鐵皮石斛栽培關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用進展

鐵皮石斛栽培關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用進展

剝皮是一種傳統(tǒng)的稀有中藥，具有益胃、益津、滋陰、清熱等功效。這是《2005年國家藥典》收錄的三種石斛屬植物之一。由于生態(tài)破壞與過度開采,野生鐵皮石斛已瀕臨滅絕,1987年國務(wù)院將其列為國家重點保護植物。為了實現(xiàn)鐵皮石斛資源可持續(xù)利用,國內(nèi)有關(guān)研究機構(gòu)從20世紀(jì)70年代便開始了鐵皮石斛的人工栽培技術(shù)研究,但直到21世紀(jì),品種選育、組織培養(yǎng)、設(shè)施栽培等人工栽培關(guān)鍵技術(shù)才取得突破性進展,并迅速推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。至2008年底浙江省已經(jīng)建成鐵皮石斛集約化、現(xiàn)代化設(shè)施栽培基地超過400hm2,產(chǎn)值超過6億元。為了進一步推動鐵皮石斛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,本文在總結(jié)自身研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合浙江、云南等主要生產(chǎn)基地考察及文獻查閱,將鐵皮石斛人工栽培技術(shù)研究與應(yīng)用進展報道如下。1廣深鐵石斛產(chǎn)區(qū)關(guān)鍵技術(shù)研究鐵皮石斛品種選育因技術(shù)保密等原因文獻報道很少,但在鐵皮石斛主產(chǎn)區(qū)針對種質(zhì)資源收集、引種馴化、雜交育種等關(guān)鍵技術(shù)及育種策略研究已經(jīng)取得了突破性進展。1.1企業(yè)為主體的鐵皮石斛種質(zhì)資源收集、保護與利用體系的初步建立鐵皮石斛主產(chǎn)區(qū)及鐵皮石斛生產(chǎn)骨干企業(yè)都十分重視鐵皮石斛種質(zhì)資源的收集與評價,浙江林學(xué)院與浙江森宇藥業(yè)有限公司、杭州天廚蓮花生物有限公司聯(lián)合收集了浙江、廣西、云南、貴州等地鐵皮石斛種質(zhì)140余份,浙江天皇藥業(yè)有限公司收集了40多種石斛,金華壽仙谷藥業(yè)有限公司先后收集鐵皮石斛種質(zhì)42份,初步建立了以企業(yè)為主體的鐵皮石斛種質(zhì)資源收集、保護與利用體系。各種質(zhì)之間的形態(tài)特征、化學(xué)成分、抗病性與抗寒性存在顯著差異,基于DNA分子標(biāo)記的遺傳多樣性十分豐富。1.2品種特性、推廣和推廣在種質(zhì)資源收集的基礎(chǔ)上,種質(zhì)資源的引種馴化、評價與利用取得了突破。浙江省農(nóng)業(yè)廳先后認(rèn)定了馴化成功的“森山1號”(浙江森宇實業(yè)有限公司選育)、“仙斛1號”(金華壽仙谷藥業(yè)有限公司選育)、“天斛1號”(杭州天目山藥業(yè)股份有限公司選育)3個品種,均具有多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、產(chǎn)量高、適應(yīng)性強、抗病能力與抗低溫能力強等優(yōu)點,2008年栽培面積超過100hm2,年產(chǎn)值超過3億元;浙江天皇藥業(yè)有限公司從收集的種質(zhì)資源中篩選出浙江天臺種源,并推廣了167hm2,年產(chǎn)值超過2億元。2008年浙江省農(nóng)業(yè)廳與浙江林學(xué)院聯(lián)合對浙江省鐵皮石斛生產(chǎn)骨干企業(yè)進行抽查,2年生(生理年齡)鐵皮石斛干品多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過30%,質(zhì)量穩(wěn)定。1.3傳播授粉導(dǎo)致用昆蟲調(diào)控用鐵皮石斛自花基本不育,長期以來人工雜交一直不理想,自然結(jié)實主要依靠昆蟲傳播授粉,結(jié)實率很低。自然結(jié)實率低導(dǎo)致資源瀕臨滅絕;昆蟲傳播授粉因父本無法控制,導(dǎo)致目前栽培的鐵皮石斛品系復(fù)雜,品種內(nèi)一致性差,世代之間遺傳穩(wěn)定性差等問題。近年來浙江林學(xué)院、浙江大學(xué)等科技人員的人工授粉技術(shù)取得了突破,先后培育出一批全同胞F1代,目前正在進行子代測定,初步結(jié)果表明雜交后代能夠有效地解決鐵皮石斛種植過程中高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)之間的矛盾,優(yōu)良子代可溶性多糖可達干質(zhì)量的40%以上,品系內(nèi)一致性好,遺傳穩(wěn)定。1.4建立和完善質(zhì)量評價體系根據(jù)鐵皮石斛的特性與現(xiàn)有的研究成果,筆者認(rèn)為鐵皮石斛育種策略,首選應(yīng)明確育種目標(biāo),從資源搜集入手,建立質(zhì)量評價體系,通過雜交育種與分子標(biāo)記輔助育種、無性擴繁結(jié)合選育出優(yōu)良品種。育種目標(biāo)應(yīng)充分考慮優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗逆性與適應(yīng)性等因素,其中優(yōu)質(zhì)為首選目標(biāo),根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗與現(xiàn)代藥理研究結(jié)果,目前可從總多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)考慮;高產(chǎn)主要考慮投產(chǎn)時間及單位面積產(chǎn)量;抗逆性主要考慮抗病能力與抗低溫能力。種質(zhì)資源調(diào)查與收集應(yīng)以藥材傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū)為重點,收集鐵皮石斛種源、類型、農(nóng)家品種、品種,建立種質(zhì)資源庫、基因庫,為品種選育提供物質(zhì)基礎(chǔ)。質(zhì)量評價應(yīng)通過主要活性成分定量與指紋圖譜定性相結(jié)合,既重視包括多糖、生物堿、聯(lián)芐類、菲酚類等主要活性成分定量分析,又重視多成分群HPLC指紋圖譜在育種中的應(yīng)用。育種手段以雜交育種培育全同胞F1代、組織培養(yǎng)無性擴繁為重點,田間試驗與DNA分子標(biāo)記輔助育種相結(jié)合,充分利用加性效應(yīng)、顯性效應(yīng)等遺傳效應(yīng),發(fā)揮雜種優(yōu)勢,獲得最大遺傳增益,實現(xiàn)品種內(nèi)質(zhì)量性狀、產(chǎn)量性狀及抗性等品種特性高度一致,世代之間遺傳穩(wěn)定。2主體繁殖率低鐵皮石斛人工設(shè)施栽培種植密度大,1hm2需苗木150萬株,而在自然條件下繁殖率很低,傳統(tǒng)的分株、扦插等方式的繁殖率也極低,難以滿足規(guī)?；a(chǎn)的需要。利用組織培養(yǎng)技術(shù)繁殖試管苗是解決鐵皮石斛種苗的有效途徑。科技人員先后在外植體類型、培養(yǎng)基、植物生長調(diào)節(jié)劑、添加劑以及光照、溫度、pH等環(huán)境條件控制等方面進行了大量研究,并取得了突破,現(xiàn)有設(shè)施栽培基地苗木均源自組培工廠。2.1為誘導(dǎo)產(chǎn)品質(zhì)量提供植株在植物組織培養(yǎng)中,外植體的選擇是十分關(guān)鍵的因素,不同的取材部位和時期,培養(yǎng)的結(jié)果也不一樣。鐵皮石斛用莖段作外植體,已成功地誘導(dǎo)出原球莖與無菌叢生芽,并培育出試管苗與再生植株[4~5];鐵皮石斛的根尖作為外植體也成功誘導(dǎo)出愈傷組織、類原球莖或直接轉(zhuǎn)化成芽獲得再生植株,通過細(xì)胞學(xué)觀察認(rèn)為,鐵皮石斛的類原球莖是單細(xì)胞起源的體細(xì)胞胚[6~7];種子在無菌條件下培養(yǎng),萌芽率顯著提高,并誘導(dǎo)出原球莖,培育出試管苗[8~10]。目前規(guī)模化組培生產(chǎn)基地外植體主要是種子。2.2ms基因型與種子萌發(fā)率用于石斛類的植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基有MS、KC、N6、B5、SH、1/2B5、1/2N6,1/2SH、1/2MS等[11~15],其中MS培養(yǎng)基種子萌發(fā)率和叢生芽增殖較其它培養(yǎng)基要高[16~17],1/2MS誘導(dǎo)叢生芽效果較好,改良MS培養(yǎng)基(NH4NO3減少50%,其余與MS相同)能顯著提高鐵皮石斛原球莖增殖倍數(shù)。因此,MS、1/2MS和改良MS培養(yǎng)基目前在鐵皮石斛組培中使用最多,其中1/2MS培養(yǎng)基用于種子萌發(fā)和試管苗生根,MS與改良MS培養(yǎng)基用于原球莖增殖和叢芽促成,B5培養(yǎng)基用于壯苗的培養(yǎng)。2.3激素配比對原球莖的誘導(dǎo)誘導(dǎo)植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對植物細(xì)胞分裂、誘導(dǎo)器官形成和次生產(chǎn)物的合成都具有重要作用,一般高濃度的細(xì)胞分裂素有利于誘導(dǎo)芽的發(fā)生,低濃度的生長素有利于根的形成。一定濃度范圍的生長素和細(xì)胞分裂素組合能促進原球莖的形成和芽的分化,IBA對原球莖的分化、試管苗的生根效果良好,0.1mg/L濃度的IBA促進生根效果最佳,6-BA0.5~1.0mg/L+NAA1.0mg/L+KT1.0mg/L激素配比原球莖增殖最佳,6-BA2.0~3.0mg/L+NAA0.5~1.0mg/L+KT1.0mg/L激素配比芽的分化較為理想。研究發(fā)現(xiàn),原球莖和叢生芽在添加較高濃度的生長素和細(xì)胞分裂素組合的培養(yǎng)中連續(xù)繼代3~4次,玻璃化現(xiàn)象加劇。2.4配方參數(shù)對鐵皮石斛苗根生長和幼苗生長的影響在鐵皮石斛組織培養(yǎng)的過程中,添加各種不同天然附加物(如馬鈴薯、香蕉汁、蘋果汁等)對其生長和發(fā)育有一定的促進作用。添加0.5%活性炭和香蕉汁、蘋果汁能促進試管苗根的生成和生長;添加椰汁能夠促進鐵皮石斛苗原球莖分化較多叢生芽且長勢較好;1/2MS+馬鈴薯提取液的培養(yǎng)基適宜種子萌發(fā);在N6上添加150mg/L香蕉汁可促進幼苗生長。研究發(fā)現(xiàn),單獨添加香蕉汁、蘋果汁均能促進鐵皮石斛試管苗生根和生長,但培養(yǎng)前期蘋果汁好于香蕉汁,后期香蕉汁好于蘋果汁,添加25g/L蘋果汁+75g/L香蕉汁有利于壯苗培養(yǎng)。2.5增強光照、繁殖天數(shù)無論是在自然條件還是在離體培養(yǎng)條件下,植物的光和溫度信號總是互相聯(lián)系的,植物既以定性的又以定量的方式對溫度和光照做出反應(yīng),當(dāng)組織培養(yǎng)誘發(fā)植物在培養(yǎng)基中形態(tài)重建時,需要較高的光照水平,增強光照也有利于發(fā)根。多數(shù)研究者在鐵皮石斛組織培養(yǎng)時的環(huán)境條件是,培養(yǎng)溫度為24~26℃,每天光照18h,光照強度為1000~5000lx。繁殖代數(shù)越多,試管苗越易衰老退化。鐵皮石斛的原球莖繁殖代數(shù)應(yīng)控制在6代以內(nèi),否則原球莖分化芽的能力降低,試管苗生長緩慢,有效苗的得率下降,移栽成活率降低,成活后生長緩慢,出現(xiàn)明顯的退化現(xiàn)象。減化接種程序,減少轉(zhuǎn)接次數(shù),能有效提高組培效益與組培苗質(zhì)量。3栽培關(guān)鍵技術(shù)取得了突破經(jīng)過20多a的研究與實踐,鐵皮石斛組培苗移栽時間、栽培基質(zhì)、栽培環(huán)境等關(guān)鍵技術(shù)均取得了突破,在浙江產(chǎn)區(qū)栽培后30個月能采收首批優(yōu)質(zhì)藥材,在云南采收期更早,規(guī)范化栽培,年產(chǎn)量可達3000kg/hm2以上。3.1出瓶時間和栽植出瓶后的觀察鐵皮石斛的栽培時間一般是每年的春秋兩季,且春季優(yōu)于秋季。在浙江地區(qū),鐵皮石斛栽培的最佳時間為每年4月中旬至6月下旬,這段時間氣溫在12~25℃,且空氣濕度較大,出瓶后的試管苗移栽成活率較高且生長時間較長;其次是9月中旬至10月下旬,此時期移栽特別要做好抗寒防凍工作。在云南地區(qū)鐵皮石斛的栽培時間是每年3月中旬至6月中旬和9月中旬至11月上旬,生長最差的是每年12月至次年3月中旬。3.2操作方便,方便栽培基質(zhì)是優(yōu)質(zhì)高效栽培的關(guān)鍵,鐵皮石斛的生物特性要求栽培基質(zhì)既有良好的保水性又有通風(fēng)透氣性,規(guī)?；a(chǎn)要求栽培基質(zhì)原料易得、操作方便。報道中基質(zhì)有水苔、碎石、花生殼、苔蘚、椰子皮、松樹皮、木屑、木炭、木塊等[25~27],但目前生產(chǎn)中應(yīng)用主要是樹皮、木屑,或樹皮、木屑、碎石、有機肥混合物,其中樹皮粉碎成2~3cm以下顆粒。在浙江地區(qū)(地面栽培)基質(zhì)厚度一般控制在20cm以上,云南地區(qū)(搭架栽培)基質(zhì)厚度一般控制在5cm左右,但均需要發(fā)酵、消毒,以防止燒苗,并殺死害蟲、蟲卵及病菌。3.3溫度、濕度、保濕的影響鐵皮石斛適宜在涼爽、濕潤、空氣暢通的環(huán)境生長。因此,鐵皮石斛栽培要求在大棚中進行,大棚的建造要求做到通風(fēng)、遮蔭擋雨、有防蟲網(wǎng),并根據(jù)鐵皮石斛的生長習(xí)性,考慮場地的光照、溫度、濕度、通風(fēng)等自然因素。鐵皮石斛生長的適宜溫度為15~30℃,在浙江地區(qū)夏季比較炎熱,一般采用80%的遮陽網(wǎng)覆蓋,掀開塑料薄膜,以利降溫;冬季比較寒冷,在30%~50%遮陽度下用雙層塑料薄膜封閉保溫。鐵皮石斛要求保持基質(zhì)濕潤,空氣濕度保持80%以上為好,但又不能積水,澆水時采用噴灌或滴灌最好,不得沖灌。在浙江可以在地面栽培,在云南因雨季濕度太大需搭架栽培。不同的季節(jié)不同的地區(qū)澆水量亦不同,浙江地區(qū)夏天氣溫高,蒸發(fā)量大,基本上需要天天澆水,冬天遮陽溫度低,水分不易散失,則澆水量減少。云南地區(qū)常年溫度比較高,夏季雨水較多,濕度較大,因此要做好防雨通風(fēng)措施,防止病害發(fā)生。3.4營養(yǎng)肥的施肥鐵皮石斛自然生長速度較慢,要提高鐵皮石斛生長速度,必須適時適量地提供養(yǎng)分。漚熟的餅肥、羊糞、沼液能有效促進營養(yǎng)生長。施肥一般為濃度1.0~1.5g/L的液體肥,每半月施1次。施肥時間一般在每年4-10月的生長期,當(dāng)石斛停止生長時,亦停止施肥。3.5栽培地的飼養(yǎng)管理鐵皮石斛病害主要包括腐爛病、灰霉病、輪斑病等,蟲害有蝸牛、蛞蝓、蚜蟲、毛蟲、菜青蟲等。對于病蟲害的防治應(yīng)掌握“預(yù)防為先,治療及時”的原則,也就是說在栽培之前要消毒殺蟲,使栽培地沒有病蟲害的根源。大棚要采用防蟲網(wǎng)隔離。栽培之后要精心觀察,一旦發(fā)現(xiàn)病害、蟲害要及時治理,當(dāng)病害蟲害較輕時,采取人工清除,將帶病的植株清除,或?qū)⑾x子捕捉;當(dāng)病害、蟲害較重時,一般病害用甲基托布津、可殺得、杜邦克露都有較好的效果,蟲害則用樂果乳油、敵殺死等常用農(nóng)藥即可。4質(zhì)量控制4.1時間和標(biāo)準(zhǔn)不同浙江省制定了國內(nèi)首個無公害鐵皮石斛地方標(biāo)準(zhǔn)(DB33/T635),2007年5月30日由浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布,2007年6月30日開始實施。地方標(biāo)準(zhǔn)分為《產(chǎn)地環(huán)境》、《種子種苗》、《生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》、《安全質(zhì)量要求》4個部分。其中第2部分《種子種苗》中的“商品苗的質(zhì)量”、第4部分《安全質(zhì)量要求》中“鐵皮石斛的重金屬及其他有害物質(zhì)指標(biāo)”、“鐵皮石斛農(nóng)藥殘留指標(biāo)”為強制性條款,以確保種苗移栽的成活率和加工企業(yè)的質(zhì)量安全要求。該系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實施,對全國鐵皮石斛標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。4.2品種選育對鐵皮石斛多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響多糖是鐵皮石斛的主要成分[29~30],與藥理作用有著密切的聯(lián)系[31~34],多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低是目前判斷鐵皮石斛質(zhì)量的主要依據(jù),研究多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異規(guī)律對鐵皮石斛質(zhì)量控制有重要意義。不同種質(zhì)鐵皮石斛多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在顯著差異,浙江骨干企業(yè)生產(chǎn)的生理年齡1~3年生鐵皮石斛多糖平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)達28.89%,最差種質(zhì)與最優(yōu)種質(zhì)變幅為19.08%~36.09%,兩者相差17.01%;在最佳采收期(生理年齡2年生)采收時,最差種質(zhì)與最優(yōu)種質(zhì)變幅為25.63%~41.65%,兩者相差16.02%。因此,人工栽培鐵皮石斛其多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異主要來自遺傳差異,品種選育是提高鐵皮石斛多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的有效途徑。不采收期與采收季節(jié)采收的鐵皮石斛多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)也存在顯著差異。浙江骨干企業(yè)生產(chǎn)的11個種質(zhì)1年生、2年生、3年生樣品多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值分別為28.92%、34.47%、26.95%,2年生最高,3年生最低,這種差異的產(chǎn)生與鐵皮石斛的生物學(xué)特性有著內(nèi)在的聯(lián)系;除生理年齡外,采收季節(jié)也顯著影響多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù),林燕飛等對生理年齡3年生萌條開花前后的總多糖進行測定,開花前(2007年3月)總多糖達36.68%,開花后(2007年5月)降為25.31%,證實采收季節(jié)對多糖