历史演化

词源由来

构树,也称楮树,后者是民间常用的称呼。构树的古称其一为“榖[gǔ]”,汉代的《说文解字》中有“榖,楮也”的说法。《诗经·小雅》的鹤鸣篇有“乐彼之园,爰有树檀,其下维榖”的诗句,其大意为园中何地有青檀大树,下面便会有稍矮的构树,《诗经·小雅》的黄鸟篇也有“黄鸟黄鸟,无集于榖,无啄我粟”。南北朝陶弘景本草经集注》内则说:“榖,此即今构树也;榖构同声,故榖亦名为构”,可知彼时已有构树这一称呼。明朝的李时珍在《本草纲目·木部·楮》中则说,“榖楮不必分别……”,也印证了几个名称同时指向如今所常用的构树[1]

物种演化

构树和桑树同科,但中科院学者Peng et al (2019)通过对构树的基因组数据的研究,最终得出结论认为,大约在三千一百万年前,构树就已经和同科的川桑(Morus notabilis)分开,彼时构树已经发展出了特异性的纤维内皮[6]

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构树的基因组演化
通过比较基因组分析,研究者发现,构树在黄酮(黄酮[tóng]是构树的共生真菌的重要信号分子)的合成途径上,存在一个十分特异的基因变化的时刻——在此之后,其合成黄酮类的能力增强了不少。构树的共生细菌,与豆科植物相似,因而构树在一定程度上表现出固氮植物的特征——其共生真菌增大了构树的环境适应力,并为构树的迅速发育提供氮素等有益成分[7]。综上,构树可能与固氮微生物产生了协同演化,通过这种演化,增大了黄酮类的产能,并改变了自身的木质素构成,从而促进本身发育[6]

形态特征

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构树的形态特征(来源:登云谷强哥)

构树根系十分庞大,侧根呈水平分布,根冠比大,一年生的构树根冠比可达到2倍以上[1]
通过对构树根系解剖结构观察可知,构树根系的导管极其发达。导管作为大多数被子植物传导水分和矿物质的主要组织,发达的导管使构树可以适应干旱的恶劣环境,并保证其快速生长[1]

茎叶

构树的茎木质部发达,导管密度和导管孔径均较大,输导水分的效率较高。其导管壁上的纹孔排列整齐,密度较大,水分运输速度较快[1]。茎中,特别是维管束周围,有大量的含晶体分布,含晶细胞的存在,可以改变细胞渗透压,提高茎的持水力,其也加强了茎的支持力,能减轻萎蔫损伤[8]

构树的茎与叶
构树的叶有绒毛,多呈心形,也常有极不规则的裂变,边缘都有粗齿[9],一般而言,其长为6~18厘米,宽为5~9厘米。构树的叶片上表面有糙毛,少见气孔,而下表面则密生柔毛,气孔密集。较高的气孔密度说明其净光合速率较高,因此整株植物具有光合面积大,光合效率高的特点[1]。构树叶脉丰富,大、中、小脉交错联结呈错综复杂的网状结构,维管组织在叶中所占比例大,主脉中维管束排列均匀紧密,木质部较发达,水分输导效率高[8]

构树叶
构树的茎、叶角质层都较厚,能起到减少水分蒸腾的作用[1]。茎、叶密被毛,叶上的表皮具木栓化细胞等结构,形成了一层天然覆盖层,可以防止强光对叶片的伤害,并有降低蒸腾的作用。构树茎和叶的多种保护结构,对抗旱起到了很好的辅助和调节作用[8]

构树雄花为柔荑花序花药约为球体。相较而言,雌蕊雄蕊小得多,其雌花序的苞片为圆柱体,子房近似球体,柱头为线形,有绒毛[1]

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构树花

果实

构树聚花果直径在2厘米左右,中心为木质果托,外被肉质浆果,其成熟前呈青色,熟后呈橙红色[1]

构树的果实

物种分布

世界分布

构树广泛分布于亚洲东部和太平洋岛屿中国台湾人类学者钟国芳认为,在印尼等太平洋岛屿,构树起初并无自然繁殖的种群,钟国芳通过对不同地域构树种群的DNA分析,认为构树经华南传入台湾后,台湾是太平洋群岛上的构树故地,其经由人类迁徙扩散,而传播到太平洋岛屿[10]

中国分布

构树广布中国的南北各地,在中国的温带亚热带,均有自然分布,如华北华中西北,华南、西南、东南的各个省份,均可看到踪迹[2][3]

生长习性

构树的根系具备生长快、萌芽快、分蘖强等特性,构树能同时适应中国北方寒燥和南方暖潮的气候,适应性强,病虫害少[1]。构树多见于山坡、城郊、河边、路旁、院内,多成片分布,其分布多在1600米以下丘陵和平原地带,但在秦岭的南北坡、长江黄河的上游部分地区,垂直分布可达海拔1600米以上[4]。构树不挑土壤,可以于低洼的河滩发育,也可于干旱的山坡高地发育,还可于盐碱地,乃至污染严重的工地正常发育。构树一般喜欢浓烈的阳光,但也可以在林下正常发育[11]
构树栽培技术目前已经比较成熟,其栽后不需精细照料,平日也无须特意施肥。构树砍伐后,次年又可以重新生长成小树林,恢复速度快。在同样的光照、水分等状态下,构树比其他一般的树种生长的速度会更快。构树的采伐周期约是1年,本年栽种,可年内收获;一次栽种,可连续收获[11]

繁殖方式

自然繁殖

构树是典型的风媒传粉植物。构树的花期在春季,一般3月底开始开花,4月中旬为盛开的时段,而4月下旬则为逐渐结束的时段,不同地区则会有些许早晚的差异。单株花序的开花次序,通常为由顶部向基部推进,但也有基部或中部的花先开放的情况。其单花花期一般为4天,花药一般在温暖而干燥的天气下开放,而当遇温度相对较低的阴雨天气时,单花花期可延长至7天。花药干瘪后,萼片开始萎蔫[12]
构树的雄花绽开,多在温暖晴朗和干燥的天气下进行,此时肉眼可观察到构树不时冒出的“白烟”——“白烟”实际上是雄性构树喷出的花粉,一般气候条件下很难发现,唯有在特定的温度湿度下,喷出的花粉才能形成明显的白色细烟。烟从花体中喷出,散播出去的花粉,借助风力,到达雌株雌花柱头,从而完成其传粉过程。采集雄花,在体视显微镜下观察,发现雄构树这种特殊的散粉机制,与花丝和花药的结构有关。雄花具有“爆破式”的花药,在雄花发育的初期,花丝和花药呈约60度夹角,被花被包裹住,花丝处在强张力下,当雄花开放时,花丝反转,同时花药开裂,借助张力,花粉被弹向空中,散粉后的花粉囊,则归为空瘪状[12]。雌花柱头细长柔软,表面有绒毛,其体积是子房的十余倍,利于其捕捉空中的花粉。这些构树花的形态和性状,使得构树具有较高的授粉率[1]
构树的果实成熟后,颜色红艳,容易吸引鸟类前来啄食,当构树的果实被吸引前来的鸟类取食了后,种子随鸟类的粪便,撒播至各地,在城市绿化带,建筑荒地、水边路旁、郊区荒地等处,均能见到构树初生树苗;在野生种群的内部,也能发现大量树苗,且均长势优良。构树广布的种群可以证明,其极为成功的自然繁殖,是使其种群扩大的重要原因[13]

成熟的钩树果实
构树也可以通过根生和茎生抽枝的方式,来实现种群更新。4年左右的构树,在大约2年的时间跨度内,通过自然抽枝的方式,每年能增加20~35棵新树苗[14]。在野生种群的内部,当一棵构树的主干顶端因遇不良情况而枯萎,或被人工折断时,在伤痕下的某个部位,便可能会生长出新的芽,并最终发育成新枝[13]

人工繁殖

构树可以通过播种育苗的有性繁殖的方法来人工繁殖,也可通过根蘖繁殖、扦[qiān]插繁殖、组织培养,来施以无性的人工繁殖。

有性繁殖

有性繁殖首先要进行前期准备。构树果实成熟后,选择健壮成年的构树,将红透的树果摘取后,除去外种皮等杂质,随后可将种子贮藏装袋,放置于阴凉、干燥、通风良好的地方保存,至第二年春季播种;之后选择面朝阳光,地势低平之处以备播种。整地之后,每亩土地可以酌情施加少量肥料[15]
其次是播种。构树的种植时机,最好选择在三月末。种前,应该把种子浸泡数个小时,随后晾干种子,之后用数倍于种子的沙子,将沙子和种子混合在一起,堆放于室内,以此来催芽,随后应当要不时注意其状态,使种子一直处于潮湿的状态。当观察发现种子已经有了少量的缝隙时,此时的种子便能用来播种。播种时,将种子撒入沟中,覆盖上土壤,使种子完全不可见,并随后应随时注意保持湿度[15]。此外,不同处理方式对构树的种子萌芽所产生的影响也有所不同。比如若以一定量1-萘乙酸处理,对构树种子发芽较好;浓硫酸处理后的种子,平均发芽时间会提前;光照处理后的种子,较遮光处理的种子的情况更好;另外处于30℃时,构树种子萌发率较高。因此,在生产中,应注意光照温度等条件对育苗的影响,同时还可用生长调节剂、浓硫酸,来对种子进行处理,以此来提高种子的发芽率[16]
最后是幼苗管理。当幼苗出齐后,要用细土及时进行培根护苗,并注意保持苗床湿润,适时松土除草。进入适生期可追施薄肥2~3次,并及时对过密过稀的苗床,进行间苗和补苗工作,保持苗床苗木均匀分布[15]

无性繁殖

根孽繁殖
构树的根系十分发达,根蘖能力很强。据相关栽培试验分析,4年左右的构树,通过根生的方式,每年能增加几十棵新树苗,其覆盖面可达到几百平方米。在幼株长高至1米左右时,即可选择移栽,移栽在冬季落叶后,或早春发芽前的时间进行[17]
扦插繁殖
构树的扦插繁殖,应选择母树中上部健康半木质化的当年生外枝,一般于5~6月扦插,插入深度为插穗长度的一半,插后及时浇水,使插穗与土壤密接[18],研究发现,可施以生根粉,其能显著增加构树扦插的成活率[16]
从野外采取健康枝条,进行无菌化操作,对外植体消毒处理,处理后接种在培养基上,出芽后,转移到增殖培养基上,丛芽生出后,切下进行生根培养,出瓶移栽[18]。通过构树组织培养的繁殖研究是较新的技术,相关繁殖研究,尤其是构树高效再生体系的建立和遗传转化方面的研究,仍处于探索阶段[17]

分类研究

构树在传统的分类系统中,如《中国植物志》,将其归于荨麻目,近年来也有学者借鉴分子系统学的成果,在新的APG III分类系统中,将其归于蔷薇目[19]
构树为构属下的植物,构树属在全世界范围内,共有5种下属植物,且其都位于亚洲东部和太平洋诸岛的范围内;在中国则有其中的4种(含变种),即构树(Broussonetia papyrifera (L.) Vent)、小构树(Broussonetia kazinoki Sieb.et Zucc.)、藤构Broussonetia kaempferi Sieb.var.australis Suzuki)、落叶花桑(Broussonetia kurzii (Hook.f) Comer.[1]。其中,前三者为构树组,后者为落叶花桑组。落叶花桑主要分布于云南南部西双版纳至蒙自红河海拔200~600米的热带季雨林中,构树组3种则在中国分布较为广泛,其中尤其以构树分布最为广泛[2]

功用价值

药用价值

传统中医认为,构树全株可入药,历代著名药典如《名医别录》《本草纲目》等,均有收录。其果实入药称“楮实子”,为常见中药,具有清肝明目等功效[20]。在中医中,有记载的用楮实子的方剂,就有约几十种,其中代表性方剂有楮实煎、楮实散、大还丹、寸金丹等,这些中药的方剂,楮实子为其中的主要药味[21]

中华传统药材“褚实子”
就现代生物化学分析而言,目前,已经从构树中鉴定出生物碱、香豆素木脂素、萜[tiē]、挥发油脂肪酸、酯[zhǐ]和氨基酸及其它多种化合物[22];构树的多种物质,具有抗血小板聚集、抑制芳香化酶抗氧化、抗菌、抗炎等活性[23]

造纸价值

构树的树皮纤维素含量高,纤维较长,纤维形态佳,易成浆,具有较高的制浆率,因而可以作为纤维加工业的优良素材,也可成为各种书画纸、礼品包装纸等高档纸型的主要原料[24]

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构树造纸过程(来源:彭南科)
在晚近的研究中,学者开始注重培育杂交构树,以期发挥构树更大的造纸价值。野生构树虽然生长分布广,具有强大的适生力,但无法完全满足工业原料的供应。要进行高效的工业生产,还必须解决生长速度、生产过程环保性、多抗性等诸多技术难题——杂交构树的优势,就在研究中逐步体现出来,构树的杂交研究也是近年来构树研究的重点方向之一。杂交构树具有速生、高密度栽培下产量高、多抗性和生态环保等优点,杂交构树这种超短轮伐期树种的开发利用,理论上将弥补中国造纸原料的不足,促进中国造纸工业的发展[25]

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一种杂交构树

食用价值

早在中国古代,就可得食用构树相关的记载。野生构树的花、叶以及果实均可食用。
构树果实中,含有大量的糖类蛋白质、氨基酸等物质,是一种值得开发利用的野生水果资源[26]
其果实经榨汁处理,在饮料、酿酒、酸奶、糕点、糖果、色素添加剂和保健品的加工,具有一定的市场前景[27]
著成于东汉末的《毛诗草木鸟兽虫鱼疏》内,即提到,“其叶初生可以为茹”,说明近两千年前的人民就已经知道,构树嫩叶是可以食用的[28]。如今,在食品加工上,构树叶的具有市场前景的应用,主要有做茶饮、榨汁、面条蛋糕、糕点以及营养粉等[27]
花主要是指构树的雄花序。对构树幼嫩的雄花序的成分解析后,结果显示,在100克脱水的雄花序中,含有约3毫克β-胡萝卜素,约267毫克维生素C,约9克粗脂肪,约58克总碳水化合物,约21克粗蛋白,约17克氨基酸总量。其中,人体必需的氨基酸含量达35.5%,营养成分较为丰富[28]。现今,构树雄花在食品加工应用上,主要涉及花茶、花蕊果冻、糕点等产品的开发[27]

饲用价值

构树树叶的粗蛋白含量,约为18-24%,理论上是很有发掘潜力的新饲料来源[29],构树还具有种植面积广、生物产量高、营养物质丰富等优点,其含有多种生物活性成分,具有提升畜禽机体免疫力和品质的功能,现实中,构叶在反刍动物、猪、家禽、家兔、水产动物、小鼠等生产中,均可以起到比较显著的优化作用[30]
当前,农业部已将其纳入饲料原料目录,及重点非粮蛋白饲料资源。在促进无抗养殖、降低养殖成本、缓解常规饲料短缺等方面,构树极具潜力和优势[31]

生态价值

构树的繁殖力强,生长速率快,侧根茁壮,萌蘖力强,可有力保护水土,对水库的保护作用良好。此外,构树对空气污染适应性强,对二氧化硫、氯气等有毒气体,拥有较强的清洁能力,因此尤可用于矿区工地等地域的绿化改造[11]。另外,构树的广泛成林,也可有效减少酸雨形成和相关的危害。构树还有吸附尘霾的功效,在城镇等尘害大的空间的存在,可以减轻空气污染、改善相关环境。最后,在荒漠荒滩种植构树林,可起到恢复生态环境的作用[15]

社会价值

杂交构树的推广,还在为中国的全面脱贫和贫困户增收提供助力。构树扶贫工程,2015年,即被国务院扶贫开发领导小组,列为了十大精准扶贫工程之一,也是十大精准扶贫工程里面,唯一一个关于农业的产业项目[5]
杂交构树的产业推广正在不断铺开。如河南省,至18年累计已种植构树3万余亩,达致了组培炼苗、大田种植、饲贮、深加工等一条关于构树的全产业链,带动两千余个贫困户,实现年户均增收八千元左右[32]
近年来,随着杂交构树的普及,中国的相关栽种规模,已经从2014年底的1.47万亩,发展到2018年的中国200多个贫困县,累计种植杂交构树67万亩,并帮助贫困人口16万余人逐步脱离贫困,为中国最终的全面脱贫全面小康做出了巨大的贡献[33]

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千亩杂交构树基地落户大悟高店乡,助力乡村振兴(来源:主持人付玮)

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构树杂交产业化:组培炼苗

物种危害

作为强势的本土物种,构树产生了各种巨大的价值。但由于繁殖力极强,构树在一些国家,反而成为了入侵物种,挤占本土植物的空间,造成了较为严重的危害。在美国,两千年初就已经有29个州能发现它的踪迹[34],在巴基斯坦,构树已经成为了最严重的入侵物种之一[35],在非洲的埃塞俄比亚加纳乌干达赞比亚[36],近年来也出现了它的身影。
作为风媒植物,构树单花花粉量较大,平均每个雄花序约含雄花两百余朵,而每朵雄花含花粉约数十万粒[12]。构树花粉是春季致敏性花粉的重要成员之一,易引发或加重哮喘、鼻炎呼吸道过敏性疾病,因而构树盛开的时节,可能会引起花粉易感人群的过敏[37]
此外,由于飞鸟传播种子,加之构树在任何缝隙都可生长,根系发达,生长迅速,构树也可能对古迹造成一定程度的破坏。以荆州古城墙为例,其作为重点保护历史文物,近年来,构树不断侵入了古城墙,对城墙保护,造成了一定程度的不良影响,相关研究证明,构树种群的迅速拓展,是其侵入古城墙的重要原因之一[38]

窜根能力十分强大