中药材种子种苗繁育关键技术研究进展
李然1，张文光1，程春雅1，吴海旭1，郑博文1，马彦珠1，崔志佳1,2,3*，金玲1,2,3*
1.甘肃中医药大学药学院，甘肃兰州 730000；
2. 西北中藏医药协同创新中心，甘肃兰州 730000；
3. 甘肃省珍稀中药资源评价与保护研究中心，甘肃 兰州 730000
[摘要] 中药材种子种苗作为中药材的源头材料，其质量从根本上影响着中药材的质量和中药产业的发展。由于中药材的特殊性质和传统的生产方式，形成了“因天、因地、因人、因势”的生产模式和代代相传的“自繁、自留、自种、自用”的种苗生产繁育模式。随着现代生产技术在农业生产中的运用和推广，中药材种子种苗繁育技术发生了巨大的变化，新型中药材种子种苗繁育技术突飞猛进。 本文对近年来中药材种子种苗生产环节所涉及的质量分级、关键育种技术、试验研究方法及育种现状进行综述，为中药材种子种苗产业的可持续发展提供参考。
我国农业经济正由高速增长阶段转向高质量发展阶段，农业生产模式由农民使用简单农具、依靠传统经验向机械化、标准化、绿色化、集约化经营的种植模式转变。种子种苗处于现代农业经济链的最前端，在作物生产实践中发挥着关键作用，制约着产业的发展[1]。中药材作为作物中特殊的农产品资源，生产技术研究相对于其他作物起步较晚，传统种苗繁育技术相对落后。随着中药材市场需求的增加和农业技术的巨大变化，培育优质种质资源成为中药材产业发展的方向和瓶颈。中药材种子种苗标准研究越来越多，其体系日趋成熟。 种子种苗繁育基地正在大力建设，相关育种技术研究也日趋深入，推动着中药材生产这一关键环节向标准化、规范化、产业化转变[2]。笔者查阅了近20年来中药材种子种苗研究的相关文献，对中药材种质生产全过程涉及的种子种苗分级标准、关键育种种苗实验技术及研究方法进行综述，以期为今后深化该领域的研究提供参考。
1.中药材种子及种苗分级研究
1.1 质量分级标准
2000年，我国颁布了《中华人民共和国种子法》（以下简称种子法），并经过三次修订，规范农作物和林木的种植[3]。农作物和林木纳入管理的中药材种类相对较少，由于其生产的特殊性，现行的《种子法》已不适应当前中药材种子种苗生产管理。为从源头上解决药材市场混乱、药材质量参差不齐等问题，国家越来越重视中药材种子种苗质量标准的制定。笔者查阅了种子种苗相关的国家标准和行业标准（截至2021年9月），对近10年来中药材种子种苗相关标准进行了统计。 如表1所示，中药材种子种苗相关各类标准数量逐年增加，地方标准和团体标准数量分别自2016年和2017年起快速增加，但国家标准和国际标准数量较少，增幅不大。因此，应积极分析中药材产业需求，分析种子种苗标准制定的特殊性和差异性，同时尽快推动种子种苗标准的应用，推进种子种苗标准化探索，为全面制定中药材种子种苗标准奠定基础。
表1 近10年中药材种子种苗相关标准数量
1.2 质量分级方法
中药材种子种苗质量分级研究多集中于根、根茎类，如三七[4]、党参[5]等。在国家大力推进中药材种子种苗标准制定的背景下，其他类型药材，如肉豆蔻[6]、金钱草[7]等的标准研究也取得了一定进展，但仍处于探索阶段，尚未形成标准化。
品种真实性是制定质量标准的基础。目前，品种真实性多借助传统鉴别方法（如性状鉴别、显微鉴别、理化鉴别、色谱和光谱等）。其中，近红外光谱技术在种子质量检测中得到广泛应用，如水分含量、种子活力、品种真实性等[8]。例如，赵义坤等[9]利用近红外光谱结合偏最小二乘判别分析（PLS-DA）建立了玉米种子品种真实性鉴别模型，并通过分析不同贮藏时间的玉米种子真实性鉴别结果发现，种子贮藏时间会降低近红外光谱技术在品种真实性鉴别中的准确率，为今后该方法在品种真实性鉴别中的应用提供了新思路。 随着现代分子生物学的发展，越来越多的技术被应用于种子真伪鉴别，如蛋白质凝胶电泳技术、基于电泳的分子标记技术、DNA序列分析技术、基因组分析技术等[10-13]，分子生物学技术为中药材的鉴别提供了更加准确、便捷的方法。
分级指标的选取是制定质量标准的关键。中药材种子的质量分级指标往往依据《农作物种子检验规程》[14]进行测定，通过统计分析得出分级标准；种苗的质量分级标准也可以通过测定移栽后的种苗成活率、生物量、有效成分等来验证标准是否科学合理[15]。分级指标往往根据研究对象进行选取。发芽率是种子分级的重要指标，常通过发芽试验来测定，但相对耗时，2,3,5-三苯基四氮唑（TTC）法和酶法可以克服发芽试验耗时的缺点，而光谱等无损检测方法可以避免对种子的损伤。千粒重也是种子分级的关键指标。 目前，千粒质量测定多采用百粒法等手工操作方法，生产上可推广自动化仪器（如微电脑自动计粒机），提高测定的准确性和速度[16-17]。苗木分级的难点在于形态指标的选取，不同品种的药材，形态指标各有不同。指标的数量也是苗木分级需要考虑的问题，指标过少不足以区分苗木的质量，指标过多不利于操作和数据分析。因此，如何制定适用性强、应用范围广的苗木标准仍在探讨之中。这也是苗木分级研究落后于种子分级研究的原因之一[18]。
2 中药材种苗繁育研究现状
目前，中药材种苗繁育研究正处于基于成熟农业技术的系统探索阶段。体现在根据中药材的药性，结合药材的生长习性和生长环境，对种苗繁育过程中的水、肥、气、热等条件进行科学调控，有效改进传统的种苗繁育方法。常用的种苗繁育方法有传统种苗繁育、设施种苗繁育和无土种苗繁育，每种种苗繁育方法都有其优缺点（表2）。
表2 药用植物种苗培育的主要方法、优缺点及适用药材
在当前育苗科技水平不高的背景下，中药材多采用传统育苗方式，难以满足市场需求。为弥补传统育苗的不足，生产效率高、自动化程度高的工厂化育苗技术值得在生产中大力推广。组培技术是工厂化育苗的关键，组培工厂化育苗已成功应用于广藿香[28]、金钗石斛[29]、白芨[30]等中药材规模化生产。组培技术可缩短育苗周期，培育出的苗木品质较高、抗病性强，性状优于常规育苗。但其成本和技术要求较高，目前实现工厂化育苗的中药材相对较少[31]。 虽然我国无土育苗技术发展时间较短，但经过长期的研究和生产实践，我国已基本掌握无土育苗技术并应用于工厂化育苗生产[32]。无土育苗的关键环节是营养液的配制，不同的药材对营养液的要求不同，营养液的筛选和优化可以借助正交试验完成[24]。后续的水分管理是无土育苗成功的关键，常加入保水剂来保持基质的水分。有些药材在手工操作模式下劳动强度大、费时费力，经济效益低。为了改进传统栽培的不足，可以在整个育苗过程中采用机械化工具，提高生产效率[33]。穴盘育苗技术常与育苗机械化工具配合使用，如穴盘机械化自动播种机，可大大减少人工成本。
中药材现代育苗研究多集中于改进传统育苗方法对药材发芽率、发芽整齐度、土地利用率、田间管理难度等的影响，反映产出药材品质的报道较少。建议在今后的研究中，应利用现代育苗方法，分析药材外观、有效成分及临床疗效的变化规律，进行综合评价，选择最佳的育苗方法。
3. 繁殖材料的收集和储存
3.1 繁殖材料的收集
种质质量与药材质量及临床使用的安全性、有效性和稳定性密切相关，培育优质道地药材，优良种质资源是关键。有性繁殖材料包括种子和种苗，种子采集地点可缩小到道地产区，对比产区不同海拔栽培或野生种子的发芽率、幼苗生长情况等指标，确定种子来源；种苗可从苗圃基地直接购买道地品种［34］。目前较为成熟的无性繁殖方法有组培和扦插。扦插苗的材料多为枝条，为保证扦插成活率，常选用健壮、无病虫害的半木质化枝条；组培材料为外植体。 植物体的任何部位均可作为外植体，如铁皮石斛的种子、原球茎和幼苗茎段[35]，半夏的叶片、叶柄、块茎、珠芽和茎尖[36]。除上述常见部位外，青蒿[37]的带芽幼茎，南川百合[38]的叶片和鳞片也可选取作为外植体。
外植体的筛选可以通过比较不同部位的分化能力来选出最有可能表现全能性的部位。例如，百合鳞片外层的分化能力强于内层[39]。获取外植体的季节也是影响组织培养成功的关键因素。一般在植物生长的早期采集外植体，以避免出现外植体对诱导不敏感或无反应的情况。例如，春季和秋季采集的百合鳞片在组织培养中更容易形成小鳞茎，而夏季和冬季采集的鳞片则难以形成小鳞茎。
3.2 繁殖材料的储存
种子成熟后仍受外界环境影响，可能造成种子劣变，因此应通过控制贮藏加工条件减缓种子劣变速度[40]。在育苗移栽过程中，如因故需对幼苗进行短时间贮藏，也应采取相应措施，保持幼苗活力；适宜的水分含量是种子、幼苗贮藏的关键[41-42]。中药材种子、幼苗贮藏常用技术见表3。
表3 常用中药材种子苗贮藏技术
4 不同种子处理对幼苗的影响
种子休眠是种子为逃避外界不良环境影响的一种保护行为，是影响种子萌发的主要原因[48]。除外界环境的影响外，种子内部存在发芽抑制剂也会导致种子处于休眠状态。因此，在种子播种前需进行一些特殊处理，以打破种子休眠，获得较高的繁殖系数，提高发芽率和药材产量。中药材种子播前处理常用技术如表4所示。
表4 中药材种子播前处理常用技术
种子休眠往往由多种原因引起，目前对种子休眠机制的研究多集中在拟南芥等模式植物上［61］。深入研究药用植物的休眠机制，确定最佳的打破休眠方法和物种的最佳萌发条件，对于优良品种的选育及其品质形成机制的研究具有重要意义。
5 中药材种苗生产的关键环节
5.1育苗环境的选择
苗圃环境的选择对幼苗的生长发育和有机质的积累有一定的影响。因此，在实际生产过程中，应顺应药用植物的生活习性，遵循因地制宜的原则。药用植物的生长主要受光照、水分、温度、土壤条件、地形等因素的影响。一些喜阳植物(如甘草、麻黄、大黄等)应种植在向阳的地方；一些喜阴植物(如三七、人参、七叶百合等)应种植在阴暗潮湿的地方[62]。种子的发芽和出苗也受到土壤微环境的影响。苗圃地可分为生地和熟地。 生地苗相对于熟地苗，不易长杂草，病虫害较少，肥力较高，但使用这样的苗圃地会对生态环境造成严重的破坏。养地苗时要注意前茬作物的选择，合适的前茬作物可以为后续的药材种植创造良好的土壤环境。如当归苗的传统养育方式是养生地苗，由于自然灾害和人为的破坏，其生境十分脆弱，养熟地苗是探索当归可持续发展的必由之路。金彦波等。 [63] 选取黄芪、小麦、当归、马铃薯 4 种作物，筛选适宜当归育苗的茬作物，得出黄芪、小麦茬是适宜当归、熟地育苗的床土资源。
育苗土壤一般为沙壤土，土质肥沃、质地疏松、透气性好。一些对土壤要求严格的植物，通过适当处理土壤，可以提高效率和质量。如王红艳等[64]利用沼气熏蒸土壤，改善土壤微生态环境，控制土传病原菌，抑制杂草生长，为党参的标准化栽培提供了基础。天麻是一种不能进行光合作用的植物，无根无叶，只能依靠蜜环菌获取营养[65]。沙土土壤含水量低，养分较少，不利于蜜环菌生长。而炭土保水性更好，养分相对更多，更有利于蜜环菌生长。因此，最适合栽培天麻的土壤类型是炭土[66]。 实际生产中，一般选择水肥条件良好、管理方便的地块进行苗木栽培。药用植物的人工栽培，特别是组培苗的栽培环境，应尽量模仿其野生生境，满足其生长过程中生理、化学合成的环境需要[67]。
5.2播种期与播种量对中药材种苗增殖的影响
播种期按季节分为春播、夏播、秋播和冬播，播期的选择应综合考虑种植地气候条件、栽培品种、药材物候特征等因素。对于党参而言，冬播育苗可有效利用早春土壤水分，避免春季干旱，且药材品质和产量优于春播[68]。蒙古黄芪虽然冬季发芽快，但后期幼苗成活率低，最终产量和品质不如春播[69]。芹菜秋播明显优于春播[70]。薏苡仁、板蓝根、荆芥、牛膝等适宜夏播[71]。 另外，播种发芽后若遇干旱期或病虫害频繁发生期，也会影响幼苗的正常生长发育，甚至造成幼苗死亡。因此，在决定播种期时，不仅要考虑当前环境条件是否满足种子发芽的要求，还要考虑发芽后的环境条件。播种量的选择要综合考虑播种方式、土壤肥力、种子发芽能力等。播种量对药材产量有直接影响，研究表明，随着播种量的增加，药材产量呈现先升后降的趋势。因此，选择合适的播种量对提高药材产量非常重要[72]。
5.3 苗木繁育
和育苗移栽都是有性生殖方式，有行播和散播两种方式。行播可以避免播种密度大带来的种子通气透光率低的问题，与散播相比，行播药材的产量和形状更好[73]。对于一些喜阴的种子，也可以选择穴播，以降低幼苗的死亡率。与传统播种方式相比，种子侧膜，不仅可以保证药材的质量和产量，还可以减少育苗的中间环节。采用种子侧膜培育当归幼苗，可以适度解决当归抽薹问题[74]，应在生产上推广。育苗移栽时应注意移栽密度，避免影响幼苗生长所需的肥水光照等条件[75]。 育苗移栽播种可分为手工操作和机械操作。手工操作可能导致播种不均匀和苗密度不均匀。在规模生产中，一般使用全自动移栽机或机[76]。
组培技术属于无性繁殖，在进行组培时，如果外植体受到污染则必须丢弃，增加了实验成本。为降低污染率，可在培养基中添加抗生素，达到紧急净化污染外植体的效果[77]。用组培技术培育幼苗还可以避免传统人工栽培中常见的植物病毒病，如选取病毒含量较低的植体幼嫩部位作为外植体进行幼苗培育[78]。刘永康等[79]通过繁殖地黄新品种茎尖，证明茎尖繁殖可避免块根繁殖引起的病毒病。其他无性繁殖方法包括扦插、压条和嫁接。扦插可用于种植一些药材，如枸杞[80]和雷公藤[81]。 压条法包括普通压条法、土壤压条法和地上压条法[82]，但在药用植物育苗中应用较少，可能与该方法的繁殖效率较低有关。梅庆辉[83]对何首乌的压条繁殖进行了研究，但未注明成活率。嫁接在作物栽培中应用广泛，但利用嫁接法繁殖药用植物的报道较少。无菌播种是以种子为外植体，在适宜的培养基中发芽培养，获得优质种苗。目前，无菌播种技术广泛应用于中药材的种子育苗，如白芨[84]、金线莲[85]、铁皮石斛[86]等。
5.4 田间管理
5.4.1 保湿遮光
适宜的温度和湿度可以促进幼苗的生长。同时，幼苗生长过程中光环境的变化会影响植物的正常生长发育。不同的植物对光环境变化的反应不同[87]。许多关于中药材幼苗培育的研究指出，育苗过程中保湿遮光非常重要。在实际生产中，经常采用覆盖麦秸或设置遮阳网来达到遮光保湿的效果。
5.4.2 病虫害防治
苗木培育通常在高温、高湿环境下进行，易引发病虫害，因此在苗木培育过程中常喷洒化学农药[农药使用应符合《农药安全使用规范通则》（NY/T 1276-2007）和《农药合理使用准则（七）》（GB/T 8321.7-2002）的规定]。病虫害防治还可以采用物理方法（如高温杀虫剂、杀虫灯）[88]和生物防治方法（如利用土壤微生物或捕食害虫的动物）[89]。田间杂草是害虫的藏身之所，适宜的种植密度不仅有利于获得高产优质的中药材，还可以防治杂草[90]； 黑色地膜覆盖也是一种值得推广应用的除草技术[91]。
5.4.3 施肥
肥料作为植物营养的重要来源，对植物生物量的积累影响很大。适当施肥可促进植物养分吸收，增加生物量，提高光合作用和抗病虫害能力[87]。施肥可分为基肥施用和追肥施用，应选择合理的基肥施用量和适时的追肥时期[92]。常用的肥料有氮肥、磷肥、复合肥、有机肥等。施用氮肥和磷肥时需与其他肥料配合施用，磷肥不能与碱性肥料混用[93]。苗圃地、地、移栽地所用肥料种类不同，但均表现为单一施用农家肥或复合肥，对药材产量影响较小[94]。施肥时还应注意提倡使用有机肥替代化肥，确保中药材的质量安全[95]。
5.5 移栽和贮藏幼苗
可以通过比较幼苗的绿色时期和绿色的绿色速度，并在幼虫的外观质量和收益率上进行比较。秋季，较高的绿色速度，还可以避免在秋季收获和埋葬幼苗在确定收获期后的幼苗腐烂现象，目前应该选择一种现代化的幼苗，并在现代植物中使用了现代植物。被整理并简单地分级。 选择一个干燥且通风的环境以存放设施。
6摘要和前景
作为中国药物生产的基础，中国药物种子和幼苗是确保目前缺乏中国药物材料的质量。幼苗技术是向后的，机械化程度很低，种植量很小，单个种植仍然是主要方法，种子和幼苗的产量很难满足市场要求。
为了优化我国中国药物种子和幼苗的市场环境，建议阐明中国药物材料种子和幼苗的标准，从现有的标准药物材料的配方中汲取教训，并为其他药物材料提供材料，以供应材料，供应材料，以提供新的材料，以供应材料，供应材料。中国药物种子和幼苗的标准化；在实验研究中，符合中国药物的研究，并有效地进行相关的实验研究； 鼓励制药公司增加投资，在中国药物种植中培养专业人才，筛查和培养中国药物材料和幼苗的筛查，并提高企业基础的种植技术水平中药材料种子和幼苗的市场顺序，并促进中国药物材料行业的健康发展。
