中國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)與利用

肖培根，陳士林，張本剛，魏建和，周慶年，繆劍華，陳偉平，張昭，楊世林，李學(xué)蘭

(1.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué) 藥用植物研究所，北京 100193；2.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所廣西分所，廣西 南寧 530023；3.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所云南分所，云南 景洪 666100；4.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所海南分所，海南 萬寧 571533)

專 稿

中國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)與利用

肖培根1*，陳士林1，張本剛1，魏建和1，周慶年3，繆劍華2，陳偉平4，張昭1，楊世林1，李學(xué)蘭3

(1.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué) 藥用植物研究所，北京 100193；2.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所廣西分所，廣西 南寧 530023；3.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所云南分所，云南 景洪 666100；4.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所海南分所，海南 萬寧 571533)

項(xiàng)目研究創(chuàng)新建立了我國藥用植物種質(zhì)資源遷地、離體保護(hù)技術(shù)體系，在我國熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)建立了全世界規(guī)模最大的藥用植物種質(zhì)遷地保護(hù)專業(yè)平臺，建立運(yùn)行了中國第一座國家藥用植物種質(zhì)資源庫。遷地和離體保護(hù)的藥用物種達(dá)7 000余種，其中珍稀瀕危物種200余種，種質(zhì)數(shù)量近3萬份，居世界首位。調(diào)查整理并編寫完成《中國本草圖錄》，為國際上藥用植物資源方面最大型彩圖科學(xué)專著。實(shí)現(xiàn)砂仁、肉豆蔻、白豆蔻大規(guī)模引種，選育北柴胡、桔梗新品種，上述引種選育的品種累計(jì)推廣應(yīng)用近13.3萬hm2，產(chǎn)生了重大的社會經(jīng)濟(jì)效益。創(chuàng)新建立了藥用植物資源多級遙感調(diào)查方法技術(shù)體系，項(xiàng)目成果獲2009年度國家科技進(jìn)步獎二等獎。

藥用植物；種質(zhì)資源；遷地保護(hù)；利用

實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)利用、促進(jìn)農(nóng)村社會進(jìn)步是我國重大的社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。藥用植物種質(zhì)資源是國家重要生物戰(zhàn)略資源，是中醫(yī)藥可持續(xù)發(fā)展基礎(chǔ)，其開發(fā)利用是很多農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的支柱；作為新藥開發(fā)的重要來源，珍貴的藥用基因資源也是世界各國的爭奪對象。但長期的過度開發(fā)利用、生態(tài)環(huán)境惡化等導(dǎo)致大量藥用基因滅絕。為此，加強(qiáng)藥用基因資源的保存、保護(hù)和可持續(xù)利用是中國醫(yī)藥學(xué)發(fā)展迫在眉睫的重要任務(wù)。

我國是世界藥用植物起源、分布和生產(chǎn)的核心國。以肖培根院士為首的研究人員，率領(lǐng)中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所北京總所和云南、海南、廣西3個分所的科研人員，幾十年如一日，以保護(hù)和合理利用我國藥用植物種質(zhì)資源為己任，圍繞種質(zhì)資源保護(hù)最重要的方式之一——遷地保護(hù)(廣義上包含了離體保護(hù))，開展技術(shù)研發(fā)、平臺構(gòu)建、種質(zhì)調(diào)查收集保存、種質(zhì)利用等方面艱苦卓絕的研究，構(gòu)建了藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)的理論、技術(shù)和平臺體系，樹立了藥用植物種質(zhì)引種和選育利用的典范，取得了一系列創(chuàng)新研究成果，奠定了中藥資源學(xué)科的基石。

1 藥用植物種質(zhì)遷地保護(hù)技術(shù)研究

針對我國藥用植物種質(zhì)遷地保護(hù)技術(shù)落后現(xiàn)狀，以集成創(chuàng)新方式，突破了上千種藥用植物遷地、離體保護(hù)的技術(shù)難題，建立了我國主要藥用植物遷地保護(hù)的技術(shù)體系，奠定了5 000個物種遷地保護(hù)的基礎(chǔ)。

1.1 藥用植物種質(zhì)遷地保護(hù)技術(shù)體系構(gòu)建

遷地保護(hù)技術(shù)是物種異地引種成功的關(guān)鍵，藥用植物的研究基礎(chǔ)非常薄弱。本項(xiàng)目研究組的北京、廣西、云南、海南課題組，在幾十年藥用植物種質(zhì)引種中，攻克了一個個藥用植物遷地保護(hù)的技術(shù)難題，形成了一套適應(yīng)溫帶、亞熱帶、熱帶地區(qū)遷地保護(hù)藥用物種的技術(shù)體系[1]。針對每個物種的生物學(xué)特性、生長特點(diǎn)，形成了一套技術(shù)方法，包括：調(diào)整植物生長發(fā)育節(jié)律技術(shù)、改變植物生長習(xí)性技術(shù)、繁殖器官越冬保護(hù)技術(shù)、樹形修整與包扎技術(shù)、營造合適小生態(tài)環(huán)境技術(shù)、種子保鮮貯藏技術(shù)等，見圖1。該技術(shù)已成功地應(yīng)用到了5 282個藥用物種的遷地保護(hù)。

1.2 藥用植物種質(zhì)離體保護(hù)技術(shù)體系構(gòu)建

已往離體保護(hù)技術(shù)研究重點(diǎn)關(guān)注農(nóng)作物、園藝植物等，本項(xiàng)目研究組種質(zhì)庫課題組建立了藥用植物種子入庫保存關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)——活力檢測、干燥方法等。

圖1 項(xiàng)目構(gòu)建的藥用植物遷地保護(hù)技術(shù)體系

大部分藥用植物種子存在休眠、發(fā)芽檢測時間長、操作復(fù)雜等問題，生活力檢測是有效的快速檢測方法，但需針對每種植物種子建立標(biāo)準(zhǔn)流程。本項(xiàng)研究建立了白術(shù)、白芷、板藍(lán)根、半支蓮、北沙參等藥材種子生活力TTC快速檢測規(guī)范流程，為大批種質(zhì)入庫時活力監(jiān)測提供了有效、方便、快捷方法。

快速安全將種子含水量降至可長期保存安全值，是種質(zhì)入庫的核心環(huán)節(jié)。通過比較研究，國家藥用植物種質(zhì)資源庫確定采用38℃低溫鼓風(fēng)干燥方法。通過逐個物種研究，掌握了將藥用植物種子含水量安全降至5%～7%的干燥時間，如連翹0.5h、南沙參1h、荊芥3h、丹參6h、黃芪15h、王不留行25h、牛膝45h。

2 藥用植物種質(zhì)資源遷地、離體保存研究

在北京、廣西、云南、海南四大藥用植物園遷地引種藥用物種5 282種，離體保存種質(zhì)2萬份，保存的藥用植物種質(zhì)數(shù)量居世界前列，首次形成了對我國大量珍稀瀕危及有重要潛在利用價值的藥用基因資源的保護(hù)。

2.1 藥用物種的遷地保護(hù)

本項(xiàng)研究啟動前，沒有針對藥用植物種質(zhì)資源的專項(xiàng)、系統(tǒng)研究，一些物種和重要基因資源幾近滅絕，如莧橋地黃、野生當(dāng)歸、石牌藿香等。在創(chuàng)建了遷地保護(hù)技術(shù)體系基礎(chǔ)上，研究組科研人員通過幾十年艱苦努力，從全國各藥材分布區(qū)及世界各地，引種并保護(hù)的藥用物種達(dá)280科5 282種，居國內(nèi)首位[2-5]，其中國家一級保護(hù)植物62種，二級保護(hù)植物181種，國外引進(jìn)物種150種以上，見表1。

2.2 藥用植物種質(zhì)資源的離體保存

藥用植物離體保護(hù)工作非常薄弱。國家作物種質(zhì)資源庫只保存了紅花、紫蘇等藥用植物種質(zhì)1 000余份(作為油料或蔬菜作物)，其他絕大部分藥用植物種質(zhì)沒有保存。項(xiàng)目組系統(tǒng)收集了我國野生、栽培藥用植物種質(zhì)2萬份，其中188個科1 017個屬2 981種已完成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，見表2。該項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了一批珍稀瀕危野生種質(zhì)和有重要利用價值栽培藥材種質(zhì)的50年的長期保存。

表1 收集并實(shí)現(xiàn)了遷地保護(hù)的藥用植物種質(zhì)資源統(tǒng)計(jì)

表2 國家藥用植物種質(zhì)資源庫入庫保存的種質(zhì)(部分)

3 藥用植物種質(zhì)資源遷地、離體保護(hù)框架體系構(gòu)建

3.1 專業(yè)藥用植物園體系構(gòu)建

根據(jù)我國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)和引種栽培的要求，結(jié)合我國氣候資源特點(diǎn)，項(xiàng)目組在我國熱帶、亞熱帶、溫帶分別建立了專門用于藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)的平臺——藥用植物園：北京總所的藥用植物園，廣西南寧的廣西分所藥用植物園，云南西雙版納的云南分所南藥園，海南興隆的海南分所南藥園，總面積333.3hm2；各藥用植物園按照保存種質(zhì)的類別特點(diǎn)建設(shè)。該體系已成為全國乃至世界規(guī)模最大、體系最完整的藥用植物種質(zhì)遷地保護(hù)專業(yè)平臺。

3.2 專業(yè)化藥用植物種質(zhì)資源庫構(gòu)建

雖然20世紀(jì)90年代浙江杭州建立了我國第一座藥用植物專業(yè)種質(zhì)庫，但因缺乏種質(zhì)搜集費(fèi)用及運(yùn)行維持費(fèi)用(浙江高溫、高濕種質(zhì)庫運(yùn)行成本高)，該庫難以運(yùn)轉(zhuǎn)使用。本項(xiàng)目成功建立運(yùn)行了中國第一個國家藥用植物種質(zhì)資源庫[6]，庫容達(dá)10萬份，包括了儲存年限45～50年的長期庫和儲存年限25～30年的中期庫。該庫的建設(shè)填補(bǔ)了我國重要生物資源種質(zhì)庫保存系統(tǒng)的重大缺陷，為我國藥用植物種質(zhì)資源保存提供了一個全國性開放保存平臺及種質(zhì)交流使用平臺。

4 藥用植物種質(zhì)資源引種與選育

首次攻克了在云南西雙版納引種陽春砂仁，海南引種國外南藥白豆蔻、肉豆蔻的產(chǎn)業(yè)化種植技術(shù)難題，大規(guī)模推廣種植取得顯著經(jīng)濟(jì)效益。利用優(yōu)良種質(zhì)選育出了第一個北柴胡新品種“中柴1號”和桔梗不育系并推廣應(yīng)用，樹立了我國中藥材種質(zhì)引種、選育利用的典范。

4.1 陽春砂仁、白豆蔻、肉豆蔻引種

在藥用植物種質(zhì)遷地保護(hù)研究中，率先突破了一批藥材大規(guī)模引種應(yīng)用于生產(chǎn)的技術(shù)難題。針對陽春砂仁在西雙版納引種前，只有廣東陽春縣等少數(shù)地區(qū)有產(chǎn)，種植面積和產(chǎn)量均有限，藥用砂仁大部分依賴進(jìn)口縮砂的問題，研究組云南課題組從20世紀(jì)60年代起經(jīng)10余年攻關(guān)研究，突破了陽春砂仁僅限于廣東陽春種植的地域限制，攻克了砂仁在云南西雙版納引種栽培的適宜地選擇、傳粉、營養(yǎng)管理、葉斑病防治等技術(shù)瓶頸，研發(fā)出了一套成本低、效益高、品質(zhì)優(yōu)、便于在西雙版納山區(qū)推廣的砂仁栽培技術(shù)體系。從此使砂仁在西雙版納大面積推廣開來，結(jié)束了我國砂仁貨源長期主要依賴進(jìn)口的局面?！瓣柎荷叭试谖麟p版納引種推廣”的成果在1988年就獲得了衛(wèi)生部科技進(jìn)步一等獎。此后云南西雙版納州成為我國砂仁的主產(chǎn)區(qū)，累計(jì)至今種植砂仁12.8萬hm2，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益4.2億元。

針對我國不產(chǎn)白豆蔻、肉豆蔻的現(xiàn)狀，攻克了在海南規(guī)?；N東南亞產(chǎn)肉豆蔻、白豆蔻結(jié)實(shí)產(chǎn)果的技術(shù)難題，為我國新增了2個國外產(chǎn)南藥種植品種。“南藥—白豆蔻引種研究”于1986年獲衛(wèi)生部科技進(jìn)步乙等獎。“肉豆蔻引種的研究”獲中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院科技進(jìn)步二等獎，“肉豆蔻種苗繁殖技術(shù)的研究”獲中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院科技進(jìn)步一等獎。

4.2 北柴胡、桔梗新品種選育

本項(xiàng)目研究育種課題組在離體種質(zhì)搜集評價中，大力開展優(yōu)良種質(zhì)的品種選育研究。首次發(fā)現(xiàn)了淺休眠、高萌發(fā)率、生長快的北柴胡種質(zhì)，主持培育出國內(nèi)外第一個北柴胡新品種“中柴1號”，解決了長期嚴(yán)重限制家種柴胡發(fā)展的主要瓶頸問題之一“出苗率極低難題”，通過多年多點(diǎn)大量試驗(yàn)，建立了“中柴1號”產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)體系，累計(jì)推廣種植近萬畝(666.7hm2)，獲2005年中華中醫(yī)藥學(xué)會科學(xué)技術(shù)三等獎，奠定了柴胡藥源混亂問題解決的基礎(chǔ)。發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外第一份穩(wěn)定遺傳桔梗雄性不育材料，明確了桔梗的雄性不育可以穩(wěn)定遺傳，利用CMS不育材料培育出不育率近100%的雄性不育系及相應(yīng)保持系，第一次奠定了有性繁殖中藥材雜種優(yōu)勢利用雄性不育途徑利用的基礎(chǔ)。

5 藥用植物種質(zhì)資源調(diào)查與整理

首次全面系統(tǒng)開展了我國8 000種藥用植物種質(zhì)資源調(diào)查、整理[7-9]，發(fā)現(xiàn)多個新物種并被《中國藥典》收載，創(chuàng)新提出了“藥用植物親緣學(xué)”理論。

項(xiàng)目研究組在資源調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)并命名了暗紫貝母、蒙古黃芪、三角葉黃連、湖北貝母等新物種，且均已收載入《中國藥典》(2010年版)。在長期研究藥用植物親緣關(guān)系-化學(xué)成分-療效(藥理活性及傳統(tǒng)療效)間的相關(guān)性過程中，創(chuàng)新提出了“藥用植物親緣學(xué)”理論，有效指導(dǎo)了藥用植物化學(xué)成分分布規(guī)律的探索工作以及藥用植物資源的開發(fā)和新藥尋找。

針對我國藥用植物種質(zhì)資源缺乏調(diào)查現(xiàn)狀，首次全面系統(tǒng)開展我國藥用植物種質(zhì)資源調(diào)查研究，系統(tǒng)調(diào)查記錄了8 000種藥用植物種質(zhì)的形態(tài)特征及分布特點(diǎn)，形成了《中國本草圖錄》[10]、《新編中藥志》[11]、《中草藥大典—原色中草藥植物圖鑒》[12]等。《中國本草圖錄》整理了包括兩岸三地(大陸、臺灣、港澳)的藥用植物種質(zhì)資源4 509種，其中被子植物門184科4 102種，地衣植物門7科20種，褐藻門1科1種，蕨類植物門33科130種，菌類植物門29科174種，綠藻門2科4種，裸子植物門11科67種，苔蘚植物門10科11種；被譯成日文及韓文，首次全面系統(tǒng)向世界展示了我國藥用植物種質(zhì)資源，獲得了國家中醫(yī)藥管理局的科技進(jìn)步一等獎(1998年)、萊比錫國際圖書獎、臺灣立夫中醫(yī)藥學(xué)術(shù)一等獎。

6 藥用植物資源調(diào)查新方法的建立

創(chuàng)新引進(jìn)高空遙感和低空遙感的方法，并應(yīng)用于藥用植物資源調(diào)查，創(chuàng)建了快速、高效藥用植物資源調(diào)查新方法。

長期以來我國中藥資源的調(diào)查以實(shí)地樣方調(diào)查方法為主。該法調(diào)查的數(shù)據(jù)可靠，但效率低、費(fèi)時長，難以適應(yīng)中藥資源種類多、分布廣、資源變動大的特點(diǎn)。研究組遙感課題組首次針對中藥材資源品種多、群落特點(diǎn)復(fù)雜、分布區(qū)域廣、資源變動速度快的特點(diǎn)，引進(jìn)遙感技術(shù)，創(chuàng)新建立高空遙感和低空遙感相結(jié)合的快捷、高效藥用植物資源調(diào)查新方法，為以較短周期、高效、快速開展重點(diǎn)藥用植物品種的資源調(diào)查奠定了基礎(chǔ)，同時也為實(shí)時監(jiān)控藥用植物資源變化、合理利用藥用植物資源提供了切實(shí)可行方法，見圖2。

圖2 中藥資源多級遙感調(diào)查圖

利用該技術(shù)體系，采用中等分辨率的高空衛(wèi)星影像ETM(15m)為底圖布設(shè)高分辨率低空遙感的調(diào)查樣地，再以低空遙感影像判讀出的不同群落類型布設(shè)地面調(diào)查樣地，計(jì)算出甘草分布的面積和蘊(yùn)藏量，判讀精度可高于90%[13]。人參調(diào)查樣區(qū)的人工判讀精度，Landsat7ETM圖像(地面分辨率為15m)達(dá)90%，ETM與SPOT融合圖像(地面分辨率為5m)達(dá)97%，QuickBird圖像(地面分辨率為0.61m)達(dá)100%。三七衛(wèi)星遙感影像與實(shí)地勘測比較調(diào)查研究表明相對判對率、相對面積、相對產(chǎn)量精度可分別達(dá)到92.7%、91.181%和85.7%。

7 結(jié)語

[1] Xiao Peigen. The Chinese approach to Medicinal Plants-Their Utilization and Conservation[M]//Akerele O, Heywood V, Synge H. The Conservation of Medicinal Plants.Cambridge: Cambridge University Press, 1991, 305-313.

[2] 陳士林，張昭.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所遷地保護(hù)藥用植物名錄[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.

[3] 繆建華(廣西藥用植物園編).廣西藥用植物園藥用植物名錄[M].2006.

[4] 魏建和，朱平(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所海南分所編著).中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所海南分所南藥園植物名錄[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2007.

[5] 李學(xué)蘭(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所云南分所編).西雙版納南藥園植物名錄[M].2007.

[6] 劉忠玲，魏建和，陳士林，等.國家藥用植物種質(zhì)資源庫建設(shè)技術(shù)分析[J].世界科學(xué)技術(shù)-中藥現(xiàn)代化，2007,9(5)：72-76.

[7] Xiao Peigen. Ethnopharmacological Investigation of Chinese Medicinal Plants[J]. Ciba Foundation Symposium 185, 1994: 169-175.

[8] Xiao Peigen, He Liyi, Wang Li wei. Ethnopharmacologic study of Chinese Rhubarb Kew [J]. Journal of Ethnopharmacology, 1984: 10: 275-293.

[9] Chen, S.L.. Sustaining herbal supplies: China [J]. UNDP, 2005, 10:157-163.

[10] 肖培根.中國本草圖錄(I-XII卷)[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，香港：商務(wù)印書館(香港)有限公司，1989-1998.

[11] 肖培根. 新編中藥志(I-V卷)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002，2007.

[12] 陳士林, 林余霖.中草藥大典—原色中草藥植物圖鑒[M].北京：軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社，2006.

[13] 張本剛,陳士林,張金勝,等.基于遙感技術(shù)的甘草資源調(diào)查方法研究[J].中草藥,2005,36(10)：1548-1551.

[14] 肖培根.中草藥資源開發(fā)及可持續(xù)利用研究[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2003.

[15] 陳士林，肖培根.中藥資源可持續(xù)利用導(dǎo)論[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2006.

*肖培根，E-mail：xiaopg@public.bta.net.cn