“中鈺半夏1號(hào)”新品種選育研究＊

王家祿，李西文＊＊，馮 雪，楊一零，陳士林

（1. 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所 北京 100800；2. 武漢九州鈺民醫(yī)藥科技有限公司 武漢 430074）

半夏Pinellia ternata(Thunb.) Breit.又名地文、守田等，為天南星科半夏屬多年生草本植物，具有燥濕化痰、降逆止嘔的功效，現(xiàn)栽培區(qū)域主要分布于甘肅、貴州、湖北、山東、四川等省區(qū)[1]。半夏臨床應(yīng)用歷史悠久，《傷寒雜病論》記載含半夏方劑42 例，藥理學(xué)研究中半夏及其炮制品具有抗病毒、抗?jié)?、治療矽肺等多種作用[2]。隨著呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率逐年上升，半夏國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求日益增加。

半夏喜蔭，常野生于草坡、荒地、玉米地、田邊或疏林下，農(nóng)業(yè)上視為旱地中的雜草之一。隨著生態(tài)環(huán)境破壞以及除草劑的使用，野生半夏資源逐年減少[3]。我國(guó)在上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始半夏人工種植，由于染色體結(jié)構(gòu)變異，種子敗育率高[4]，目前半夏以無(wú)性繁殖為主，但因繁育系數(shù)低，栽培的種源成本較高，影響了規(guī)?；a(chǎn)，導(dǎo)致市場(chǎng)價(jià)格呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。半夏生產(chǎn)以農(nóng)村散戶(hù)種植為主，管理粗放，面臨生產(chǎn)技術(shù)落后、缺乏優(yōu)質(zhì)品種等瓶頸。我國(guó)學(xué)者針對(duì)半夏豐產(chǎn)的相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行過(guò)較多研究，如遮蔭[5]、肥料[6-7]、異地引種[8-9]、資源評(píng)價(jià)[10]、合理密植[11]、一種多收[12]、無(wú)公害栽培[13]等，促進(jìn)了高產(chǎn)和規(guī)范化種植。新品種選育近年來(lái)發(fā)展較快，湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中藥材研究所選育的“鄂半夏2 號(hào)”[14]塊莖淺紅皮、商品性好、抗逆性較強(qiáng)；貴州省畢節(jié)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育的“赫麻芓1號(hào)”[15]抗性強(qiáng)、球莖一致性好，但現(xiàn)有栽培品種在擴(kuò)產(chǎn)和豐產(chǎn)性等方面有待加強(qiáng)，目前半夏增產(chǎn)仍存在局限性，市場(chǎng)供應(yīng)量不足。課題組在全國(guó)范圍收集了半夏種質(zhì)資源，通過(guò)田間評(píng)價(jià)提出不同表型半夏的品種選育方向[16]，重點(diǎn)開(kāi)展選育繁殖系數(shù)高的半夏品種。本研究以選育半夏著生雙珠芽、多復(fù)葉數(shù)為主要目標(biāo)，采用集團(tuán)化選育對(duì)半夏群體多代反復(fù)優(yōu)選，開(kāi)展品比（小區(qū)）試驗(yàn)和區(qū)域試驗(yàn)，獲得了繁育系數(shù)高、豐產(chǎn)的半夏新品種“中鈺半夏1號(hào)”，可促進(jìn)半夏規(guī)?；a(chǎn)。

1 材料

自2004 年開(kāi)始，全國(guó)范圍收集半夏種質(zhì)資源，建立資源圃并開(kāi)展田間品比試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)收集的野生種質(zhì)和栽培品開(kāi)展集團(tuán)化選育與系統(tǒng)評(píng)價(jià)，從貴州農(nóng)家品種中篩選到雙珠芽、多復(fù)葉的優(yōu)良穩(wěn)定品系DBCL-03。2019 年引種至湖北荊門(mén)后植株生長(zhǎng)表現(xiàn)良好，性狀穩(wěn)定，繁殖系數(shù)高，作為選育的原始材料。對(duì)照品種為湖北荊門(mén)農(nóng)家種（荊門(mén)市及周?chē)貐^(qū)農(nóng)家擴(kuò)繁使用種源）。選擇單粒直徑1.0±0.2 cm、表皮完整、無(wú)破損、無(wú)病蟲(chóng)害的塊莖及珠芽作種用。

2 方法

2.1 選育

以半夏單株繁殖系數(shù)、復(fù)葉數(shù)、小葉葉長(zhǎng)寬比為主要指標(biāo)，對(duì)繁殖系數(shù)高、復(fù)葉數(shù)多、桃葉型的半夏進(jìn)行標(biāo)記，將入選群體單獨(dú)種植成株行并設(shè)對(duì)照。經(jīng)田間觀察，植株性狀表現(xiàn)整齊一致時(shí)，通過(guò)單株混收成優(yōu)良的群體，升級(jí)進(jìn)入下一年的品系比較試驗(yàn)并反復(fù)選擇，剔除異形株。2019年至2020年連續(xù)在京山市永隆鎮(zhèn)、鐘祥市豐樂(lè)鎮(zhèn)對(duì)DB-CL-03 選育。采用半夏規(guī)范化種植方法[17]，土地深耕20-30 cm，畝施有機(jī)肥3000-5000 kg；各小區(qū)面積約100 m（2畦長(zhǎng)28 m，寬1.2 m，畦高0.3 m）并設(shè)置保護(hù)行；株距4 cm，行距25 cm，種源用量100 kg/畝，撒播后覆土3-4 cm。追肥1-2次，點(diǎn)施及穴施有機(jī)肥或中藥材專(zhuān)用肥為主，其他田間管理同一般大田。半夏生長(zhǎng)期間觀察田間表現(xiàn)，采收期測(cè)定小區(qū)產(chǎn)量并折合畝產(chǎn)，每個(gè)材料隨機(jī)收集塊莖樣品，按傳統(tǒng)方法干燥成藥材；總有機(jī)酸、水分、水溶性浸出物等含量測(cè)定參照藥典方法進(jìn)行。

2.2 品比試驗(yàn)

2019-2020 年連續(xù)2 年分別在京山市永隆鎮(zhèn)、鐘祥市豐樂(lè)鎮(zhèn)等地區(qū)開(kāi)展二年多地品比試驗(yàn)，對(duì)照為荊門(mén)農(nóng)家種（CK）。試驗(yàn)采用2個(gè)品種3個(gè)重復(fù)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)設(shè)計(jì)和田間栽培按照2.1 進(jìn)行。對(duì)優(yōu)選后的DB-CL-03品系開(kāi)展新品種“三性”（特異性、一致性和穩(wěn)定性）測(cè)試，觀察記錄珠芽期、出苗期、倒苗期的時(shí)間，全苗期測(cè)量葉片、葉柄、佛焰苞、頂珠芽的數(shù)量和質(zhì)量性狀；采收季計(jì)算畝產(chǎn)鮮重并測(cè)量塊莖和珠芽直徑等產(chǎn)量關(guān)聯(lián)性狀。

2.3 區(qū)域試驗(yàn)

2020-2021 年連續(xù)2 年分別在京山市新河口村、鐘祥市杜湖村、鐘祥市前馬家?guī)X開(kāi)展二年多地區(qū)域試驗(yàn)，對(duì)照為荊門(mén)農(nóng)家種（CK）。試驗(yàn)采用2 個(gè)品種3 個(gè)重復(fù)的隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，種植方法按照2.1 進(jìn)行。采收期測(cè)產(chǎn)，并參照《中國(guó)藥典》（2015 版、2020 版）規(guī)定的方法測(cè)量藥材總有機(jī)酸含量、總灰分、水分、水溶性浸出物等。

3 結(jié)果與分析

3.1 新品種特征

“中鈺半夏1號(hào)”與對(duì)照的苗期植株形態(tài)特征和倒苗期塊莖、珠芽特征存在顯著區(qū)別：“中鈺半夏1號(hào)”著生頂珠芽（對(duì)照無(wú)頂珠芽）、單株珠芽總數(shù)為6-12 粒（對(duì)照為1-5 粒），復(fù)葉數(shù)為2-6 枚（對(duì)照為1-3 枚），葉長(zhǎng)葉寬比為2.8-4.9（對(duì)照為2.2-3.1），塊莖須根少而疏，粗細(xì)均勻（對(duì)照須根多而密，先端粗，末端細(xì)）。

3.2 品比試驗(yàn)及新品種“三性測(cè)試”

農(nóng)藝性狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，新品種與對(duì)照相比物候期存在差異，“中鈺半夏1 號(hào)”出苗較早、枯苗較早，一般在種植后20 d后開(kāi)始出苗，比對(duì)照提前10 d，從出苗至倒苗生育期全長(zhǎng)65～75 d。對(duì)照種植后30 d 進(jìn)入出苗期，出苗后至倒苗發(fā)育期全長(zhǎng)80～90 d，枯苗較晚。品比試驗(yàn)表明“中鈺半夏1 號(hào)”生育期較早，生育時(shí)間短，具備良好翻茬的潛力。

“中鈺半夏1 號(hào)”新品種三性測(cè)試滿(mǎn)足申報(bào)要求，特異性表現(xiàn)為：具頂珠芽，其表皮呈棕色至墨綠色，對(duì)照不著生頂珠芽?！爸锈暟胂? 號(hào)”和對(duì)照均具有底珠芽，其中“中鈺半夏1號(hào)”的底珠芽多位于地表下，且規(guī)格均一性較為顯著；對(duì)照的底珠芽地上或地下均有，珠芽大小差異較大見(jiàn)圖1和表1。

表1 “中鈺半夏1號(hào)”及對(duì)照珠芽外觀性狀描述（,n=40）

表1 “中鈺半夏1號(hào)”及對(duì)照珠芽外觀性狀描述（,n=40）

注：同行不同字母表示差異顯著，P＜0.05。

images/BZ_159_1285_1341_2285_1740.png

圖1 “中鈺半夏1號(hào)”珠芽外觀

全苗期“中鈺半夏1號(hào)”具雙珠芽，其復(fù)葉數(shù)、總珠芽數(shù)明顯多于對(duì)照（圖2）。佛焰苞苞片及附屬器偏深綠紫色，對(duì)照佛焰苞呈綠色（表2）。

表2 “中鈺半夏1號(hào)”及對(duì)照地上部分性狀差異（, n=40）

表2 “中鈺半夏1號(hào)”及對(duì)照地上部分性狀差異（, n=40）

注：同行不同字母表示差異顯著，P＜0.05。

images/BZ_160_196_1300_1196_1642.png

圖2 “中鈺半夏1號(hào)”及對(duì)照苗期植株

采收期“中鈺半夏1 號(hào)”頂珠芽鮮重平均為0.24±0.11 g；底珠芽鮮重平均為0.91±0.54 g；塊莖重量平均為 4.18±1.47 g，稍高于對(duì)照?！爸锈暟胂?1 號(hào)”塊莖、珠芽主體顏色為褐色，對(duì)照為褐紅至褐色；“中鈺半夏1號(hào)”須根明顯少于對(duì)照。

一致性：新品種采用無(wú)性繁殖方式擴(kuò)繁，一致性高（表3）。

表3 “中鈺半夏1號(hào)”一致性測(cè)試（, n=40）

表3 “中鈺半夏1號(hào)”一致性測(cè)試（, n=40）

注：同行不同字母表示差異顯著，P＜0.05。

images/BZ_161_196_396_1196_852.png

穩(wěn)定性：2019 年至 2020 年“中鈺半夏 1 號(hào)”在京山市、鐘祥市、畢節(jié)市等進(jìn)行了多點(diǎn)試驗(yàn)，每年兩茬共四代，植株特異性性狀表現(xiàn)穩(wěn)定，繁殖系數(shù)均較高。

3.3 區(qū)域試驗(yàn)

兩年三地區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果顯示，“中鈺半夏1 號(hào)”平均畝產(chǎn)為291.47 kg，較對(duì)照增產(chǎn)44.38%（表4）。2020年“中鈺半夏1 號(hào)”增產(chǎn)系數(shù)為0.87，對(duì)照增產(chǎn)系數(shù)為0.27；2021 年“中鈺半夏 1 號(hào)”增產(chǎn)系數(shù)為0.74，對(duì)照增產(chǎn)系數(shù)為0.27?！爸锈暟胂? 號(hào)”增產(chǎn)系數(shù)平均為0.81，顯著優(yōu)于對(duì)照。

表4 2020年至2021年三地區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果分析

3.4 品質(zhì)性狀

藥材品質(zhì)結(jié)果顯示，“中鈺半夏1號(hào)”有機(jī)酸含量、水分、總灰分、水溶性浸出物等方面均優(yōu)于對(duì)照（表4）?！爸锈暟胂?1 號(hào)”含量平均為0.38%，比對(duì)照提高15.2%，具顯著差異；“中鈺半夏1 號(hào)”的總灰分含量平均為3.86%，對(duì)照為3.99%，差異不顯著；“中鈺半夏1號(hào)”的水分含量平均為10.23%，對(duì)照為10.84%，差異不顯著；“中鈺半夏1 號(hào)”水溶性浸出物為12.10%，比對(duì)照提高69.42%，具顯著差異?！爸锈暟胂? 號(hào)”藥材滿(mǎn)足藥典規(guī)定。

4 “中鈺半夏1號(hào)”繁育關(guān)鍵技術(shù)

該品種以半夏塊莖作為繁殖部位，采用無(wú)性繁殖技術(shù)保持種性，塊莖繁殖的主要技術(shù)要點(diǎn)有：秋季采收并篩選無(wú)外傷、無(wú)病害、直徑為1.0-1.5 cm 的健康塊莖，沙藏于地窖或裝木箱室內(nèi)保存，環(huán)境溫度保持2-7℃，沙土濕度小于12%。次年初春地溫達(dá)到5℃以上時(shí)播種，撒播，每畝用種100 kg，覆蓋細(xì)土3-4 cm?？筛鶕?jù)外界溫度選擇覆蓋薄膜，膜邊緣用泥土封嚴(yán)。最適生長(zhǎng)溫度15-25°C，約30 天，半夏植株達(dá)到全苗期，底珠芽超過(guò)地面1 cm時(shí)進(jìn)行適當(dāng)培土。

擴(kuò)繁獲得大量半夏珠芽，篩選出直徑8-12 mm 的半夏珠芽作為下一代繁殖材料，使用常規(guī)方法進(jìn)行田間管理。在保證隔離區(qū)的前提下，選擇土層深厚肥沃，排灌方便，砂質(zhì)疏松，pH 值低于7.4 的種植地。小區(qū)內(nèi)離坡地3 m 范圍內(nèi)設(shè)置保護(hù)行（圖3）。地溫達(dá)到5℃以上時(shí)開(kāi)始播種。地面下5 cm地溫為6℃左右時(shí)，播種蓋膜，溫度升到10℃以上即可揭開(kāi)地膜。下種后即可蓋肥，厚度約2 cm，即除去溝行后每平方米施腐熟的有機(jī)肥約4 kg，最后覆一層土，鎮(zhèn)壓踩實(shí)。苗期應(yīng)保證充足水分，適時(shí)中耕。夏季避免積水導(dǎo)致半夏爛根，適時(shí)遮陰防止半夏倒苗。田間病蟲(chóng)害采用預(yù)防為主、綜合防治的策略。連作不宜超過(guò)3年；施肥以腐熟的有機(jī)肥作底肥，生物肥作追肥，禁止把帶有大量病菌的未腐熟的農(nóng)家肥直接施入田中，禁止使用大量化肥。盡量避免使用除草劑、殺蟲(chóng)劑和殺菌劑等化學(xué)農(nóng)藥；不使用禁限用農(nóng)藥。10月中下旬進(jìn)行采收。采收后半夏可根據(jù)實(shí)際種植者情況進(jìn)行貯藏，可選擇衛(wèi)生干燥的塑料編織袋進(jìn)行包裝、選擇半夏與干燥粗沙交替堆疊的箱式包裝、半夏與細(xì)沙土混合的方式室內(nèi)堆放等方法，均需要保持環(huán)境空氣流通正常、氣溫恒定在2-7 ℃、防蟲(chóng)蛀，定期檢查包裝、防止霉變。

圖3 繁育栽培小區(qū)種植示意圖

5 討論

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的自然演變，半夏出現(xiàn)葉型、珠芽著生位置等多種基因表型，為新品種選育提供了充分的育種材料。有學(xué)者參照半夏復(fù)葉的小葉葉長(zhǎng)寬比將半夏群體劃分為芍藥葉型（2.7:1）、桃葉型（4.2:1）、竹葉型（7:1）[18]等類(lèi)型。研究結(jié)果顯示，不同葉型半夏間塊莖中總生物堿及總有機(jī)酸含量存在差異，均以竹葉型最高，其次為芍藥葉型和桃葉型[19]。通過(guò)在強(qiáng)光照射下半夏耐受力試驗(yàn)比較，光照過(guò)強(qiáng)的南方地區(qū)適宜選種柳形葉半夏，中部和北部地區(qū)推廣中選用桃形葉半夏。湖北省先后以桃葉型半夏擇優(yōu)選育成“鄂半夏1號(hào)”“鄂半夏2號(hào)”應(yīng)用于大田栽培，產(chǎn)量有明顯提升，但新品種的繁殖系數(shù)仍然較低，限制了半夏擴(kuò)產(chǎn)和規(guī)?；a(chǎn)，導(dǎo)致近二十年價(jià)格逐年增加。

綜合半夏表型研究和種質(zhì)評(píng)價(jià)，課題組朝著多復(fù)葉、雙珠芽、大珠芽的新品種選育方向開(kāi)展工作。復(fù)葉多、雙珠芽均可以提高半夏的繁殖系數(shù)；葉柄著生珠芽體積大，平均單珠重則顯著提高；葉柄含水量高、其著生珠芽長(zhǎng)在土表層下無(wú)需二次覆土，有利于田間管理，珠芽的生物量累計(jì)也較大。品比和區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照相比“中鈺半夏1 號(hào)”滿(mǎn)足以上三點(diǎn)育種要求，該品系群體表現(xiàn)型一致，特性穩(wěn)定遺傳。該新品種于2021 年10 月通過(guò)認(rèn)定，正式命名為“中鈺半夏1 號(hào)”。經(jīng)區(qū)域試驗(yàn)表明，“中鈺半夏1 號(hào)”增產(chǎn)達(dá)到80%，按照近五年鮮品的平均銷(xiāo)售價(jià)格，農(nóng)戶(hù)每畝凈收入可達(dá)4000 元，如考慮去掉土地和人工成本，畝收益也是玉米等農(nóng)作物的2 倍以上。“中鈺半夏1 號(hào)”的選育成功不僅有利于半夏擴(kuò)產(chǎn)，也有利于農(nóng)戶(hù)增產(chǎn)增收。另外，盡管該新品種按照“三性”要求進(jìn)行了區(qū)域試驗(yàn)，規(guī)模化推廣尚在進(jìn)行中，以及是否適合在甘肅、貴州、山西等其它產(chǎn)區(qū)作為良種廣泛引種也需要進(jìn)一步試驗(yàn)。

目前中藥材新品種選育以傳統(tǒng)育種技術(shù)為主，如李學(xué)軍[20]等采用系統(tǒng)選育法培育出人參皂苷含量高、抗黑斑病、高產(chǎn)的“新開(kāi)河1 號(hào)”。江建銘[21]等從浙貝母地方種多籽貝母變異株中優(yōu)選，經(jīng)系統(tǒng)選育法培育出豐產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)、抗病性強(qiáng)的“浙貝3 號(hào)”。張博勇[22]等經(jīng)混合選擇和群體改良選出了豐產(chǎn)、適應(yīng)性良好的“魯梗2 號(hào)”。沈曉霞[23]等采用系統(tǒng)純化選育了產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性?xún)?yōu)異的“浙術(shù)1號(hào)”。早期中藥材新品種選育取得了一定進(jìn)展，但傳統(tǒng)育種周期較長(zhǎng)，難以快速選育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的中藥材新品種?，F(xiàn)代分子生物技術(shù)的發(fā)展對(duì)培育優(yōu)質(zhì)中藥材具有重要作用，本草基因組學(xué)[24]輔助新品種選育已取得一定成果，如抗根腐病的三七[25]、高含油量的紫蘇品種[26]，高青蒿素含量的黃花蒿品種[27]，高大麻二酚的大麻品種[28]等。通過(guò)生物信息技術(shù)獲得大量遺傳信息，挖掘中藥材抗性基因、藥效成分合成相關(guān)基因，有利于指導(dǎo)品種純化和特征性鑒定，加快育種進(jìn)程。

半夏新品種選育起步較晚，目前以傳統(tǒng)選育為主，育種效率低。通過(guò)分析半夏轉(zhuǎn)錄組、蛋白組等，對(duì)優(yōu)質(zhì)基因提供標(biāo)記，輔助新品種選育，如Zhang[29]等分析了半夏塊莖參與苯甲酸和麻黃堿生物合成的候選基因，為半夏優(yōu)質(zhì)基因篩選提供分子基礎(chǔ)。Ma[30]等通過(guò)轉(zhuǎn)錄組分析篩選半夏中響應(yīng)短期熱脅迫的相關(guān)基因，可輔助選育抗高溫半夏新品種，為研究抗性機(jī)制提供了試驗(yàn)依據(jù)。在全球氣溫升高的大背景下，研究半夏高溫脅迫下的生理生態(tài)學(xué)機(jī)制以指導(dǎo)田間對(duì)應(yīng)栽培措施，對(duì)保障穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。市場(chǎng)對(duì)半夏產(chǎn)量與質(zhì)量兼顧的需求日趨上升，“中鈺半夏1 號(hào)”的成功選育對(duì)半夏產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有推動(dòng)作用。后續(xù)的工作需要加強(qiáng)生物和非生物脅迫的抗性及提高有效成分含量的研究[31]，實(shí)現(xiàn)分子標(biāo)記與優(yōu)良性狀的連鎖，為半夏新品種的深度選育及合理開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。