天麻种性退化及防止方法研究进展

王彩云, 侯 俊, 黄晓旭, 李恒谦, 成忠均, 柳 敏, 周茂嫦, 王 永, 张翔宇*

(1. 毕节市中药研究所，贵州 毕节 551700；2. 大方县乡村振兴局，贵州 毕节 551700)

天麻（Gastrodia elata Blume）为兰科多年生草本植物，是我国名贵药食兼用中药材，主产于陕西、贵州、安徽、云南、四川、湖北等地。据《神农本草经》所述，天麻有平肝息风止痉功效，主要用于头痛眩晕、破伤风、癫痫抽搐、小儿惊风、肢体麻木等症。现代药理研究表明，天麻对促进大脑发育、抗炎、延缓衰老、抗惊厥、改善记忆、抗抑郁、阿尔茨海默症等具有一定效果[1-3]。天麻的主要药效成分是天麻素，具有抗惊厥、镇静、神经保护等药效[4]。天麻还含有酚类、生物碱、多糖、有机酸以及甾醇等多种活性成分[5]。

随着科学技术的进步及天麻产业的快速发展，天麻已从传统的单一药用发展到滋补保健、食品、饮品、航天、美容及发酵等行业，需求逐年扩大，导致野生天麻的过度采挖及资源紧缺，已无法满足市场需求。人工种植天麻逐渐发展成为市场大宗药品的主要来源。天麻的人工栽培迄今已有半个多世纪，随着种植技术不断提高，种植规模逐年增加并趋于稳定，目前已发展为部分地区特别是边远地区药材种植农户的重要经济来源。然而，经过多年的人工栽培，天麻种质退化问题日益凸显，导致其产量和质量呈逐年下降趋势，迫切需要通过有效途径缓解天麻种质退化问题。因此，对国内外关于天麻种性退化表现、原因及防止方法的研究进行综述，为更好应对天麻生产中的种性退化问题，促进天麻产业可持续发展提供参考。

1 天麻种性退化的表现

天麻没有根和叶片，其生长发育过程中无法通过光合作用吸收外界营养，只能通过萌发菌和蜜环菌（Armillaria mellea）传递生长所需养分。天麻种子与萌发菌拌种后，种子吸潮膨胀，然后被萌发菌菌丝入侵，萌发菌为种子提供营养并使其萌发成原球茎；原球茎又被蜜环菌侵染，并依靠蜜环菌提供的营养发育为米麻、白麻，最终长成箭麻。从箭麻抽薹、开花至种子成熟、采摘，约需60～65 d，时长占其生命周期的5.6%左右，其余生长发育活动均在地下完成，因此，天麻的退化现象最先在地下部分有所表现，然后才在地上部分显现[6]。天麻的种性退化现象主要表现在以下方面。

1.1 产量大幅度下降，商品率低

天麻种性退化的一个重要表现是产量下降，具体表现为箭麻及种麻数量的减少，尤其是商品麻产量锐减，空窝率频发，受病虫害天麻增多，原因是种麻以及分生能力的减弱和接菌率的降低。

二十世纪八九十年代开始，药农应用无性繁殖技术种植天麻，发现引种1～2 代属于高产期，3～4代属于下降期，5～6代属于退化或无收期[7]。张维经等[8]研究发现，从连续4年无性繁殖天麻重量的增殖倍数看，第1年为6.8 倍，第2年为3 倍，第3年为1.6 倍，第4年为0.2倍，产量逐年锐减。经毕节市中药研究所课题组研究发现，毕节红天麻采用零代种，即有性繁殖育种播种后半年采收的种子进行无性繁殖时产量最高，通常为6.72 kg/m2，用1 代种（17 个月）栽培天麻产量次之，产量通常为3.21 kg/m2，如再用此种（29 个月）栽培天麻，产量不仅大幅下降，仅为1.44 kg/m2，且病虫害率及空窝率明显提高。

1.2 块茎形态学变化

天麻种性退化的另一典型特征是天麻块茎的形态学变化。通常生长旺盛、种性优良的天麻，其米麻、白麻顶端生长锥粗壮、短，呈黄白色或浅黄色，而退化后的天麻，其米麻、白麻顶端生长锥变尖长，环节稀，色泽加深，呈浅褐色或姜黄色，部分米麻缠结成团，个体增大异常，畸形化率提高[7]。箭麻的形态变化动态则表现为头部粗大，头、中、尾等粗，头尾细、中粗，头、中、尾呈长条状，麻体变为畸形，呈现头尾“倒置”，节数密增而不均匀[7]。退化后的天麻含水量高，折干率低，商品颜色变褐、发黑，粘稠、极易霉烂，大多属于劣等品，极难销售。

1.3 抗逆性下降

天麻的抗逆性下降主要表现在一是被蜜环菌侵染的箭麻数增加，且无性繁殖代数越多，表现越明显；而种性强、生长旺盛的箭麻和种麻上几乎未见蜜环菌索缠绕[7]。二是普遍出现感病、虫蛀、烂麻现象，连栽穴尤为严重。导致麻体腐烂的主要病原菌为暗梗孢科柱孢属（Cylindroearpon destruitans）及尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum），还有其他一些抑制蜜环菌生长、促使天麻腐烂的杂菌[7]。

1.4 地上部分形态变化

除在地下部分有明显表征外，天麻的种性退化在地上部分同样有所表现。地上部分退化表征主要出现在作育种材料时，具体表现为箭芽无法正常抽薹，或抽薹后地上花茎花序轴簇生，极易出现倒伏及芽腐病；天麻茎杆、花、果的颜色逐渐变淡，或出现杂色，植株株高降低；退化箭麻的开花期缩短2～3 d，且种子数量减少，种子中胚发育不健全或无胚率增多，结实率降低[6]。天麻地上部位的退化现象尤以绿天麻和乌天麻颜色的变化较为突出。

1.5 商品质量下降

天麻种性发生退化后其品质会明显变劣，表现为含水量增多，干物质含量下降，对羟基苯甲醇及天麻素含量显著下降。经毕节市中药研究所课题组研究发现，红天麻采用零代种进行无性繁殖时天麻素及对羟基苯甲醇总含量最高，通常为0.58%，用1 代种栽培天麻含量次之，通常为0.46%，如用2 代种栽培天麻的天麻素及对羟基苯甲醇总含量大幅度下降，仅为0.23%；0 代种、1 代种、2 代种所产天麻的折干率依次为16.84%、15.47%、14.15%。

2 天麻种性退化的原因

2.1 麻种的连续多代无性繁殖

理论上，无性繁殖是利用植物器官再生能力形成新个体的过程，是母体阶段发育的延续，因此，无性繁殖可保持母本的优良特性，使作物提早开花结实，但长期的无性繁殖也会导致品种退化。徐锦堂等[9]研究提出，种麻连续多代无性繁殖会引起种性退化。但目前尚无科学、完整、系统的试验论证，表明天麻无性繁殖引起种性退化的具体速度，但一般生产上无性繁殖2～3 代即开始出现退化现象。

2.2 伴生菌菌种的退化

天麻生长必须依托萌发菌及蜜环菌，经由该两种菌分解木材、菌料，天麻才能获取营养物质，保障自身生长、繁殖，萌发菌及蜜环菌菌种的优劣直接决定天麻产量和质量。因此，引起天麻种性退化更为直接和重要的原因是共生菌种群蜜环菌和萌发菌的退化或变异。研究表明，天麻产量、质量与萌发菌、蜜环菌菌种的生物学特性息息相关，使用不同的菌种，天麻产量增幅、质量差异均很大[10-11]。目前，天麻伴生菌的生产或繁殖基本采取人工化，脱离了天麻的原生境，即萌发菌和蜜环菌均以无性繁殖方式在人工配制的培养基上进行生产、转接或扩大培养。天麻伴生菌长期远离其生长发育的原生环境，而置于无性繁殖阶段，其抗逆性和生活力会发生变化或退化。连续多代使用的蜜环菌退化现象尤为严重，其菌索呈细长状，无弹性，生长速度减慢，分枝少而脆弱，菌索内部菌丝变黄，表皮呈现黑褐色，木质化严重，表层细胞厚度增加，为天麻提供生长发育所需营养来源的髓部菌丝减少，会显著降低蜜环菌侵染天麻的几率，对天麻的营养供给不足，进而导致天麻品质和产量降低［7］。另外，天麻处于老化退化或病态时，若蜜环菌生长过旺，菌丝会大量入侵天麻的中柱组织，将衰老或病态的麻体作为其营养源，导致空窝现象尤为突出［7］。

2.3 连作障碍

在同一区域长期栽培天麻，易造成病虫害富集，生态环境恶化，进而导致天麻的产量和质量下降及品种退化。通常情况下，新栽培穴第1年产量最高，第2年次之，第3年、第4年产量迅速下降。退化速度又因土质不同而有所区别，其中在花岗岩分化的强酸性母质壤土中种植天麻，其退化速度较慢，其次是黄棕壤沙土母质，最后是石灰岩或页岩风化形成的偏酸性壤土[7]。另外，在天麻连作环境中，易富集危害天麻的球茎锈腐病［Cylindrocarpon destructans（Zinss）Scholtln］、尖孢镰刀菌等主要病菌，还极易滋生和蔓延天麻蚜蝇（Azpeytia shirakii Hurkmans）、白蚁类、蝼蛄类等主要危害天麻的害虫[6]。蜜环菌被木霉寄生是天麻在原窖中连作3年几乎绝收的主要原因之一[12]。在天麻产区，部分药农仍采用老菌材培育新菌材和新老菌材伴栽的方法培育蜜环菌，极易富集危害蜜环菌的病菌，导致蜜环菌的退化。

2.4 种质混杂、纯度不高

亲本是种子的源头，种源混杂会造成其他生产环节无法弥补的问题。在人工授粉等天麻繁育过程中，如镊子未分开使用、不注意隔离，会导致天麻不同品种间的杂交，影响品种的纯度，进而影响最终的产量和质量。在天麻种子生产中，采收、拌种、播种、运输、储藏等任一环节管理未严格按照规定进行，都可能造成种源混杂，影响天麻生产。

2.5 气候环境

天麻生长发育与其周围的温度、湿度、空气、土壤、光照等生态环境因素息息相关，如天麻自身具有的遗传适应性无法适应自然条件变化，其生长发育会受阻甚至死亡。实践证明，高温高湿等气候环境会导致天麻种性退化。天麻为冷凉作物，高温高湿环境易诱发或加速病虫害发生，因此在高温高湿环境中烂麻较多，并导致箭麻头部呈瓶颈状、产量降低，米麻、小白麻增多，商品率低[7]。

2.6 跨地区引种

实践证明，跨地区不当引种会引起天麻退化。王绍柏等[6]将云南省昭通市小草坝镇种植的乌天麻引种到湖北省宜昌地区栽培，结果发现，在海拔1 300 m的樟村坪林场种植云南乌天麻，形成较多畸形态的箭麻和种麻；在海拔1 600 m 的火烧坪种植云南乌天麻，形成缩小版、形态发育正常的箭麻，用此箭麻进行有性繁殖所产生的蒴果数及种子数也减少。

2.7 人工授粉

有性繁殖能有效延缓天麻种性退化，明显增强天麻生活力。天麻着生情况和花的结构决定其在自然条件下很难实现自花授粉。天麻自然传粉主要通过芦蜂等若干种野蜂，开花多日若无昆虫授粉，花粉块将会干瘪或落入中空的蕊柱中，极少有机会落在自花的柱头上。受气候环境及其他生态因子的影响，依靠昆虫传粉自然状态下结果率很低，仅8.2%，但形成的果实和种子均很饱满，活力旺盛[13]。人工授粉可获得大量果实，其结果率通常高达95%以上。1 个200 g 左右的箭麻自然状态下仅能产生10 余颗蒴果，而人工授粉的蒴果率可达70～80 颗，产生的种子数约为240 万粒[6]。但人工授粉的缺陷是易造成种源混杂，同时人工授粉结果率虽高，但果实易营养不足，获得的种子很可能表现瘦弱，后代生活力减弱[6]，进而引起天麻种性退化。

2.8 生态系统破坏及野生资源减少

王绍柏等[6]提出，导致栽培天麻种群退化的直接原因是森林生态系统的破坏和天麻自然种群的减少；而导致栽培天麻种群退化的间接原因是通过人工授粉等手段，使天麻种群的自然生长状态发生了人为改变。据《本草纲目》所述，李时珍足迹所至的山林几乎都有天麻分布，而今因森林遭受破坏、野生天麻的乱采滥挖，使原本富足的野生天麻种质资源日益减少[14]。表明，栽培天麻的种群退化与野生天麻及森林生态系统的盛衰密切相关。此外，人工种植天麻的管理粗放、技术水平较差、生态环境不良等也会引起天麻退化。如种麻栽植过深、覆土过厚，导致透气性不良；种麻栽植过密过稠等，导致天麻生长受到抑制，麻体变长变细。

综上所述，天麻的种性退化是由复杂的综合因素导致，只有采取综合性的技术措施才能科学有效地防止或延缓其种性退化。

3 天麻种性退化的防止方法

3.1 良种选育

有性繁殖技术虽在一定程度上可解决天麻产量下降问题，但仍无法有效避免天麻品种退化。因此，必须大力开展天麻优良品种选育。选育天麻优良品种除从其野生资源中筛选优质高产品种外，还可结合诱变育种、杂交育种、基因重组和细胞杂交等先进手段进行。选择优势互补、亲缘关系较远、遗传品质差异较大的亲本进行杂交育种，选育优良资源，有望获得理想的优质、抗逆力强、高产、稳产的杂交品种，是提高天麻产量、质量、防止栽培退化的有效手段。红天麻或乌天麻等天麻变型内的杂交育种，不需调节花期即可进行，而天麻变型间的杂交育种则必须调节花期相遇，杂交育种也可在天麻属不同种间进行。吴才祥等[15]选择能优势互补、亲缘关系较远、遗传品质异质性大的亲本进行远缘杂交育种，再配以三交、双交或回交方法，获得理想的抗逆力强、优质、稳产高产的杂交良种。王秋颖等[16]采用杂交育种法培育出遗传稳定性强且高产的天麻种，采用组织培养方式将天麻块茎培养为种麻，为生产中高效繁殖天麻种麻提供了一种新方法。王绍柏等[17-19]采用宜昌红天麻和云南乌天麻为育种材料，培育出天麻良种鄂天麻1 号、鄂天麻2 号，其商品麻的外形和产量表现较好，天麻素含量也高于其他品种。

3.2 种质提纯、复壮与更新

在繁殖过程中，种质会由于各种因素发生不同程度的混杂及退化现象，如不加以提纯，一些优良品系会失去其原有价值。如种质出现混杂，需通过提纯手段重新生产原种，以恢复种质的典型性和纯度，确保优良品种使用价值的发挥。天麻资源的提纯复壮对于发展天麻生产，保证天麻产量和质量具有重要意义。提纯、复壮、更新天麻麻种的方法有有性繁殖、野生抚育、异地栽培、避免连作4种。

3.2.1 有性繁殖 由于天麻为虫媒花，是典型的人工授粉植物，自花授粉是目前天麻提纯复壮主要使用的方法之一。由于自交系的纯度决定其资源的纯度，因此在提纯复壮过程中应注意防止机械混杂。一般选择增产潜力大、生长势强、丰产性能好、繁殖系数高的优良单株为母种，通过自花授粉获得种子，然后培育麻种，该类有性繁殖后代的产量高、生长势强，在适宜栽培条件下一般能增重十几倍甚至几十倍，效果极为明显。相比无性繁殖，有性繁殖天麻具有明显优势：一是繁殖系数高，分生能力强，扩大了种源，为大规模天麻生产提供良种；二是产量高、抗逆性强，能有效防止天麻种性退化；三是栽培后所产天麻的麻形好、块茎肥大、商品率高，质量优[20]。

3.2.2 野生抚育 据天麻种植农户反映，野生麻种比栽培种麻的产量高、质量好、商品率高，通过采挖野生种麻进行野生抚育，是有效防止天麻种性退化的方法之一，该方法目前已在野生资源较多的地区得到广泛应用。

3.2.3 异地栽培 实践证明，种植天麻应因地制宜进行地区间种麻交换，不可在同一区域连续多代栽培天麻。进行地区间种麻对调，尤其是从低海拨区域向高海拨区域迁移，能在一定程度上更新复壮种麻，防止天麻种性退化。王绍柏等[6-7]将种植十余年的红天麻从海拔800 m 的宜昌市黄花乡东垭村，引种到海拔1 400 m 的宜昌市秭归县九岭头村，一年后采收时发现不仅产量有所提高，在箭麻和种麻形态上也得到显著复壮。由低到高的纵向引种，能在一定程度上更新复壮退化的种麻，但纵向异地引种较合适的具体海拔高度差，以及采用横向引种是否有效等问题还有待进一步探讨[9]。

3.2.4 避免连作 除异地栽培以外，还应选择酸性沙壤土、避免连作、定期更换新窝，以避免土壤生产力退化现象及蜜环菌代谢产物对天麻的抑制，减少土居性病菌的侵害及天麻病害的发生[21]。

3.3 培育优质蜜环菌及菌材

作为典型的异养型植物，天麻的生长、发育、繁殖均离不开蜜环菌。蜜环菌是天麻生长发育的基石，天麻生物产量及天麻素等有效成分含量受蜜环菌和菌材的重要影响[9]。随着继代次数的增多，栽培时间的延长，蜜环菌菌株会出现严重的变异与退化现象，表现为抗逆性和适应性降低、褐色素分泌增多、菌索生长缓慢、变脆、生命力下降等[22]。导致天麻退化的主要因素是蜜环菌菌种的退化，退化菌株可通过复壮恢复活性[21]。因此，优良蜜环菌菌种的筛选、复壮以及优质菌材的培育对延缓天麻退化现象具有重要作用。

3.3.1 筛选优质蜜环菌菌种 使用不同的蜜环菌栽培天麻，其产量及质量差异较大，因此亟需筛选“当家”蜜环菌种。KIM 等[23-24]通过收集若干蜜环菌菌株进行天麻栽培试验发现，Armillaria gaillca 无寄生性，菌索粗壮、发达、生长迅速，有利于天麻生长，与天麻的共生效果较好。孙继民等[25]将纯化的蜜环菌菌索用0.5%羟胺溶液诱变处理2 min，获得生长速度快的突变菌株，该菌株菌索更加密集、粗壮，且比母种提前2 d萌发。华秀爱[26]采用液体深层培养蜜环菌，发现其菌丝生长快，比固体培养时间节约1 倍以上。王淑芳等[27]对已退化的不能形成菌索的蜜环菌菌种进行摇瓶扩繁，进一步使用含葡萄糖和有机氮的半固体摇瓶培养菌种后，获得生长迅速、粗壮旺盛的菌索片段或菌丝球。孙士青等[28]研究表明，在天麻素质量分数、天麻产量等方面，退化菌种组与野生菌种组具有显著差异。刘天睿[29]研究表明，采用优势菌株M1 伴栽的天麻，其天麻素等成分含量和产量均高于其余菌株。

3.3.2 蜜环菌的提纯复壮 孙士青等[30]研究表明，与第1 代菌种相比，采用连续无性繁殖的第2 代、第3 代蜜环菌菌种所培养的菌材上，蜜环菌菌索的色泽差、长势弱、弹性低，在天麻素质量分数和天麻产量方面也存在显著差异，表明蜜环菌连续无性繁殖代数越高，蜜环菌的菌索性状、活力以及伴栽的天麻产量、质量越差。蜜环菌的提纯复壮，普遍采取的方法为选取带菌的木段、新鲜菌索、孢子或子实体等适宜外植体材料，经表面消毒后培养母种，再扩大培养成原种、栽培种，最后回接到木材上，即形成天麻生产中的菌材。该过程本质上是完成了1次菌种的纯化与复壮，进而确保菌种的活力和纯度。

3.3.3 优质菌材培养及更新 除筛选优质蜜环菌菌种及对蜜环菌进行提纯复壮外，培育优质蜜环菌菌材也是防止天麻种性退化的重要措施。由于蜜环菌菌材多代传菌后极易退化，必须定期对蜜环菌菌材进行更新。蜜环菌菌材的更新，一是购买提纯复壮后的优良蜜环菌菌种培育新菌材，逐渐淘汰老化蜜环菌；二是从野生天麻资源分布广的区域采集野生蜜环菌索做外植体，经提纯复壮后培育菌枝和菌棒。除定期更新蜜环菌菌材外，还需强化管理，将优质蜜环菌材培育技术全面落实到整个培菌过程中，方可获得理想的培养效果。如菌材的摆放方式和用量不同，不仅影响天麻、蜜环菌的营养供给线路，还直接影响天麻、蜜环菌的生活环境，如沥水、透气性等，且间接影响菌材的优劣及伴栽天麻的产量和质量[7]。王绍柏等[7]通过对蜜环菌种分离、培养、菌材的排放、利用、麻窖的覆盖、异地引种等进行研究，形成了针对蜜环菌纯菌种接种的边际效应排棒法（即细枝加短棒横断式排放），以及面向杂交种麻和异地引种的塑料薄膜覆盖优化栽培方式。

3.4 严格种子生产管理制度，避免机械混杂

建立完善的种子质量保证制度，严格把控种子生产过程中各环节操作，以防发生人为或机械导致的品种混杂。在播种时由专人负责，做到品种、播种用具、播种田块、装种用具符合要求；采收时做好标记，确保单收、单运、单贮，防止品种混杂。在发放和接收良种时，保证有完好的内外标签。

3.5 天麻种群保护

由于天麻种植的经济价值较高，药农种植积极性也高，我国云南、贵州、四川等省把天麻作为重要农业产业进行大力发展，导致天麻在自然产区和非自然产区的种植密度过大，天麻生产所需用材量剧增并远超当地林木生产量，致使生态环境和森林资源遭受严重破坏，也使天麻栽培用材后续无力，造成所栽天麻种群日趋退化、主产区产量日益降低[6]。因此，亟需政府、科研机构及相关部门协同制定天麻产业现代化、规划发展生态化、资源保护科学化、栽培用种优良化、种植技术规范化的相关方案，确保人人自觉做到“采挖保护、联动保护、生态保护、育种保护、限量保护、栽培保护”[6]，促进天麻产业的稳定、可持续发展。可在天麻种质资源分布相对集中的区域建立自然保护区，进行就地或迁地活体保存；新建专用的药用植物种质资源库或利用现有人工种质资源库，对天麻块茎、种子等活体材料进行低湿低温保存，确保天麻种质资源的可持续利用[6]。加大力度研究天麻共生菌群，在建立野生种质资源保护区的同时进一步探索萌发菌生活史，研究并诱导培养子实体，严格按照《菌种生产条例》进行分离、提纯、复壮和扩大生产[6]。

3.6 完善栽培技术措施

杨文权[31]研究认为，天麻的种性退化与栽培措施有很大关系。因此，为有效防止天麻种性退化，在其栽培过程中应加强播种期、麻种用量、菌材用量、摆放方式、覆土厚度、覆盖材料、树林郁闭度等关键因子研究，逐步完善栽培技术措施。

4 展望

随着经济与社会的发展，消费者的消费能力不断提升，对自身健康也愈加重视，药食两用的天麻日益受到市场和消费者关注，相关产业逐步发展壮大，也带动对天麻人工栽培、化学成分与药理药效等方面的研究不断深入，并在天麻种质变异、退化等方面取得一定研究结果。其中，天麻有性繁殖技术的实现，为天麻育种工作奠定了良好基础；在技术手段上，化学诱变、杂交育种、辐射育种等技术的应用，为培育产量高、抗性优、长势强的天麻新品种提供了强有力的技术支撑[32]，但相关研究目前尚未取得突破性进展。作物的种性退化是农业生产中客观存在而无法避免的问题。应对天麻种性退化，需进行更深层次的探索，可从天麻种质与生态环境的整体角度出发，采用现代先进的生物学技术及化学分析技术，综合分析影响天麻品质、产量的因素，重点开展天麻品质、产量与伴生菌菌种及其生物学特性的相关性研究，科学指导蜜环菌、萌发菌的育种、良种繁育等，将有利于缩短菌期，提高菌材质量，防止天麻及伴生菌的退化[32]，促进天麻产业的高质量发展。