中医药是我国卫生健康事业的优势和特色,在新型冠状病毒肺炎疫情中,中医药参与疫情救治过程中取得了良好成效;“十四五”规划中,中医药事业的发展是规划的重要部分和内容,“十四五”期间将是中医药事业进入快速、高速发展的黄金时期。中药材种子质量的稳定与否直接影响药材的质量稳定性,是中药产业的“源头”,大力推广优质中药种业是促进中药种植优质高产的关键性措施,是中医药产业发展的物质基础,直接影响中药产业的可持续发展,其重视程度也日益提高。
为确保中药材事业稳步发展,促进中医药事业传承并发扬光大,国家不断加大中药材资源保护力度。1960年以来,国家先后组织开展4次资源普查,共收集中药材种质资源12000余种,包括药用植物、药用动物和药用矿物。通过资源普查,有效保护了一批濒危资源,新发现了一批药用资源,为我国中药材发展奠定了良好基础。同时,自2012年开始,累计投资4000万元建设了40万份库容的海南省和四川省中药材种质资源库,建立了37个药用植物重点物种保护圃,为中药材种质资源的异地保护利用提供了保障。未来,国家将按照《全国道地药材生产基地建设规划(2018—2025年)》,加强道地药材生产基地建设,增加人工种养数量,减少野生采挖,开展野生药材抚育。同时也会争取国家投资,推动资源保藏库和保护圃建设,确保中药材种质资源得到有效保存、评价、开发和利用。
近年来,我国有关中药种业的战略规划、政策法规正在逐步建立和完善中,对中药种业的资金、项目投入力度也越来越大。国家已出台了《中华人民共和国种子法》《国务院关于扶持和促进中医药事业发展的若干意见》《中医药发展战略规划纲要(2016—2030年)》等。国务院办公厅印发《关于加快中医药特色发展若干政策措施的通知》中提出,鼓励社会资本发起设立中医药产业投资基金,加大对中医药产业的长期投资力度,鼓励各级政府依法合规支持融资担保机构加大对中医药领域中小企业银行贷款的担保力度,支持信用服务机构提升中医药行业信用信息归集和加工能力,鼓励金融机构创新金融产品,支持中医药特色发展。
为了促进中药材种子种苗良种选育、繁育、推广,规范种子种苗生产、加工和销售活动,培育和发展中药种业,2016年4月13日经中国中药协会(国中药协〔2016〕19号)批准,成立中国中药协会中药材种子种苗专业委员会。该委员会自成立以来,数次组织全国各地的种子种苗科研院所以及中药材种子种苗生产经营企业承办或参与中药材种子种苗发展研讨会、中药材种子种苗技术培训会等,科研院所的专家学者、企业代表、专业种植合作社负责人及有关种子种苗领域技术骨干积极参与会议,积极促进全行业发展。这些会议以市场需求为导向,以种子繁育为核心,以良种选育为支撑,指导中药材种子种苗的规范化生产加工、种子标准的制定和推广应用,构建全国中药材种子种苗创新、协调、绿色、开放、共享的专业化服务平台,推动中药种业的规范化、标准化和产业化发展,从源头上确保中药材质量,提升中药农业的现代化水平。
为确保中药材生产用种质量高、数量足,中药材种子种苗繁育基地建设和龙头企业扶持是第四次全国中药资源普查试点工作的重点任务。目前,通过“国家基本药物所需中药原料资源调查和监测项目”支持,已在我国20个省(自治区、直辖市)布局建设了126个繁育基地、数百个子基地,累计面积近7万亩,繁育中药材种子种苗160余种。在基地建设中,始终坚持产学研用相结合的要求,突出以企业为主体的原则,推动地方引入规模适当、科研基础良好、经营能力强的企业入驻基地,参与相关建设和开发,并给予政策、金融、用地等方面支持,扩大良繁基地建设、制种大县奖励等支持政策的覆盖范围,将重点中药材种子生产纳入扶持范围,引入优质企业入驻基地,推进改善基地条件、提高生产能力,形成以政府为主导、企业为主体、上中下游有机衔接的良好发展环境,构建“中药企业+种植大户+农户”“中药企业+专业合作社+农户”的利益联结机制,促进中药材种子质量的提升。
中药种业的发展在于科技创新,前沿科学技术及研发平台是中药种业现代化与持续健康发展的有力支撑,建立跨学科、团队、行业的“产学研用”协同创新平台,政府、行业、企业、基地组建联盟,通过充分借鉴现代农业和生物育种新技术方法,结合中药材自身特点,针对共性与关键性问题进行联合攻关和创新,实现从“选”向“育”转变,以优良品种促进中药材品质更高、产量更稳、用途更加丰富。在育种方面,中药材新品种选育将重点关注品质、药效、抗性、适应性、产量等方面,选育方法将从混合选择和系统选育向杂交育种和突变育种(航天诱变、等离子诱变和化学诱变技术等)发展,同时积极开展分子标记辅助选择育种、全基因组关联分析(GWAS)等现代化分子育种技术。此外,还可通过表达和基因编辑的手段进行高效、快速的遗传改良。在种苗繁育方面,濒危药材的繁育技术将尽可能充分利用组培快繁、发酵技术、生物工程、合成生物学等方法或技术,这些技术也可以减少自然开采对环境资源的破坏。在种植过程中,绿色中药材技术、精准中药农业技术、中药材生态生产技术、生产加工全过程机械化技术、人工智能技术是普及和发展的重点。
中药材种子种苗质量、种子质量认证和管理、种子质量监督检验、从业人员的素质、规范化制种基地、工农相结合等方面均是中药种业可持续发展有效推进的重点。
中药材区别于其他农作物,是在保证疗效的基础上求精,是在追求质量的前提下去追求数量。通过总结生产实践和科学实验,对常见药材品种的种子特性、种子质量、种子生产加工、种子检验方法及种子包装、运输、贮存等方面应做出科学明确的技术规定,并制定一系列可行的技术标准和追溯体系,在生产、使用、管理过程中认真贯彻执行,做到有章可循、有法可依,保障中药材种子种苗安全、可控、溯源,进而做到来源可知、去向可查、过程可控、责任可究。
种子质量认证是提高种子质量,完善种子质量控制的主要手段之一。通过对品种合格性认可、系谱繁殖、过程控制、验证等方式来确认种子的质量,通过检验确认种子质量符合种子认证要求,才能再给予种子认证证书和认证标签,只有经过认证的种子才能准入市场流通。建立中药种业资源保护、良种选育、品种审定推广、产品质量及质量检验方法、贮藏和上市流通等全方位的种子种苗法规,不断完善中药种业质量管理体系。
建立健全中药材种子质量监督体系,强化质量管理,完善以国家、省级种子质检中心为龙头,以市地级质检中心为骨干,以县级质检中心为网络的种子质量监督体系,加强商品种子产前、产中、产后的质量监督,建立和完善种子质量监督检测体系,增强质量监督和市场监管意识,推行计量认证制度,提高监督检测机构的检测能力和检测质量,以充分发挥监督检验职能。
规范化和规模化的制种基地是开展良种或优质种子种苗生产的载体,将需要市场推广的优良品种进行规范化和规模化制种,以满足市场需求。制种基地统一规划生产基地,选择纯正优质的中药材种子种苗,统一供应种子种苗,统一管理化肥、农药等投入品,统一种植或者养殖技术规程,统一采收与产地初加工技术规程,统一包装与贮藏技术规程的要求进行繁种,满足市场对优质、纯正和整齐一致的种源需求。
加强种业从业人员和专业人才的培养是整个产业可持续发展的基础,鼓励中药材企业、大户和农林技术服务部门与科研院所、高职院校进行技术合作,加大在经费、资金、研究等方面的投入,把人才需求与人才培养结合起来,从整个产业发展的高度,整体规划,分步实施,建成一支高素质产业化的科技队伍,以适应中药种业的快速发展。
工业在依靠农业的同时,又能带动农业发展,农业在保证工业的同时,又能促进工业的发展,二者相辅相成,缺一不可。中药农业和中药工业应建立起合作共赢、强强联合的对接机制,以品种作桥梁,以利益作纽带,保证农业为工业种,工业依靠农业产,进而达到合作发展,携手共赢的目标。
随着全球人口的快速增长和生活水平的提升,人类对药用植物的需求量越来越大,然而自然环境的恶化又增大了优质药材生产的难度,亟待培育有效成分含量更高、产量更高、稳定性更好的品种。传统育种、贮藏、鉴定、播种等方式具有育种周期长、不确定度大、储存易腐败变质、鉴定时间久、准确率低、种子播种适应能力差等缺点,难以满足现阶段人类对药用植物的巨大需求,需要利用现代分子生物学、现代加工技术、数字化技术等实现对中药材育种、贮藏、鉴定、播种的改良。
分子标记辅助育种是通过将现代分子生物学与传统遗传育种相结合,培育中药材优良种质的重要方法之一,其育种的主要目标是使中药材的生物学性状稳定、产量和药用成分可控,所生产的药材具有“优形、优质、优效”的特征。相对于传统选育偏重表型性状选择,分子标记辅助育种还注重基因型的筛选,其主要包括分子遗传连锁图谱构建、数量性状位点(QTL)定位、遗传多样性研究、品种与杂交种质纯度鉴定、分子标记辅助选择应用等5个领域。目前在中药材分子标记辅助育种研究中主要采用的DNA分子标记为目标起始密码子多态性(SCoT)、简单串联重复序列(ISSR)、简单重复序列扩增(SSR)、单核苷酸多态性(SNP)等。随着高通量测序技术的快速发展,全基因组关联分析(GWAS)、分子设计育种将成为未来中药材育种的热点。
随着测序通量的提高和计算能力的提升,分子标记的获取难度也逐渐降低,四阶式育种充分发挥高通量测序技术的优势,在育种前期,通过基因组测序获得大量遗传标记用于辅助选育。四阶式育种本质是将分子标记辅助选育的技术与系统选育相融合,从而达到快速育种的目的。四阶式育种首先是通过基因组测序或简化基因组测序,获得高密度的分子标记,接着挖掘与目标性状关联的基因或分子标记,再将这些标记应用于系统选育,辅助田间选择获得目标株系,最后扩繁目标株系,获得育成品种。四阶式育种与传统育种相比,是一种直接从基因选择开始的育种方式,大大缩短了育种年限并节省了时间和精力,将现代最前沿的分子生物技术结合到了传统学科中的育种方法。四阶式育种优点在于在传统的难以理论化的系统选育中,直接将育种目标相关联的基因或分子标记作为选择标准,能够跳过杂交、自交等繁琐的遗传操作,直接筛选,在获得目标性状基因纯合而背景基因杂合方面有着巨大的应用价值。
杂交和选育只能是对已有的资源进行组合,不能创制出新的基因,人工诱导突变能够创制出新的基因,但是由于创造突变位置是随机的,不能定向改造植物,也受到了一定的限制。近年来快速发展的基因编辑技术克服了这些缺点,能够定向地产生新的突变,创造出新的基因和表型,有望在药用植物育种中发挥巨大作用。经过不断的发展,基因编辑技术在改造基因功能上的形式越来越多,例如,基因编辑技术可以在基因的特定位置随机产生小的插入/缺失,在蛋白质翻译过程中产生移码,不能正确形成蛋白质;在特定位置进行碱基替换,从而改变功能蛋白的特定氨基酸,产生更高效的酶;在启动子区域进行编辑,可以改变基因的表达模式,从而影响表型变化;删除特定区段的DNA序列,可以是单个基因,甚至也可以是整条染色体;或是在特定区域敲入一段外源基因,实现全新的功能。这些不同的编辑模式在药用植物的育种中都有着巨大的应用潜力。
种子是中药材的生产之本,农业生产的基础,而优质的中药材种子是中药材可持续发展的基础。种子在贮藏过程中,其内部的蛋白质、可溶性糖、脂肪等代谢产物以及过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等各种酶会发生复杂的生理生化变化。目前,中药材种子贮藏过程中常用到自然风干法、带果阴干法、晒干法、湿沙贮藏法、常温超干贮藏、超低温贮藏、超低氧贮藏、人工种子贮藏等方法。随着社会的发展,计算机等数字化技术也逐步被应用于农作物种子贮藏,为了促使中药材种子贮藏工作向现代化、自动化、智能化方向发展,用现代化设备合理控制贮藏条件,建立中药材种子智能化贮藏仓库势在必行。智能化贮藏仓库将会根据种子的类型智能选用不同的贮藏方法,合理控制仓储条件,降低种子劣变,保持种子发芽力和生活力,延长种子寿命从而确保种子的播种价值。
DNA条形码技术利用基因组中一段标准的、相对较短的DNA片段进行物种鉴定。相较于传统方法,DNA条形码技术以物种的遗传信息为鉴定依据,不受植物生长环境、发育阶段、样品形态和组织部位的限制,具有通用性、客观性、准确性等特点。传统的DNA条形码技术主要用于单个样品的物种鉴定,随着高通量测序技术的发展,使快速大量地获取样品遗传信息成为可能。宏条形码技术结合了DNA条形码技术和高通量测序技术的各自优点,可以准确鉴定混合样品中的物种,进行多样性分析,这也使大量种子的物种构成和纯度分析成为可能,可以应用于在市售中药材种子的群体鉴定中,为中药材种子质量评价提供新的技术手段。这项技术将会给中药材种子鉴定技术的发展带来新的契机,将会极大程度推进我国中药材种子鉴定规范化建设进程。
目前,绝大多数中药材种子仍以原种状态流通于市场,但中药材种子种类繁多,部分种子体积和质量均较小,几何形状不规则,在播种过程中影响了播种的深度及用量。种子丸粒化技术是一种新型种子加工技术,是种子包衣的一种方法,指利用黏着剂,将杀菌剂、杀虫剂、染料、填充剂等非种子物质黏着在种皮表面。在保证原种子生物学特性的基础上,将原种子加工成大小均一、强度适中、表面光滑的球形颗粒,从而将小粒种子大粒化。依据丸粒化的程度和用途不同种子丸粒化可分为重型丸化、结壳包衣、速生丸化、扁平丸化和集束丸化等5种类型。中药材种子丸粒化既可以实现种子带肥、带药下田,起到保苗壮苗、调节植物生长的目的,也为大部分种子实现机械化精量播种创造了条件,通过减少种子的用量,起到了降本增效的目的。为促使中药种业加快实现标准化、规范化、商品化的进程,应大力推进中药材种子丸粒化技术的研究及产业化推广,不断提升种子的品质,提高其适播性,增强苗期抗病虫害能力,为中药材品质的提升作出应有的贡献。