高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)黃花蒿品種選育及種子生產(chǎn)基地建設(shè)

向極釬，覃大吉，楊永康，曾凡忠，馬 進，鄒迎春，殷紅清，黃健民

(1.恩施清江生物工程有限公司，湖北，恩施 445000；2.湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心鄂西綜合試驗站，湖北，恩施 445000)

青蒿為菊科一年生草本植物黃花蒿(Artemisia annua L.)的全草，性味苦、辛、寒，歸肝、膽、腎經(jīng).功效清虛熱，除骨蒸，解暑，截虐，退黃.用于溫邪傷陰，夜熱早涼，陰虛發(fā)熱，骨蒸勞熱，瘧疾寒熱，濕熱黃疸[1].青蒿素(Artemisinin)是我國醫(yī)藥工作者1971年從菊科植物黃花蒿葉中提取分離到的一種具有過氧橋的倍半萜內(nèi)酯類化合物，是繼氯喹、乙胺嘧啶、伯喹和磺胺后最熱的抗素虐特效藥，尤其對腦型瘧疾和抗氯喹瘧疾具有速效和低毒的特點，已成為世界衛(wèi)生組織推薦的藥品[2].

20多年來，青蒿素主要依靠野生黃花蒿資源，但野生資源分布零散，青蒿素含量相當?shù)颓耶a(chǎn)量和品質(zhì)不穩(wěn)定，影響生產(chǎn)工藝和成本，近緣植物中未發(fā)現(xiàn)含有青蒿素[3,4].黃花蒿多生于海拔400 m以下的丘陵、平地，一般在村旁、路邊、山坡、曠野及溝邊較為常見[5].青蒿在我國從海拔50 m的沿海地帶至海拔 3 650 m的青藏高原均有分布.但除我國少數(shù)地區(qū)，世界絕大部分地區(qū)青蒿中青蒿素含量都很低(1‰以下).鐘國躍[4]等認為青蒿資源品質(zhì)具有顯著的生態(tài)地域性，并從植物生態(tài)學(xué)角度對華中地區(qū)中亞熱帶長綠闊葉林北部亞地區(qū)山峽武陵山地所屬的渝東南、鄂西、湘西及黔東北各地進行了青蒿的生態(tài)環(huán)境調(diào)查及青蒿素含量的測定，結(jié)果表明實驗區(qū)域內(nèi)青蒿的青蒿素含量普遍較高，這些區(qū)域的生態(tài)環(huán)境對青蒿中青蒿素成分的生物合成與轉(zhuǎn)化有利.恩施地處武陵山區(qū)腹地，不僅青蒿資源豐富，而且青蒿素含量較周邊地區(qū)的普遍較高.

青蒿素類藥品國際市場需求量的驟增，助推了國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)對黃花蒿野生資源的不正當競爭，導(dǎo)致對野生資源的掠奪性非正常采收，靠收購野生資源作原料，其數(shù)量與質(zhì)量已無法得到保障.優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的黃花蒿原料供應(yīng)成為制約我國青蒿素產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的瓶頸.

1 高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)黃花蒿品種選育

派生系統(tǒng)法與集團混合法[6]相結(jié)合，提前對野生資源進行類型的歸類比較，逐代進行單株選擇，中選單株混合(系統(tǒng)內(nèi))隔離(系統(tǒng)間)種植，加大選擇壓力和派生系統(tǒng)純合進度.通過派生系統(tǒng)分類(F1)、純合(F2-F4)、品比與高產(chǎn)栽培(F5，F(xiàn)6)選育出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的鄂青蒿1號品種.

1.1 資源征集(野生資源優(yōu)勢單株)

在武陵山區(qū)600～1 600 m海拔范圍內(nèi)進行黃花蒿野生資源考察，對各種類型的優(yōu)勢單株掛牌，種子成熟時作為資源類型對其種子進行收集，共獲得536個典型的野生優(yōu)勢單株的種子；

1.2 類型鑒定與篩選(F1)

對收集獲得的幾種主要類型黃花蒿野生資源單株的后代材料進行生物學(xué)、植物學(xué)特性鑒定，對各類型的典型單株掛牌(1 000株/類型)，每一單株的一半測產(chǎn)，另一半收獲種子，經(jīng)過單株性狀檢測后進行淘汰，選留250株形成優(yōu)勢明顯的派生系統(tǒng)類型；

1.3 派生系統(tǒng)類型的純合(F2-F4)

派生系統(tǒng)類型的純合階段，系統(tǒng)間隔離種植，系統(tǒng)內(nèi)中選單株混合種植，連續(xù)4代對類型的典型單株(1 000株/類型)掛牌，每一單株的一半測產(chǎn)，另一半收獲種子，經(jīng)過單株性狀檢測后進行淘汰，選留250株形成優(yōu)勢更強，純度更高的派生系統(tǒng)類型；

1.4 品種比較試驗(F5-F6)

經(jīng)過多代純合，各派生系統(tǒng)類型植株表現(xiàn)性狀純度穩(wěn)定一致后，在恩施州進行多年多點品種比較試驗，對各派生系統(tǒng)類型的穩(wěn)產(chǎn)性、高產(chǎn)性、抗逆性等進行鑒定；

1.5 高產(chǎn)栽培試驗(F6)

在進行區(qū)域品種比較試驗的同時，對排名第1位的QJSW-2(鄂青蒿1號的派生系統(tǒng)類型編號)派生系統(tǒng)類型的播期、密度、肥料、病蟲防治技術(shù)等進行研究；

1.6 品種審定與命名

1.6.1 品種審定 鄂青蒿1號[鄂審藥2007001]:株型為塔型，較緊湊；莖桿顏色白青色；葉為淡黃色、稀裂葉.株高180.0 cm，單株分枝數(shù)105個；生育期244 d,比恩施青蒿短4 d；畝產(chǎn)干青蒿葉280 kg左右，比對照恩施青蒿增產(chǎn).青蒿素(C15H22O5)含量1.07%.該品種畝產(chǎn)干青蒿葉280 kg左右，青蒿素含量為1.07%，適于恩施州1 200 m以下地區(qū)種植[7].

1.6.2 品種命名 青蒿素是我國學(xué)者在深入研究抗瘧中草藥的基礎(chǔ)上研究成功的抗瘧新藥，由于它是從中藥青蒿中分離提取的，故命名為青蒿素.在中醫(yī)臨床中，有若干種菊科艾屬植物均作為中藥青蒿來使用，其中只有一種命名為黃花蒿(ArtemisiaannuaL.)的植物才含有青蒿素，因此，青蒿素實際上是從植物黃花蒿中分離提取的.為此，也有人將之稱為黃花蒿素，其英譯名取漢語拼音qinghaosu，但在國際上目前多稱之為Artemisinin[8].因此，本課題選育的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)黃花蒿新品種被定名為鄂青蒿1號，是以其植株地上部分的重要用途為依據(jù)的[4,8].

2 《青蒿原種生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》制定

2.1 規(guī)程制定

以鄂青蒿1號為基礎(chǔ)品種材料和與重慶市酉陽縣、廣西壯族自治州北海市、湖南省龍山縣等主要青蒿種植地區(qū)的當?shù)厍噍锲贩N進行對比試驗，對青蒿葉和種子樣本采取產(chǎn)地自檢和集中對比檢測的方法，對青蒿原種生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程預(yù)設(shè)指標的科學(xué)性和合理性進行了驗證，共測試樣品195個，據(jù)此對原種生產(chǎn)預(yù)設(shè)指標進行校正.制定了農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T1781-2009.

2.2 技術(shù)參數(shù)

2.2.1 植株特征.原種生產(chǎn)單株選擇相關(guān)性狀必須符合原品種的三性、二型、二色、一期.

三性：典型性、一致性、豐產(chǎn)性；二型：株型和葉型；二色：莖色和葉色；一期：生育期.

2.2.2 生產(chǎn)條件 品種間空間自然隔離400 m以上，比較試驗小區(qū)間120目紗網(wǎng)隔離.株行距80 cm×100 cm，連續(xù)三代去雜去劣純合，雜株率≤5%.

2.2.3 種子加工 用40目網(wǎng)篩初選，用80目網(wǎng)篩精選.

2.2.4 種子檢驗 種子千粒重≥0.038 g，水分12%～13%，發(fā)芽率≥80%，凈度≥90%，純度≥90%.常溫條件下保質(zhì)期6個月[9-17].

3 原種生產(chǎn)基地建設(shè)與質(zhì)量控制

以鄂青蒿1號為基礎(chǔ)品種，在恩施市三岔鄉(xiāng)建立原種生產(chǎn)基地22.7 hm2,同時用行標的指標指導(dǎo)原種生產(chǎn)，保證了原種的規(guī)范化生產(chǎn)，年生產(chǎn)標準原種6 800 kg；將青蒿原料列入公司ISO質(zhì)量管理體系進行質(zhì)量管理，確保原料生產(chǎn)質(zhì)量的可追溯性；以合作聯(lián)辦方式進行生產(chǎn)基地建設(shè)，保證基地的相對穩(wěn)定，降低管理成本；以CP2010質(zhì)量標準檢驗提取產(chǎn)品青蒿素的質(zhì)量[18]，滿足國內(nèi)市場對產(chǎn)品的質(zhì)量要求，用HPLC檢驗方法檢驗提取產(chǎn)品質(zhì)量[8]，達到國際市場客戶的要求.

4 討論

4.1 育種方法

鄂青蒿1號新品種選育，采用“派生系統(tǒng)法和集團混合法”相結(jié)合的選擇方法，對青蒿植株類型進行定向篩選，對中選群體進行純化和性狀鑒定.該法的優(yōu)點是可以在較早世代針對遺傳力較強、可靠性較大的性狀進行選擇單株，掌握優(yōu)良材料；可減少因早代多次單株選擇的工作量，和過于嚴格選擇而丟掉一些優(yōu)良材料的弱點，能夠保留多樣化類型和高產(chǎn)材料，同時可以減輕在混合選擇過程中群體在自然選擇作用下某些性狀被削弱的程度，可根據(jù)早代檢測結(jié)果，集中精力在有希望的系統(tǒng)中，提高選擇效果，比單獨采用混合選擇法縮短育種年限.派生系統(tǒng)純合進度見表1.

表1 不同選育世代植株性狀純度、產(chǎn)量變異系數(shù)與青蒿素含量變化統(tǒng)計表

注：①植株葉色、葉型、莖色、株型等性狀通過多代派生系統(tǒng)定向選擇，其基因型純合度提高，滿足品種審定對植株性狀要求；②產(chǎn)量、青蒿素含量等目標性狀的基因型通過多代派生系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)混合種植，提高了優(yōu)質(zhì)基因頻率，保持了高度雜合性，有較強的雜種優(yōu)勢；③控制目標性狀的基因與控制植株外觀性狀的基因沒有連鎖遺傳的現(xiàn)象，因而，采用派生系統(tǒng)法與集團混合法進行篩選，即滿足了品種審定對純度的要求，又達到了保持高度雜種優(yōu)勢的目的.而且該品種總保持著持續(xù)改良的潛力.

4.2 品種特性

鄂青蒿1號新品種是一個控制表型性狀基因高度純合、而控制目標性狀(產(chǎn)量和青蒿素含量)基因高度雜合的派生系統(tǒng)群體，即保持了植株表型性狀純度(純度≥95%) ，又實現(xiàn)了群體的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，該品種同時還具備持續(xù)優(yōu)化和改良的潛力.

4.3 成果轉(zhuǎn)化

4.3.1 支撐國家項目實施 課題的實施支撐了科技部科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金項目《青蒿素生產(chǎn)新工藝》、湖北省科技興貿(mào)項目《手性催化合成蒿甲醚》、國家發(fā)展和改革委員會產(chǎn)業(yè)化項目《恩施州生物醫(yī)藥中間體青蒿素產(chǎn)業(yè)化出口項目》、商務(wù)部外經(jīng)貿(mào)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展促進資金項目《蒿甲醚產(chǎn)業(yè)化出口項目》的實施.

4.3.2 技術(shù)進步與產(chǎn)業(yè)升級 課題的實施為我國青蒿素產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展奠定了堅實的種源與原料技術(shù)基礎(chǔ)，從根本上推動了我國青蒿素及其衍生物產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)進步，促進產(chǎn)業(yè)升級.在湖北省少數(shù)民族地區(qū)創(chuàng)立了國家高新技術(shù)產(chǎn)品和中非新型戰(zhàn)略伙伴關(guān)系發(fā)展戰(zhàn)略物資生產(chǎn)基地.

[1] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典(2010年版1部)[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2010.

[2] Klayman D L．Qinghaosu(artemisinin):an antimalarial drug from China[J].Science,1985，may,31;228(4703):1 049-1 055.

[3] 鐘鳳林，陳和榮，陳敏.青蒿最佳采收時期、采收部位和干燥方式的實驗研究[J].中國中藥雜志,1997，22(7)：405-406.

[4] 鐘國躍,周華蓉,凌云,等．黃花蒿優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源的研究[J].中草藥,1998，29(4)：264.

[5] 陳定如，林伙，郭貴仲，等.黃花蒿的栽培[J].中草藥,1980，11(5)：227.

[6] 潘家駒.作物育種學(xué)總論[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社， 1992：56-68.

[7] 向極釬,覃大吉,楊永康，等.鄂青蒿1號品種選育[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(32) :14 050-14 051.

[8] 葉祖光.青蒿素類抗瘧藥研究二十年[J].國外醫(yī)學(xué)中醫(yī)中藥分冊,1995，17(5):3-6.

[9] 國家藥典委員會編.中華人民共和國藥典(2010年版2部)[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2010.

[10] GB/T3543.2-1995.農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程 扦樣[S].1986:1-11.

[11] GB/T3543.3-1995.農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程 凈度分析[S].1986：1-16.

[12] GB/T3543.4-1995.農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程 發(fā)芽試驗[S].1986：1-20.

[13] GB/T3543.5-1995.農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程 真實性和種子純度鑒定[S].1986：1-8.

[14] GB/T3543.6-1995.農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程 水分測定[S].1986：1-3.

[15] GB/T3543.7-1995.農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程 其它項目檢驗[S].1986：1-15.

[16] 中華人民共和國國家標準.GB6264-86中藥材袋運輸包裝材料[S].1986:1-16.

[17] GB6266-1986中藥材瓦欏紙箱運輸包裝件[S].1986:1-8.

[18] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典(2010年版2部)[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2010：420.