中藥材種子種苗繁育關鍵技術研究進展△

李冉，張文廣，成春亞，吳海旭，鄭博文，馬艷珠，崔治家，2，3*，晉玲，2，3*

1.甘肅中醫(yī)藥大學 藥學院，甘肅 蘭州 730000；

2.西北中藏藥協(xié)同創(chuàng)新中心，甘肅 蘭州 730000；

3.甘肅省珍稀中藥資源評價與保護利用工程研究中心，甘肅 蘭州 730000

我國農業(yè)經濟正由高速增長階段轉向高質量發(fā)展階段，農業(yè)生產模式從使用簡單農具、憑借傳統(tǒng)經驗的農戶耕作，轉變?yōu)闄C械化、規(guī)范化、綠色化及管理集約化的種植模式。種子種苗處于現(xiàn)代農業(yè)經濟鏈的最前端，在農作物生產實踐中起到了關鍵性的作用，并制約了產業(yè)的發(fā)展［1］。作為農作物中的特色農產品資源，中藥材與其他作物相比，生產技術研究起步晚，傳統(tǒng)的種子種苗繁育技術相對落后。隨著中藥材市場需求量的增加及農業(yè)技術的巨大變革，優(yōu)質種質資源繁育成為中藥材產業(yè)發(fā)展的方向和瓶頸。中藥材種子種苗標準研究越來越多，其體系日漸成熟，種子種苗繁育基地正被大力建設，相關繁育技術的研究也愈發(fā)深入，推動這一中藥材生產的關鍵環(huán)節(jié)向規(guī)范化、標準化、產業(yè)化轉變［2］。筆者查閱了近20年來中藥材種子種苗研究相關文獻，對中藥材種質生產全流程涉及的種子種苗分級標準、育種育苗實驗關鍵技術及研究方法等進行綜述，以期為今后深化該領域研究提供參考。

1 中藥材種子種苗分級研究

1.1 質量分級標準

2000 年，我國頒布了《中華人民共和國種子法》（以下簡稱《種子法》）并歷經3 次修訂，以規(guī)范農作物及林木的種植［3］。中藥材被納入農作物和林木管理的種類較少，由于其生產的特殊性，當前《種子法》已不適應中藥材種子種苗的生產管理現(xiàn)狀。為從源頭解決藥材市場混亂、藥材質量參差不齊的問題，國家越來越重視中藥材種子種苗質量標準制定。筆者查閱了種子種苗相關的國家標準和行業(yè)標準（截至2021 年9 月），對近10 年中藥材種子種苗相關標準進行了統(tǒng)計。如表1 所示，中藥材種子種苗相關各類標準數(shù)量均逐年遞增。地方標準、團體標準數(shù)量分別自2016、2017 年開始快速增長，但國家標準和國際標準的數(shù)量較少且增幅不大。因此，要積極主動分析中醫(yī)藥行業(yè)需求，分析種子種苗標準制定的特殊性和差異性。同時，盡快推廣種子種苗標準的應用，推進種子種苗標準化探索，為全面制定中藥材種子種苗標準奠定基礎。

表1 近10年中藥材種子種苗相關標準數(shù)量

1.2 質量分級方法學

中藥材種子種苗質量分級研究多集中在根及根莖類藥材，如三七［4］、黨參［5］等。在當下國家大力推廣中藥材種子種苗標準制定工作的背景下，其他類藥材如肉豆蔻［6］、廣金錢草［7］等的標準研究均取得一定進展，但仍處于探索階段，尚未實現(xiàn)標準化。

品種的真實性是開展質量標準制定工作的基礎。目前，多借助傳統(tǒng)鑒定方法（如性狀鑒定、顯微鑒定、理化鑒定、色譜技術、光譜技術）鑒定品種的真實性。其中，近紅外光譜技術已被廣泛應用于種子質量檢測，如含水量、種子活力、品種真實性等［8］。例如，趙怡錕等［9］采用近紅外光譜技術結合偏最小二乘法-判別分析（PLS-DA）建立了玉米種子品種真實性鑒別模型，并通過分析不同儲藏時間玉米種子的真實性鑒定結果，發(fā)現(xiàn)種子儲藏時間會降低近紅外光譜在品種真實性鑒定中的正確率，為該方法日后在品種真實性鑒定方面的應用提供了新思路。隨著現(xiàn)代分子生物學的發(fā)展，越來越多的技術應用于種子真實性鑒定工作，如蛋白質類凝膠電泳技術、基于電泳的分子標記技術、DNA 序列分析技術、基因組分析技術等［10-13］。分子生物學技術為中藥材品種的鑒定提供了更加準確、便捷的方法。

分級指標的選擇是開展質量標準制定工作的關鍵。中藥材種子質量分級指標常參照《農作物種子檢驗規(guī)程》［14］進行測定，利用統(tǒng)計學分析得出分級標準；種苗的質量分級標準還可通過對移栽后種苗的成活率、生物量、有效成分等進行檢測，以驗證標準是否科學合理［15］。分級指標常根據研究對象進行選擇。發(fā)芽率是種子分級的重要指標，常通過發(fā)芽試驗測定，但其比較耗時。2,3,5-三苯基氯化四氮唑（TTC）法、酶學方法等可克服發(fā)芽試驗耗時長的缺點，利用光譜技術等無損檢測方法可以避免對種子造成傷害。千粒質量也是種子分級的關鍵指標。目前，千粒質量的測量多采用百粒法等人工操作方法，在生產中可以推廣自動化儀器（如微電腦自動數(shù)粒儀）提高測量的精確度及速度［16-17］。種苗分級的難點在于形態(tài)指標的選擇，不同品種藥材形態(tài)指標不同；指標的數(shù)量也是種苗分級需要考慮的問題，指標太少不足以區(qū)分種苗優(yōu)劣，指標太多不利于操作及數(shù)據分析。因此，如何制定應用性強、適用范圍廣的種苗標準仍在研討中，這也是種苗分級研究明顯落后于種子分級研究的原因之一［18］。

2 中藥材種苗繁育研究現(xiàn)狀

目前，中藥材種苗繁育試驗研究處于農業(yè)成熟技術基礎上的系統(tǒng)摸索階段，體現(xiàn)為在中藥藥性的基礎上，結合藥用植物生長習性及生長環(huán)境，科學掌握育苗過程中水肥氣熱等條件，從而有效改善傳統(tǒng)育苗方式。常用的育苗方式有傳統(tǒng)育苗、設施育苗和無土育苗，各育苗方式均有利弊（表2）。

表2 藥用植物育苗的主要方式、優(yōu)缺點及適用藥材

在當前科技育苗水平較低的背景下，中藥材育苗多采用傳統(tǒng)育苗方法，難以滿足市場需求。為彌補傳統(tǒng)育苗的不足，生產效率高、自動化程度高的工廠化育苗技術值得在生產中大力推廣。組織培養(yǎng)技術是工廠化育苗的關鍵，已成功利用組織培養(yǎng)工廠化育苗對廣藿香［28］、金釵石斛［29］、白及［30］等中藥品種進行了規(guī)模化生產。組織培養(yǎng)技術可以縮短育苗周期，且培育的種苗較常規(guī)苗質優(yōu)、抗病、性狀好，但其成本和技術要求較高，目前實現(xiàn)工廠化育苗的中藥品種較少［31］。盡管無土育苗技術在我國的發(fā)展時間較短，但經過長期研究及生產實踐，我國已基本掌握無土育苗技術，并將其應用于工廠化育苗生產中［32］。無土育苗的關鍵環(huán)節(jié)是營養(yǎng)液的配制，不同藥材對營養(yǎng)液的需求不同，營養(yǎng)液的篩選及優(yōu)化可借助正交試驗完成［24］。后續(xù)的水管理是無土育苗成功與否的關鍵，常需加入保水劑來維持基質的濕潤狀態(tài)。部分藥材在人工作業(yè)模式下費工費時、經濟效益較低，為改善傳統(tǒng)栽培的不足，可以在整個育苗過程中使用機械化工具，提高生產效率［33］。穴盤育苗技術常搭配機械化工具進行育苗，如穴盤機械化自動播種機，可大大降低人工成本。

有關中藥材現(xiàn)代育苗的研究多偏重于改善傳統(tǒng)育苗方式后對出苗率、出苗整齊度、土地利用率及田間管理難度的影響，少有反映所產藥材品質的報道。建議后期研究中，應采用現(xiàn)代育苗方式分析藥材品相、有效成分、臨床藥效的變化規(guī)律，進行綜合性評價，篩選最佳育苗方式。

3 繁殖材料的采集與儲藏

3.1 繁殖材料的采集

種質優(yōu)劣與藥材質量及臨床用藥安全性、有效性及穩(wěn)定性息息相關。要培育出高質量的道地藥材，優(yōu)良的種質資源是關鍵。有性繁殖材料包括種子及種苗，種子的采集地可縮小到其道地產區(qū)，對比該產區(qū)不同海拔下栽培或野生種子的發(fā)芽率、幼苗生長情況等指標來確定種源地；種苗可從育苗基地直接采購道地品種［34］。目前，應用較為成熟的無性繁殖方法為組織培養(yǎng)法及扦插法。扦插育苗的材料多為枝條，為保證插穗的成活率，常選擇健壯且無病蟲害的半木質化枝條；組織培養(yǎng)法的材料為外植體，植物體的任一部位都可作為外植體，如鐵皮石斛的種子、原球莖及幼苗莖段［35］，半夏的葉片、葉柄、塊莖、珠芽、莖尖［36］，除了上述常見部位外，青蒿的帶芽嫩莖［37］、南川百合的葉片及鱗片［38］均可選為外植體。

外植體的選擇可通過對比不同部位的誘導分化能力，篩選出最易表達全能型的部位，如百合鱗片外層的分化能力較內層強［39］。獲取外植體的季節(jié)也是影響組織培養(yǎng)成功與否的關鍵，一般在植物生長初期采集外植體，以免出現(xiàn)外植體對誘導反應不靈敏或無反應的情況，如春、秋兩季采集的百合鱗片組織培養(yǎng)較易形成小鱗莖，而夏、冬兩季采集的鱗片做外植體則難形成小鱗莖。

3.2 繁殖材料的儲藏

種子在成熟后仍會受到外界環(huán)境的影響，這可能會導致種子劣變，因此要通過控制儲藏和加工處理等條件延緩種子劣變的速度［40］。在種苗移栽過程中，如果因一些原因需要對種苗進行短時間存放，同樣需要采取相應措施來維持種苗活力；適宜的含水量是種子和種苗儲存的關鍵［41-42］。中藥材種子種苗儲藏的常用技術見表3。

表3 中藥材種子種苗儲藏的常用技術

4 不同種子處理對種苗的影響

種子休眠是種子躲避惡劣外界環(huán)境的一種保護行為，是影響種子萌發(fā)的主要原因［48］。除外界環(huán)境影響外，種子內部存在萌發(fā)抑制物質，也會導致種子處于休眠狀態(tài)。因此，種子育苗播種前需要進行一些特殊處理以打破種子休眠，達到較高的繁殖系數(shù)，提高出苗率及藥材產量。中藥材種子播前處理常用技術見表4。

表4 中藥材種子播前處理常用技術

種子休眠往往由多種原因造成。目前，種子休眠機制的研究多集中在擬南芥等模式植物［61］。深入開展藥用植物的休眠機制研究、確定物種的最佳打破休眠方法及最適萌發(fā)條件，對優(yōu)質品種的選育和其品質形成機制的研究具有重要意義。

5 中藥材種苗繁育生產的關鍵環(huán)節(jié)

5.1 育苗環(huán)境的選擇

育苗環(huán)境的選擇對種苗的生長發(fā)育及有機物的累積有一定影響，故在實際生產過程中應順應藥用植物的生活習性，遵循因地適栽的原則。藥用植物生長主要受光照、水分、溫度、土壤條件、地形地勢等因素影響，一些陽生植物（如甘草、麻黃、大黃等）宜在向陽處種植；一些陰生植物（如三七、人參、七葉一枝花等）宜選擇在陰暗潮濕處種植［62］。種子的萌發(fā)及出苗同樣受到土壤微環(huán)境的影響，育苗地可分為生地黃和熟地黃。與熟地黃育苗相比，生地黃育苗不易生長雜草，且病蟲害較少、肥力較高，但使用此類育苗地會造成生態(tài)環(huán)境的嚴重破壞。熟地黃育苗要注意前茬作物的選擇。適宜的前茬作物可以為后續(xù)種植的藥材創(chuàng)造有利的土壤環(huán)境。例如，當歸育苗方式為傳統(tǒng)的生地黃育苗，由于自然災害及人為破壞，其生境十分脆弱，熟地黃育苗是探尋當歸可持續(xù)發(fā)展的唯一方式。金彥博等［63］選擇黃芪、小麥、當歸、馬鈴薯4 種農作物篩選適宜當歸育苗的茬口作物，并得出黃芪、小麥茬口是當歸、熟地黃育苗的適宜床土資源。

育苗土壤一般選擇土質肥沃、質地疏松、透氣性好的砂壤土，一些對土壤條件要求嚴格的植物可通過適當處理土壤來增效增質。例如，王紅燕等［64］利用土壤棉隆熏蒸改善土壤微生態(tài)環(huán)境，控制了土傳病原體，抑制了雜草生長，為黨參規(guī)范化種植提供依據。天麻是無法進行光合作用的植物，無根無葉，只能依靠蜜環(huán)菌獲取營養(yǎng)［65］。砂土的土壤含水量較低，營養(yǎng)物質較少，不利于蜜環(huán)菌的生長，而陶炭土保水性較好，營養(yǎng)物質相對較多，更有利于蜜環(huán)菌生長，因此培育天麻的最適土壤類型為陶炭土［66］。實際生產中一般選擇水肥條件好且易于管理的地塊育苗，藥用植物的人工栽培，特別是組織培養(yǎng)育苗的栽培環(huán)境應盡量模仿其野生生境，以滿足生長過程中生理和化學合成的環(huán)境需要［67］。

5.2 種子播種時期及播種量對中藥材種苗繁育的影響

播種時期按照季節(jié)劃分為春播、夏播、秋播及冬播，播種時期的選擇應綜合考慮種植地的氣候條件、栽培品種、藥材物候特性等因素。就黨參而言，冬播育苗可有效利用早春墑情，避免春旱，而且藥材質量和產量較春播好［68］；蒙古黃芪雖然冬播出苗快，但是后期保苗率低，終產量和質量都不如春播［69］；老山芹秋播明顯好于春播［70］；薏苡仁、板藍根、荊芥及牛膝則適合夏播［71］。另外，播種出苗后如果遭遇干旱期或病蟲害頻發(fā)期，同樣影響種苗的正常生長發(fā)育，甚至造成死苗。因此，在決定播種期時，不僅要考慮當前的環(huán)境條件是否滿足種子萌發(fā)的需求，還要考慮出苗后的環(huán)境條件。播種量的選擇應考慮播種方式、土壤肥力及種子發(fā)芽能力等。播種量對藥材產量有直接影響作用，有研究顯示，藥材產量隨播種量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，因此選擇適宜的播種量對藥材增產十分重要［72］。

5.3 種苗繁育

種子直播及種苗移栽屬于有性繁殖方式。種子直播的方式有條播及散播。條播可避免由播種密度大而引起的種子通風透光度低的問題，相比于散播，條播的藥材產量及形狀均較好［73］。對于一些喜陰的種子還可選擇穴播以降低死苗率。種子帶膜側直播相較于傳統(tǒng)播種方式，既可保證藥材的質量及產量，還可減少育苗的中間環(huán)節(jié)，采用種子帶膜側直播方式培育當歸種苗，可以適度解決當歸抽薹難題［74］，應在生產中推廣使用。種苗移栽時應注意移栽密度，避免影響種苗生長所需的肥、水、光等條件［75］。種苗移栽及種子播種可分為人工操作及機械操作，人工操作可能會出現(xiàn)下種不均勻、種苗密度不均勻的問題，在大規(guī)模生產中一般使用全自動移栽機或直播機進行［76］。

組織培養(yǎng)技術屬于無性繁殖，進行組織培養(yǎng)時，若外植體被污染，則需廢棄，導致實驗成本增加。為降低污染率，可將抗生素加入培養(yǎng)基中，達到應急凈化被污染外植體的效果［77］。組織培養(yǎng)技術培育種苗還可避免傳統(tǒng)人工栽培中常見的植物病毒病，如選擇植物體所含病毒較低的幼嫩部位作為外植體來育苗［78］。劉永康等［79］通過擴繁地黃新品種的莖尖，證明了莖尖繁殖可以避免出現(xiàn)塊根繁殖導致的病毒病現(xiàn)象。無性繁殖方式還有扦插法、壓條法及嫁接法。扦插法可用于部分藥材的種植，如枸杞［80］、雷公藤［81］等。壓條法有普通壓條法、堆土壓條法、空中壓條法［82］，但在藥用植物育苗中運用較少，可能與該方法的繁殖效率比較低有關。梅青輝［83］開展過利用壓條法繁殖何首烏的研究，但未指出成活率如何。嫁接法在農作物種植方面運用較多，而關于嫁接法繁育藥用植物的報道較少。無菌播種是以種子為外植體，于適宜培養(yǎng)基進行萌發(fā)培養(yǎng)，從而培育出優(yōu)質種苗。目前，無菌播種技術被廣泛用于中藥材種子育苗環(huán)節(jié)，如白及［84］、金線蓮［85］、鐵皮石斛［86］等。

5.4 田間管理

5.4.1 保墑遮陰 適宜的溫濕度可促進種苗的生長，同時，種苗生長期間光環(huán)境的改變會對植物的正常生長發(fā)育造成影響，不同植物對光環(huán)境變化的響應不同［87］。許多中藥材種苗繁育相關研究均指出保墑遮陰在育苗環(huán)節(jié)十分關鍵，實際生產中常采用覆蓋麥草或搭蓋遮陰網的方式起到遮陰保墑的效果。

5.4.2 病蟲害及雜草防治 育苗一般在高溫高濕的環(huán)境下進行，易引發(fā)病蟲害，因此在育苗過程中常噴灑化學農藥[農藥施用應符合《農藥安全使用規(guī)范總則》（NY/T 1276—2007）和《農藥合理使用準則（七）》（GB/T 8321.7—2002）的規(guī)定]。防治病蟲害還可采取物理法（如高溫殺蟲、殺蟲燈殺蟲）［88］和生物防治法（如利用土壤微生物或捕食害蟲的動物治蟲）［89］等。田間雜草是害蟲們的藏身之處，適宜的種植密度不僅有利于獲得高產優(yōu)質的中藥材，還可以防治雜草［90］；黑色地膜覆蓋也是一項值得推廣應用的防治雜草技術［91］。

5.4.3 施肥 肥料作為植物營養(yǎng)的重要來源，很大程度上影響著植物生物量的積累，適宜的施肥量可以促進植物對養(yǎng)分的吸收、增加生物量，還可以提高光合作用和抗病蟲害能力［87］。施肥可分為施底肥和追肥，應選擇合理的底肥量和適時的追肥期［92］，常用的肥料有氮肥、磷肥、復合肥、有機肥，施用氮肥和磷肥時需要與其他肥料結合使用，磷肥不能與堿性肥料合用［93］。育苗田、直播田和移栽田所使用的肥料種類不同，但均表現(xiàn)為農家肥或復合肥的單一施用，對藥材的產量影響較低［94］。施肥時也要注意推廣有機肥替代化肥，以保障中藥材質量安全［95］。

5.5 起苗與貯苗

適宜采挖期可以通過對比種苗的返青期及返青率，結合藥材的外觀質量和產量來決定。任冬梅等［96］在研究黨參適宜采挖期時發(fā)現(xiàn)，秋季采挖的種苗從外觀質量及產量上優(yōu)于春季采挖，但實際上春季采挖的種苗返青期較秋季采挖提前，返青率更高，還可以避免出現(xiàn)秋季采挖、冬季埋苗引起的爛苗現(xiàn)象。確定采收期后，應選擇合適的起苗法。目前，用于林業(yè)的現(xiàn)代起苗機已非常成熟，有望在中藥材種苗生產中開發(fā)和使用現(xiàn)代化機械。在貯苗前應將爛苗和病苗揀出，進行簡單分級，選擇地勢干燥、通風良好的環(huán)境進行設施貯苗，常用越冬方式有窖藏、砂藏、氣調庫冷藏、密封儲藏等。

6 小結與展望

中藥材種子種苗作為中藥材生產的基礎，是保證中藥材質量的源頭。目前，中藥材種子種苗相關標準缺乏，雖然國家已加大了對中藥材種子種苗標準制定的投入，但近年來標準數(shù)量增幅并不明顯。同時，中藥材種子種苗繁育體系還未達到規(guī)范化，育苗技術落后，機械化程度低；且種植規(guī)模較小，仍舊以個體種植為主，種子種苗產量難以滿足市場要求。國家對中藥材種子種苗市場的源頭管理并沒有具體的辦法，導致藥材市場混亂，出現(xiàn)藥材質量參差不齊、藥材摻假的現(xiàn)象。

為優(yōu)化我國中藥材種子種苗市場環(huán)境，建議明確中藥材種子種苗分級依據標準，借鑒已有分級標準藥材的制定過程，為其他藥材標準的制定提供新思路；中藥材種子種苗包裝、運輸、貯存等也應有明確的規(guī)定，從而與質量標準形成完整體系，以推進中藥材種子種苗標準化；在實驗研究中篩選符合中藥材研究的模式藥用植物，高效開展相關實驗研究；加大對種植戶的技術指導及相關法律的宣傳，實行獎懲制度，使其在種植過程中嚴格遵守規(guī)章制度；鼓勵藥企加大投入，培養(yǎng)中藥材種植專業(yè)人才，開展中藥材種子種苗的篩選和培育，提高企業(yè)基地的種植技術水平；加強中藥材種子種苗生產、中藥材種植與藥材市場間的聯(lián)系，及時掌握市場對藥材品種的需求；盡快出臺中藥材種子種苗管理辦法，維護中藥材種子種苗市場秩序，促進中藥材行業(yè)健康發(fā)展。