紫茎泽兰的特征特性与综合开发利用研究进展

内容摘要：摘要紫茎泽兰（EupatoriumadenophorumSprengel）是生物入侵物种。20世纪中

摘要紫茎泽兰（Eupatorium adenophorum Sprengel）是生物入侵物种。20世纪中叶传入云南南部，迅速在我国南部和西南地区蔓延，造成严重的生态压力和经济损失。对有关紫茎泽兰的研究动向进行综述，包括紫茎泽兰植物学特征、生物学特性及分布、生态学特性、化学成分以及生物活性、危害性、综合开发利用情况等，并着重讨论紫茎泽兰开发利用的前景。

关键词紫茎泽兰；特征特性；化学成分；危害；开发利用

中图分类号 S451 文献标识码 A 文章编号1007-5739（2012）19-0108-03

紫茎泽兰（Eupatorium adenophorum Sprengel）英文称Crofton Weed，云南各地称为解放草、黑头草、大毒草等，为菊科泽兰属多年生草本植物 [1]。20世纪60年代以来，在我国西南地区疯长蔓延，影响生态平衡，威胁农作物的生长[2]。紫茎泽兰是我国外来入侵物种中危害最为严重的植物之一[3]，被列入《外来有害生物的防治和国际生防公约》中四大恶性杂草之一[4]。国家环保局2003年公布的首批入侵外来物种名单中，名列第1位[5]。

1 紫茎泽兰特征特性

1.1 植物学特性

紫茎泽兰为菊科泽兰属多年生草本植物，有时呈亚灌木状，高20～150 cm。叶对生，叶片菱状卵形、三角卵状形、菱状三角形或近三角形，宽2～7 cm，长4～10 cm，基出脉3条，边缘具圆锯齿；叶柄常呈紫红色，长2～5 cm。茎具斜展的分枝，紫红色，直立，茎和枝被淡褐色或白色短腺毛。瘦果成熟时黑色，圆柱状。花冠白色。头状花序直径4～6 cm，有40～50朵小花，组成开展的复伞房状或圆锥状花序[6]。

1.2 生物学特性及分布

紫茎泽兰可进行有性繁殖和无性繁殖[7]。耐干旱，湿润地区生长茂盛；其适宜生长温度为10～30 ℃；沙土、壤土、黏土中都能生长，肥土中生长茂盛。紫茎泽兰原产中美洲墨西哥与哥斯达黎加，在热带、亚热带、暖温带和温带的海拔165～2 915 m地区均能生长[8]，20世纪40年代由缅甸、中越边境传入我国云南南部后迅速蔓延，现广泛分布于湖北、西藏、重庆、广西、四川、云南、贵州与台湾等地[9-11]。

1.3生态学特性

紫茎泽兰在pH值为5.6～7.8的酸性和碱性土壤中均能生长。生长在水边、沟边、水塘边枝叶繁茂，结实量较大。枝条在流水中可生根发芽，长成新的植株。同时，耐旱、耐瘠薄。在裸露的石场上亦能开花、结实。抗干扰性强，人畜破坏、洪水冲刷等逆境胁迫，均不影响植株生长及其开花结实。迄今未发现严重的病虫害，天敌较少[12]。紫茎泽兰的生长周期和物候期随分布地区的气候和自然环境而异。通常，植株生长从5月至翌年开花。1—2月孕蕾，2—3月现蕾，3—4月开花，4月种子成熟[12]。植株7—8月生长较快，9月后生长逐渐减慢，10月以后几乎不再增长[12]。

2 紫茎泽兰化学成分及其生物活性

2.1 化学成分

迄今，已从紫茎泽兰的不同部位共分离出逾100个化学成分。紫茎泽兰花的精油鉴定出64个化合物，叶的精油检出78个化合物。这些化合物包括倍半萜类、三萜类、单萜类、苯丙素类、黄酮类、甾体及各类衍生物[13-25]。

单萜、倍半萜类主要存在于花和叶精油中；甾体、三萜类主要存在于花、茎和根中；苯丙素类主要存在于叶中；黄酮类主要存在于花和茎杆中。紫茎泽兰叶的精油中44.3%为倍半萜类，32.1%为单萜类，对-聚伞花素占挥发性成分的11.6%[24]。花精的66%为单萜类，28%为倍半萜类。其中，紫穗槐烯占10%[25]。

2.2 生物活性

作为世界性恶性杂草，至今尚未找到彻底消灭紫茎泽兰的防治方法。但对紫茎泽兰的次生代谢产物开展了生物活性的研究[26]，包括杀虫、拒食、趋避、抑菌、化感作用等方面，为紫茎泽兰的控制和利用开辟了新的途径。

2.2.1 紫茎泽兰的杀虫活性。紫茎泽兰的氯仿提取物在室内进行了药效测定，结果显示，在2 000倍稀释度下，对棉蚜、麦蚜、烟蚜、果树蚜、蔬菜蚜虫的灭蚜活性大于95%[27]。紫茎泽兰提取物对茶叶小绿叶蝉有杀灭活性[19]。紫茎泽兰精油对4种储粮害虫成虫即绿豆象、蚕豆象、米象、玉米象具有强烈的熏杀活性[28]。从紫茎泽兰提取物毒杀棉蚜的活性部位中分离到紫茎泽兰素A，对棉蚜的乙酰胆碱酯酶活性有抑制作用[29]。紫茎泽兰叶和根的石油醚提取物还具有杀线虫活性[22]。紫茎泽兰叶提取物含有能导致蚜虫如桃蚜、萝卜蚜等的感觉器官病变的神经毒物质[30]；其乙醇提取物对柑桔全爪螨和二斑叶螨有毒杀活性[31]；其甲醇提取物对胡萝卜蚜有一定的毒杀活性[30]。

2.2.2 对昆虫的拒食活性和趋避作用。紫茎泽兰提取物对小菜蛾3龄幼虫有较低的触杀活性；粗提物对果蝇成虫有微弱的胃毒活性。紫茎泽兰花和地上部分的石油醚和乙酸乙酯提取物以及分离到的克拉维醇、2-乙酰氧基-3，4，10，11-四去氢杜松烷-9-酮等，对菜粉蝶幼虫具有明显的拒食活性[21]。紫茎泽兰根的甲醇提取物和地上部分的乙酸乙酯提取物对莴苣南美斑潜蝇有一定毒杀活性[32]。

紫茎泽兰提取物对米蛾和美洲大蠊有趋避活性，能显著影响棉铃虫的生长发育。β-丁香烯、β-蒎烯对天牛有强驱避作用[33]。紫茎泽兰挥发性物质对棉蚜和七星瓢虫的行为有明显影响[26]。

2.2.3 抑菌、杀菌作用。从小花假泽兰中分离出的豆甾醇能抑制玉米大斑病孢子萌发和小麦赤霉病、黄瓜炭疽病及番茄灰霉病菌丝的生长[34]。紫茎泽兰提取物对马铃薯晚疫病菌的菌丝生长具有抑制作用[35]。柠檬醛在体外有较显著的抗曲霉菌活性[36]。紫茎泽兰的对-聚伞型花素、百里香酚、β-蒎烯、柠檬烯、咖啡酸等单萜类、伞型花内酯、阿魏酸、蒲公英甾醇、植物甾体类化合物、倍半萜类具有抗病毒、消炎、抗菌活性[34]。紫茎泽兰提取物[37]对甘薯软腐病菌、除虫菊镰刀菌、烟草赤星菌的抑制效果可达到45%以上；对石榴病原菌有较强抑制效果，抑制率在70%以上。紫茎泽兰开发的生物农药，已获得发明专利[38]。紫茎泽兰70%乙醇液对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和番茄青枯菌均有抑制作用。其中，氯仿萃取物对番茄青枯菌的抑制作用最为明显。紫茎泽兰的抑菌活性很可能不是单一化合物起作用，而是几种化合物协同作用的结果。并发现紫茎泽兰活性物质具有较好的热稳定性[39]。紫茎泽兰提取液对棉花枯萎病原菌、辣椒疫霉病原菌、苹果腐烂病原菌和水稻稻瘟病原菌均有较好的抑制作用，其中以乙醇提取液的抑制菌效果最好，浓度为100 mg/mL时抑制率均达100 %。在较低作用浓度下，紫茎泽兰乙醇和正丁醇提取物依然能发挥较高的抑制作用[40]。

2.2.4 化感作用。有研究报道，倍半萜类化合物9-羰基泽兰酮为紫茎泽兰的化感活性物质[41]。紫茎泽兰中的9β-羟基泽兰酮乙酸酯和9β-羟基泽兰酮能明显地抑制幼苗生长，而9β-羰基泽兰酮在低浓度下对番茄、油菜的生长有一定的促进作用[18]。紫茎泽兰地上部分的乙醇、石油醚和水提取物对豌豆的幼苗生长和种子萌发均有抑制作用。紫茎泽兰的氯仿提取物可抑制玉米、小麦、兰桉种子胚根及胚芽的生长。其中，9β-羟基泽兰酮的抑制活性最强，9β-羰基泽兰酮活性次之[42]。紫茎泽兰的化感物质主要集中在石油醚提取物中，9-羰基泽兰酮的化感活性最强[41]。紫茎泽兰叶的水提液对多种植物种子萌发和幼苗生长均有化感作用[43]。

2.2.5 毒性。紫茎泽兰克拉维醇和内酯能够刺激昆虫及牲畜的消化道黏膜[34]。紫茎泽兰中的9-羰基-10，11-去氢泽兰酮对牲畜有剧毒，能引起马过敏性支气管肺炎，还损害老鼠的肝脏，引起牛羊等其他家畜患接触性皮炎等[44]。

2.2.6 除草活性。紫茎泽兰提取物具有较强的除草活性，且具有较好的热稳定性和对水的稳定性[45]。

3 紫茎泽兰的危害

3.1 对畜牧业的危害

紫茎泽兰对畜牧业的危害表现在：侵占草地，降低草场的牧草产量和减少草地面积，导致饲草缺乏。紫茎泽兰的枝叶有毒，对马有明显的毒害性。芳香油具有特殊气味，牛等牲畜拒食，能引起鱼死亡，垫圈导致羊蹄腐烂。其种子和花粉飞入人、畜眼内，刺激眼，产生过敏性反应。其花粉若被牲畜误食或吸入，能引起牲畜腹泻、气喘、鼻腔糜烂流脓等病症[46]。

3.2 对农业及林业的危害

紫茎泽兰入侵农田、果园及经济作物生长地，大量消耗土壤营养元素，使土壤肥力下降，降低农作物的产量[47]。同时，紫茎泽兰侵占排水沟渠，严重阻塞渠道，增加人工、化学除草费用等农业成本。

紫茎泽兰侵占宜林荒山，影响造林、林木生长和采伐林地的天然更新。侵入经济林地，影响作物生长[48]。并可迅速蔓延侵占大片土地，不同程度地排斥和抑制其周围植物和其他物种的生长。

4 综合开发利用

为了治理紫茎泽兰，近几年逐渐转变为综合利用，积极开发利用紫茎泽兰，化害为利[49]。

4.1 初加工成有机肥料

据测定，紫茎泽兰含硫0.069%、硅0.279%、钙0.478%、镁0.059%、铁0.017%、全钾0.580%、全磷0.062%、全氮0.372%、铜2.459 mg/kg、锌10.139 mg/kg、锰29.527 mg/kg、硼5.259 mg/kg、钼0.204 mg/kg。紫茎泽兰分枝量和生长量都比较大，据调查，每1 hm2 草地可产鲜嫩茎叶10.86 t，可作为野生有机肥料资源，如用作沼气肥原料、绿肥、堆肥原料、地面覆盖物等[50-51]，还可铲草烧灰用作肥料，如在冬春季节，结合清洁地埂和耕地周围的荒坡，铲除紫茎泽兰晒干，与腐殖土混合燃烧制草土灰使用[50]。

紫茎泽兰含有丰富的氮、磷、钾等作物需要的大量元素。根据中国有机肥料品质总分分级标准，三大元素含量在有机肥料品质四要素分级中得分别为32、9、16分。按绿肥类粗有机质水平计算，紫茎泽兰的粗有机物含量83.18%，符合二级有机肥的标准[52]。

4.2 作为食用菌栽培基质

据分析检测，一年生紫茎泽兰含干物质20%以上，其中含碳40.43%、氮3.18%、粗蛋白19.74%、木质纤维素24.7%、脂肪13.74%，碳氮比12.71，pH值5.97，另外还含有大量的磷、钾以及丰富的中量以及微量元素[53]，是生产食用菌的优质原料[54]。利用紫茎泽兰作栽培基质已成功培育出多种食用菌，如金针菇[55]、田头菇[56]等，并使食用菌生产成本降低15%～20%[57]，为食用菌的栽培原料开拓了一种新资源[56]。

4.3 作为饲料利用

紫茎泽兰含有16种氨基酸（必需氨基酸占氨基酸总量的62.54%），含粗蛋白质22.88%[58]。用紫茎泽兰饲喂猪、鸡、鱼效果优于麦糠，饲喂草食动物效果优于牧草。

紫茎泽兰经过脱毒处理才能作为饲料利用。脱毒过程并不破坏紫茎泽兰中的营养成分，牲畜采食量明显增加，未脱毒采食量较少[59]。经复合菌种好氧处理发酵去除毒性后配成合成饲料喂猪，试验猪能日增重500 g[60-61]。紫茎泽兰作为沼气发酵原料，发酵后的残留物也可作为草食性动物豚鼠的喂养饲料[62-63]。尽管紫茎泽兰是有毒的恶性杂草，但开发为饲料，资源量可观，为饲料业提供了新的研究方向和发展思路。

4.4 作为杀虫剂或生物农药

应用结果表明，紫茎泽兰精油对米象等仓库害虫有较高的杀虫活性[64]。紫茎泽兰发酵液对甘蓝蚜具有较好的防效，田间校正防效达到72.17%[65]。

用紫茎泽兰草粉替代50%麦麸可生产优质白僵菌（微生物杀虫剂），能降低生产成本29%[66]。用紫茎泽兰为原料制造生物农药，已取得专利发明权[67]。紫茎泽兰汁液石油醚萃取物能较好地抑制马铃薯晚疫病菌的菌丝生长[35]。

4.5 作为能源利用

紫茎泽兰作为蜂窝煤、清洁炭、生物燃气等能源使用。紫茎泽兰制成蜂窝煤，1个煤球可以烧1.0～1.5 h[68]。利用紫茎泽兰配合其他纤维物质制成清洁炭[69-70]，其发热量高于普通木炭。紫茎泽兰经过加工及使用气化、热解等技术，可转化为热值较高的生物燃气[68]。

4.6 作为建材利用

紫茎泽兰的粗纤维含量约为17%，可生产装饰性材料。据报道，1 m3的紫茎泽兰刨花板可以取代3 m3木材[71]，因此紫茎泽兰制的刨花板可缓解木材的供需矛盾。昆明人造板机器厂研制开发出一条可年产7 000 m3的紫茎泽兰刨花板生产线[72]。紫茎泽兰售价90～110元/t，比木材原料成本低50%。紫茎泽兰刨花板产品性能稳定，研究成果已申报国家专利[2]。据研究表明，紫茎泽兰的各项指标达国家对木质中密度纤维板标准的要求，因此生产紫茎泽兰中密度纤维板是可行的[73]。

4.7 用于扎染工艺品的主要染料

云南大理州自古有制作扎染的传统技艺，紫茎泽兰可用于染黄色布料，颜色鲜艳明亮、不易褪色。用的是扎染的传统技艺，比化工染料的成本低很多，而且不危害健康、有驱除蚊虫的功效，染过的废料还可作肥料。紫茎泽兰丰富了扎染的色彩，受到国内外客户的喜爱[74]。

4.8 其他

紫茎泽兰可提炼香味独特的精油，精油具有透发性，可遮盖表面活性剂的不良气味，有望成为日用化妆品的新型香原料[75]。利用紫茎泽兰精油的活性成分，配制日用香精[76]。民间有用紫茎泽兰治疗外伤出血和咳嗽。

5 结语

紫茎泽兰的综合利用前景较好，加强应用研究与开发，变害为宝，为民服务，是紫茎泽兰综合治理的方向。

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