近日,国家药典委(首次发布)公示了植物生长调节剂残留量测定法国家药品标准草案,针对中药材种植过程中,药农为了获得短期效益,一味追求药材产量而忽视质量,导致农药和植物生长调节剂等投入品滥用,为方便各位同仁及时了解情况,普及一下相关知识。本文将介绍相关植物生长调节剂,探讨其对中药性状、内在成分等方面的影响。
1、植物生长调节剂是什么?
植物生长调节剂( plant growth regulators,简称PGRs)是天然或人工合成的具有生长发育调节作用的一类有机化合物,可以影响和有效调控植物的生长和发育,包括细胞生长及分裂、生根、发芽、开花、结果、成熟和脱落等一系列植物生命过程。在我国登记的 PGRs类农药品种共有 1100多种。根据其主要的生理效应分为生长促进剂、生长延缓剂和生长抑制剂三大类,广泛应用于农业生产中。
1.1 植物生长促进剂
植物生长促进剂的主要作用为促进细胞分裂、分化和伸长等,从而促进植物营养器官的生长和生殖器官的发育。实际种植中,植物生长促进剂通常被用于提高药材产量。
植物生长促进剂主要包括生长素类、细胞分裂素类、油菜素甾醇类等几大类。其中生长素类有吲哚乙酸、吲哚丁酸、萘乙酸、2,4-二氯苯氧乙酸、防落素、等; 细胞分裂素类有 6-苄氨基嘌呤、激动素等;油菜素甾醇类有油菜素内酯,表高油菜素内酯等。此外,其他常见生长促进剂还有赤霉素类 、氯吡脲等。部分化合物名称和结构见表 1。
1.2 植物生长延缓剂
植物生长延缓剂的主要功效为抑制茎顶端下部区域的细胞分裂和伸长生长、使生长速率减慢、植物节间缩短、诱导矮化、防止植株徒长、形成矮化健壮植株等,主要有多效唑、烯效唑、缩节胺、矮壮素、丁酰肼、氯化胆碱等。
1.3 植物生长抑制剂
植物生长抑制剂有抑制顶端分生组织生长、使植物丧失顶端优势、控制生长、抑制开花抽苔等作用。主要包括脱落酸、水杨酸、三碘苯甲酸、马来酰肼等。此外,部分合成产品如抑芽丹、疏果安、整形素等也作为植物生长抑制剂在实际生产中大量使用。
2、PGRs 对药材性状的影响
2.1 使根变粗壮、根数增多
PGRs 对根及根茎类药材性状的影响包括促进其根部粗壮、根数增多; 促进根系伸长、生长; 抑制茎叶生长、增加根茎鲜重等。PGRs 促进根及根茎类药材根部粗壮、根数增多 目前,部分根茎类药材如麦冬、泽泻、牛膝、党参、地黄、当归等在种植过程中普遍使用壮根灵类植物生长延缓剂( 主要成分为多效唑、矮壮素) ,可显著促进根茎生长,使药材根部粗壮、根数增多[1]。
多效唑是一种可以抑制植物生长、提高叶绿素含量和作物产量、高效低毒的植物生长延缓剂和杀菌剂。经研究发现,多效唑可抑制当归、桔梗、法菲亚、甘草、丹参、麦冬等药材的地上部分生长,促进地下部分根茎增多、增大。PGRs 可使麦冬性状变化,包括块根数量增多、块根长度增长。在白术茎尖组织培养中加入适量的吲哚乙酸可以增加发根数及根的粗壮度; 适量加入 1-氨基苯并三唑后发现根明显变粗壮。适宜浓度的低聚壳聚糖能促进黄芪根系的生长,且其苗和根较为粗壮,须根也极少。在三岛柴胡开花期喷施矮壮素和丁酰肼,发现其具有抑制地上部分生长过旺、促进地下部分主根粗壮的效应。使用多效唑对当归幼苗期叶面进行喷施,发现可以显著增加单根的重量。
2.2 改变韧/木比率、控制抽薹等
PGRs 对根及根茎类药材性状的影响还包括提高或降低根茎折干率及韧/木比率、出叶和叶片生长速度、叶面积系数,抑制株高和茎叶生长,有效控制抽苔问题等。在 7 月中旬向叶繁茂期地黄叶面喷施多效唑和赤霉素,发现多效唑降低了叶片生长速度和叶面积系数,对出叶速度无影响,但提高了根茎折干率和韧/木比率,根茎膨大期的根茎鲜重高于对照组,枯萎期根茎鲜重稍低于对照组; 赤霉素则提高了叶片生长速度、叶面积系数和出叶速度,但降低了根茎折干率和韧/木比率,在根茎膨大期和枯萎期的根茎鲜重高于对照组。在川泽泻移栽 36 d 时向叶面喷施烯效唑,发现川泽泻株高与施药浓度呈负相关。使用多效唑向党参幼苗期叶面喷施,发现可提高党参苗叶绿素含量,抑制其茎叶生长。分析得出 PGRs 对麦冬性状影响上还表现为使其叶鲜重增大、叶长变短。当归抽苔是生产上较严重的问题,应用矮壮素于当归抽苔前期,能有效地控制抽苔,降低根木质化的程度。由此可见,PGRs 在根及根茎类药材的生产上应用十分广泛,可以通过对药材生长发育过程中不同阶段的生理过程进行调控,从而得到所需求的性状。
3、PGRs 对产量的影响
笔者在产地也考察过“膨大素”的使用,包括白术、白芍、防风等,使用植物生长调节剂的主要目的就是提高产量,如在根茎类中药材川麦冬、泽泻、牛膝、党参等的栽培中使用壮根灵,可促进根茎膨大、增加药材产量。对种苗繁殖的丹参使用多效唑可以有效控制地上部分的生长,有利于营养物质向地下部分集中,从而提高产量。对 3 年生三七施加不同浓度的 24-表芸苔素内酯,发现施加 0. 80 mg/L的浓度其单株产量提高最多。研究发现使用多效唑能提高党参苗叶绿素含量,抑制其茎叶生长,可以使党参的产量增加 15. 0% 。西洋参通过施用多效唑、氯化胆碱和复合细胞分裂素,可显著增加产量。当归施用矮壮素、萘乙酸和乙烯利等 PGRs 后,其产量显著增加。用多效唑对当归幼苗期叶面进行喷施,可以显著提高单根鲜重和干重。在川泽泻移栽 36 d 时,向叶面喷施烯效唑发现株高与施药浓度呈负相关,当株高降低时,地下部分养分供给增大,可更好地促进地下根茎繁育。在元胡盛花期前,喷施 40% 乙烯利 1 000 ppm 液,疏花效果显著;除蕾后再喷洒 0.5 ~ 1 ppm 的三十烷醇 1 ~ 2 次,块茎产量可提高 25% 以上。向 2 年生桔梗使用不同浓度的乙烯利进行疏花实验,结果发现对 2 年生桔梗均有增产效果。
下图:使用“壮根灵”的一年生秧播防风
4、PGRs 对内在成分的影响
PGRs 可通过影响中药材体内的化学物质,对其生长发育、代谢及衰老等多种生理过程进行调控,提高或降低中药材的有效成分含量,两种情况都有可能。
4.1 提高有效成分含量
研究表明,施用植物生长促进剂和植物生长延缓剂,可以提高中药材有效成分的含量,改善药材品质。在 1 年生黄芩展叶期喷施缩节胺,根中黄芩苷和总黄酮含量升高; 向其喷施矮壮素,根中木质素类成分升高。多效唑能明显增加麦冬的总多糖含量,作用强度与用药剂量呈负相关。用不同浓度丁酰肼溶液处理 3 年生人参植株,测定人参总皂苷含量,发现丁酰肼处理的组别均有提高。采用不同浓度 ABA 喷施甘草叶面,甘草中甘草酸和甘草苷的含量显著提高。对泽泻喷施不同浓度的烯效唑,发现其中泽泻醇含量均有不同程度的增加。用矮壮素、丁酰肼和增效酮( TA) 向三岛柴胡开花期的叶面喷施 4 次,发现三者均提高了皂苷的含量。使用多效唑对川麦冬果期叶面进行喷施,发现多效唑可增加其叶片叶绿素含量和光合强度,提高了根茎糖的含量。此外,多效唑也可增加地黄根茎中醇溶物、水溶物、维生素 C、氨基酸、矿质元素的含量。
4.2 降低有效成分含量
PGRs 大多可提高中药材的有效成分含量,亦有部分可降低中药材的有效成分含量。研究发现,7个不同产地党参施用壮根灵后,党参炔苷含量均明显下降。矮壮素使黄芩地下部分黄酮类成分的含量显著下降。在 1 年生黄芩展叶期喷施缩节胺,发现根中黄芩素和汉黄芩素含量减少。研究发现对川麦冬单用或联用多效唑、膨大素、立丰灵,均可使其总黄酮、总皂苷及皂苷元含量降低。另外,有研究表明多效唑使用剂量与川麦冬总皂苷的含量呈负相关。用不同浓度的赤霉素在莲座期处理川白芷,发现欧前胡素、异欧前胡素含量与赤霉素浓度呈负相关。具体影响见表 3。
5、植物生长调节剂对中药材安全性影响
植物生长调节剂对中药材安全性的影响主要体现在植物生长调节剂在中药材中的残留危害及对栽培环境的污染上。植物生长调节剂进入植物体后会逐渐代谢降解,药效逐渐消失,其残留量与药剂的使用量、药物的降解速度有关,通常的残留时间是几天或数十天,因药剂不同而异,如乙烯利的残留时间仅几天,而丁酰肼( 比久) 的残留时间长达约 1 年。丁酰肼因怀疑其存在致癌、致畸、致突变毒性“三致效应”,部分国家已禁用,我国仅允许在观赏菊花上使用,但目前仍有大量的中药材中会检出丁酰肼。复硝酚钠的商品名为“爱多收”,是含有多种硝基苯酚钠盐( 2-硝基苯酚钠、4-硝基苯酚钠、5-硝基愈创木酚钠等) 的复合型植物生长调节剂,具有致癌、致畸、致突变毒性,2002 年农业部 235 号公告将其列为“在动物性食品中不得检出的药物”。本课题组对 34 种 480 批次中药材的残留检测,复硝酚钠的检测率高达 73. 75%。4-硝基苯酚钠的检出 率 也 高 达 50%,其中党参、白术和丹参几乎全部检出。多效唑是我国应用面积最大的植物生长调节剂,已有研究表明,高浓度的多效唑会导致肝脏损伤、降低妊娠率,而且多效唑施用后在土壤中的残留可长达 3 年以上,土壤表层的多效唑残留有明显的二次调控作用,甚至能影响第三茬作物的生长。多效唑被普遍应用于川麦冬、丹参、白芍、牛膝等中药材种植中,其中麦冬使用最为严重。课题组通过对多批次川麦冬样品进行检测,多效唑的检出率为 100%,且残留量较高。2,4-D 高浓度是广谱的除草剂,低浓度可作植物生长调节剂,质量浓度在每升几十毫克以上对棉花、瓜类、葡萄等作物就会造成灾害性后果。2,4-D 被国际癌症研究机构列为“可能对人类致癌”(2B 组) 的化合物,流行病学研究表明,接触 2,4-D 可能会增加患非霍奇金淋巴瘤、霍奇金氏病、白血病和软组织肉瘤的风险。本课题组对 34 种 480 批次中药材的残留检测结果,2,4-D在当归和川芎根部的检出率达 100%,且残留浓度较高。以上研究表明,部分植物生长调节剂在中药材中的盲目使用,已对人类健康造成严重的安全隐患。
基于植物生长调节剂(PGRs )本身的危害,以及其对中药材质量的影响,到了国家标准不得不控制的程度。检测标准提高之后,不知道能否改善植物生长调节剂滥用的现状?
参考文献
[1]张腾腾,钱心悦,等.植物生长调节剂对根及根茎类药材质量影响的研究进展[J].Chinese Journal of New Drugs 2022,31(8)
[2]杨钰颖,苗 水,等.植物生长调节剂在中药中的应用及对其品质影响的研究进展[J].时珍国医国药2023,34(3)
[3]张丽霞,等.植物生长调节剂在中药材中的应用及安全性评价研究进展[J],中国中药杂志,2020,45(8)
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