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茶食兼用型菊花遺傳育種、栽培管理及產業開發研究

2023-05-09 09:23唐桂梅李衛東肖曉玲楊吉龍劉洋趙凡
農業研究與應用 2023年6期
關鍵詞:育種栽培

唐桂梅 李衛東 肖曉玲 楊吉龍 劉洋 趙凡

摘要:茶食兼用型菊花廣泛應用于茶飲、藥物、食品、景觀等領域,在促進鄉村產業提質增效方面發揮著重要作用。為進一步提高茶食兼用型菊花的產量和品質,加強其內在功效的研究,提升其生產加工效率,對茶食兼用型菊花的有效成分種類、藥理作用以及臨床應用進行了分析,探討了雜交育種、芽變選種、組織培養、誘變育種、分子育種等選育方法,闡述了茶食兼用型菊花的繁殖方法和大田栽培技術,對其產后加工及產品開發技術進行了系統研究,并在此基礎上提出了下一步工作建議,以期為茶食兼用型菊花產業健康發展提供理論和技術支撐。

關鍵詞:茶食兼用型菊花;育種;栽培;產業開發

中圖分類號:S682.1+1 文獻標志碼:A

Study on Breeding, Cultivation Management and Industry Development of Chrysanthemum for Food and Tea

TANG Guimei1,2, LI Weidong1,2, XIAO Xiaoling1,2, YANG Jilong1,2, LIU Yang1,2, ZHAO Fan1,2*

(1Hunan Horticultural Research Institute, Changsha, Hunan 410125, China; 2Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha, Hunan 410125, China)

Abstract: Chrysanthemum for food and tea was widely used in tea, medicine, food, landscape and other fields, and played an important role in promoting the quality and efficiency of rural industries. In order to further improve the yield and quality of the chrysanthemum, strengthen the research on its internal efficacy, and improve its production and processing efficiency, this paper analyzed the effective components, pharmacological effects and clinical application of chrysanthemum for food and tea. The breeding methods such as cross breeding, bud mutation selection, tissue culture, mutagenesis breeding and molecular breeding were discussed. The propagation methods and field cultivation techniques of chrysanthemum for food and tea were expounded. The post-production processing and product development technology were systematically studied. On this basis, the future work suggestions were put forward in order to provide theoretical and technical support for the healthy development of chrysanthemum industry for food and tea.

Keywords: Chrysanthemum for food and tea; breeding; cultivation; industry development

菊花(Chrysanthemum morifolium)為菊科菊屬多年生草本花卉,是我國傳統十大名花之一,品種繁多,在我國栽培已有2000多年的歷史。菊花按照功能用途的不同,可分為不同的類型,如茶用菊、藥用菊、食用菊、觀賞菊等。顧名思義,茶食兼用型菊花兼具茶用和食用功能,具有特殊的用途、文化和傳統。據歷史記載,在我國唐代,人們就喜歡喝菊花茶,到明清時代,菊花飲品和菊花食品已走入普通民眾生活。近年來,隨著生活水平的提高,人們對健康、休閑、養生等的關注度不斷提高,茶食兼用型菊花的研究也日益受到關注。

1 茶食兼用型菊花有效成分及其功效

1.1 茶食兼用型菊花有效成分

茶食兼用型菊花的有效成分主要包括黃酮類化合物、揮發油成分、有機酸類、氨基酸、糖類、微量元素等(見表1)。同時,不同品種茶食兼用型菊花主要有效成分含量存在明顯差異,如滁菊氨基酸含量和必需氨基酸含量都較高,且含有一種含硫的非蛋白氨基酸——?;撬?;亳菊微量元素Mg、Fe和Al含量較高,是其他品種的數倍[1]。

1.2 茶食兼用型菊花功效

近年來,研究者對茶食兼用型菊花的藥理作用和臨床應用做了深入的研究,認為菊花具有散風熱、清肝、明目、降火之功效,對心血管有很好的保護作用,在對抗腫瘤、調血脂、護肝、抗菌消炎、抗衰老等方面均有較好療效[14-15],如菊花所含黃酮類化合物對HIV病毒具有抑制效果,能有效防止血栓的形成[16];所含的蒲公英烷型三萜醇類對人類腫瘤細胞的消除作用也非常明顯;菊花還含有具有抗炎功效的三萜類化合物,抗菌消炎效果顯著[17];菊花中含有的水溶性多糖對人體的免疫系統具有積極作用,能促進淋巴細胞免疫增殖功能提升,增加人體免疫調節能力[18];菊花中所含揮發油成分能降低血壓,保護人體神經系統和肝臟,同時具有抗氧化、抗衰老、抗疲勞、止鎮痛的作用[19]。前人的這些研究成果為菊花資源選育及產品開發提供了方向和理論支撐。

2 茶食兼用型菊花育種

2.1 傳統育種研究

2.1.1 雜交育種

菊花栽培品種屬基因型較為復雜、雜交后代易分離的高度雜合異源多倍體。雖然自然授粉也是菊花獲得新品種的有效途徑之一,但自然授粉并不能按照育種目標獲得新品種,存在一定的偶然性,而雜交育種可按育種目標配置雜交組合,通過人工操作的方式獲得雜交新品種[20]?!爸修r夏妝”彩色茶菊品種是由李勝蘭等以“中農紅袖”和“粉翎”為親本,經常規雜交選育而成[21]。郭子燕等利用茶用地被菊白色品種“TY51”“YY3”和多個優良的黃色地被菊早花品種組合作為雜交親本,配置多個地被茶菊雜交品種組合,開展人工雜交,最終篩選出符合國家標準的黃色茶用地被菊新品種材料“YZ18”[22]。馮曉燕等選育出了一系列早花高產茶藥兼用品系,以茶菊品種“七月白”“杭白菊”“滁菊”為親本,建立了茶菊親本材料綜合評價模型[23]。中國農業大學通過人工雜交選育出了“雪映霞光”“中農杏芳”等茶賞兼用品種[24]。北京市農林科學研究院通過雜交選育出茶食兼用型菊花品種“玉臺1號”“白玉1號”“粉黛1號”“金黃1號”“燕山白玉”“燕山金黃”等,大大促進了茶食兼用型菊花的繁殖和產業推廣[25]。

2.1.2 芽變選種

在栽培過程中,由于性狀分離、環境改變等因素容易使菊花產生芽變,所以變異性狀可以通過扦插等無性繁殖方式獲得,在芽變發生時先觀察,待其變異性狀穩定后即可形成新的菊花品系。目前已有多個優良新品種通過芽變選種獲得。據報道,杭白菊1號、金菊2號是科研人員從早小洋菊的優良芽變株系選育出的新品種;河北省林業和草原科學研究所在“白玉1號”的芽變株系中選育出茶藥食兼用新品種——“金冀1號”[26]。

2.1.3 組織培養

菊花組織培養主要是通過分離菊花的組織、器官、細胞、原生質體等,在無菌條件下,將外植體接種在含有各種營養物質及植物激素的培養基上進行培養,以獲得再生的菊花植株。菊花組織培養所用的外植體材料一般非常小,可結合使用誘變劑進行處理,吸收也比較快,很容易得到均勻一致的誘變群體[27]。通過組織培養,上海市園林科學研究所將“金背大紅”通過組培進行了花色的分離,并獲得了成功;試驗主要利用該品種上紅下黃的花瓣作為組培的材料,使花瓣的兩種花色產生分離,由此誕生了新的變種[28]。

2.1.4 誘變育種

菊花誘變育種主要有兩種,一種是輻射育種,另一種是航天育種。在進行菊花輻射育種時,利用射線對菊花材料進行照射誘發菊花遺傳性的改變,產生新的優良品種。研究表明,以菊花愈傷組織誘變效果最好,其次為植株、腳芽、枝條。由于菊花輻射誘變具有隨機性、嵌合性等特點,因此,在菊花的輻射育種過程中,一般采用輻射育種與組培相結合的方法進行操作,比如,對菊花材料的愈傷組織以及組培試管苗進行輻射,可產生突變嵌合體分離[29]。航天育種即利用衛星將菊花的種子送入太空,再通過返回式衛星將種子送回地球,種子經歷太空特殊的環境后產生誘變和變異。由于航天育種成本很高,目前利用率較低。另外,還有化學誘變育種和單倍體育種等方法。

2.2 分子育種研究

分子育種是在菊花育種中應用分子生物學技術進行分子層面的育種。隨著遺傳學、分子生物學等學科的不斷發展,菊花育種廣泛應用了分子標記和基因工程技術,并培育出一批菊花新品種,菊花的花型、花期、花色、株型及抗病蟲等性狀可通過基因工程技術進行改變[30]。CHENG等[31]認為過表達油菜素內酯BR信號響應基因CmBES1可能通過抑制下游CUC2、CYC4等器官邊界基因的表達增加舌狀花融合程度和舌狀花相對數量。HUANG等[32]將CmERF110和擬南芥自主途徑同源基因CmFLK蛋白互作模塊通過生物鐘共同參與秋菊花期調控。TANG等[33]發現CmMYB6的表觀遺傳甲基化修飾是決定菊花花色變異的重要原因。ZHAO等[34]通過與CmKNAT7互作拮抗調控木質素的生物合成,推測CmHLB過表達轉基因可能影響莖稈性狀,使菊花植株變矮、莖桿增粗。WANG等[35]認為,菊花核因子CmNF-YB8能改變葉片表皮氣孔狀態和角質層厚度,通過調控絲/蘇氨酸蛋白激酶基因CmCIPK6和角質生物合成調控因子CmSHN3,進而影響菊花植株的抗旱性。通過利用CMWRKY15抑制ABA合成與信號路徑相關基因的表達。FAN等[36]研究了菊花黑斑病抗性調控機理。FAN等通過利用CmWRKY15抑制ABA合成與信號路徑相關基因的表達,從而調控菊花黑斑病發生,增加菊花抗性。LI等[37]使用CmWRKY48通過JA信號轉導路徑調控菊花的抗蚜性。菊花分子標記輔助育種是通過檢測到的分子標記,達到選擇目標性狀的育種技術,該技術主要利用了分子標記與確定目標性狀基因緊密連鎖的特點。分子標記輔助育種的優點是快速、準確,而且可以縮短育種周期,不會受到環境條件的干擾。SU等[38]基于高通量SNP標記的GWAS分析發掘出6個耐澇性關聯位點,開發出dCAPS功能標記,與菊花耐澇性狀共分離。CHONG等[39]將GWAS分析檢測到的關聯SNP轉化成與花徑大小和開花時間相關的dCAPS標記。但就目前來看,距離真正進入育種應用,菊花分子標記輔助選擇育種研究尚有一定距離[40]。

3 茶食兼用型菊花栽培管理技術

3.1 繁殖技術

茶食兼用型菊花繁殖技術有播種、扦插、組培、分株、壓條等,其中,扦插繁殖和組培快繁是應用較多的技術。王琪等[41]研究了金絲皇菊工廠化育苗技術,實驗以細河沙為扦插基質生產金絲皇菊苗,該育苗方法效率高、價格低廉,適合大部分地區進行金絲皇菊規?;a育苗。王茹華等[42]認為珍珠巖是食用菊花扦插繁殖最適合的基質,同時明確了菊花插穗長度、生根粉使用量等技術要求。崔樂源等[43]研究了金絲皇菊的組培快繁技術,以金絲皇菊當年生莖段為外植體,進行組培快繁研究,為金絲皇菊優質高效產業化栽培用苗生產以及種苗脫毒提供了技術支持。唐煥偉等[44]以珍珠巖為基質,研究了食用菊花組培苗瓶外生根技術,應用該技術生產的組培苗生根成活率達到了90%以上。

3.2 大田栽培

大田栽培技術主要包括田間管理、肥料配施、種植密度、輪作、病蟲害防治等技術。程群等[45]、李水祥等[46]、徐揚等[47]闡述了茶用菊高產、高效、優質栽培技術,并對茶藥用菊種植密度進行了研究。劉建廷等[48]闡述了婺源黃菊產量和品質與施肥的關系,認為在施用相同有機肥時,婺源黃菊單株產量出現了先增后減的現象,該現象是隨著氮素施用量的增加而產生的。肖新等[49]對滁菊輪作方式及施用生物有機肥的影響進行了研究,發現生物有機肥的合理輪作和增施,可以有效促進滁菊生長,緩解連作障礙。唐煥偉等[50]、赫明濤等[51]對食用菊花的栽培模式和技術進行了研究,從品種選擇、育苗模式、田間管理等多個方面入手,提出了菊花麥后種植、高產高效的技術方法。以黑斑病、霜霉病、白粉病和立枯病等病害為研究對象,伏建增等[52]、許雅潔[53]、張怡等[54]對茶食用菊的重要病害和蟲害的發生規律及防治技術進行了分析,篩選出了毒性低、效果好的殺蟲劑。

4 茶食兼用型菊花加工技術及產品開發

4.1 加工技術

茶用菊花在采收后需要進行干燥處理,以便保存和運輸。烘干加工工藝對茶用菊花成品的品質影響較大,目前,菊花主要采取自然烘干和熱風烘干兩種烘干方式,采用“殺青+烘干”的方式進行烘干[55]。饒軍等[56]對茶用菊花的原料選擇、工藝流程等加工操作技術進行深入的研究,發現大部分茶菊品種最佳初始烘干溫度以45 ℃為宜,最高烘干溫度不高過60 ℃為宜,加工時間約為8 h。孫東宇等[57]、宋媛媛等[58]、梁俊宇等[59]圍繞杭白菊、金絲皇菊等茶食兼用型菊花,研發了新型殺青技術,驗證了烘烤菊花的最佳時間和溫度,以及不同熱風干燥模式下菊花干燥工藝的特性;科研人員認為,恒溫干燥條件下金絲皇菊干燥時間縮短,但復水特性、結水能力及色澤等品質變差;蒸汽熱燙預處理能提升干燥速率,預處理后再進行干燥菊花色澤保持較好。曹瓊和穆兵[60]就食用菊花保鮮技術以及鮮食菊花保鮮效果進行了探討,從不同包裝方式、不同濃度的苯甲酸鈉保鮮劑、不同濃度的抗壞血酸、不同濃度的氯化鈣等方面進行了比較,總結了食用菊花保鮮工藝。

4.2 產品開發

隨著生活水平的提高,人們對養生、保健和食療等方面的關注不斷提升。菊花的傳統利用方法是以菊花采摘后直接烘干制作菊花茶,或直接作為烹飪原料食用,菊花產品的附加值較低。近年來,為了提高菊花的綜合利用價值,其相關產品已經被陸續地開發出來,如菊花酒、菊花茶飲、菊花糕點、菊花精油、菊花化妝品等。通過將鮮枸杞、麥汁等與菊花浸提液一起發酵,可制成菊花發酵酒[61-62];以菊花、天麻、羅漢果、茶葉等為原料,能制作具有降壓降脂、消炎止痛、清肝明目保健功效的復合飲品[63-64]。賈小麗等[65]在制作糕點時,在其中添加菊花腦,研制出了菊花腦糕點。楊希和葉明[66]用奶粉、菊花提取液和枸杞提取液,通過適當的工藝制成具有抗氧化、降血糖功效的菊花枸杞酸奶。楊志芬等[67]、吳彥等[68]運用超聲提取技術,結合復凝聚法和噴霧冷凝法,用懷菊花做原料,制成精油微膠囊;并使用在化妝產品和洗浴產品上,使產品具有菊花特有的芳香,增香效果卓著;在化妝品的制作過程中加入適量的菊花萃取液精華,還可以增加其保健功效。高端等[69]研制出有防曬功效的化妝品,其主要利用山銀花和野菊花的萃取物作為主要原料。有團隊研發出菊花唇膏,該唇膏是以團隊自己培育的一款暗紅色菊花為原料,將色素和精油提煉出來加入其他材料研制而成[1]。除上述菊花類加工產品外,菊花還可以制作多種食用產品,如菊花鍋底、菊花汁內酯豆腐、菊花紙型蔬菜、菊花粥、菊花果凍等。

5 問題與展望

茶食兼用型菊花不僅營養豐富,還具有保健作用,廣泛應用于茶飲、藥物和食品等領域。近年來,對茶食兼用型菊花的研究不斷深入,但是也存在諸多不足,比如:對其功效成分的藥理作用機制研究不夠深入;新品種的培育較少;對連作障礙和抗逆性栽培技術研究不多;茶食賞兼用型菊花品種在園林景觀中的應用研究缺乏;茶食兼用型菊花采后加工研究理論基礎尚顯不足、加工工藝有待進一步優化等。

未來茶食兼用型菊花的研究建議加強以下幾方面的工作:①在功效研究方面,加強茶食兼用型菊花化學成分分析以及藥理作用機制研究;②在新品種選育方面,首先進行種質資源保護與創新利用,其次建立科學高效的傳統育種與現代生物技術育種相結合的育種新策略;③在栽培管理技術方面,進一步優化茶食兼用型菊花的栽培管理技術,提高茶食兼用型菊花的產量和品質,同時,加強茶食兼用型菊花抗逆性研究,探討茶食兼用型菊花在不同生態環境和氣候條件下的生態適應性和栽培技術;④在采后加工及產品開發利用方面,應進一步優化茶食兼用型菊花的加工工藝,進一步研究茶食兼用型菊花的各種加工產品,為更好地開發新型菊花產品提供思路。

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責任編輯:李菊馨

基金項目:湖南省林業生態保護修復及發展專項資金(花卉苗木產業發展)項目(湘財資環指〔2023〕5號);湖南省重點研發項目(2022NK2062,2021NK2008);湖南省農業科技創新資金項目(2022CX49)。

第一作者:唐桂梅(1979—),女,博士,高級工程師,研究方向為觀賞園藝及城鄉規劃設計研究,Email:tgmm1010@qq.com。

*通信作者:趙凡(1993—),女,碩士,工程師,研究方向為園林植物應用與園林設計研究。

收稿日期:2023-10-21

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