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牛角瓜开发价值及栽培技术研究



全 文 :·专题综述· 北方园艺2011(18):202~206
第一作者简介:高柱(1981-),男,江西上饶人,硕士,助理研究员,
现主要从事林木栽培及育种研究工作。
基金项目:国家林业局林业公益性行业资助项目(2011104034)。
收稿日期:2011-06-28
牛角瓜开发价值及栽培技术研究
高   柱,王 小 玲
(江西省科学院 生物资源研究所,江西 南昌330029)
  摘 要:金融风暴后纺织行业复苏,棉花价格飙涨,原料争夺成为行业新亮点。牛角瓜是一
种新的天然纤维替代原料,可在石漠化、盐碱地、沙滩等荒地种植,拓展了纺织原料种植面积,能
起到缓解棉粮争地矛盾。现对牛角瓜在药用、能源、棉纺原料及栽培技术等方面的研究进展进行
阐述,并对栽培问题及研究方向提出建议,为牛角瓜开发利用及集约化种植提供参考。
关键词:牛角瓜;药用;棉纺;能源;栽培技术
中图分类号:S 567.1+9 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2011)18-0202-05
  牛角瓜(Calotropis gigantean L.)属萝藦科常绿植
物,又名断肠草、五狗卧花,在干热河谷、盐碱地、沿海
沙滩等生态脆弱环境下生长良好,起到防止水土流失
或防风固沙作用。茎皮纤维可制人造棉、造纸、绳索
等,种毛可做丝绒原料及填充物;乳汁含多种甙和碱,
可治皮肤癣、痢疾、风湿等[1-3],还可提炼树胶原料、黄
色染料,做绿肥[4],是不可多得的生态经济植物。目
前,由于对牛角瓜认识不够,使得该植物经济价值未能
得到充分体现。通过对牛角瓜生态学特性及分布、开
发现状、栽培技术研究进展的阐述,探讨集约化栽培存
在的关键问题,可为牛角瓜充分开发及产业推动提供
参考。
1 生物学特性及分布
牛角瓜为直立灌木,高可达3m,全株富含乳汁。
根圆柱状,具纵向粗大裂痕,皮孔圆形突起,皮部具淀
粉粒和乳汁管,成环状排列;韧皮部窄,形成层明显,木
质部导管少,多单个散生。嫩茎被灰白色绒毛,老茎灰
棕色,光滑,纤维性,质坚硬,不易折断;皮层较窄,散生
少数乳汁管,薄壁细胞中含少量淀粉粒,髓部散生较多
乳汁管;中央具较大髓部[5]。叶对生,灰黄色,皱缩,厚
纸质,叶干质脆而易碎;倒卵状长圆形或椭圆状长圆
形,嫩叶背面具白色柔毛,老叶无毛;成熟叶长10~
21cm,宽5~8cm,全缘;叶柄短而粗,下表面叶脉粗大
而突起。聚伞花序,萼片基部有腺体,花冠裂片卵圆
形,长1.5cm,宽1cm;副花冠比合蕊柱短,肉质;雄蕊
着生于花冠基部,花药顶膜质,内弯;花粉块每室1个,
下垂,雌蕊由2枚离生心皮组成,柱头平压状。蓇葖果
单生,膨胀,长7~9cm,直径3cm,被短柔毛,种子长
卵形,长5mm,宽3mm,顶端种毛长2.5cm。花、果期
几乎全年。
牛角瓜属植物有6种,广泛分布于亚洲和非洲的
热带、亚热带地区。中国有1种,生于低海拔向阳坡及
空旷地,我国主要分布于四川、广西、广东、海南及云南
的元江、巧家、建水、昆明、西双版纳等地,印度、斯里兰
卡、缅甸、越南、马来西亚、非洲等干旱、半干旱及盐碱
地区均有分布[6-7]。
2 牛角瓜开发研究现状
2.1 药用开发价值
强心苷主要作用机制是通过抑制心肌细胞膜上
Na+-K+-ATP酶,使肌浆中游离钙增多,具有直接加
强心肌收缩力作用。牛角瓜乳汁中富含强心苷类化合
物,目前已知的强心甙及其苷元不少于25种,遍布整
个植株[6]。
国内外对牛角瓜中分离的苷类进行过广泛药用机
理研究。体外测试牛角瓜中提取的强心苷类化合物对
人肿瘤细胞和小鼠肿瘤细胞株的细胞毒活性发现,除
C-10位被羧基取代的19-carboxylcalatinic acid methyl
ester无活性外,其余均有活性,其中Calactin活性最
好,C-3位立体构型对细胞毒活性作用至关重要[1-2]。
邓士贤[8]等在蛙心、猫心、兔心及离体心、豚鼠心试验
中均证明牛角瓜苷有强心作用。
牛角瓜乳汁药用功效显著。干燥乳汁水悬乳液对
急性炎症有显著疗效[9];0.165~0.83g/kg口服乳汁
对醋酸诱导小鼠牛蹄反应显示出明显的剂量依赖性镇
痛作用[10-12];乳汁提取物对CCl4引起的肝中毒具有保
护作用[13];口服干燥乳汁对由蓖麻油引起腹泻药效作
用与阿托品和保泰松相当,但高剂量会发生脱敏反应
使胃肠运转力减弱[14]。Rasik[15]等还发现乳汁可促使
伤口区域胶原蛋白、蛋白质和DNA的合成以及上皮组
织愈合,促进伤口愈合。牛角瓜乳汁可提高糖尿病患
者体内SOD、过氧化氢酶和谷胱甘肽的水平,减少自由
基损害,起到降低TBARS水平作用[16]。
202
北方园艺2011(18):202~206 ·专题综述·
不同部位及方法提取的提取物药效也不近相同。
花的乙醇提取物对由角叉胶诱导的小鼠爪子水肿可减
轻37%,70%乙醇提取物可将扑热痛引起的SGPT、
SGOT、ALP、胆红素和胆固醇生化水平指标恢复到正
常水平[17]。根的乙醇提取物具有抗生育或妊娠终止
活性的作用[18-19],对镇痛、抗惊厥、抗焦虑和镇静等中
枢神经系统具有活性[20],还能影响雌性小鼠正常的发
情周期[21],这与水提取物药效相似。乙醇萃取物可降
低由去甲肾上腺素引起的心肌梗死中系列酶水平的升
高[22];正丁醇萃取物对革兰氏阳性和革兰氏阴性菌均
有显著抑制作用[24-25];水提物对豚鼠的气管平滑肌有
解痉作用[26]。2009年,中国热带农业科学院热带作物
品种资源研究所从牛角瓜中提取出具抗癌作用化合
物,并获2项新专利。
2.2 生物药剂开发价值
化学防治是病虫害防治的重要措施,但具有毒性
大、环境污染严重等缺点,应用生物防治技术措施是环
境保护发展的必然趋势。牛角瓜茎、叶乳汁有毒,食少
量能引起呕吐和下泻,大量则会发生严重腹痛及肠炎,
以致死亡,因此,可为农林生物防治药物研发提供新
思路。
孙世伟等[27]对20种植物提取物在南方根结线虫
的毒杀活性研究发现,2龄线虫用牛角瓜10mg/mL乙
醇提取物处理24h,校正死亡率为85.71%,而处理
48h可达96.31%,较夹竹桃、竹柏、酸豆等16种植物
杀线虫活性强;毒性测定认为牛角瓜提取物LC50仅次
于番荔枝和苦楝。
浙江大学Umsalama等[28]对牛角瓜提取物在非洲
瓜瓢虫的杀虫潜能分析认为,叶较花和根提取率高,且
生物活性大,提取物处理的南瓜叶对瓢虫初孵幼虫表
现出较强抗性,4龄幼虫喂食提取物处理的南瓜叶未
化蛹就死亡,提取物点滴处理幼虫死亡率、蛹死亡率和
羽化畸形成虫比率增加,但持续使用效果最佳。
五氯酚钠能有效灭杀钉螺,减少钉螺面积,但因药
性残留对人体产生累计毒性而被禁用。利用植物根、
茎、叶等加工成杀螺制剂,成为环保型发展新方向,在
牛角瓜属大牛角瓜叶、茎上已提取应用,牛角瓜存在同
样药效[29]。
2.3 能源植物开发价值
近年来,能源价格不断上涨,世界各国都在减少能
源对外依赖性,提高本国能源供应安全系数,生物质能
源成为全球研究热点[30]。美国科学家研究发现,大牛
角瓜乙烷萃取物含有丰富的烃类液体,碳氢比率和原
油相近,可替代石油。澳大利亚科学家估算大牛角瓜
每公顷每年可提炼2 340加仑烃类液体,我国同属同
科的牛角瓜同具潜能。
牛角瓜汁液含有多种化学成分,印度产的牛角瓜
植株中油脂含量为4.7%,热值与原煤接近[31],认为可
用来开发液体燃料和有用化学品[32-33]。Choudhury
等[34-35]采用不同提取方法获得牛角瓜提取物获得率为
8%~18%,红外光谱和核磁谱等检测提取物含有烷
烃。李瑞[36]对牛角瓜产能进行分析显示,汁液中C7~
C44总烷烃含量为0.02%~0.03%,整株中总烷烃含量
为0.01%~0.015%,C21烷烃占总烷烃的52.98%,灰
分为8.10%,仅为固体燃料煤的1/7,而挥发分含量为
68.90%,是煤的3倍以上。目前看好的能源油料植物
麻疯树种仁含油率为50.2%~61.5%,热值为20.85
MJ/kg,除与文冠果相当外,黄连木、文冠果、光皮树等
能源树种均较低。麻疯树碳氢化合物热值为40.63
MJ/kg,柴油为44.091MJ/kg,汽油为47.127MJ/kg,
是较好的生物液态燃料[37]。我国牛角瓜热值为17.93
MJ/kg,碳氢含量总和达到49.51%,高于印度牛角瓜,
用乙烯和形态素(植物生长调节剂)处理还可提高碳氢
化合物含量[38],且0.55%硫含量远低于低阶褐煤到中
阶烟煤的0.8%~3.2%,若作为固体燃料替代化石煤
燃料,能有效减少残渣和硫氧类对环境的污染。牛角
瓜生长速度快,每周可长30cm,能多茬收获,生物量
大,因此,作为能源植物开发意义巨大。
2.4 纺织原料开发价值
我国棉花产业关系着6千万农村劳动力、2千多
万纺织工人就业和1亿多农村人口的生计,粮食和棉
花安全与可持续发展,一直是农业经济大国发展的重
要课题。二十余年间,我国棉花种植面积占农作物种
植总面积比率仅下降了0.1%,2009年纺织原料开始
上涨,国家抛售262.9万t储备棉抑制棉花涨价;2010
年纺织品累计出口1 502.46亿美元,8~11月郑州棉
花期货涨幅超过90%,由1.7万/t增加到3.3万/t,同
期美棉价格近翻番,国储抛售能力已不足50万t。鉴
于异常激烈的棉粮“争地之战”,棉花种植面积仍不容
乐观。2011年1~3月,美 CBOT(Chicago Board of
Trade)小麦价格从每蒲式耳800多美分升到930多美
分,玉米价格涨幅超过15%,美国棉花协会称2011年
棉花种植面积达到505.8万hm2,较上年增加14%,我
国棉花协会调查显示有望增加9.8%,棉花产量仍低于
消费量。
综纤维素是指植物纤维原料中全部纤维素和半纤
维素,也即碳水化合物总量。牛角瓜综纤维素含量以
茎中含量最高,皮中最低(表1),是目前发现质量较好
的野生纤维,可替代棉花为棉纺原材料[36]。2009年,
黄惠民获得“一种纺纱用牛角瓜纤维棉条及其加工方
法和设备”专利,能利用牛角瓜种毛纤维,经鞣软处理,
纤维柔软并弯曲后卷成棉条,纱线可与棉花媲美,织成
面料具有丝滑爽质感,有类似全棉的透气性和舒适感,
是一种生态环保的纺织新纤维材料。
表1 纤维素、半纤维素、木质素分析结果比较[36]
部位 整株 茎 皮 叶 果
纤维素/% 2.46  5.50  2.50  0.87  1.00
半纤维素/% 19.50  45.35  15.52  35.04  32.97
木质素/% 22.08  40.00  23.36  10.00  32.00
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·专题综述· 北方园艺2011(18):202~206
3 栽培技术研究
3.1 育苗技术
牛角瓜主要通过播种繁殖,周年开花,果实成熟多
集中在夏、秋两季。将种子在温水中浸泡12h,播种在
无纺布袋内,覆盖深度以1cm为宜,过深及未浸泡种
子发芽慢且发芽率低,保持土壤湿润,1周后可发芽,
发芽率达80%以上,40d即可移栽(图1),营养袋苗移
栽成活率达85%以上。干热河谷地区可全年种植,但
春季播种苗生长快而壮实。
近年来,组织快繁技术发展很快,李克烈等[4]以牛
角瓜无菌苗幼嫩叶片为外植体,8~10d切口处可诱导
形成愈伤,2,4-D可影响愈伤组织的诱导率以及生长
速度,以 MS+2,4-D 0.2mg/L最适,30d诱导率可达
86%;增殖培养基以 MS+6-BA 0.5mg/L+NAA 0.1
mg/L较佳,30d继代1次;在生根培养基1/2MS+
NAA 0.5mg/L上,7d开始出根,30d后根数达8~13
条,生根率达100%;练苗3d,用多菌灵浸泡1min,移
栽到椰糠∶细沙为2∶1的混合基质中,成活率达85%。
 图1 无纺布袋育苗        图2 花序         图3 果实    
3.2 管理方法
牛角瓜属阳性植物,耐干旱、盐碱,在无水浸、疏松
酸性土壤生长良好。适宜生长温度为20~35℃,在
10℃以下生长缓慢,低于2℃叶片开始发黄脱落。采用
阳畦种植,结合整地施腐熟有机肥1.2t,株行距为
60cm×60cm,移栽10d后开始施液态肥,每15d施1
次,前3次以氮肥为主,后期改施磷、钾肥,促进开花及
果实膨大,10~15cm时进行摘心处理,培育2~3个侧
枝,株高约40cm即可开花。牛角瓜开花量大,聚伞花
序与对生叶成不规则三角形,每个花序上大多数有2
个小花序,每个小花序同时盛开2~4朵花(图2),但最
终单个花序上仅结1个果(图3),因此,管理中要进行
疏花处理,减少养分散失,同时增施有机肥,增加树体
养分。当年就可达1m多高,形成较大郁闭度,易使枝
条老化散失活力而枯死,春季进行摘心处理,冬季进行
枯枝、过密枝的疏除,同时,基部叶片成熟脱落,生长点
外移,修剪时要注意回缩处理。
牛角瓜植株有毒,因此病虫害较少。主要为鳞翅
目幼虫、柳兰叶甲、蓝绿象甲啃食叶片造成缺刻,生产
上可用1 000倍液50%辛硫磷乳油防治鳞翅目幼虫和
蓝绿象甲,叶甲可用2 000倍液18%阿维虫清喷杀,
1周后重复1次效果更佳。
4 存在问题与研究展望
牛角瓜全株均具较高商品开发价值,有关药物提
取国内报道很多,生物制药及能源开发上也逐步深入,
特别是种毛纺织技术的突破,棉纺原料尤显突出。集
约化种植是牛角瓜开发的基础,因此,亟待研究解决。
4.1 种质是集约栽培的资源基础
牛角瓜属植物资源分布较分散,区分较多的有牛
角瓜和白花牛角瓜(Calotropis procera L.),主要体现
在药物提取上的微妙差异,仍无野生驯化栽培相关技
术依托,限制了集约化种植及推广。因此,急需对我国
牛角瓜资源进行全面收集保存利用,促进新品种选育
工作的开展,利用种间基因优良性,进行种质改良及创
新。产量的提高及新品种选育将成为今后长远的研究
目标。
4.2 开展集约化栽培技术研究
目前除组织培养方面的研究报道外,有关种植技
术方面的研究几乎空白。植物具有天然的趋利避害功
能,在自然群落中生长良好,但作为单一物种集约栽培
则往往难以达到较佳效果。因此,在充分了解牛角瓜
生态学特性的基础上,对栽植密度、施肥措施、株型控
制等方面仍需深入研究,还可投入设施进行促成栽培,
并总结出成套的牛角瓜集约化栽培技术,供生产上推
广应用。
4.3 花期调控技术
棉纺原材料替代是牛角瓜综合开发较为紧迫的方
面之一。由于牛角瓜植株有毒,在采收及种毛分离时,
会引起皮肤受损或过敏反应,同时牛角瓜周年开花、周
年成熟,且果实成熟易爆裂,增加了采收、加工成本。
因此,花期调控技术研究显得突出重要,果实集中成熟
和固定茬次采收能较好提高牛角瓜的经济价值。此
外,通过花期控制技术,能平衡营养生长和生殖生长,
在提高果实质量同时,对树体恢复和果实以外器官的
综合利用具有促进作用。
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·专题综述· 北方园艺2011(18):206~208
第一作者简介:韩璐(1985-),女,在读硕士,现主要从事生物化学
与分子生物学研究工作。
责任作者:郑蕊(1972-),女,硕士,副教授,现主要从事植物生物技
术与植物蛋白质组学研究工作。E-mail:xlzheng@126.com。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30960208)。
收稿日期:2011-06-29
蛋白质组学在植物雄性不育研究中的应用
韩   璐,王   晶,郑   蕊
(宁夏大学 生命科学学院,宁夏 银川750021)
  摘 要:基因转录后还需要进行一系列的转录后修饰,仅从基因组水平不足以揭示植物雄性
不育分子机制,还需要结合蛋白质组学的研究。现综述了近年来主要作物雄性不育的蛋白质组
学研究情况,指出不育基因表达时具有器官特异性和时空性,并提出将蛋白质组学技术和基因工
程相结合研究植物雄性不育机理的策略。
关键词:植物雄性不育;杂种优势;蛋白质组学;双向电泳;质谱
中图分类号:S 334.5 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2011)18-0206-03
  植物雄性不育(Male Sterility)是一种遗传现象,具
体表现为在有性繁殖过程中花药、花粉或雄配子功能
丧失或产生的合子在正常环境下无法存活。据Kaul
报道,已在43科162属617个物种中发现了雄性不育
株。许多学者利用细胞器DNA分离、分子克隆、序列
分析以及分子杂交等技术对雄性不育基因进行了转录
水平的研究,利用蛋白质组学技术研究植物雄性不育
相关蛋白是近几年才出现的新思路。现以几种经济作
物不育系和可育系各器官不同时期蛋白质水平的差异
为切入点,阐明不育基因表达时具有器官特异性和时
空性,并展望了该领域今后研究的方向和策略。
1 蛋白质组学技术概述
蛋白 质 组 学 (Proteomics)概 念 最 先 是 Marc
Wilkins提出,指由一个基因组或一个细胞、组织表达
的所有蛋白质。其任务是通过系统识别和分析一个细
胞、组织或亚组织中表达的总体蛋白质,从而确定每个
蛋白质的突出特征,并评价生命活动中的某些生理或
病理过程。蛋白质组学技术比较复杂,主要分为蛋白
质的分离、目的蛋白的鉴定和信息分析三方面。其中,
二维凝胶电泳(Two-dimension gelelectrophresis,2-DE)
和质谱(Mass spectrum MS)技术是蛋白质分离纯化鉴
定的核心技术。蛋白质组学技术在药物靶点确定、癌
细胞鉴定、植物抗逆性等方面广泛应用,其在植物雄性
不育中的应用是选育优良品种、提高作物产量的新
途径。
2 蛋白质组学技术在植物雄性不育中的应用
转录水平并不能完全反映基因表达,蛋白质是生
命活动的承载者,也是大多数基因功能最终的呈现形
式,因此,从转录水平上所获取的有关基因表达的信息
并不足以揭示该基因在细胞内的具体功能,还需要从
蛋白质组方面进行深入研究,利用蛋白质组技术寻找
与雄性不育相关的蛋白质,进而通过数据库查询找到
相应的基因,具有重要的理论和实践意义。
2.1 水稻雄性不育蛋白质组学研究进展
魏磊等[2]利用双向电泳技术分析了紫稻不育系与
保持系叶片全蛋白,发现不育系与保持系叶片之间的
蛋白2-DE图谱差异不明显。谢锦云等[3]利用双向电
泳技术分离了温敏核水稻的不育和可育花药,通过肽
指纹图谱分析及数据库检索得知几丁质酶、

酸性磷酸
Abstract:Recovery of the textile industry and soaring cotton prices after the financial turmoil,competing for raw
material industries become a new bright spot.Natural wool fiber of Calotropis giganteanis a new alternative raw
materials.Calotropis gigantean can cultivate in desertification,saline,sandy beaches and other wasteland.It could
overcome the contradiction between cotton and grain,and expand the strategic reserve material cultivation.In this
paper,the medicine,energy,raw materials and cotton cultivation techniques of Calotropis giganteanresearch progress
and cultural problems were described.Making shalow understanding in the direction of Calotropis gigantean
cultivition and research direction could provide reference for exploitation and intensive cropping.
Key words:Calotropis gigantean;medicinal;cotton;energy;cultivation technique
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