盾叶薯蓣重要野生资源保护筛选及优质高效栽培研究

       一、研究的目的意义
       盾叶薯蓣又名黄姜（Dioc oorea zingibencicMright）是薯蓣属植物，薯蓣含薯蓣皂甙，是重要的药用价值。是甾体激素类药物合成不可替代的天然原料，是治疗心血乏疾病、冠心病、糖尿病等多种药物的重要原料，还具有抗菌、消炎、抗真菌、细胞毒性和诱导肿瘤细胞凋亡等作用，具有袪风除湿、清热解毒的功效重演可用于治疗胃病、风湿性心脏病、风湿性关节炎、跌打痨伤等症。薯蓣皂素是合成甾体激素药物的基础原料和起始中间体，应用薯蓣素可以合成生产肾上腺皮质激素，性激素，蛋白同化激素共200多种药物，以薯蓣为基础几乎可以合成所有的甾体激素药物。故有“激素之母”之称。
       全球盾叶薯蓣主要产于中国和墨西哥，中国产量占全球2/3以上。因国际国内市场对皂素需求量大，且人工栽培薯蓣尚处初始阶段，薯蓣皂素供不应求，价格一涨再涨，最高时已达到50万元/吨，从而出现野生资源掠夺性采挖，导致盾叶薯蓣濒临灭绝。介受市场利益趋动，各地未能宏观控制其种植面积，出现盲目大面积发展人工种植局面，到2002年皂素生产出现供大于求，产品价格骤降到20万元左右/吨，造成皂素加工企业产品销路不畅，农民种植的薯蓣无人收购，严重影响农民种植薯蓣的积极性，从而迫使农民放弃薯蓣种植，改种其它作物。据预测，在2012年后，将出现一方面盾叶薯蓣原料严重短缺，另一方面是资源混乱的现象，现在如再不抓紧野生资源的保护，筛选和优质高效栽培技术研究，将在下一次薯蓣皂素市场高潮来临时失去发展的良机。
       因此，本项目的目的主要是在广泛评价盾叶薯蓣资源的基础上，筛选高产、高含薯蓣皂素的优良基因型；通过对盾叶薯蓣高产、优质栽培技术研究，建立高效、规范化的栽培技术体系，从而提高企业经济效益、降低成本，提高市场竞争能力，促进农业结构优化调整和农村经济可持续发展。
 

       二、研究的必要性及国内外研究现状分析
       （一）研究的必要性
       上世纪90年代初至2002年间，由于全球对薯蓣皂素药物需求量大，人们对野生盾叶薯蓣大量采挖，加之中国人工造林速度较快，林间荫蔽加重，导致野生盾叶薯蓣资源枯竭。以盐亭为例，上世纪70年代山上山下到处皆是，上世纪80年代掠夺性采挖，到上世纪90年代中期濒临绝迹。
       现种植的盾叶薯蓣品种混杂，产量和质量不稳定。盾叶薯蓣种植技术粗放，产量和质量得不到有效保障。因此，开展盾叶薯蓣资源评价、筛选优质高产新材料和建立优质高产高效栽培技术体系是十分必要，对农民增收致富、企业增效、财政增收和建立和谐社会都具有十分重大的意义。
       （二）国内外研究现状
       上世纪90年代以前，世界上的激素药物主要是用化学合成法和动物脏器及血液中提取，这些激素源不仅成本高，而且对人体有害如从动物脏器和血液中撮皂素会导致肥胖和巨人症，1992年，联合国卫生组织宣布禁止使用上述激素，只能从植物中提取皂素和甾醇生产甾体激素药物。植物皂素主要有三大类，即薯蓣皂素、剑麻皂素、番麻皂素，其中尤以盾叶薯蓣是生产甾体激素药物最理想的基础原料。世界上2/3的甾体激素药物是以薯蓣皂素作基础原料生产的，一是薯蓣根的皂素含量比其他薯蓣含量高，特别是中国的盾叶薯蓣含量较墨西哥还要高。二是利用盾叶薯蓣提取的皂素药源无副作用，三是较其它薯蓣容易进行人工栽种，知识产权现状处于研究阶段。
 

       三、主要研究内容、技术关键、技术路线和应用方案
       （一）主要研究内容
       1、进一步开展对盐亭县或绵阳市野生盾叶薯蓣资源调查和收集；
       2、盾叶薯蓣资源评价，筛选高产、高含皂素的薯蓣材料，培育出优质高产品种；
       3、高产、高效栽培技术体系探索。
       （二）技术关键
       1、盾叶薯蓣皂素微量分析测试技术。中科院成都生物研究所已建立酸水解法的微量分析技术，为本项目的实施提供了技术依托。
       2、高产、高效安全的栽培技术体系的建立。根据盾叶薯蓣的生长发育特点，探索科学合理的栽培方式、密度、单株总根重量、地上部干物质重量与产量的关系、采收期、水肥管理等措施。
       （三）技术路线
       1、广泛收集资源，筛选评价优良材料，结合组织培养和其他无性繁殖技术措施，加快优良野生盾叶薯蓣的繁殖，快速形成品系，优良品系参加产量，品质区域试验和生产试验。
       2、研究优质高产安全的栽培技术措施，制定盾叶薯蓣“农业标准”。
       （四）应用方案
       将保护和培养的优良品种送国家指定的权威单位进行品种鉴定，将鉴定后的品种向盾叶薯蓣深加工企业推荐，建立服务体系，抓好推广应用。
 

       四、项目研究的创造性
       （一）理论创新
       本项目通过野生资源的收集、整理与保护，再从野生资源材料结合现代生物科学进行品种改良，并综合国内外先进配套技术组装集成盾叶薯蓣优质高效新技术。
       （二）应用创新
       本项目采取企业＋科研院所＋专合组织的形式，共同建立一支强而有力的技术队伍，结合退耕还林，利用荒山荒坡开展进行品种改良、资源保护和筛选。
       （三）技术创新
       根据生物统计学原理，采取资源集成，新材料筛选，结合组织培养，集成系列新技术，培育出高含量新品种（系），并利用新品种集成综合配套高效栽培新技术。同时制定出农业标准。
 

       五、项目应用前景和研究成果转化方案分析
       甾体激素药物是世界上仅次于抗生素类的第二大类药物，具有很强地抗感染、抗过敏、抗病毒和抗休克的药理作用，在国内外临床医药上广为应用，是治疗风湿病、心血乏病、胶原必病症、淋巴白病、人体器官移植、抗肿瘤、细菌性脑炎、皮肤病及内分泌失调、老年性疾病和抢救危重病症的重要用药。另外，甾体激素类药物在调节人体机能，防病抗衰老、调节脑神经、减肥、补钙保健等方面以及日用化学工业和养殖业也得到广泛应用。甾体激素药物经过几十年的研究开发，目前已形成种类繁多、临床应用广泛和需要旺盛的一大类甾体药物。生产甾体激素类药物必须以皂素或甾体醇作基础原料。自甾体激素药物发明以来，世界生产皂素或甾醇的方法主要有动植物提取法和化学合成法。1992年，联合国卫生组织宣布，禁止使用化学合成法生产甾体激素药物，而从动物脏器和血液中撮的皂素会导致肥胖和巨人症。因此，目前只能从植物中提取皂素和甾体激素药物。但利用甾体醇生产甾体激素药物成本远高于皂素，一般都是用植物皂素生产甾体激素类药物，故植物皂素有“激素之母”之称。植物皂素主要有三大类：即薯蓣类、剑麻皂素，其中薯蓣皂素是生产甾体激素药物最理想的基础原料，世界上2/3以上的甾体激素药物是以薯蓣皂素作基础原料生产的，所以薯蓣在甾体激素药物生产中具有十分重要地位。世界上薯蓣皂素含量较高的植物资源不多，主要分布在中国和墨西哥，所以中国和墨西哥是薯蓣皂素生产大国。在墨西哥、含薯蓣皂素较高的植物主要是小穂花薯蓣。在中国，含薯蓣皂素的植物有十七种，但含量较高、具有工业开发价值的主要是盾叶薯蓣穿地龙、葫芦芭。穿地龙皂素含量只有盾叶薯蓣的一半（盾叶薯蓣皂素含量约2.5%，穿地龙含量为1.2%），且生长周期比黄姜长盾叶薯蓣为2年，穿地龙为4—5年，葫芦芭籽皂素含量也较低（0.8—1.2），因此，盾叶薯蓣成为世界生产皂素最主要的药源植物。
       该课题是从野生资源筛选出高含量、高产量新品种（系），再通过技术的创新集成，可在现有品种和栽培技术的基础上提高种植户的单位面积经济效益。测算一般亩增效益在35—40%，薯蓣皂素含量的提高加工企业可降低生产成本40%左右。企业建立的同时，盐亭最低也能实现种植面积1000公顷以上，可带动周边县（区）种植7000公顷。
 

       六、课题实施的风险及应对策略
       该课题的实施单位主要风险是支付较大的课题经费，如果课题经费得不到保障，就难于顺利进行，要完成该项项目，一是自筹资金，二是争取国家、省、市科技部门的专项资金，三是争取相关企业支持，并负责皂素含量测定。
 

       七、预期研究主要成果
       1、新材料、新品种。
       2、优质高产高效规范化栽培技术体系（盾叶薯蓣农业标准）。