插入柱頭腔中以完成授粉。牛角瓜訪(fǎng)花昆蟲(chóng)共有10余種，傳粉昆蟲(chóng)主要有膜翅目的黑小蜜蜂(Apisandreniformis)、圓柄木蜂(Xylocopafenestrata)等。花粉限制是牛角瓜坐果率低的主要原因，可通過(guò)放養(yǎng)傳粉昆蟲(chóng)來(lái)提高牛角瓜的坐果率，從而增加其種毛纖維的產(chǎn)量。

此外，劉鵬等[18]還探討了牛角瓜花粉離體萌發(fā)的最適條件及培養(yǎng)基成分。以10%的NaOH溶液將牛角瓜花粉塊處理10 min的解離效果最好；牛角瓜花粉離體萌發(fā)的最適溫度為30 ℃，在此溫度條件下培養(yǎng)6 h后其花粉萌發(fā)率基本穩(wěn)定，培養(yǎng)12 h后花粉管生長(zhǎng)最好；蔗糖對(duì)牛角瓜花粉萌發(fā)率及花粉管長(zhǎng)度的影響均較大，硼酸對(duì)花粉萌發(fā)率及花粉管長(zhǎng)度的影響均較小；牛角瓜花粉萌發(fā)和花粉管生長(zhǎng)的最適培養(yǎng)基為20%蔗糖+0.1%硼酸+5 mg/L氯化鈣+15 mg/L 6-BA，以此培養(yǎng)基在30 ℃的溫度條件下培養(yǎng)6 h，其花粉萌發(fā)率達(dá)到94.77%，花粉管長(zhǎng)度為11.07 mm。

2.3 結(jié)實(shí)特性

在結(jié)實(shí)特性方面，于國(guó)棟等[19]調(diào)查分析了東川、元江和元陽(yáng)3個(gè)干熱河谷居群的牛角瓜結(jié)實(shí)特性。結(jié)果表明：1)元陽(yáng)居群的牛角瓜單株結(jié)實(shí)量、單位面積冠幅結(jié)實(shí)量和單枝結(jié)實(shí)量最高，分別為102.4個(gè)/株、35.1個(gè)/m2和34.6個(gè)/枝，且此3個(gè)指標(biāo)在不同居群間和居群內(nèi)差異均極顯著；2)各居群的單株結(jié)實(shí)量與單枝結(jié)實(shí)量、單位冠幅結(jié)實(shí)量和分枝相關(guān)性狀間呈線(xiàn)性相關(guān)。元陽(yáng)是牛角瓜人工栽培的首選區(qū)域，通過(guò)對(duì)結(jié)實(shí)量大的優(yōu)良單株進(jìn)行選育，可極大地提高其果實(shí)產(chǎn)量。

3 開(kāi)發(fā)利用研究

3.1 藥理活性

牛角瓜屬植物具有廣泛的藥用價(jià)值，其根、莖、葉、花、果及各部位的乳白色汁液均可藥用，具有抗菌、解毒、消炎、殺蟲(chóng)等功效，可用于治療腫瘤、哮喘、潰瘍等疾病[20-21]。國(guó)外學(xué)者已從牛角瓜屬植物中分離得到強(qiáng)心苷類(lèi)、三萜類(lèi)、黃酮類(lèi)等多種藥用化合物，其中強(qiáng)心苷表現(xiàn)出的顯著體外抗腫瘤活性更加成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，已在美國(guó)授權(quán)了2項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利[22-23]，但其具體化學(xué)活性成分仍不明確。

在藥用活性研究方面，牛角瓜的乳白色汁液在許多模式動(dòng)物上表現(xiàn)出鎮(zhèn)痛與創(chuàng)傷愈合活性[24]。白花牛角瓜(Calotropisprocera)葉片在治療癱瘓、腫脹等方面具有顯著療效，其甲醇和水提取物表現(xiàn)出較高的抗氧化活性[25]。從牛角瓜根乙醇提取物中分離鑒定得到的一種新細(xì)胞毒素類(lèi)孕烷酮[26]，對(duì)慢性粒細(xì)胞白血病和胃癌病變細(xì)胞具有一定的抑制效果。Habib M R等[27]研究證明,牛角瓜花的乙酸乙酯提取物能夠?qū)π∈笊砩系哪[瘤產(chǎn)生明顯的抑制作用。Patil S M等[28]調(diào)查結(jié)果表明，牛角瓜花的乙酸乙酯提取物對(duì)大鼠表現(xiàn)出較好的創(chuàng)傷愈合能力。Bhat K S等[29]研究發(fā)現(xiàn)，牛角瓜的根皮具有保肝、避孕、抗炎效果，其所含的強(qiáng)心苷物質(zhì)也表現(xiàn)出一定的抗腫瘤活性。Singh K等[30]通過(guò)大鼠口服葡萄糖耐量試驗(yàn)，證明白花牛角瓜還具有一定的降血糖作用。

在抗菌活性研究方面，Kumar G等[31]測(cè)定了牛角瓜葉片水提取物對(duì)多種細(xì)菌的臨床免疫學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)其對(duì)葡萄球菌(Staphylococcus)、大腸桿菌(Escherichiacoli)、芽孢桿菌(Bacillus)、綠膿桿菌(Pseudomonasaeruginosa)、滕黃微球菌(Micrococcusluteus)、肺炎桿菌(Klebsiellarpneumonia)等均具一定的抗菌活性,且在不同細(xì)菌之間表現(xiàn)出顯著的差異性。Talsaniya V等[32]測(cè)定分析了白花牛角瓜葉片的植物化學(xué)成分與抗菌活性，在提取物中分離出植物堿、單寧、黃酮類(lèi)、類(lèi)固醇化合物，其葉片的甲醇或水提取物對(duì)大腸桿菌、葡萄球菌、變形桿菌(Proteusspecies)等具有較高的抗性，且水提取物表現(xiàn)出更高的抗菌活性。國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)牛角瓜屬的化學(xué)成分和抗菌活性進(jìn)行了一些研究，王聰?shù)萚33]研究了白花牛角瓜莖的化學(xué)成分，分離得到蒲公英甾醇乙酸酯、蒲公英甾醇、6β-羥基-豆甾-4-烯-3-酮、過(guò)氧麥角甾醇、吲哚-3-甲酸5種化合物。李琬聰?shù)萚34]從白花牛角瓜根部首次分離得到1-O-methyl-guaiacylglycerol、ω-hydroxypropioguaiacone、C-Veratroylglycol、Ficusol、(+)-丁香脂素、9α-hydroxypinoresinol、對(duì)羥基苯甲醛、尼克酰胺8種化合物。王茂媛等[35]研究了牛角瓜花脂溶性成分及其抗菌活性，發(fā)現(xiàn)從牛角瓜花中鑒定出的31種脂溶性成分對(duì)金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)和白色念珠菌(Moniliaalbican)均表現(xiàn)出一定的抑制作用。

在殺蟲(chóng)活性研究方面，Ahmed等[36]評(píng)價(jià)了牛角瓜提取物對(duì)非洲瓜瓢蟲(chóng)(Henosepilachnaelaterii)的殺蟲(chóng)潛能，發(fā)現(xiàn)葉片的提取效率高于花和根，且葉提取物的生物活性同樣高于花和根。用牛角瓜提取物處理過(guò)的南瓜(Cucurbitamoschata)葉飼養(yǎng)4齡幼蟲(chóng)，幼蟲(chóng)未化蛹就死亡；將牛角瓜提取物點(diǎn)滴在幼蟲(chóng)前胸背板上，幼蟲(chóng)死亡率、蟲(chóng)蛹死亡率、羽化的畸形成蟲(chóng)比例均不同程度增加。孫世偉等[37]分析測(cè)定了幾種植物乙醇提取物對(duì)南方根結(jié)線(xiàn)蟲(chóng)(Meloidogyneincongnita)的毒殺活性，發(fā)現(xiàn)用牛角瓜提取物處理24 h和48 h后，2齡線(xiàn)蟲(chóng)的校正死亡率分別達(dá)到85.71%和96.34%，證明牛角瓜對(duì)線(xiàn)蟲(chóng)具有很強(qiáng)的毒殺活性；半致死濃度(LC50)試驗(yàn)結(jié)果表明，牛角瓜的毒力活性高于番荔枝和苦楝。Kovendan K等[38]研究發(fā)現(xiàn)牛角瓜葉片的甲醇提取物和細(xì)菌殺蟲(chóng)劑——蘇云金桿菌(Bacillusthuringiensis)對(duì)蚊蟲(chóng)具有毒殺作用。Kumar G等[39]研究了牛角瓜提取物對(duì)白雪庫(kù)蚊(Culexgelidus)和三帶喙庫(kù)蚊(Culextritaeniorhynchus)的殺卵滅蟲(chóng)活性，結(jié)果表明，牛角瓜葉片可以作為一種安全的環(huán)保型滅蚊劑，豐富了生物防治殺蟲(chóng)劑的提取原料。Dhivya R等[40]采用分子對(duì)接和分子動(dòng)力學(xué)應(yīng)用技術(shù)從牛角瓜提取物中合成了一種新型天然驅(qū)蚊劑，并通過(guò)作用于致倦庫(kù)蚊(Culexquinquefasciatus)的芳香結(jié)合蛋白位點(diǎn)產(chǎn)生明顯的驅(qū)蚊效果。Patel H V等[41]對(duì)牛角瓜和白花牛角瓜甲醇提取物的植物化學(xué)成分和殺蟲(chóng)活性進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明白花牛角瓜所含的酚類(lèi)與黃酮類(lèi)物質(zhì)總量高于牛角瓜，因此其清除自由基能力與抗氧化活性也顯著高于牛角瓜，而牛角瓜和白花牛角瓜的半致死濃度并沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明二者具有同樣的毒殺效果。

3.2 纖維資源

牛角瓜纖維用于紡織生產(chǎn)可替代棉纖維，其纖維素和半纖維素含量以莖中含量最高，皮中最低，是目前發(fā)現(xiàn)質(zhì)量最輕的一種天然單細(xì)胞纖維。牛角瓜纖維的橫截面具有極大的中空度，可作為潛在的吸水吸油材料、保暖材料和浮力材料[42]，還可用于紡織面料和作為纖維增加復(fù)合材料的替代原料[5]。與普通棉纖維相比，牛角瓜纖維的木質(zhì)素和半纖維素含量更高、結(jié)晶度更小、分解溫度更低、化學(xué)性能和耐酸性更好[7]，且具有優(yōu)良的抗菌性能(例如，抗金黃色葡萄球菌率高達(dá)99%)，而棉纖維幾乎沒(méi)有抗菌能力[43]。

在纖維性能研究方面，黃惠民[44]獲得“一種紡紗用牛角瓜纖維棉條及其加工方法和設(shè)備”專(zhuān)利，將牛角瓜的果實(shí)經(jīng)脫籽后取其種子的種毛纖維，經(jīng)鞣軟處理后可得到具有一定柔軟度的纖維，織成的面料既有絲綢的滑爽質(zhì)感，又有類(lèi)似棉織物的舒適感和透氣性，是一種生態(tài)環(huán)保的新型紡織材料。Ashori A等[5]評(píng)價(jià)了牛角瓜莖皮和種毛的纖維在增強(qiáng)復(fù)合材料方面的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)牛角瓜纖維進(jìn)行一定的預(yù)處理，然后與棉、漆和粘膠纖維混合紡紗，可以改善牛角瓜纖維的紡紗性能，成紗后用來(lái)織造達(dá)到普通質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的紡織面料。Chen Q等[6]研究了牛角瓜、木棉(Bombaxmalabaricum)、棉花(Gossypiumherbaceum)纖維的化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)組成，并比較了其印染特性,結(jié)果表明：牛角瓜和木棉纖維均具有較高的中空度(80%～90%)，且不發(fā)生天然扭曲；牛角瓜纖維的結(jié)晶度為42.54%，在3種天然纖維中具有最低的韌性和最高的水分含量，且上染率和固色率最低。Maity S等[45]研究認(rèn)為，雖然牛角瓜纖維結(jié)構(gòu)類(lèi)似于木棉纖維，但牛角瓜纖維的直徑、長(zhǎng)度、纖維素含量、木質(zhì)素含量均高于木棉纖維，且其機(jī)械性能(斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率)也優(yōu)于木棉纖維。

3.3 生物能源

Behera B K等[46]研究認(rèn)為,白花牛角瓜中的油脂含量較高，可用來(lái)開(kāi)發(fā)液體燃料和有用的化學(xué)產(chǎn)品。李瑞等[9]采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法對(duì)牛角瓜的產(chǎn)能成分進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)果表明：牛角瓜汁液中含有C7～C44的烷烴，其中C21烷烴含量最高，約占總烷烴的52.98%，汁液中總烷烴含量為0.02%～0.03%，整株中總烷烴含量為0.010%～0.015%。牛角瓜的灰分為8.10%，僅為一般煤的1/7，而揮發(fā)分含量為68.90%，是煤的3倍以上，全株熱值達(dá)到17.93 MJ/kg，碳?xì)浜靠偤瓦_(dá)到49.51%，高于印度的白花牛角瓜[8]。此外，牛角瓜中0.55%的硫含量遠(yuǎn)低于低階褐煤到中階煙煤的0.8%～3.2%，且牛角瓜具有可再生和生物量大的特點(diǎn)，若作為固體燃料替代化石煤燃料，能有效減少殘?jiān)土蜓躅?lèi)對(duì)環(huán)境的污染。

4 結(jié) 語(yǔ)

牛角瓜作為亞洲和非洲等亞熱帶地區(qū)的多用途植物，具有藥用、纖維、能源等開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，開(kāi)發(fā)前景如下：

1) 藥用開(kāi)發(fā)利用前景。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，在全球發(fā)展中國(guó)家超過(guò)80%的人口主要依靠中草藥來(lái)滿(mǎn)足其醫(yī)療保健需求。近年來(lái)，對(duì)于天然化合物的開(kāi)發(fā)與利用，特別針對(duì)一些傳統(tǒng)藥用植物的功效已被熟知，可以安全使用，同時(shí)通過(guò)不斷提取分離新化合物參與治療一系列疾病。牛角瓜作為重要的藥用植物，其葉片、莖干、花朵、根皮在印度的民間醫(yī)藥中已被廣泛用于治療發(fā)熱、風(fēng)濕、消化不良、咳嗽、濕疹、哮喘、腹瀉等疾病，但我國(guó)學(xué)者對(duì)國(guó)內(nèi)分布的牛角瓜藥理活性研究起步稍晚，相信隨著牛角瓜藥用成分與作用機(jī)理研究的不斷深入，牛角瓜必將在我國(guó)的生物制藥、生物源殺蟲(chóng)劑等產(chǎn)業(yè)中具有越來(lái)越廣闊的開(kāi)發(fā)前景。

2) 纖維開(kāi)發(fā)利用前景。牛角瓜纖維是近來(lái)新發(fā)現(xiàn)的一種天然纖維，可分為2種。一種為圓柱形、白色絲狀、彈性耐用的莖皮纖維，用于制作繩索、麻布袋、弓弦、漁網(wǎng)，并在造紙、紙漿、印刷等方面具有多種用途；另一種為白色絲狀的種毛纖維(長(zhǎng)2～4 cm、直徑12～42 μm)，可以從種子中直接剝離出來(lái)，一般作為床墊、枕頭、衣料的填充物[5]。由于牛角瓜種毛纖維具有柔滑的手感、可生物降解特性、天然抗菌活性、以及顯著的保暖特性，越來(lái)越受到紡織工業(yè)研究人員的關(guān)注，是一種值得大力推廣的新型生態(tài)環(huán)保纖維資源。研究技術(shù)人員采用新型梳針、低速梳棉組件和合適的混紡比工藝可將牛角瓜纖維加工成高品質(zhì)棉條，現(xiàn)已成功紡出棉/牛角瓜纖維混紡比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為40/60和33/67、線(xiàn)密度為54.20 Nm的紗[45]，其整體性能可以滿(mǎn)足服裝和家用紡織品的基本要求，在許多紡織品中應(yīng)用。然而，由于牛角瓜資源十分有限，至今尚未得到大規(guī)模應(yīng)用。由此可見(jiàn)，牛角瓜纖維作為一種優(yōu)良的新型天然纖維，在紡織、造紙、印刷等產(chǎn)業(yè)中的開(kāi)發(fā)前景同樣巨大。

3) 能源開(kāi)發(fā)利用前景。在包括印度和中國(guó)在內(nèi)的發(fā)展中國(guó)家，由于土壤水土流失嚴(yán)重及次生鹽堿化問(wèn)題，目前已有超過(guò)數(shù)千萬(wàn)公頃的荒地?zé)o法進(jìn)行農(nóng)耕栽培，然而牛角瓜在這種土壤生境下卻生長(zhǎng)速度很快、產(chǎn)量較大、耐鹽堿能力強(qiáng)，可以作為干旱、半干旱地區(qū)重要的生物能源與生物燃料植物，在荒山荒坡進(jìn)行大規(guī)模種植。根據(jù)氣候條件能夠產(chǎn)生每公頃數(shù)噸至數(shù)十噸干重，具有很高的再生潛力，并且每年可以收獲多茬。此外，牛角瓜可以提取出有利用價(jià)值的碳?xì)浠衔锊⑦M(jìn)一步轉(zhuǎn)化為柴油替代品，這種生物柴油品質(zhì)很好，不含NOx、SO2、及其他懸浮顆粒物等[3]。因此，基于牛角瓜生長(zhǎng)速率快及生物量大的特點(diǎn)，牛角瓜資源有望在生物能源與生物燃料領(lǐng)域發(fā)揮積極的作用。

雖然牛角瓜的開(kāi)發(fā)利用前景廣闊，可是當(dāng)前仍存在以下幾個(gè)突出問(wèn)題：野生自然資源分布較為分散，尚未建立系統(tǒng)的牛角瓜人工林豐產(chǎn)栽培技術(shù)體系,對(duì)牛角瓜藥用和纖維等重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值相關(guān)的生理生態(tài)作用機(jī)制研究不夠深入，國(guó)內(nèi)對(duì)牛角瓜資源產(chǎn)業(yè)化的推廣進(jìn)展緩慢。針對(duì)上述問(wèn)題，建議盡快全面掌握牛角瓜自然資源的分布情況及生態(tài)學(xué)特性，通過(guò)開(kāi)展國(guó)內(nèi)外自然分布區(qū)的優(yōu)良種源收集與試驗(yàn)工作，篩選出牛角瓜的優(yōu)良種源與優(yōu)良單株；繼續(xù)開(kāi)展牛角瓜的良種擴(kuò)繁技術(shù)研究和新品種選育工作，對(duì)優(yōu)良單株通過(guò)組織培養(yǎng)和扦插繁殖技術(shù)建立優(yōu)良無(wú)性系，并利用種間基因優(yōu)良特性進(jìn)行種質(zhì)資源改良及創(chuàng)新；通過(guò)開(kāi)展株型控制、密度控制、配方施肥、混交模式、病蟲(chóng)害防治等田間試驗(yàn)，以及干旱、高溫、強(qiáng)光、鹽堿等逆境脅迫下的抗性試驗(yàn)，進(jìn)行牛角瓜人工林的定向培育技術(shù)研究。在此研究基礎(chǔ)上，通過(guò)制定牛角瓜人工林的優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)栽培技術(shù)規(guī)程，可以為牛角瓜的規(guī)?；斯しN植，將牛角瓜開(kāi)發(fā)為具有較高附加值的產(chǎn)業(yè)化原料樹(shù)種提供技術(shù)支撐，通過(guò)與政府、企業(yè)、農(nóng)戶(hù)的進(jìn)一步合作，將牛角瓜的資源產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行更大范圍的推廣普及。

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(責(zé)任編輯 韓明躍)

The Research Trends and Development Prospect ofCalotropisgigantea

Zheng Yuan1,Luo Mingcan1, Gao Zhu2, Tang Junrong1, Liu Peng1, Wang Lianchun1, Ma Huancheng1, Liu Huimin1

(1. College of Forestry, Southwest Forestry University, Kunming Yunnan 650224, China; 2 Jiangxi Academy of Sciences, Nanchang Jiangxi 330096, China)

Calotropisgiganteais widely distributed in the tropical and subtropical regions of Asia and Africa, and specifically in the dry-hot valley in Yunnan Province, which has important medicinal, fiber, and energy development values. It belongs to the precious ecological and economical resource plant. However, due toC.giganteahas not receive enough attention in China and lacks of intensive cultivation technique system, the promotion of ecological economic values ofC.giganteahas been greatly limited. This paper introduces the research trends in utilization of germplasm resource, breeding technique, bio-ecology property, cultivation technique, development and utilization ofC.gigantea. The development prospects in medicinal, fiber, and energy fields ofC.giganteaare also discussed. Finally the specific suggestions are proposed based on the problems ofC.giganteain future development and research, which may provide a basis for resource development and industrialization promotion ofC.gigantea.

Calotropisgigantea, germplasm resource, biological characteristics; development and utilization

2015-06-09

國(guó)家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)項(xiàng)目(201304810)資助。

劉惠民(1957—)，男，博士，教授。研究方向：經(jīng)濟(jì)林栽培與利用。Email：hmliu@swfu.deu.cn

10.11929/j.issn.2095-1914.2015.05.018

S759.3

A

2095-1914(2015)05-0097-07

第1作者：鄭元(1982—)，男，博士，講師。研究方向：植物生理生態(tài)。Email：zhengyuan_001@126.com。