中药材种子种苗繁育关键技术研究进展
李冉1，张文广1，成春亚1，吴海旭1，郑博文1，马艳珠1，崔治家1，2，3*，晋玲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利用工程研究中心，甘肃兰州730000
[摘要] 中药材种子种苗作为中药材生产的源头物质材料，其质量优劣从根本上影响着中药材的品质和中医药产业的发展。由于中药材的特殊属性和传统生产方式，形成了“因时、因地、因人、因势”的生产模式和世代传承的“自繁、自留、自育、自用”种子种苗生产繁育模式。随着现代生产技术在农业生产中的使用和推广，中药材种子种苗繁育技术产生了巨大变革，新的中药材种子种苗繁育技术得到了突飞猛进的发展。通过对近年来中药材种子种苗繁育生产环节涉及的质量分级、繁育关键技术、实验研究方法、繁育现状进行综述，为中药材种子种苗行业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，农业生产模式从使用简单农具、凭借传统经验的农户耕作，转变为机械化、规范化、绿色化及管理集约化的种植模式。种子种苗处于现代农业经济链的最前端，在农作物生产实践中起到了关键性的作用，并制约了产业的发展［1］。作为农作物中的特色农产品资源，中药材与其他作物相比，生产技术研究起步晚，传统的种子种苗繁育技术相对落后。随着中药材市场需求量的增加及农业技术的巨大变革，优质种质资源繁育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，其体系日渐成熟，种子种苗繁育基地正被大力建设，相关繁育技术的研究也愈发深入，推动这一中药材生产的关键环节向规范化、标准化、产业化转变［2］。笔者查阅了近20年来中药材种子种苗研究相关文献，对中药材种质生产全流程涉及的种子种苗分级标准、育种育苗实验关键技术及研究方法等进行综述，以期为今后深化该领域研究提供参考。
1 中药材种子种苗分级研究
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》）并历经3 次修订，以规范农作物及林木的种植［3］。中药材被纳入农作物和林木管理的种类较少，由于其生产的特殊性，当前《种子法》已不适应中药材种子种苗的生产管理现状。为从源头解决药材市场混乱、药材质量参差不齐的问题，国家越来越重视中药材种子种苗质量标准制定。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均逐年递增。地方标准、团体标准数量分别自2016、2017 年开始快速增长，但国家标准和国际标准的数量较少且增幅不大。因此，要积极主动分析中医药行业需求，分析种子种苗标准制定的特殊性和差异性。同时，尽快推广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 质量分级方法学
中药材种子种苗质量分级研究多集中在根及根茎类药材，如三七［4］、党参［5］等。在当下国家大力推广中药材种子种苗标准制定工作的背景下，其他类药材如肉豆蔻［6］、广金钱草［7］等的标准研究均取得一定进展，但仍处于探索阶段，尚未实现标准化。
品种的真实性是开展质量标准制定工作的基础。目前，多借助传统鉴定方法（如性状鉴定、显微鉴定、理化鉴定、色谱技术、光谱技术）鉴定品种的真实性。其中，近红外光谱技术已被广泛应用于种子质量检测，如含水量、种子活力、品种真实性等［8］。例如，赵怡锟等［9］采用近红外光谱技术结合偏最小二乘法-判别分析（PLS-DA）建立了玉米种子品种真实性鉴别模型，并通过分析不同储藏时间玉米种子的真实性鉴定结果，发现种子储藏时间会降低近红外光谱在品种真实性鉴定中的正确率，为该方法日后在品种真实性鉴定方面的应用提供了新思路。随着现代分子生物学的发展，越来越多的技术应用于种子真实性鉴定工作，如蛋白质类凝胶电泳技术、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品种的鉴定提供了更加准确、便捷的方法。
分级指标的选择是开展质量标准制定工作的关键。中药材种子质量分级指标常参照《农作物种子检验规程》［14］进行测定，利用统计学分析得出分级标准；种苗的质量分级标准还可通过对移栽后种苗的成活率、生物量、有效成分等进行检测，以验证标准是否科学合理［15］。分级指标常根据研究对象进行选择。发芽率是种子分级的重要指标，常通过发芽试验测定，但其比较耗时。2,3,5-三苯基氯化四氮唑（TTC）法、酶学方法等可克服发芽试验耗时长的缺点，利用光谱技术等无损检测方法可以避免对种子造成伤害。千粒质量也是种子分级的关键指标。目前，千粒质量的测量多采用百粒法等人工操作方法，在生产中可以推广自动化仪器（如微电脑自动数粒仪）提高测量的精确度及速度［16-17］。种苗分级的难点在于形态指标的选择，不同品种药材形态指标不同；指标的数量也是种苗分级需要考虑的问题，指标太少不足以区分种苗优劣，指标太多不利于操作及数据分析。因此，如何制定应用性强、适用范围广的种苗标准仍在研讨中，这也是种苗分级研究明显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，中药材种苗繁育试验研究处于农业成熟技术基础上的系统摸索阶段，体现为在中药药性的基础上，结合药用植物生长习性及生长环境，科学掌握育苗过程中水肥气热等条件，从而有效改善传统育苗方式。常用的育苗方式有传统育苗、设施育苗和无土育苗，各育苗方式均有利弊（表2）。
表2 药用植物育苗的主要方式、优缺点及适用药材
在当前科技育苗水平较低的背景下，中药材育苗多采用传统育苗方法，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。组织培养技术是工厂化育苗的关键，已成功利用组织培养工厂化育苗对广藿香［28］、金钗石斛［29］、白及［30］等中药品种进行了规模化生产。组织培养技术可以缩短育苗周期，且培育的种苗较常规苗质优、抗病、性状好，但其成本和技术要求较高，目前实现工厂化育苗的中药品种较少［31］。尽管无土育苗技术在我国的发展时间较短，但经过长期研究及生产实践，我国已基本掌握无土育苗技术，并将其应用于工厂化育苗生产中［32］。无土育苗的关键环节是营养液的配制，不同药材对营养液的需求不同，营养液的筛选及优化可借助正交试验完成［24］。后续的水管理是无土育苗成功与否的关键，常需加入保水剂来维持基质的湿润状态。部分药材在人工作业模式下费工费时、经济效益较低，为改善传统栽培的不足，可以在整个育苗过程中使用机械化工具，提高生产效率［33］。穴盘育苗技术常搭配机械化工具进行育苗，如穴盘机械化自动播种机，可大大降低人工成本。
有关中药材现代育苗的研究多偏重于改善传统育苗方式后对出苗率、出苗整齐度、土地利用率及田间管理难度的影响，少有反映所产药材品质的报道。建议后期研究中，应采用现代育苗方式分析药材品相、有效成分、临床药效的变化规律，进行综合性评价，筛选最佳育苗方式。
3 繁殖材料的采集与储藏
3.1 繁殖材料的采集
种质优劣与药材质量及临床用药安全性、有效性及稳定性息息相关。要培育出高质量的道地药材，优良的种质资源是关键。有性繁殖材料包括种子及种苗，种子的采集地可缩小到其道地产区，对比该产区不同海拔下栽培或野生种子的发芽率、幼苗生长情况等指标来确定种源地；种苗可从育苗基地直接采购道地品种［34］。目前，应用较为成熟的无性繁殖方法为组织培养法及扦插法。扦插育苗的材料多为枝条，为保证插穗的成活率，常选择健壮且无病虫害的半木质化枝条；组织培养法的材料为外植体，植物体的任一部位都可作为外植体，如铁皮石斛的种子、原球茎及幼苗茎段［35］，半夏的叶片、叶柄、块茎、珠芽、茎尖［36］，除了上述常见部位外，青蒿的带芽嫩茎［37］、南川百合的叶片及鳞片［38］均可选为外植体。
外植体的选择可通过对比不同部位的诱导分化能力，筛选出最易表达全能型的部位，如百合鳞片外层的分化能力较内层强［39］。获取外植体的季节也是影响组织培养成功与否的关键，一般在植物生长初期采集外植体，以免出现外植体对诱导反应不灵敏或无反应的情况，如春、秋两季采集的百合鳞片组织培养较易形成小鳞茎，而夏、冬两季采集的鳞片做外植体则难形成小鳞茎。
3.2 繁殖材料的储藏
种子在成熟后仍会受到外界环境的影响，这可能会导致种子劣变，因此要通过控制储藏和加工处理等条件延缓种子劣变的速度［40］。在种苗移栽过程中，如果因一些原因需要对种苗进行短时间存放，同样需要采取相应措施来维持种苗活力；适宜的含水量是种子和种苗储存的关键［41-42］。中药材种子种苗储藏的常用技术见表3。
表3 中药材种子种苗储藏的常用技术
4 不同种子处理对种苗的影响
种子休眠是种子躲避恶劣外界环境的一种保护行为，是影响种子萌发的主要原因［48］。除外界环境影响外，种子内部存在萌发抑制物质，也会导致种子处于休眠状态。因此，种子育苗播种前需要进行一些特殊处理以打破种子休眠，达到较高的繁殖系数，提高出苗率及药材产量。中药材种子播前处理常用技术见表4。
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造成。目前，种子休眠机制的研究多集中在拟南芥等模式植物［61］。深入开展药用植物的休眠机制研究、确定物种的最佳打破休眠方法及最适萌发条件，对优质品种的选育和其品质形成机制的研究具有重要意义。
5 中药材种苗繁育生产的关键环节
5.1 育苗环境的选择
育苗环境的选择对种苗的生长发育及有机物的累积有一定影响，故在实际生产过程中应顺应药用植物的生活习性，遵循因地适栽的原则。药用植物生长主要受光照、水分、温度、土壤条件、地形地势等因素影响，一些阳生植物（如甘草、麻黄、大黄等）宜在向阳处种植；一些阴生植物（如三七、人参、七叶一枝花等）宜选择在阴暗潮湿处种植［62］。种子的萌发及出苗同样受到土壤微环境的影响，育苗地可分为生地黄和熟地黄。与熟地黄育苗相比，生地黄育苗不易生长杂草，且病虫害较少、肥力较高，但使用此类育苗地会造成生态环境的严重破坏。熟地黄育苗要注意前茬作物的选择。适宜的前茬作物可以为后续种植的药材创造有利的土壤环境。例如，当归育苗方式为传统的生地黄育苗，由于自然灾害及人为破坏，其生境十分脆弱，熟地黄育苗是探寻当归可持续发展的唯一方式。金彦博等［63］选择黄芪、小麦、当归、马铃薯4 种农作物筛选适宜当归育苗的茬口作物，并得出黄芪、小麦茬口是当归、熟地黄育苗的适宜床土资源。
育苗土壤一般选择土质肥沃、质地疏松、透气性好的砂壤土，一些对土壤条件要求严格的植物可通过适当处理土壤来增效增质。例如，王红燕等［64］利用土壤棉隆熏蒸改善土壤微生态环境，控制了土传病原体，抑制了杂草生长，为党参规范化种植提供依据。天麻是无法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］。砂土的土壤含水量较低，营养物质较少，不利于蜜环菌的生长，而陶炭土保水性较好，营养物质相对较多，更有利于蜜环菌生长，因此培育天麻的最适土壤类型为陶炭土［66］。实际生产中一般选择水肥条件好且易于管理的地块育苗，药用植物的人工栽培，特别是组织培养育苗的栽培环境应尽量模仿其野生生境，以满足生长过程中生理和化学合成的环境需要［67］。
5.2 种子播种时期及播种量对中药材种苗繁育的影响
播种时期按照季节划分为春播、夏播、秋播及冬播，播种时期的选择应综合考虑种植地的气候条件、栽培品种、药材物候特性等因素。就党参而言，冬播育苗可有效利用早春墒情，避免春旱，而且药材质量和产量较春播好［68］；蒙古黄芪虽然冬播出苗快，但是后期保苗率低，终产量和质量都不如春播［69］；老山芹秋播明显好于春播［70］；薏苡仁、板蓝根、荆芥及牛膝则适合夏播［71］。另外，播种出苗后如果遭遇干旱期或病虫害频发期，同样影响种苗的正常生长发育，甚至造成死苗。因此，在决定播种期时，不仅要考虑当前的环境条件是否满足种子萌发的需求，还要考虑出苗后的环境条件。播种量的选择应考虑播种方式、土壤肥力及种子发芽能力等。播种量对药材产量有直接影响作用，有研究显示，药材产量随播种量的增加呈现先增加后降低的趋势，因此选择适宜的播种量对药材增产十分重要［72］。
5.3 种苗繁育
种子直播及种苗移栽属于有性繁殖方式。种子直播的方式有条播及散播。条播可避免由播种密度大而引起的种子通风透光度低的问题，相比于散播，条播的药材产量及形状均较好［73］。对于一些喜阴的种子还可选择穴播以降低死苗率。种子带膜侧直播相较于传统播种方式，既可保证药材的质量及产量，还可减少育苗的中间环节，采用种子带膜侧直播方式培育当归种苗，可以适度解决当归抽薹难题［74］，应在生产中推广使用。种苗移栽时应注意移栽密度，避免影响种苗生长所需的肥、水、光等条件［75］。种苗移栽及种子播种可分为人工操作及机械操作，人工操作可能会出现下种不均匀、种苗密度不均匀的问题，在大规模生产中一般使用全自动移栽机或直播机进行［76］。
组织培养技术属于无性繁殖，进行组织培养时，若外植体被污染，则需废弃，导致实验成本增加。为降低污染率，可将抗生素加入培养基中，达到应急净化被污染外植体的效果［77］。组织培养技术培育种苗还可避免传统人工栽培中常见的植物病毒病，如选择植物体所含病毒较低的幼嫩部位作为外植体来育苗［78］。刘永康等［79］通过扩繁地黄新品种的茎尖，证明了茎尖繁殖可以避免出现块根繁殖导致的病毒病现象。无性繁殖方式还有扦插法、压条法及嫁接法。扦插法可用于部分药材的种植，如枸杞［80］、雷公藤［81］等。压条法有普通压条法、堆土压条法、空中压条法［82］，但在药用植物育苗中运用较少，可能与该方法的繁殖效率比较低有关。梅青辉［83］开展过利用压条法繁殖何首乌的研究，但未指出成活率如何。嫁接法在农作物种植方面运用较多，而关于嫁接法繁育药用植物的报道较少。无菌播种是以种子为外植体，于适宜培养基进行萌发培养，从而培育出优质种苗。目前，无菌播种技术被广泛用于中药材种子育苗环节，如白及［84］、金线莲［85］、铁皮石斛［86］等。
5.4 田间管理
5.4.1 保墒遮阴
适宜的温湿度可促进种苗的生长，同时，种苗生长期间光环境的改变会对植物的正常生长发育造成影响，不同植物对光环境变化的响应不同［87］。许多中药材种苗繁育相关研究均指出保墒遮阴在育苗环节十分关键，实际生产中常采用覆盖麦草或搭盖遮阴网的方式起到遮阴保墒的效果。
5.4.2 病虫害及杂草防治
育苗一般在高温高湿的环境下进行，易引发病虫害，因此在育苗过程中常喷洒化学农药[农药施用应符合《农药安全使用规范总则》（NY/T 1276—2007）和《农药合理使用准则（七）》（GB/T 8321.7—2002）的规定]。防治病虫害还可采取物理法（如高温杀虫、杀虫灯杀虫）［88］和生物防治法（如利用土壤微生物或捕食害虫的动物治虫）［89］等。田间杂草是害虫们的藏身之处，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项值得推广应用的防治杂草技术［91］。
5.4.3 施肥
肥料作为植物营养的重要来源，很大程度上影响着植物生物量的积累，适宜的施肥量可以促进植物对养分的吸收、增加生物量，还可以提高光合作用和抗病虫害能力［87］。施肥可分为施底肥和追肥，应选择合理的底肥量和适时的追肥期［92］，常用的肥料有氮肥、磷肥、复合肥、有机肥，施用氮肥和磷肥时需要与其他肥料结合使用，磷肥不能与碱性肥料合用［93］。育苗田、直播田和移栽田所使用的肥料种类不同，但均表现为农家肥或复合肥的单一施用，对药材的产量影响较低［94］。施肥时也要注意推广有机肥替代化肥，以保障中药材质量安全［95］。
5.5 起苗与贮苗
适宜采挖期可以通过对比种苗的返青期及返青率，结合药材的外观质量和产量来决定。任冬梅等［96］在研究党参适宜采挖期时发现，秋季采挖的种苗从外观质量及产量上优于春季采挖，但实际上春季采挖的种苗返青期较秋季采挖提前，返青率更高，还可以避免出现秋季采挖、冬季埋苗引起的烂苗现象。确定采收期后，应选择合适的起苗法。目前，用于林业的现代起苗机已非常成熟，有望在中药材种苗生产中开发和使用现代化机械。在贮苗前应将烂苗和病苗拣出，进行简单分级，选择地势干燥、通风良好的环境进行设施贮苗，常用越冬方式有窖藏、砂藏、气调库冷藏、密封储藏等。
6 小结与展望
中药材种子种苗作为中药材生产的基础，是保证中药材质量的源头。目前，中药材种子种苗相关标准缺乏，虽然国家已加大了对中药材种子种苗标准制定的投入，但近年来标准数量增幅并不明显。同时，中药材种子种苗繁育体系还未达到规范化，育苗技术落后，机械化程度低；且种植规模较小，仍旧以个体种植为主，种子种苗产量难以满足市场要求。国家对中药材种子种苗市场的源头管理并没有具体的办法，导致药材市场混乱，出现药材质量参差不齐、药材掺假的现象。
为优化我国中药材种子种苗市场环境，建议明确中药材种子种苗分级依据标准，借鉴已有分级标准药材的制定过程，为其他药材标准的制定提供新思路；中药材种子种苗包装、运输、贮存等也应有明确的规定，从而与质量标准形成完整体系，以推进中药材种子种苗标准化；在实验研究中筛选符合中药材研究的模式药用植物，高效开展相关实验研究；加大对种植户的技术指导及相关法律的宣传，实行奖惩制度，使其在种植过程中严格遵守规章制度；鼓励药企加大投入，培养中药材种植专业人才，开展中药材种子种苗的筛选和培育，提高企业基地的种植技术水平；加强中药材种子种苗生产、中药材种植与药材市场间的联系，及时掌握市场对药材品种的需求；尽快出台中药材种子种苗管理办法，维护中药材种子种苗市场秩序，促进中药材行业健康发展。
