藥用植物穿心蓮種質資源、育種及栽培研究進展

陳東亮 鐘楚 林陽

摘要：穿心蓮是一種重要的藥用植物，全株可入藥，具有清熱解毒、涼血、消腫等功效。近年來，市場對穿心蓮需求量大幅增長，而遺傳背景單一、地理分布狹窄及野生種質資源生境的破壞限制了穿心蓮種質多樣性，致使優良新品種選育滯后，加之農家品種自交退化，嚴重阻礙了穿心蓮規模化種植，導致穿心蓮藥材市場供不應求。筆者認為，可在種質資源收集保存的基礎上，通過種內雜交、誘變、小孢子培養及原生質體融合等生物學手段進行種質資源創新，擴大種質資源庫，創造更多供選擇的特殊變異基因基礎，提高穿心蓮種質資源遺傳多樣性;選擇地理來源廣泛、親緣關系較遠的種質為親本，進行單交、復交、多交等多種方式的雜交育種，充分利用雜種優勢。此外，可有針對性地選育一些分支起點高、適宜機收的品種，嘗試機械化播種、機械化采收，提高藥用植物穿心蓮生產效率。

關鍵詞：穿心蓮;種質資源;育種;栽培;研究進展

中圖分類號：S567.21+9.01?文獻標志碼：A?文章編號：1002-1302（2020）21-0034-06

穿心蓮[Andrographis paniculata （Burm.f.） Nees]別稱欖核蓮、一見喜等， 為爵床科一年生草本植物，全草可入藥，具有清熱解毒、涼血、消腫等功能，用于治療感冒發熱、咽喉腫痛、口舌生瘡、頓咳勞嗽、泄瀉痢疾、熱淋澀痛、癰腫瘡瘍、蛇蟲咬傷等，主要藥用成分為穿心蓮內酯[1]。穿心蓮喜高溫、濕潤、向陽的生長環境，不耐旱、怕澇，生長地多為地勢平坦、土壤肥沃、排水良好的沙質壤土，且多為中性偏酸土壤。它是雌雄同株的自花傳粉植物，莖高50～80 cm，4棱，下部多分枝，節膨大;葉卵狀矩圓形至矩圓狀披針形，長4～8 cm，寬1.0～2.5 cm，頂端略鈍;花序軸上葉較小，總狀花序頂生和腋生，集成大型圓錐花序。我國福建省、廣東省、海南省、廣西壯族自治區、云南省常見栽培，江蘇省、陜西省亦有引種;原產地可能在南亞，澳大利亞也有栽培[2]，且在這些國家多為野生種[3]。

我國野生資源極其少見，商品藥材99%以上來源于栽培種，但由于各地的地理環境、水土、氣候及生產管理等情況不同，以及長期的人工栽培，導致穿心蓮基因變異、分離、品種退化，甚至出現明顯分化現象[3-4]。隨著對穿心蓮需求量的大幅增長，其栽培技術粗放、良種選育滯后、單位面積產量不高、資源狀況不清等問題日漸凸顯，制約了穿心蓮相關產業的發展。因此，提高穿心蓮種質資源利用效率，培育出能滿足市場需求的優良穿心蓮新品種，并實現標準化、規模化栽培是解決這一問題的關鍵。本文綜述國內外穿心蓮種質資源分布現狀、品種選育及栽培技術等方面的研究進展，簡要評述我國穿心蓮種質資源利用與規模化種植中存在的問題，對研究發展方向提出了展望，以期為我國穿心蓮種質資源、良種選育、規模化栽培技術的開發研究提供參考。

1 穿心蓮種質資源概況

1.1 國外穿心蓮種質資源分布及現狀

穿心蓮全球地理分布廣泛，從印度、斯里蘭卡、東南亞、中國、美洲和西印度群島到印度洋的圣誕島均有分布[5-7]。南印度和斯里蘭卡可能代表了穿心蓮的起源和多樣性中心，因為這些地區都有當地的植物種群[8-9]。隨后，穿心蓮被引種到尼日利亞、菲律賓、越南、緬甸、泰國、文萊、馬來西亞、爪哇島和西印度群島如牙買加、巴巴多斯、巴哈馬等拉丁美洲國家，以及美洲熱帶地方[10-11]。穿心蓮在印度主要分布在恰蒂斯加爾邦、奧里薩邦、馬哈拉托特拉邦、阿薩姆邦、孟加拉西部、卡納塔克邦、喀拉拉邦、泰米爾納德邦等地[12-13]，大多生長在平原、山丘、荒地、農場、海岸、濕地及路邊。盡管穿心蓮在印度分布較廣，但由于長期未進行人工馴化種植，直接采挖野生種入藥，加之人們對其生境的過度開發，野生穿心蓮種質資源的多樣性已經受到威脅[5]。

1.2 國內穿心蓮種質資源分布及現狀

我國于20世紀50年代開始從東南亞引種，先后在廣東省、福建省南部栽培，因其適應性強，在我國其他地方如江西省、湖南省、廣西壯族自治區、四川省以及山東省、北京市、西北等地亦曾有引種。穿心蓮商品藥材主產于廣東省、福建省、廣西壯族自治區，作為中成藥原料行銷全國[14]。目前，栽培穿心蓮主要分布在廣東省湛江市和清遠市、福建省漳州市、廣西壯族自治區貴港市和南寧市、四川省宜賓市，以廣西壯族自治區種植面積最大，而且廣西壯族自治區有專門的種子田，四川省和廣東省所用穿心蓮種子均來源于廣西壯族自治區，而云南省自2010年后已無種植。主產區產量占全國穿心蓮總產量的 90% 以上。栽培穿心蓮多采用單作或套種模式。廣東省產區所用種子均購自廣西壯族自治區，廣西壯族自治區雖有自己的種子田，但管理粗放，沒有專門的種子采收制度和種子質量要求[15]。我國野生穿心蓮產量極少，主要分布在廣西壯族自治區、海南省等偏遠山區海拔500 m以下的疏林中[16-17]，在云南省文山市、福建省泉州市有極少植株單株生長于人跡罕至的森林中，但由于氣候以及人為因素，近乎滅絕。

2 穿心蓮種質資源及育種研究進展

2.1 國外穿心蓮種質資源及育種研究

在印度、斯里蘭卡、泰國等國家，穿心蓮種質資源包括3類，分別為野生種、地方栽培品種、外地引進品種，為了獲得高產優質的穿心蓮種質資源，相關學者從形態學、分子及化學水平對穿心蓮種質資源遺傳多樣性進行了評價。Raina等在印度收集了30份具有不同地理來源和遺傳背景的穿心蓮野生種質資源，進行了穿心蓮內酯成分含量的多樣性分析，且這些穿心蓮種質資源已經保存在印度國家種質資源庫[5];Devi等對印度本地收集的穿心蓮種質資源進行了形態標記多樣性分析，形態性狀比較表明穿心蓮具有較大的遺傳變異[18-21]。這將為穿心蓮雜交育種的親本選擇提供依據。Devi等一致認為，植株干質量在基因型和表現型上均存在較大變異[18，20]。Devi認為，植株干質量和鮮質量、株高呈顯著正相關[18]。Sharma等分析了20份穿心蓮種質的遺傳力和遺傳進度，認為遺傳力穿心蓮內酯含量>單株鮮質量>單株干質量，而遺傳進度則為單株干質量>單株鮮質量>穿心蓮內酯含量[22]。Surrinder等分別用RAPD分子標記分析了印度各地穿心蓮種質資源遺傳多樣性，表明來源于印度不同地區的穿心蓮種質在基因型上存在豐富的遺傳變異[7，23-26]。簡單序列重復區間（ISSR）[27]、RAPD、AFLP[28-29]、單鏈構象多態性（SSCP）、聚合酶鏈反應限制性片段長度多態性（PCR-RFLP）標記，以及RAPD和SSCP[30]、RAPD和RFLP[31]、RAPD和ISSR[32]標記相結合分析結果均表明穿心蓮的遺傳多樣性處于較低或中等水平。Tiwari等采用AAD標記（RAPD和ISSR）和靶基因標記（SCOT和CBDP）對39份采自印度不同農業生態區的穿心蓮種質進行了遺傳多樣性研究，同時比較了這2種標記在遺傳多樣性研究中的效率，結果表明CBDP標記是研究穿心蓮遺傳多樣性的較好標記[33]。同工酶聯合穿心蓮內酷含量測定分析結果顯示，不同種質穿心蓮的同工酶譜存在中等變異，化學成分的多樣性水平較高[34]，Sharma等研究認為，同時用形態標記、分子標記和生化標記分析穿心蓮種質多樣性及群體結構十分有效[35]，這也為不同遺傳背景的種質的植物化學差異研究提供了參考。

國外研究人員對穿心蓮育種也做了一些深入研究。Bhan等研究了不同采收期（播種后70、100、130 d）對10份穿心蓮種質生物產量和穿心蓮內酯含量的影響，認為在播種后100 d采收的生物產量和穿心蓮內酯含量最高，并且篩選出2個穿心蓮內酯含量較高的優異種質Acc.1和Acc.9[36]。Lattoo等研究了γ射線輻射誘導穿心蓮雄性不育，且蕊育性正常，并且證實這種雄性不育是由于控制花藥絨氈層發育的基因發生隱性突變而造成絨氈層異常肥大，使得花粉不能正常產生，從而導致的雄性不育[24]。這一發現對于穿心蓮雜交育種具有重要意義，但未發現對該雄性不育系進一步利用的研究報道。Valdiani等研究了不同花柱長度和雜交時間對7個來自馬拉西亞半島穿心蓮材料配合的21個組合雜交親和性的影響，結果表明在08：00—11：00進行人工雜交效果最佳，12 mm長的柱頭和花粉的親和力最好，雜交親和率最高為13.33%，認為雜交時間和適當的花柱長度可以顯著提高穿心蓮的雜交親和率[37]。此外，Valdiani等還同時用形態標記、RAPD分子標記和植物生物化學標記對其F1代進行了遺傳多樣性和雜種優勢的分析，結果表明，雜交可以顯著提高穿心蓮種質的遺傳多樣性，穿心蓮存在顯著的雜種優勢，且雜種優勢主要表現單株生物產量、分支行數等農藝性狀上[37-38]。

2.2 我國穿心蓮種質資源及育種研究

與國外相比，國內穿心蓮種質的遺傳多樣性明顯較低。陳元生等搜集國內穿心蓮種質資源19份，進行種植試驗和生物學性狀調查[3]，結果表明，各地種植的穿心蓮種子純度不一致、混雜嚴重，主要存在大葉型和小葉型2種生態類型，不同產地的穿心蓮干品質量差異顯著，大葉型的莖葉平均干質量明顯高于小葉型的莖葉平均干質量，說明大葉型穿心蓮的產量、產值較小葉型穿心蓮具有明顯的優勢，初步篩選出產量中上等、藥用成分含量高的優良品系若干[39]。陳蓉等利用SRAP和SNP分子標記對我國7個省份13個樣地的103份穿心蓮樣品進行遺傳多樣性分析，認為國產各地穿心蓮種質間遺傳多樣性較貧乏[40]。邵艷華基于POD、SOD、PPO、CYT、EST、CAT 6種同工酶，從生化水平研究了不同產地穿心蓮種質資源的遺傳多樣性，揭示了穿心蓮種質資源遺傳多樣性水平較低的特性[15]。同時，研究表明不同產地穿心蓮種質材料間的葉綠體基因組序列沒有差別，說明不同產地穿心蓮種質資源的遺傳多樣性水平低。這與穿心蓮嚴格的自花授粉繁殖特性、我國各地引種穿心蓮種源來源單一密切相關。

國內在穿心蓮育種方面才剛剛起步。蘇雨苗等研究了60Co-γ射線輻照誘變對穿心蓮植物學性狀和品質性狀的影響，60Co-γ射線輻照誘導穿心蓮變異的適宜輻照劑量范圍為50～200 Gy，后續將進行優良突變單株的篩選[41]。曾吳靜探討航天誘變對SP1、SP2代穿心蓮生物學性狀及4種穿心蓮二萜內酯含量的影響，為選育優質、高產的穿心蓮新品種提供理論基礎[42]。閆斌等以穿心蓮的種子和剛萌發的成熟胚為材料，用秋水仙堿誘導處理獲得了4株穿心蓮同源四倍體無菌苗，建立了穿心蓮同源四倍體的誘導與鑒定方案[43]，初步為后期穿心蓮的多倍體培育和種質創新研究奠定了基礎。林玉鳳比較了同源四倍體與二倍體植株單株質量、有效成分穿心蓮內醋和脫水穿心蓮內酯含量的差異，四倍體的單株生物產量、莖葉穿心蓮內酯含量均高于二倍體植株[44]。這為選育產量高、有效成份含量高、品質優良的穿心蓮新種質提供技術支持，為穿心蓮種質資源的可持續利用及規范化種植的產業化推廣提供理論依據和技術基礎。

3 規模化種植與栽培技術研究進展

3.1 栽培技術研究

穿心蓮生產一般包括選地整地、育苗、移栽、松土追肥、病蟲害防控、采收等程序。不同省份不同產地穿心蓮的栽培、產銷和使用情況不一樣。蔣慶民等分別研究了山東省、吉林省、四川省、黑龍江省、安徽省、湖南省等地穿心蓮地方性栽培技術[45-51]。研究表明，廣東省多采用直播種植，在春季2月下旬至3月上旬播種[14]。廣西壯族自治區主要的栽培方式為育苗移栽法。福建省在育苗移栽的同時亦進行直播，基本在4月上旬播種育苗。四川省和廣西壯族自治區類似，基本采用育苗移栽，在3月中旬進行溫床育苗，4月開始冷床育苗。全國不同產地的穿心蓮中穿心蓮內醋含量差異較大，全鉀含量和水分含量對穿心蓮內醋的影響呈負相關[52]。已有研究表明，富含速效磷、速效鉀的土壤，更有利于穿心蓮總內酯的積累[53]。王振等研究了不同播種期對穿心蓮產量及質量的影響，認為粵西主產區穿心蓮規范化種植最佳播種期為4月初[54]。李婷等研究了不同光溫條件對穿心蓮生長及藥用成分的影響，認為溫度為35 ℃左右最適宜穿心蓮的生長，溫度過高或過低都會影響穿心蓮的正常生長[55]。適當遮陰處理有利于穿心蓮的生長，也有利于其主要藥用成分的提高。黃煒忠等認為，穿心蓮藥渣有機肥能明顯提高穿心蓮種植的產量、根系生長、植株高度、莖葉比及穿心蓮藥材的浸出物和含量等質量指標[56]。

隨著需求的不斷增加，實行連作的面積越來越大。連作障礙是中藥材栽培中常見的生產問題，對中藥材的生長發育、產量及質量等均產生嚴重影響。生產上普遍認為穿心蓮存在連作障礙[57-58]，在種植中通常避免重茬。李俊仁等認為，連作后的穿心蓮長勢良好、產量提高，連作脅迫產生的活性氧可及時被酶系統清除，連作對穿心蓮的主要障礙效應表現為活性成分含量的降低[59]。李珍等認為，添加生物炭能有效緩解穿心蓮連作自毒障礙[60]。為了能提高土地的利用率，實現更大的產出，相關人員分別進行了玉米套種穿心蓮[61-63]、木薯套種穿心蓮[64]等穿心蓮的套作研究，認為其在生境上可以互補。

穿心蓮主要種植在我國華南地區，市場需求量近年呈現穩中遞增趨勢，然而穿心蓮藥材生產過程中一直存在生產無序、農殘及重金屬含量超標等問題，開展無公害種植是解決該問題的有效手段，同時也是現階段中藥材種植產業的發展方向。黃辰昊等結合穿心蓮藥材研究現狀，建立了穿心蓮藥材無公害精細栽培技術體系，包括精確的栽培選地、系統的土壤改良、科學的無公害種植模式及高效的病蟲害綜合防治技術等，幫助解決農殘及重金屬含量超標等問題[65]。鄧喬華等開展了一系列穿心蓮旱地綠色栽培技術的研究，這一技術對于在粵北山區丘陵坡地建設穿心蓮規范化生產基地、提高穿心蓮藥材產量和質量具有重要的意義[66]。

3.2 規模化種植

廣東省為最早引種穿心蓮的省份之一，目前主要在湛江市遂溪縣洋青鎮和清遠市英德市大灣鎮有大規模的穿心蓮種植。廣州白云山和記黃埔中藥有限公司在這2個地區分別建立了面積近百畝的穿心蓮GAP基地，從而提供其生產穿心蓮中成藥產品的穿心蓮原料藥。廣西壯族自治區目前以貴港市、玉林市、南寧市、桂林市為穿心蓮主產區，其中貴港為穿心蓮種植面積最大的產區。廣西壯族自治區穿心蓮種植面積約4 000萬hm2。福建省栽培地主要分布在漳浦縣、晉江市、三明市、廈門市等地。漳浦縣是福建省穿心蓮主產區之一，其深土鎮一帶積極推廣穿心蓮種植，并開發種植基地示范點，全縣常年種植面積均為500～600 hm2，生產干品1 500～2 000 t，年產值近500萬元。四川宜賓市南溪區、邛崍縣、自貢市榮縣有一定面積的穿心蓮種植，但規模不大[14]。

4 存在的問題及建議

4.1 種質資源多樣性貧乏

豐富的遺傳變異是藥用植物優良新品種選育的基礎。種質資源是培育優良品質的遺傳物質基礎，藥用植物育種必須以豐富的遺傳資源為前提，尤其是野生親緣植物和長期的生態適應形成的一些古老的地方品種、農家品種是長期自然選擇和人工選擇的產物，固有獨特的優良性狀和抗御自然災害的特性，是人類寶貴財富和品種改良的寶貴資源庫、基因庫。它們為藥用植物改良計劃提供了幾乎用之不盡的遺傳多樣性資源。綜觀植物育種史，凡是突破性成就的獲得與關鍵性種質資源的發現與利用是密不可分的。穿心蓮種質資源遺傳背景單一、地理分布狹窄及野生種質資源生境的破壞是穿心蓮多樣性的主要限制因素。針對這一問題提出以下建議：（1）加強對不同地區穿心蓮原有種群的屬、種、變種、類型及其近緣野生種的種質資源進行調查、搜集、保存和研究，做好遺傳變異規律及多樣性研究評價，摸清穿心蓮的資源種類及各種繁殖方式特點，為藥用植物穿心蓮育種奠定資源基礎。（2）在種質資源收集保存的基礎上，通過種內雜交、誘變、小孢子培養及原生質體融合等生物學手段進行種質資源創新，提高穿心蓮種質資源遺傳多樣性。

4.2 新品種選育研究落后

從國內外育種研究狀況來看，穿心蓮新品種選育嚴重滯后，甚至還未起步。大多數栽培品種為古老的農家品種，在產量和品質方面未經人工改良而直接引種栽培，導致品種嚴重退化，品質和產量低下。穿心蓮栽培時間短，種質資源匱乏嚴重阻礙了穿心蓮育種研究的進程。穿心蓮為嚴格自花傳粉植物，自花傳粉常被認為是一種原始的傳粉方式，植物如果長期自花傳粉，必定會引起后代生活力逐漸衰退，這種自交衰退在環境脅迫時尤甚[67]。因此，要培育出高產、優質、高抗逆的穿心蓮優異品種，必須從拓寬其遺傳背景入手，結合分子標記輔助育種技術，選擇地理來源廣泛、親緣關系較遠的種質為親本，進行單交、復交、多交等多種方式的雜交育種;可嘗試性將單株選擇和集團選擇相結合，實施藥用植物群體遺傳改良策略;加強多倍體育種、航天、輻射及化學誘變、基因工程等現代育種技術的應用，以提高穿心蓮群體的變異率，擴大種質資源庫，創造更多供選擇的特殊變異基因基礎。

4.3 規模化種植技術研究滯后

穿心蓮在規模化種植技術研究方面還存在很多空白。目前國內穿心蓮主產區均采取粗放式的管理方法，規模化、集約化程度相對較低。分散種植模式在一定程度上增加了優良品種和優質高產栽培技術的推廣難度;分散種植提高了生產成本和運輸成本，增加了實現機械化、自動化的難度。穿心蓮種植規模化、集約化有利于現代科學技術在穿心蓮種植規程中的應用，有利于規范化栽培技術的推廣，有利于穿心蓮質量的穩定與提高，因此，規模化、集約化技術研究是穿心蓮種植業發展的必由之路，可在規模化、集約化種植的基礎上，有針對性地選育一些分支起點高、適宜機收的品種，嘗試機械化播種，機械化采收。

穿心蓮種植過程中，經常受到田間雜草的危害。多年來穿心蓮田間雜草防除一般采用人工拔草，但人工拔草費時、費工且除草效果差。目前還沒有一種專門用于穿心蓮的田間除草劑，而其他作物的除草劑對穿心蓮的安全性無法保障。因此，開發出專門針對穿心蓮田間雜草防除的除草劑，對提高穿心蓮的種植效益具有重要意義。

5 展望

穿心蓮市場需求量近年呈現穩中遞增趨勢。在穿心蓮的栽培生產中，不規范的栽培方式和種質來源單一等問題造成了栽培中種質混雜、品種退化、品質和產量下降等一系列問題。要實現規模化、集約化種植，進一步提高穿心蓮的生產效率、發展中藥材生產質量管理規范（GAP）基地，都需要在理清當前栽培品種現狀和野生資源分布的基礎上進一步開展引種馴化、選種以及雜交育種等工作獲得優良種質。由于我國穿心蓮基礎研究還很薄弱， 所以在很長一段時間內，我國穿心蓮育種工作主要還要依靠常規育種。系統選育和雜交育種培育出的新品種遺傳性狀相對穩定，安全性高，但培育周期過長，少則4～5年，多則要10年以上，從而成為常規育種的瓶頸。目前，將常規育種與現代生物技術育種相結合已成為藥用植物育種發展的新趨勢。它們之間可以相互促進，彌補缺陷。雖然穿心蓮育種研究工作任重而道遠，但我們只要腳踏實地，攻破系列技術難關，堅持將各種育種技術相結合，必將推進我國穿心蓮產業的發展。

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