三七持續(xù)種植關鍵技術＊

陳中堅，魏富剛，董林林，王 勇，王朝梁，楊紹周，孫玉琴，尉廣飛，張連娟，余育啟，陳士林＊＊

（1.文山學院文山三七研究院 文山 663000；2.中國中醫(yī)科學院中藥研究所 北京 100700；3.文山苗鄉(xiāng)三七股份有限公司 文山 663000）

農殘高、病蟲害及連作障礙嚴重等問題，阻礙了三七產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。針對三七產業(yè)中的瓶頸，中國中醫(yī)科學院中藥研究所、文山苗鄉(xiāng)三七股份有限公司、文山學院文山三七研究院的研究團隊聚焦三七新品種選育、連作障礙克服、標準體系建立等方面，建立三七持續(xù)種植復合技術體系，保障三七藥材品質及產業(yè)發(fā)展。

1 三七持續(xù)種植復合技術體系構成

三七持續(xù)種植復合技術體系主要內容包括：三七抗病新品種的選育、土壤復合改良技術、無公害三七栽培技術及三七質量追溯技術。抗病品種的選育是保障三七持續(xù)種植的前提；種植前，對三七土壤進行復合改良，根據(jù)地塊坡度差異選擇水旱輪作（平地）或土壤復合修復（坡地）+綠肥回田+菌劑調控的綜合技術，改善土壤微生態(tài)環(huán)境進而保證三七持續(xù)種植；種植過程中，通過遵循《無公害三七藥材及飲片的農藥殘留與重金屬及有害元素限量》的質量標準，采用合理施肥、水光調控、病害綜合防治等配套技術，嚴格執(zhí)行無公害三七栽培的土壤、水源、空氣環(huán)境條件的質控標準、依托連鎖農場的基地種植模式，構建無公害三七栽培技術；將真?zhèn)舞b定、品質檢測及流通監(jiān)管一體化的質量追溯技術應用于產品流通環(huán)節(jié)，保證無公害三七的質量可控。

1.1 抗病新品種選育及良種繁育

采用DNA標記輔助育種結合系統(tǒng)選育的技術，選育首個三七抗病新品種“苗鄉(xiāng)抗七1號”（云林園植新登第2016060號），該品種對根腐病表現(xiàn)顯著抗性，根腐病發(fā)病率下降62.9%[1-2]。關鍵技術包括：簡化基因組測序技術檢測出抗病群體的特異SNP位點，采用PCR技術篩選與三七抗根腐病相關的SNP位點輔助系統(tǒng)選育。以新品種“苗鄉(xiāng)抗七1號”為主的三七良種繁育基地規(guī)?；?，一級、二級種苗比例達84%以上，根腐病、銹腐病發(fā)病率分別下降69%、43%以上（圖2）。

圖1 三七持續(xù)種植復合技術體系

圖2 三七良種繁育基地

1.2 土壤復合改良技術

研究團隊采用高通量測序、QPCR等技術解析三七連作障礙機制，通過分析根際土壤微生物群落變化，發(fā)現(xiàn)土壤真菌多樣性下降、低豐度細菌群落減少、病原菌累積與三七死苗現(xiàn)象相關；通過病原菌分離與回接試驗，確定了三七根腐病致病菌的類型，直接證明了土傳病害的增加是導致三七連作障礙的重要因素之一[3]。研究團隊繪制出連作模式下三七根際微生物群落的“全景圖”，通過追蹤三七根際微生物群落的變化，了解到三七種植過程中，微生物群落多樣性及組成的動態(tài)變化，為通過調控根際微生態(tài)環(huán)境來克服三七連作障礙提供依據(jù)。

在機制研究取得突破及大量田間試驗篩選的基礎上，研究團隊建立土壤復合改良技術體系，改善土壤微生態(tài)環(huán)境進而保障三七持續(xù)種植。針對三七種植地塊的類型（平地類型及坡地類型），研究團隊因地制宜建立不同的土壤改良技術。平地類型中采用“水（稻三季）旱（紫蘇）”的輪作模式，通過土壤加沙結構改良的方式對土壤進行修復，三年生三七保苗率達80%以上。

針對坡地類型：采用“抗病品種應用+土壤復合修復+綠肥回田+菌劑調控”的復合技術對土壤進行改良。開發(fā)土壤綜合修復劑SDLK并建立其使用流程，對三七土壤進行修復。土壤修復之后，篩選針對改善三七及其同屬作物連作障礙的綠肥作物—中研肥蘇1號（Perillafrutescens），通過回田的方式對土壤進行改良。同時針對三七土壤自毒物質累積、土傳病害增加、微生態(tài)失衡等問題，開發(fā)了針對降解自毒物質、消減土傳病害、改善土壤環(huán)境的三類專用菌劑（PnSP、PnBU及PnEM），通過搭配基肥，對土壤進行改良(圖3)。

土壤復合改良技術已在文山、硯山、丘北等三七主產區(qū)進行生產示范。在不同氣候條件、不同輪作間隔時間的老七地進行多點大田示范，老七地三七出苗率為85.7%-95.1%，存苗率為82.1%-92.8%。土壤復合改良技術為三七持續(xù)種植提供保障。

圖3 坡地土壤復合改良流程

1.3 無公害三七栽培技術

研究團隊自主研發(fā)了《藥用植物全球產地生態(tài)適宜性信息系統(tǒng)》（Geographic Information System for Global Medicinal Plants，GMPGIS），以道地產區(qū)及當前主產區(qū)的326個采樣點的氣候因子數(shù)值和土壤類型為依據(jù)，通過生態(tài)相似性分析獲得三七在云南文山的最大生態(tài)相似度區(qū)域，為三七基地的選地提供了參考[4]。合作團隊于2005年將遙感技術應用于三七資源的普查，為該項工作的開展奠定基礎[5]。同時課題組完成了無公害三七生產必需的質量標準、配套技術、質控體系、基地模式四大支撐條件。

發(fā)布無公害三七藥材及飲片的農藥殘留與重金屬及有害元素限量標準。研究團隊起草了《無公害三七藥材及飲片的農藥殘留與重金屬及有害元素限量》標準，由中國中藥協(xié)會2017年3月28日作為團體標準發(fā)布，標準號T/CATVM 003-2017。該標準參考日本、歐盟、韓國、美國等國家及地區(qū)的標準，規(guī)定了必檢的29項農藥殘留量及5項重金屬限量[6]。該標準是我國中藥材領域首個無公害標準，對中藥材的品質提升具有引領作用。農藥殘留量及重金屬含量是全社會關注的熱點問題，以安全性為主要依據(jù)對三七進行品質等級劃分，使消費者有更多的選擇空間，是三七產業(yè)整體升級發(fā)展的必然選擇。

建立無公害三七生產的配套技術。核心技術包括營養(yǎng)特點研究為主形成的無公害三七平衡施肥技術、病害普查及單項病害系統(tǒng)研究形成的無公害三七病蟲害綜合防治技術，制定了一整套以《無公害三七藥材及飲片的農藥殘留與重金屬及有害元素限量》標準相匹配的SOP操作規(guī)程（三七良種繁育標準操作規(guī)程、無公害三七種植標準操作規(guī)程、無公害三七產地初加工標準操作規(guī)程），從技術層面保障無公害三七栽培的可行性。

建立無公害三七生產的質控體系。對無公害三七栽培的土壤、水源、空氣環(huán)境條件進行了規(guī)定，在三七傳統(tǒng)種植生產的基礎上，要求三七種植生產場地環(huán)境的空氣質量符合國家標準GB3095《環(huán)境空氣質量標準》二級以上，土壤環(huán)境質量必須符合GB15618《土壤環(huán)境質量標準》的一級或二級和NY/T391《綠色食品產地環(huán)境質量》的土壤重金屬和有害元素限量標準，灌溉水和藥材清洗水質符合國家標準GB 5084《農田灌溉水質標準》和GB 3838《地表水環(huán)境質量標準》二級以上標準、嚴格遵守《無公害三七生產管理規(guī)程》、《無公害三七生產肥料使用準則》和《公害三七生產農藥使用準則》等規(guī)程，產品的運輸、加工過程和包裝、倉儲等規(guī)程。

創(chuàng)建“連鎖農場”基地建設模式。針對三七具有生態(tài)脆弱性、分布區(qū)域較窄、病害多、種植成本高等特點，10余年實踐逐漸總結形成“連鎖農場”基地建設模式。該模式將復雜的三七大田管理模塊化，形成可以復制的技術體系和管理體系，采用農場的方式進行無公害三七產業(yè)化基地建設，保障了各項技術、管理措施的落實到位，確保三七藥材品質達到無公害三七的標準。采用該模式與云南白藥集團、漳州片仔癀藥業(yè)、上海市藥材公司等建立合作基地，從管理層面上保障無公害三七基地建設的可行性。

1.4 三七藥材質量追溯技術體系

建立三七藥材“從生產到消費”的質量可追溯體系，通過信息記錄、查詢和問題產品溯源，實現(xiàn)全過程質量跟蹤與溯源，對于推動我國三七產業(yè)化發(fā)展與國際化進程具有重要的作用?；谒幉牡纳唐泛退幤返碾p重屬性，首次把藥材和飲片的物種真?zhèn)?、品質優(yōu)劣及流通管理相結合，建立了“中藥材質量追溯管理系統(tǒng)”并應用于苗鄉(xiāng)三七的全程質量追溯。物種真?zhèn)沃饕谥胁菟嶥NA條形碼鑒定技術；品質優(yōu)劣主要依托高效液相指紋圖譜轉化為二維碼的技術；流通信息管理主要采用了物聯(lián)網(wǎng)和云計算的信息技術。把企業(yè)生產內控、政府機構監(jiān)管和消費者監(jiān)督有機結合，實現(xiàn)三七藥材和飲片在生產和流通過程中的質量追溯，確保來源可查、去向可追、責任可究。

2 社會效益及經(jīng)濟價值

2.1 三七持續(xù)種植復合技術體系將改變三七種植格局

三七為典型的生態(tài)脆弱性植物，其分布區(qū)域較窄，存在連作障礙嚴重等問題，導致三七種植基地不斷流動。長期以三七產量為導向的栽培方式，頻繁使用農藥與化肥，致使藥材中存在農藥和重金屬污染現(xiàn)象。三七持續(xù)種植復合技術體系整合了抗病品種選育及良種繁育，土壤復合改良技術，無公害三七生產技術，攻克了連作障礙的關鍵技術難關，將推進以固定基地為主流方式的三七種植模式，有利于現(xiàn)代農業(yè)設施在三七種植中的普及應用，也有利于三七種植人才的培養(yǎng)，形成以提高三七安全性品質為導向的軟硬件配套的種植新方式，從而改變目前基地不停流動、基礎設施簡易的三七種植格局。

2.2 三七持續(xù)種植復合技術體系保障以其為原料制藥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展

三七為原料的制藥工業(yè)總產值700億元，是我國中藥行業(yè)重要的原料資源。我國以三七為原料或輔料的生產企業(yè)1300余家，國內涉及三七的藥品批準文號共有3300多個，其中品種有400多個。公布的國家基本藥物目錄涉及中成藥102個，其中以三七為原料的產品就有10個，生產廠家覆蓋全國30個省、市、自治區(qū)，因此三七持續(xù)種植關鍵技術保障以其為原料制藥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2.3 三七持續(xù)種植復合技術體系是中藥材精細栽培的典范，對我國其它中藥材精細栽培具有積極的示范效應

中藥材精細化栽培采用生物技術、信息技術等手段，從產區(qū)選擇、田間管理、收獲儲藏等過程實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化，解決中藥材種植中精準選址、品種選育、土壤改良、施肥管理、病害防控等關鍵問題，實現(xiàn)中藥材栽培的精準化及最優(yōu)化。三七持續(xù)種植復合技術體系依據(jù)生物技術、信息技術、現(xiàn)代管理技術等多學科為基礎面向三七生產的精細農業(yè)技術體系，關鍵技術包括基于GMPGIS的全球三七生態(tài)適宜產區(qū)分析的信息技術、以基因組學、功能基因組學、土壤宏基因組學等為主體的生物技術，旨在解決三七種植中精準選址、品種選育和土壤改良、施肥管理、病害防控等關鍵問題，實現(xiàn)三七栽培的精準化及最優(yōu)化，為其它中藥材精細栽培提供借鑒。

3 展望

優(yōu)質三七新品種是無公害三七種植的重要源頭。目前已成功選育了三個三七新品種——滇七1號、苗鄉(xiāng)1號、苗鄉(xiāng)抗1號，進一步強化優(yōu)良新品種的選育將推動三七產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。三七持續(xù)種植復合技術體系已取得顯著的成果，該技術體系的推廣與應用將保障三七藥材的道地性，保護生態(tài)環(huán)境。

3.1 加強優(yōu)良三七新品種的培育

三七植株的莖、休眠芽、花序、葉、塊根、果實表型的明顯變異，為三七新品種的選育提供了基礎[7]。三七不同變異類型中皂苷含量不同，其中紫根、長形根、寬葉、復葉柄平展型4種類型可作為三七高含量品種選育的目標[8]?；谌邏K莖的轉錄組數(shù)據(jù)獲得11個參與三萜皂苷生物合成途徑的關鍵基因[9]；分析了三萜皂苷合成途徑中編碼關鍵酶基因FPS，SS，SE和DS在三七植株不同部位的基因表達模式[10-11]。并獲得編碼甲羥戊酸途徑限速酶MVK1（PnMVK1）基因的全長cDNA序列，完成蛋白結構及表達譜分析[12]。目前，三七的全基因組測序已經(jīng)完成，三七基因組大小為2.39 Gb，共預測到36,790個編碼蛋白的基因，同時發(fā)現(xiàn)了大量皂苷生物合成的候選基因[13]。三七同屬作物—人參基因組大小約3.5 Gb，是最大且最復雜的藥用植物基因組之一，通過人參基因組分析鑒定出225個人參糖基轉移酶UGT，31個人參皂苷骨架合成酶[14]?；蚪M工作的完成將促進三七及同屬作物全基因組選擇育種、功能基因的發(fā)現(xiàn)，結合生物學及農藝學性狀，確定反映該品種的特征性分子標記，強化遺傳標記與生物學農藝性狀的關聯(lián)研究，加快優(yōu)質新品種的選育。

3.2 三七持續(xù)種植復合技術的應用與推廣

傳統(tǒng)栽培方法耗費嚴重，根際生態(tài)環(huán)境惡化，無公害栽培是保障三七產業(yè)持續(xù)發(fā)展的有效措施之一[15]。生產農藥殘留低、高品質三七藥材的無公害三七種植模式是現(xiàn)代社會的迫切要求及市場競爭的基礎[16]。三七持續(xù)種植復合技術包含無公害三七的生產技術及質量追溯技術，保障藥材品質。連作障礙沖擊了三七道地產區(qū)，而采用三七復合技術體系在連作土壤的持續(xù)種植已取得顯著的進展，這一技術的推廣將保障三七藥材的道地性。

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