“中鈺半夏1號”新品種選育研究＊

王家祿，李西文＊＊，馮 雪，楊一零，陳士林

（1. 中國中醫(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)儭⒅委熚蔚榷喾N作用[2]。隨著呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率逐年上升，半夏國內(nèi)外市場需求日益增加。

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]。我國在上個世紀(jì)80年代開始半夏人工種植，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)模化生產(chǎn)，導(dǎo)致市場價格呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。半夏生產(chǎn)以農(nóng)村散戶種植為主，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。我國學(xué)者針對半夏豐產(chǎn)的相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行過較多研究，如遮蔭[5]、肥料[6-7]、異地引種[8-9]、資源評價[10]、合理密植[11]、一種多收[12]、無公害栽培[13]等，促進了高產(chǎn)和規(guī)范化種植。新品種選育近年來發(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”[14]塊莖淺紅皮、商品性好、抗逆性較強；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”[15]抗性強、球莖一致性好，但現(xiàn)有栽培品種在擴產(chǎn)和豐產(chǎn)性等方面有待加強，目前半夏增產(chǎn)仍存在局限性，市場供應(yīng)量不足。課題組在全國范圍收集了半夏種質(zhì)資源，通過田間評價提出不同表型半夏的品種選育方向[16]，重點開展選育繁殖系數(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)，采用集團化選育對半夏群體多代反復(fù)優(yōu)選，開展品比（小區(qū)）試驗和區(qū)域試驗，獲得了繁育系數(shù)高、豐產(chǎn)的半夏新品種“中鈺半夏1號”，可促進半夏規(guī)模化生產(chǎn)。

1 材料

自2004 年開始，全國范圍收集半夏種質(zhì)資源，建立資源圃并開展田間品比試驗。通過對收集的野生種質(zhì)和栽培品開展集團化選育與系統(tǒng)評價，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 年引種至湖北荊門后植株生長表現(xiàn)良好，性狀穩(wěn)定，繁殖系數(shù)高，作為選育的原始材料。對照品種為湖北荊門農(nóng)家種（荊門市及周圍地區(qū)農(nóng)家擴繁使用種源）。選擇單粒直徑1.0±0.2 cm、表皮完整、無破損、無病蟲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)、小葉葉長寬比為主要指標(biāo)，對繁殖系數(shù)高、復(fù)葉數(shù)多、桃葉型的半夏進行標(biāo)記，將入選群體單獨種植成株行并設(shè)對照。經(jīng)田間觀察，植株性狀表現(xiàn)整齊一致時，通過單株混收成優(yōu)良的群體，升級進入下一年的品系比較試驗并反復(fù)選擇，剔除異形株。2019年至2020年連續(xù)在京山市永隆鎮(zhèn)、鐘祥市豐樂鎮(zhèn)對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，畝施有機肥3000-5000 kg；各小區(qū)面積約100 m（2畦長28 m，寬1.2 m，畦高0.3 m）并設(shè)置保護行；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，點施及穴施有機肥或中藥材專用肥為主，其他田間管理同一般大田。半夏生長期間觀察田間表現(xiàn)，采收期測定小區(qū)產(chǎn)量并折合畝產(chǎn)，每個材料隨機收集塊莖樣品，按傳統(tǒng)方法干燥成藥材；總有機酸、水分、水溶性浸出物等含量測定參照藥典方法進行。

2.2 品比試驗

2019-2020 年連續(xù)2 年分別在京山市永隆鎮(zhèn)、鐘祥市豐樂鎮(zhèn)等地區(qū)開展二年多地品比試驗，對照為荊門農(nóng)家種（CK）。試驗采用2個品種3個重復(fù)隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)設(shè)計和田間栽培按照2.1 進行。對優(yōu)選后的DB-CL-03品系開展新品種“三性”（特異性、一致性和穩(wěn)定性）測試，觀察記錄珠芽期、出苗期、倒苗期的時間，全苗期測量葉片、葉柄、佛焰苞、頂珠芽的數(shù)量和質(zhì)量性狀；采收季計算畝產(chǎn)鮮重并測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

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開展二年多地區(qū)域試驗，對照為荊門農(nóng)家種（CK）。試驗采用2 個品種3 個重復(fù)的隨機區(qū)組設(shè)計，種植方法按照2.1 進行。采收期測產(chǎn)，并參照《中國藥典》（2015 版、2020 版）規(guī)定的方法測量藥材總有機酸含量、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”與對照的苗期植株形態(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”著生頂珠芽（對照無頂珠芽）、單株珠芽總數(shù)為6-12 粒（對照為1-5 粒），復(fù)葉數(shù)為2-6 枚（對照為1-3 枚），葉長葉寬比為2.8-4.9（對照為2.2-3.1），塊莖須根少而疏，粗細均勻（對照須根多而密，先端粗，末端細）。

3.2 品比試驗及新品種“三性測試”

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

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

表1 “中鈺半夏1號”及對照珠芽外觀性狀描述（,n=40）

表1 “中鈺半夏1號”及對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。

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圖1 “中鈺半夏1號”珠芽外觀

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

表2 “中鈺半夏1號”及對照地上部分性狀差異（, n=40）

表2 “中鈺半夏1號”及對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。

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圖2 “中鈺半夏1號”及對照苗期植株

采收期“中鈺半夏1 號”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，稍高于對照。“中鈺半夏 1 號”塊莖、珠芽主體顏色為褐色，對照為褐紅至褐色；“中鈺半夏1號”須根明顯少于對照。

一致性：新品種采用無性繁殖方式擴繁，一致性高（表3）。

表3 “中鈺半夏1號”一致性測試（, n=40）

表3 “中鈺半夏1號”一致性測試（, n=40）

注：同行不同字母表示差異顯著，P＜0.05。

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穩(wěn)定性：2019 年至 2020 年“中鈺半夏 1 號”在京山市、鐘祥市、畢節(jié)市等進行了多點試驗，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

兩年三地區(qū)域試驗結(jié)果顯示，“中鈺半夏1 號”平均畝產(chǎn)為291.47 kg，較對照增產(chǎn)44.38%（表4）。2020年“中鈺半夏1 號”增產(chǎn)系數(shù)為0.87，對照增產(chǎn)系數(shù)為0.27；2021 年“中鈺半夏 1 號”增產(chǎn)系數(shù)為0.74，對照增產(chǎn)系數(shù)為0.27。“中鈺半夏1 號”增產(chǎn)系數(shù)平均為0.81，顯著優(yōu)于對照。

表4 2020年至2021年三地區(qū)域試驗結(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”有機酸含量、水分、總灰分、水溶性浸出物等方面均優(yōu)于對照（表4）。“中鈺半夏 1 號”含量平均為0.38%，比對照提高15.2%，具顯著差異；“中鈺半夏1 號”的總灰分含量平均為3.86%，對照為3.99%，差異不顯著；“中鈺半夏1號”的水分含量平均為10.23%，對照為10.84%，差異不顯著；“中鈺半夏1 號”水溶性浸出物為12.10%，比對照提高69.42%，具顯著差異。“中鈺半夏1 號”藥材滿足藥典規(guī)定。

4 “中鈺半夏1號”繁育關(guān)鍵技術(shù)

該品種以半夏塊莖作為繁殖部位，采用無性繁殖技術(shù)保持種性，塊莖繁殖的主要技術(shù)要點有：秋季采收并篩選無外傷、無病害、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%。次年初春地溫達到5℃以上時播種，撒播，每畝用種100 kg，覆蓋細土3-4 cm。可根據(jù)外界溫度選擇覆蓋薄膜，膜邊緣用泥土封嚴。最適生長溫度15-25°C，約30 天，半夏植株達到全苗期，底珠芽超過地面1 cm時進行適當(dāng)培土。

擴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)置保護行（圖3）。地溫達到5℃以上時開始播種。地面下5 cm地溫為6℃左右時，播種蓋膜，溫度升到10℃以上即可揭開地膜。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肥約4 kg，最后覆一層土，鎮(zhèn)壓踩實。苗期應(yīng)保證充足水分，適時中耕。夏季避免積水導(dǎo)致半夏爛根，適時遮陰防止半夏倒苗。田間病蟲害采用預(yù)防為主、綜合防治的策略。連作不宜超過3年；施肥以腐熟的有機肥作底肥，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月中下旬進行采收。采收后半夏可根據(jù)實際種植者情況進行貯藏，可選擇衛(wèi)生干燥的塑料編織袋進行包裝、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)過長時間的自然演變，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]。通過在強光照射下半夏耐受力試驗比較，光照過強的南方地區(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”“鄂半夏2號”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，限制了半夏擴產(chǎn)和規(guī)模化生產(chǎn)，導(dǎo)致近二十年價格逐年增加。

綜合半夏表型研究和種質(zhì)評價，課題組朝著多復(fù)葉、雙珠芽、大珠芽的新品種選育方向開展工作。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、其著生珠芽長在土表層下無需二次覆土，有利于田間管理，珠芽的生物量累計也較大。品比和區(qū)域試驗結(jié)果表明，與對照相比“中鈺半夏1 號”滿足以上三點育種要求，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 月通過認定，正式命名為“中鈺半夏1 號”。經(jīng)區(qū)域試驗表明，“中鈺半夏1 號”增產(chǎn)達到80%，按照近五年鮮品的平均銷售價格，農(nóng)戶每畝凈收入可達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”的選育成功不僅有利于半夏擴產(chǎn)，也有利于農(nóng)戶增產(chǎn)增收。另外，盡管該新品種按照“三性”要求進行了區(qū)域試驗，規(guī)模化推廣尚在進行中，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一步試驗。

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“新開河1 號”。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)、抗病性強的“浙貝3 號”。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”。沈曉霞[23]等采用系統(tǒng)純化選育了產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性優(yōu)異的“浙術(shù)1號”。早期中藥材新品種選育取得了一定進展，但傳統(tǒng)育種周期較長，難以快速選育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的中藥材新品種。現(xiàn)代分子生物技術(shù)的發(fā)展對培育優(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。通過分析半夏轉(zhuǎn)錄組、蛋白組等，對優(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，為研究抗性機制提供了試驗依據(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)機制以指導(dǎo)田間對應(yīng)栽培措施，對保障穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。市場對半夏產(chǎn)量與質(zhì)量兼顧的需求日趨上升，“中鈺半夏1 號”的成功選育對半夏產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有推動作用。后續(xù)的工作需要加強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發(fā)奠定基礎(chǔ)。