蘇菲 黃作喜
摘 要:金線蓮是一種藥食同源的珍貴草本植物,針對其化學(xué)成分、藥理作用、臨床應(yīng)用等方面的研究很多,但對其快繁、栽培方面的綜述報道較少。該文在探討金線蓮植物學(xué)特征和生物學(xué)特性的基礎(chǔ)上,綜述了金線蓮組織培養(yǎng)及栽培技術(shù),包括培養(yǎng)基配制、無菌繁殖體系建立、增殖生根培養(yǎng)、培養(yǎng)條件控制、栽培園地建設(shè)、栽培基質(zhì)準備、管理與采收等,提出了今后金線蓮繁殖與栽培技術(shù)研究的重點方向,為金線蓮大規(guī)模人工種植提供參考。
關(guān)鍵詞:金線蓮;組織培養(yǎng);栽培技術(shù);研究進展
中圖分類號 S567.239文獻標識碼 A文章編號 1007-7731(2020)14-0032-04
金線蓮(Anoectochilus roxburghii(wal1.)Lind1.),又名金線蘭、金絲絨、金線入骨消等,是一種全草可入藥的蘭科開唇屬多年生珍稀草本植物。金線蓮化學(xué)成分種類豐富,主要含黃酮類、多糖、揮發(fā)油、甾體化合物等活性成分,具有滋陰降火、清熱解毒、消炎鎮(zhèn)痛等功效?,F(xiàn)代藥理研究表明,金線蓮對于降血糖、降血壓、護肝等有顯著療效[1]。由于金線蓮生長環(huán)境苛刻,且種子發(fā)育不完善,在自然狀態(tài)下極難萌發(fā),加上人們過度采挖,造成其野生資源日漸稀缺[2]。因此,為應(yīng)對市場供求失衡現(xiàn)狀,必須重視對金線蓮人工快速繁殖和栽培的研究。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上,重點分析討論了金線蓮組培繁殖、人工栽培各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)研究進展,并對金線蓮未來研究的重點方向提出展望,以期為金線蓮的大規(guī)模繁殖與栽培提供理論與技術(shù)依據(jù)。
1 金線蓮植物學(xué)特征和生物學(xué)特性
1.1 植物學(xué)特征 金線蓮是多年生草本藥用植物,株高8~20cm,地面有匍匐根狀莖,莖上具長短不等分節(jié),節(jié)上長有少數(shù)不分枝的根(有根毛)。葉片為前端較尖、后部較圓的互生葉,正面呈墨綠色,背面呈淺紫紅色,具金黃色或白色網(wǎng)狀葉脈??偁罨ㄐ蛞阑ㄐ蜉S自下而上排列,花黃色或乳白色。果實為蒴果。金線蓮野外資源在國內(nèi)主要分布在閩、臺、兩廣、云貴川、江浙等省,在國外主要分布于日本、印度等國。金線蓮?fù)ǔIL在低矮丘陵的林下溝谷區(qū)域,陳裕等[3]對金線蓮生長小環(huán)境的研究表明,通氣性良好、遮陰條件好、相對濕度大、土壤肥沃的地帶適宜金線蓮生長。
1.2 生物學(xué)特性 多種類型基質(zhì)(紅壤、黃壤、腐殖土、泥炭土等)適宜金線蓮的生長,微酸性條件下金線蓮更易生根。金線蓮對溫度有較好的適應(yīng)能力,耐低溫(1~5℃),較高溫度(>34℃)時葉片易失水卷曲[4]。金線蓮喜潮濕且排水性能良好的環(huán)境,積水會對根部造成嚴重損傷。金線蓮為中陰性植物,光飽和點低,光線過弱時易滋生霉菌;反之則抑制植株生長。吳榮哲等[5]對金線蓮馴化過程中植株生長量、生長速率等指標進行了測定比較,發(fā)現(xiàn)光強為50μmol/(m2·s)時馴化效果最優(yōu)。
2 金線蓮組培快繁技術(shù)
金線蓮種子的微小和結(jié)構(gòu)的不完整性都限制了其萌芽,在自然條件下需與某種菌根真菌共生,待其將胚細胞中淀粉轉(zhuǎn)化為果糖、蔗糖、多糖等可溶性糖時才能得以萌發(fā)[6],且萌發(fā)率極低。若采用分根或扦插繁殖,則耗時長且繁殖系數(shù)低[7],而且與藥材爭奪原料,因此目前大規(guī)模種植以組培繁殖為主。
2.1 外植體選擇 在金線蓮生長時期選擇長勢旺盛、根系發(fā)達、無病蟲害的健壯植株,通常剪取葉片、莖、不定芽等作為組織培養(yǎng)的外植體材料。剪取的外植體大小要適宜,選材部位一般為生長能力較強的幼嫩部位。馮亦平等[8]通過對外植體的篩選發(fā)現(xiàn),將莖段切成厚度為2mm的小片(即莖片)是組培快繁的最佳外植體,誘導(dǎo)率高(可達到70%)、誘導(dǎo)周期短(約30d)、愈傷組織質(zhì)優(yōu)。以1~2cm帶節(jié)莖段為外植體,可不經(jīng)愈傷組織階段直接誘導(dǎo)出不定芽,周期較短(20~40d),是多數(shù)研究者在研究組培快繁時的首選材料。以0.5cm2幼嫩葉片為外植體,即使通過大量試驗篩選出了最佳培養(yǎng)基,但誘導(dǎo)率極低(僅33.8%),且脫分化形成愈傷組織的周期較長(約90d)。因此,在規(guī)?;a(chǎn)中,葉片不宜作為快繁外植體的首選,與許晴等[9]的研究結(jié)果一致。但許晴等的研究結(jié)果還表明,不定芽誘導(dǎo)愈傷組織形成的概率最高(可達96.67%),分析其原因,可能是因為相較于葉片、莖等材料,不定芽的分生組織更發(fā)達,持續(xù)分裂能力更強。
2.2 外植體消毒 野外或田間取材的外植體通常都附著各種微生物和灰塵,因此對外植體消毒是不可或缺的環(huán)節(jié)。消毒不僅要達到殺滅微生物的效果,還要保證材料的生理活性。闞世超等[10]通過比較多種消毒方法對金線蓮啟動培養(yǎng)的影響,發(fā)現(xiàn)氯化汞濃度及其消毒時長是決定污染及褐變程度的關(guān)鍵。闞世超等認為,按以下流程清洗消毒的效果最佳:先用軟毛刷潔凈材料表面,放入罩有紗布的燒杯,流水沖洗30min左右,取出置于超凈工作臺,用75%酒精消毒30s,0.15%氯化汞溶液中振蕩消毒4min,最后用無菌水清洗至無處理液殘留即可。
2.3 無菌繁殖體系建立 將消毒后的外植體在超凈工作臺酒精燈火焰旁切成適宜大小。通常情況下,莖段切成2cm左右,葉片0.5cm2,再用消毒后冷卻的接種工具將其轉(zhuǎn)移到事先備好的培養(yǎng)基上。除以種子為外植體的情況外,組培快繁一般可歸為3種途徑:(1)以葉片、莖片、不定芽等為外植體脫分化產(chǎn)生愈傷組織,再誘導(dǎo)芽的分化和根的形成[11];(2)以莖段等為外植體,不經(jīng)愈傷組織階段直接誘導(dǎo)出不定芽[11];(3)一步成苗:以莖段等為外植體,在一定條件下直接培養(yǎng)得到達到移栽標準的完整植株,此過程無需轉(zhuǎn)瓶,污染率得到有效控制。誘導(dǎo)愈傷組織或不定芽的基本培養(yǎng)基,其添加物主要分為2種類型:植物生長調(diào)節(jié)劑和天然復(fù)合物。許晴等[9]通過設(shè)計3因素(NAA、BA、KT)3水平的正交試驗,極差分析得出:NAA是誘導(dǎo)不定芽產(chǎn)生愈傷組織的最關(guān)鍵激素,且最佳培養(yǎng)基為MS+0.5mg/L NAA+4.0mg/L BA+0.3mg/L KT。激動素KT能促進細胞分裂,可增強BA的使用效果,因此適量KT可明顯促進愈傷組織產(chǎn)生。楊清林等[12]對臺灣金線蓮叢生芽的誘導(dǎo)研究表明,最適宜的外植體部位是基部莖段,其次為中部莖段,頂芽在初期(30d)僅伸長生長而不進行叢芽分化,究其原因,可能是因為不同部位莖段受頂端優(yōu)勢的影響程度不同,即它們在接種前已存在內(nèi)源激素的差異。研究還表明,叢芽在無外源激素存在時仍可分化,但誘導(dǎo)倍數(shù)不及添加細胞分裂素的處理。以0.5mg/L為1個濃度梯度設(shè)置多個處理組合,起初6-BA誘導(dǎo)芽形成的數(shù)量隨著濃度遞增而升高,當其濃度達到2.0mg/L時,配合使用濃度為1.0mg/L的NAA,誘導(dǎo)倍數(shù)可達3倍之高,隨后當其濃度再增大,叢芽誘導(dǎo)數(shù)量明顯減少。汪佳秀[13]在組織培養(yǎng)試驗中篩選出一步成苗的最佳培養(yǎng)基為:MS培養(yǎng)基+10mg/L IBA、100g/L香蕉泥、2g/L活性炭、30g/L白糖、4.2g/L瓊脂粉,pH5.8。
2.4 增殖、生根培養(yǎng) 將莖段等外植體誘導(dǎo)出的成簇的叢生芽或愈傷組織分化出的不定芽,用鑷子分離,接入增殖培養(yǎng)基,利用增殖芽可進行生根培養(yǎng)。林秀蓮等[14]以莖段作為外植體,在其他成分(0.5mg/L NAA、25g/L蔗糖、6g/L 瓊脂)既定的MS培養(yǎng)基上探究了不同濃度梯度的BA及KT配合對不定芽增殖的影響,結(jié)果顯示:當BA濃度在1.5%~2.0%時,芽增殖率隨KT濃度增加而增加,綜合考慮芽增殖系數(shù)和植株健壯程度,認為添加2mg/L BA與1mg/L KT時叢芽增殖效果最優(yōu)。增殖后的芽苗仍較矮瘦,因此壯苗環(huán)節(jié)不可忽視,此后待種苗生根方可出瓶。有研究表明[15],高濃度的NAA有利于生根,配合一定濃度的6-BA長勢更佳,確定誘導(dǎo)生根的最優(yōu)培養(yǎng)基配方為MS+0.5mg/L 6-BA+2.0mg/L NAA+60g/L香蕉泥+0.1%活性炭。
2.5 培養(yǎng)條件 在金線蓮的組培微環(huán)境中,所采用光質(zhì)的類型和光照強度的大小尤為重要。周錦業(yè)等[16]研究了3種光質(zhì)(紅、綠、藍光)對金線蓮生長的影響,發(fā)現(xiàn)單色光不宜作為金線蓮的組培光源,紅、藍光混合或周期性交替照射適宜金線蓮生長。傳統(tǒng)光源(如日光燈、白熾燈)存在光譜廣、發(fā)熱量大等缺點,LED光源除可有效規(guī)避此類問題外,還具有提供不同光質(zhì)的能力,適合作為人工組培的光源。光強影響植物有機物的積累,以1000~1500lx為宜,每日光照時長控制在12h左右,組培室溫控制在21~25℃較為適宜[17]。
3 金線蓮栽培技術(shù)
金線蓮人工栽培模式主要有大棚栽培和林下仿野生栽培[18]。大棚栽培模式下,人為創(chuàng)造相對可控的栽培條件,全年可栽培,不受季節(jié)限制,且更方便管理和抵御不良因素的影響。林下仿野生栽培條件更接近野生狀態(tài),產(chǎn)品藥效成分的含量及比例、藥理活性的大小與野生金線蓮更相仿,因而品質(zhì)或許更佳。
3.1 大棚栽培技術(shù)
3.1.1 大棚搭建 大棚宜搭建在水源充足、林木茂盛且冬季避風(fēng)能力較強的山溝。若搭建溫室大棚,則通常選用抗風(fēng)能力較強的鋼架大棚,大棚南北走向,棚長25~30m、寬15~20m、高5~6m,肩高3~4m[19]。棚身依次拉蓋雙層黑色遮陽網(wǎng)和單層塑料薄膜,保證棚內(nèi)透光度冬春為40%~50%,4~10月可減少到30%~40%[20]。若條件允許,可添置空調(diào)、抽風(fēng)機等設(shè)備,便于靈活調(diào)控棚內(nèi)溫度、通風(fēng)等栽培條件[19]。根據(jù)栽培條件的差異,可以搭建簡易鋼架大棚或插地棚、竹棚等,通風(fēng)透氣、遮陰和水源清潔是主要的考慮因素。
3.1.2 栽培基質(zhì)選擇及配制 栽培金線蓮所用土壤須潔凈、肥沃、保水、透氣。李月芬等[20]研究表明:人工栽培定植基質(zhì)宜按沙性紅壤或黃壤土∶泥炭土或珍珠巖∶木糠=6∶3∶1的比例混合充分,定植時基質(zhì)剛好淺覆過根系即可。何荊洲等[21]以野生金線蓮為材料,研究不同栽培基質(zhì)對其馴化的影響,發(fā)現(xiàn)椰糠作為基質(zhì)栽培的效果最佳,與甘金佳等[22]的研究結(jié)果相吻合,分析認為椰糠屬于酸性基質(zhì),穩(wěn)定性高且透氣保水,因此宜作為基本基質(zhì)。
3.1.3 煉苗移栽種植 人工栽培金線蓮一般采用組培苗,組培苗在培養(yǎng)時處于理想環(huán)境,為適應(yīng)大棚環(huán)境,需進行出瓶前的煉苗,實現(xiàn)從異養(yǎng)到自養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。首先將金線蓮瓶苗置于培養(yǎng)室與室外通風(fēng)處,室內(nèi)溫度控制在15~25℃,采取3步煉苗法進行為期14d的處理(不開蓋3d、擰松4d、開蓋7d),使其逐步適應(yīng)外界環(huán)境,待其葉片舒展、生長健壯時即可出瓶[23]。苗木出瓶后需做好清洗及消毒工作,洗苗使用清水即可,注意洗凈附著于根部的培養(yǎng)基。采用0.5‰高錳酸鉀溶液全株消毒2min左右,洗凈殘留處理液,再以0.1%的植物氨基酸溶液處理約2min[17]。消毒后種苗按健壯度、大小分級,合理密植于提前備好的基質(zhì)中。按株行距2cm×5cm種植,每個種植托盤(25cm×45cm)移栽145株左右[24]。
3.1.4 移栽后管理 移栽后管理工作尤為繁雜,涉及多個方面,且重要性不容小覷,對苗木存活率有決定性作用。通過調(diào)節(jié)遮陽網(wǎng)將光照強度控制在5000~8000lx,溫度調(diào)控在25℃左右,夏天通過遮陽網(wǎng)、噴霧、通風(fēng)、抽風(fēng)機等方法降溫,避免溫度過高危害植株;冬天采取拉蓋雙層內(nèi)拱膜、添置加溫設(shè)備等措施保溫,防止溫度過低抑制金線蓮生長[25]。瓶苗移栽30d內(nèi),空氣相對濕度宜保持在85%左右,30d后可適當降低5%左右;栽培基質(zhì)含水量保持在50%為宜,天氣干旱時可早晚噴霧,雨水充沛時要及時排水。瓶苗移栽后需合理施肥,約15d后用氨基酸液體肥料1000倍液噴施1次,30d后用花寶或磷酸二氫鉀1000倍液每隔15d噴1次,采收前20d停止施肥[25]。熊飛[26]研究發(fā)現(xiàn),猝倒病和軟腐病為金線蓮大棚栽種的主要病害,主要防控措施包括選擇抗病品種、控制棚內(nèi)環(huán)境、做好土壤消毒和及時施藥防治。
3.1.5 采收 金線蓮種苗定植栽培120~180d后,若株高達10cm以上、具根2條以上、具葉5~6片、葉面積達6~9cm2、葉背呈紫紅色、葉面呈墨綠色且金黃脈網(wǎng)明顯時即可采收。采收時連根拔起,除去根部泥土,再用清水洗凈植株,置于塑料筐中控干水分后暴曬或烘干,制成干品[25]。
3.2 林下仿野生栽培技術(shù)
3.2.1 建園規(guī)劃 依據(jù)金線蓮喜好溫暖濕潤環(huán)境的生長習(xí)性,金線蓮林下仿野生栽培宜選坡度為20°~30°的緩坡建園,山林以郁閉度為75%的常綠闊葉林最佳,林下植被覆蓋度以40%較好,能為金線蓮營造通風(fēng)、涼爽、光照適宜的環(huán)境,附近還需有充足水源,如溪澗、瀑布等。為保證金線蓮順利越冬,所選栽培地區(qū)年平均氣溫須達到20℃左右。土壤酸堿度須呈弱酸性,優(yōu)選疏松透氣的森林腐殖土或風(fēng)化后的紅壤[27]。由于金線蓮易遭受蟲害及鳥害,栽培地點確定后,須對園地進行消毒和防護處理。消毒流程一般為:地面除草并焚燒枯枝落葉,殺滅蟲卵及病菌,再噴灑藥劑,翻土暴曬,處理殘留病菌。一般采取搭設(shè)攔網(wǎng)的方式防止鳥雀進入破壞。場地消毒完成后,根據(jù)地形條件劃分地塊,于林下沿等高線且順著坡度和地勢的地帶進行整畦,淺翻土壤7~8cm,設(shè)定適宜的畦高、畦長及畦寬。在園內(nèi)開辟寬約1m用于管理的小道,在園地外圍適當開鑿一些便于排水的梯狀竹節(jié)溝[28]。
3.2.2 栽培基質(zhì)選擇及配制 栽培基質(zhì)的優(yōu)劣是決定金線蓮林下栽培存活率的關(guān)鍵因素,基質(zhì)的組成及配比對金線蓮產(chǎn)量、品質(zhì)、有效藥用成分等皆有顯著影響。甘金佳等[29]進行了金線蓮林下栽培基質(zhì)的篩選試驗,發(fā)現(xiàn)呈弱酸性、富含有機質(zhì)且保水透氣良好的林下腐殖土最適合金線蓮生長,按腐殖土∶珍珠巖=2∶1混合的基質(zhì)成活率也較高,二者混合后的理化性質(zhì)接近腐殖土,但持水性有所下降,透氣性有所增加。朱小鵬[30]對林下栽培基質(zhì)進行了選擇研究,結(jié)果表明使用腐殖土、泥炭土、蛭石和樹皮這幾種基質(zhì)更利于金線蓮栽培成活,綜合考慮栽培成本和效果,選擇泥炭土和樹皮為最優(yōu)基質(zhì)組合,按泥炭土∶樹皮∶其他原料=14∶5∶1的比例混合使用,既能保持肥力,又能保持較好的持水性與透氣性。
3.2.3 種植與管理 金線蓮林下仿野生栽培一般選用煉苗后的組培苗,主要在冬末春初和夏末秋初開始種植,合理密植至關(guān)重要。牛歡等[31]通過設(shè)置不同林下種植密度對比研究,發(fā)現(xiàn)在林下種植密度為4cm(行距)×4cm(株距)時,林下栽培金線蓮的生物量和有效成分等各項指標達到最優(yōu)。定植時,用手指在基質(zhì)上挖一小洞放入種苗,將其根系理順埋入地表腐殖層中,種植深度只要滿足氣生根露出土層即可,最后輕輕按壓土層,澆水定根[27]。
林下種植的金線蓮生長要避免陽光直射,照射主要通過林間散光進行,按“三陽七陰”分配。林下栽培金線蓮不能直接通過控溫設(shè)備調(diào)節(jié)溫度,拉蓋遮陽網(wǎng)、適量澆水是調(diào)節(jié)溫度的有效途徑。金線蓮喜濕怕水,因此在種植前期需要做好保濕工作,盡量不澆水,天氣干燥時可適量澆水,若遇降雨天氣要及時遮蓋。金線蓮林下種植30d后便可開始施肥,最好施用農(nóng)家肥,可適當添加對葉片起保色作用的硫酸亞鐵。施肥后可噴灑適量清水,既可保持土壤濕度,又可避免葉片被肥料污染。金線蓮長勢旺盛的前期,追肥以14d為1個周期進行,保證充分的營養(yǎng)供給。林下仿野生栽培的金線蓮極易受到蝸牛、蚜蟲及紅蜘蛛的侵害,可在栽培園地周圍設(shè)置防蟲網(wǎng),并輔以人工捕殺,如可用富含汁液的白菜葉等覆蓋栽培床,誘捕蝸牛和紅蜘蛛。金線蓮在炎熱的夏季易發(fā)生猝倒癥狀,此時應(yīng)立即拔除病株,并噴灑殺菌藥劑[32]。為避免林下栽培的金線蓮受凍,可在霜凍前利用林間落葉或人工安插帶葉樹枝對金線蓮進行保護性遮蓋,待立春天氣回暖后人工清除枯葉[33]。
3.2.4 采收 牛歡等[31]研究發(fā)現(xiàn),于不同時期收獲的金線蓮在產(chǎn)量及品質(zhì)方面存在較明顯差異,移栽180d后采收,金線蓮株高、鮮重、藥效成分等各項指標達到最佳。于晴天采收金線蓮,主要收獲方法分為全采和留根采(全采是指將金線蓮植株連根拔起的采收方式,留根采是指割莖留根再生的采收方式[27])。之后將植株用清水洗凈,于塑料筐中瀝干水分,暴曬或烘干殺青,盡量保持其原有色彩,可用真空包裝保存[34]。
4 展望
4.1 研究重點 金線蓮的組培繁殖具有重要經(jīng)濟價值和環(huán)境保護意義[11]。組織培養(yǎng)繁育種苗是解決金線蓮市場供求失衡的有效途徑,同時可緩解金線蓮野生資源所面臨的開采壓力,保護生態(tài)環(huán)境。但金線蓮的組培快繁技術(shù)在取得顯著突破的同時也存在一些亟待解決的問題:(1)研究者更側(cè)重對金線蓮最優(yōu)培養(yǎng)基配方的探究和最佳外植體的篩選,而對金線蓮最適培養(yǎng)條件的研究不夠深入;(2)目前金線蓮主要以不定芽、原球莖為外植體,存在繁殖周期長、穩(wěn)定性差、整齊度低等問題,為攻克此類問題,研究者應(yīng)致力于提高種苗品質(zhì)、獲得優(yōu)良無性母苗的研究,這將是未來解決實際生產(chǎn)問題的重點之一。為此,需要在金線蓮組培行業(yè)內(nèi)建立有關(guān)組培條件和母苗質(zhì)量的統(tǒng)一標準,確保金線蓮組培種苗質(zhì)量 [11]。
4.2 發(fā)展方向 金線蓮的大棚栽培和林下仿野生栽培統(tǒng)稱為田間栽培,其栽培過程中,從種苗下種到收獲需120~180d,但生長量卻有限,如高生長僅8~12cm。黃作喜等[35]研究發(fā)現(xiàn),于培養(yǎng)瓶內(nèi),以合適的有機附加物替代激素直接培養(yǎng)金線蓮,經(jīng)90~120d生長可達到田間栽培的產(chǎn)量,節(jié)省了田間栽培的人力和大量農(nóng)資,且不受季節(jié)氣候的限制。所以,金線蓮無激素容器化栽培可能是未來的重點發(fā)展方向。此外,相關(guān)研究表明,金線蓮組培苗經(jīng)煉苗后于林下栽培成活率較高,能否擴大其栽培規(guī)?;驀L試家庭種植也是值得探索的重要內(nèi)容[14]。
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(責(zé)編:徐世紅)