溫帶之花紫錐菊「台中1號」 適應臺灣氣候的8年育種之路

2019年臺中場選育出適應本土環境的紫椎菊新品種「台中1號」。

文/李盈瑩 攝影/李文揚

臺灣於2000年自加拿大引進紫錐菊(Echinacea purpurea)栽種,然而這項來自溫帶國家的作物,來臺後由於低溫日數不足,且春夏日照較溫帶地區短,常有簇生或不開花的情形,行政院農業委員會臺中區農業改良場(簡稱臺中場)於是投入研究,歷經8年時光,終於培育出適地栽種且產量豐厚的「台中1號」!

將古老智慧轉化為現代保健品

早年生活在美洲大陸的印地安人,發現生長在野地的紫錐菊具有治病功效,學會將花朵嚼爛塗抹在傷口上抑制發炎,或在牙痛時直接放入口中咀嚼以鎮痛舒緩,後來也會將整朵花泡入伏特加,或取軸根切段泡成藥酒,作為調節免疫力與治療百病的保健藥草。爾後,歐洲移民來到美洲,向印地安人習得這項利用方式,於是帶回歐洲發揚光大,成為歐美家喻戶曉的萬用藥。

擁有百年文化歷史的草藥一路流傳,至今仍在保健品的市場占有重要地位。根據2018年美國膳食補充品的產值計算,紫錐菊與薑黃素、葉黃素、大蒜、銀杏等萃取物並列前茅,擁有高度市場潛力。至於臺灣接觸紫錐菊的時機則可追溯至2000年的臺加合作計畫,當時臺中場與「加拿大農業及農業食品部太平洋區農糧食品研究中心」合作,陸續引進46種藥草植物,從中篩選出適應本土氣候及土壤環境,且具產業發展前景的藥用植物,包括香蜂草、紫錐菊等共14種。2010年,現職臺中場作物改良課課長的陳裕星博士,向衛生服利部申請將紫錐菊條列為「可供食品使用原料」,並於2012~2017年間陸續輔導國內7間廠商生產銷售紫錐菊產品,完成有機茶包、保健食品配方、機能性配方等技術轉移。

臺中場作物改良課課長陳裕星在2010年為紫錐菊申請「可供食品使用原料」,此後國內陸續開發出紫錐菊產品。

在研發之外,前期栽種面的缺口

從應用模式、指標成分分析、動物實驗等研發技術,以及後續的產品開發與技轉輔導,在陳裕星博士長年投入之下已趨於成熟,然而紫錐菊在臺灣的栽種情況卻仍有諸多改善空間。2011年,陳鐶斌由彰化縣秀水鄉公所轉職至臺中場擔任助理研究員,在協助草屯鎮農會進行產業輔導的過程中,發現田區生長的紫錐菊植株高度參差不齊、田間花朵稀疏,且同片田區從開出的第一株花到最末株開花,前後竟相距兩個月之久。

細究原因,目前臺灣市面上流通的商業種子主要來自美國及荷蘭,品種以「紫松花菊」、「狹葉紫錐菊」、「原白紫錐菊」為主,因屬溫帶種,不適應臺灣春夏的短日照與高溫環境,導致生長差異大,部分植株出現簇生情形,植株低矮卻不開花,或是在生質量不足、植株仍不夠健壯的情況下,就因高溫提前抽花。

當時國內萃取利用紫錐菊保健成分的技術已逐步發展,培育出適應本土氣候的地方品種,便成了紫錐菊產業的一大缺口。加上產業輔導的過程中發現紫錐菊族群的遺傳變異大,擁有十分寬裕的育種空間,陳鐶斌遂決定以紫錐菊的品種改良作為研究題材,展開了漫長的育種之路。

為了培育出適應本土氣候的紫錐菊地方品種,臺中場助理研究員陳鐶斌投入8年進行品種改良和育苗。

族群變異大,更有彈性的育種空間

2012~2013年間,陳鐶斌先針對常見的市售商業品種做基礎族群評估,確認「紫松花菊」是其中相對適應本土環境的品種;2014~2016年間,則設立明確的育種目標,以輪迴選種的方式進行了三個世代的選拔;2017~2018年則進一步投入量產試驗及活性成分分析,最後於2019年發表新種。

紫錐菊在臺灣的主要利用部位為植株地上部,其中又以花部的營養價值最高,因此陳鐶斌所設定的育種目標以量產為主,從具有遺傳變異的族群中選育出植株高大、花梗及花朵數多、花朵較大的植株混合,並篩選出對於光需求量低、對於低溫需求也偏低的族群。

陳鐶斌以光照需求為例:「紫錐菊的族群變異度很大,即使都是紫松花菊,有的個體需要像北美春夏16~18小時的日照量才能開花;有的只要達11~14小時即可,符合臺灣日照基礎的選育材料。因此這11~18小時的區間就提供了研究上的育種空間。」透過3年3個世代的選拔,逐漸培育出對日照敏感度較低的族群性狀,也在過程中淘汰那些不會開花或太晚開花的個體,選育出生質量高、收成多、生育期更短的品系。

育種的挑戰:天候變化與授粉方式

回想起過去8年的心路歷程,陳鐶斌打趣說道:「紫錐菊的生育期長達半年,且每年只能種一次,期間可能會遇到寒流、梅雨季威脅,對比其他像向日葵一年可跑3個cycle,如果讓我重新選題可能會再仔細考慮喔!」育種期間研究團隊就曾遇到2016年元月的霸王級寒流,只好連忙替植株添加保溫罩;過往也遇過梅雨季節瞬間雨量達130毫米的情況,讓他們趕緊將畦間的積水抽除,並改往地勢較高的田區栽種。

綿長的生育期所面臨的氣候風險高,一年僅能栽種一期的特性更添加了研究人員的時間壓力,除此之外,育種過程還有另一項需克服的門檻——授粉。紫錐菊屬於異交作物(意即由其他植株授粉而結實的作物),最初研究團隊採用人工授粉,發現結子率偏低,後來尋求蜜蜂協助,卻因初期試驗族群分散於數個小型紗網罩,狹窄的空間易造成蜂群緊迫死亡,於是陳鐶斌轉而試驗紗網外,一半置於紗網內,利用魚肚吸引戶外環境中的成蟲入內產卵,待孵化後就能直接在紗網內協助授粉,直到選育種子量提高後,才回歸使用蜜蜂授粉。藉由這段經歷,陳鐶斌日後也將此技術應用在金盞菊研究,同樣達到良好效果。

紫錐菊育苗建議先以72格或128格的穴盤進行,待幼苗長出3~5葉時移植田間。

朝更加純化的品種邁進

目前紫錐菊「台中1號」的種子繁殖與生產技術,已與國內3家廠商合作技轉,讓農民可生產質優量豐的國產紫錐菊,以提供下游的生技公司研發產品。而在紫錐菊的應用方面,除了先前的保健食品開發,近年來臺中場與臺大兒童醫院合作,經實驗室細胞試驗,已證實紫錐菊的水萃物可抑制腸病毒及腺病毒,隨後並取得美國及加拿大的專利權,將來只要美加在醫療使用時宣稱「紫錐菊具有抗腺病毒或腸病毒」之確效,都需支付臺灣專利費。陳裕星博士笑說:「紫錐菊的應用在歐美已行之百年,如今拿到這項專利,就像是我們醃的泡菜比韓國還好吃,是值得開心的成就。」

紫錐菊「台中1號」雖有優異表現,但陳鐶斌也坦言,「台中1號」屬於綜合品種(composite variety),仍具有一定程度的變異性。將來他希望好上加好,讓族群朝更加純化的目標前進。

起初研究團隊採用人工授粉,發現結子率偏低,於是陳鐶斌以蒼蠅為媒介,利用魚肚吸引戶外環境中的成蟲入內產卵,待孵化後就能直接在紗網內協助授粉。(圖片提供/臺中區農業改良場)
文/李盈瑩資訊 提供/行政院農業委員會臺中區農業改良場

品種特性

「台中1號」較目前市售主要的流通品種「紫松花菊」,擁有植株高大、花莖數多、花朵大、每千粒種子較重、種子發芽率高、耐熱性佳等特性。且花期提早1週,從早花到晚花落差約在10日內,無論花部或地上部植株,產量皆高於市售流通品種。

註:增進量指數=(紫錐菊「台中1號」觀測值–紫松花菊觀測值)×100%/紫松花菊觀測值 資料來源/陳鐶斌、林訓仕(2019)。紫錐菊 台中1號 之育成。臺中區農業改良場研究彙報,145,41-51。

栽培注意事項

播種適期

雖然全年皆可播種,但因冬季溫度低,育苗期會延長,一般建議平地於早春1~2月播種,山區可延至3~4月。

育苗

種子具休眠性,可進行催芽以提高發芽率,其發芽率約80%。育苗期約6週,建議先以72格或128格的穴盤進行育苗,待幼苗長出3~5葉時移植田間,減少田間管理時間。

移植

幼苗期移植時,種植深度不可以超過植株基部,否則影響幼苗成活率及產量。

種植密度

畦距1.3公尺,每畦種植2列,以「品」字型栽培,植株間距40公分,每公頃約可種植3萬9,000株。

肥培施用

每公頃氮素用量120~130公斤、磷酐100~130公斤、氧化鉀130~150公斤。基肥於播種時施用39號複合肥料每公頃400公斤;第一次追肥於移植後1個月施用5號複合肥料每公頃300公斤,第二次追肥於花莖抽苔時施用複合4號肥料每公頃200公斤。

水分管理

紫錐菊耐旱,但不耐積水,因此土壤以排水良好者為佳,並建議採高畦栽培,土壤pH值在6~8之間,生育期間土壤保持略微溼潤的狀態較有利生長。若期間積水過久,會造成植株萎凋。

採收適期

幼年期較長,約莫生長3~4個月外觀才有顯著成長,從播種到開花的生育期長達半年,約於7~8月開花採收。每週採收1次,採收後下分枝處會再開花。

紫錐菊耐旱,但不耐積水,建議採高畦 栽培,畦距1.3公尺,每畦種植2列。
「品」字型栽培的示意圖。

更多內容請見《豐年雜誌》2021年5月號

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