中药种业前沿技术展望

中药种业前沿技术展望

张莹雪，李小娜

（郑州市兽药饲料质量安全检验中心）

随着人口的迅猛增长和人均生活水平的提升，目前中药材的需求量越来越大，但是日益恶化的自然环境大大降低了中药材的质量和数量。因此，市场急需有效成分含量和产量更高以及稳定性更好的优质中药材，其筛选、培育、贮藏和鉴定技术的创新和发展迫在眉睫。传统育种、储藏、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、储藏、鉴定、播种的改良。

中药材分子标记辅助育种技术

分子标记辅助育种是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”特征。相对于传统选育偏重于表型性状选择，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是DNA分子标记为SCoT、ISSR、SSR、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。

四阶式分子育种

分子标记的难度随着高通量测序的发展而降低，四阶式分子育种作为分子标记育种技术充分利用了高通量测序技术，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，四阶式分子育种的本质是将分子标记技术与系统选育相融合，从而达到快速育种的目的。

四阶式分子育种技术的流程共分为四个阶段：第一阶段是运用基因组测序获得高密度分子标记；第二阶段是挖掘与目标性状关联的基因或分子标记；第三阶段是将这些基因或分子标记应用在系统选育、辅助田间选择获得目标株系；第四阶段是扩繁目标株系，获得育成品种。四阶式育种与传统育种相比，直接利用目标基因或分子标记，跳过杂交、自交等复杂繁琐的传统遗传方式，大大缩短了育种时间，其将分子生物技术与传统育种相结合，在获得目标性状基因纯合而背景基因杂合的过程中有着巨大的应用价值。

基因编辑育种技术

传统的杂交和选育只能是对已有的基因进行排列，并不能创造出新的基因，虽然目前有许多人工诱导突变基因技术，但是由于突变位置随机，并不能定向改造植物。而快速发展的基因编辑技术能够定向创造新的突变基因和表型，克服了传统诱导突变基因技术的缺点，有望在中药材育种中发挥巨大作用。

基因编辑技术随着科技发展其编辑形式越来越多，例如可在特定基因位置插入或删除基因，在特定位置进行碱基替换或删除整条染色体等，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。中药材种业常见的基因编辑模式是在基因编码区域特定位置插入或删除基因，可改变其编码的蛋白质，从而影响代谢；在启动子区域进行基因编辑，可改变基因表达模式，从而造成表型变化；在特定位点敲入一段外源基因，从而实现全新的功能。

中药材种子自动智能化贮藏仓库

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（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）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，建立中药材种子自动智能化贮藏仓库势在必行。自动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。

宏条形码鉴定方法

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，是以物种遗传信息为鉴定依据，不受被鉴定物种生长环境、发育阶段、样品形态和组织部位的限制，具有通用、客观、准确等特点。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，宏条形码鉴定方法建立，其充分利用了DNA条形码技术和高通量测序技术的优势，快速大量地获取样品遗传信息并进行多样性分析，使混合样品的物种构成和纯度分析成为可能。基于宏条形码鉴定方法的优势，其应用于市售中药材种子的群体鉴定中，对中药材种子质量进行评价，为中药材种子鉴定技术的发展带来新的契机，推进我国中药材种子鉴定规范化建设进程。

中药材种子丸粒化技术

中药材种子种类多，形状、体积、质量差异大，以原形态播种会极大地影响繁殖效果。种子丸粒化技术是一种新型种子加工技术，其利用非种子物质黏着在种皮表面，在不改变种子生物特性的前提下将原种子加工成大小均一、强度适中、表面光滑的颗粒。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5种类型。将种子丸粒化技术运用在中药材种子上，既可以实现中药材种子带肥带药下田，也为实现机械化定量播种创造了条件。大力推进中药材种子丸粒化技术的研究和推广，不断提升种子的品质，提高其适播性、抗病性和抗虫性，加快中药种业标准化、规范化、商品化的进程，为中药材品质的提升做出贡献。

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