中國藥用植物種質資源遷地保護與利用

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，李學蘭

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

專 稿

中國藥用植物種質資源遷地保護與利用

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，李學蘭3

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

項目研究創新建立了我國藥用植物種質資源遷地、離體保護技術體系，在我國熱帶、亞熱帶和溫帶地區建立了全世界規模最大的藥用植物種質遷地保護專業平臺，建立運行了中國第一座國家藥用植物種質資源庫。遷地和離體保護的藥用物種達7 000余種，其中珍稀瀕危物種200余種，種質數量近3萬份，居世界首位。調查整理并編寫完成《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專著。實現砂仁、肉豆蔻、白豆蔻大規模引種，選育北柴胡、桔梗新品種，上述引種選育的品種累計推廣應用近13.3萬hm2，產生了重大的社會經濟效益。創新建立了藥用植物資源多級遙感調查方法技術體系，項目成果獲2009年度國家科技進步獎二等獎。

藥用植物；種質資源；遷地保護；利用

實現資源可持續利用、促進農村社會進步是我國重大的社會和經濟發展需求。藥用植物種質資源是國家重要生物戰略資源，是中醫藥可持續發展基礎，其開發利用是很多農村經濟的支柱；作為新藥開發的重要來源，珍貴的藥用基因資源也是世界各國的爭奪對象。但長期的過度開發利用、生態環境惡化等導致大量藥用基因滅絕。為此，加強藥用基因資源的保存、保護和可持續利用是中國醫藥學發展迫在眉睫的重要任務。

我國是世界藥用植物起源、分布和生產的核心國。以肖培根院士為首的研究人員，率領中國醫學科學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，以保護和合理利用我國藥用植物種質資源為己任，圍繞種質資源保護最重要的方式之一——遷地保護(廣義上包含了離體保護)，開展技術研發、平臺構建、種質調查收集保存、種質利用等方面艱苦卓絕的研究，構建了藥用植物種質資源遷地保護的理論、技術和平臺體系，樹立了藥用植物種質引種和選育利用的典范，取得了一系列創新研究成果，奠定了中藥資源學科的基石。

1 藥用植物種質遷地保護技術研究

針對我國藥用植物種質遷地保護技術落后現狀，以集成創新方式，突破了上千種藥用植物遷地、離體保護的技術難題，建立了我國主要藥用植物遷地保護的技術體系，奠定了5 000個物種遷地保護的基礎。

1.1 藥用植物種質遷地保護技術體系構建

遷地保護技術是物種異地引種成功的關鍵，藥用植物的研究基礎非常薄弱。本項目研究組的北京、廣西、云南、海南課題組，在幾十年藥用植物種質引種中，攻克了一個個藥用植物遷地保護的技術難題，形成了一套適應溫帶、亞熱帶、熱帶地區遷地保護藥用物種的技術體系[1]。針對每個物種的生物學特性、生長特點，形成了一套技術方法，包括：調整植物生長發育節律技術、改變植物生長習性技術、繁殖器官越冬保護技術、樹形修整與包扎技術、營造合適小生態環境技術、種子保鮮貯藏技術等，見圖1。該技術已成功地應用到了5 282個藥用物種的遷地保護。

1.2 藥用植物種質離體保護技術體系構建

已往離體保護技術研究重點關注農作物、園藝植物等，本項目研究組種質庫課題組建立了藥用植物種子入庫保存關鍵環節的技術——活力檢測、干燥方法等。

圖1 項目構建的藥用植物遷地保護技術體系

大部分藥用植物種子存在休眠、發芽檢測時間長、操作復雜等問題，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準流程。本項研究建立了白術、白芷、板藍根、半支蓮、北沙參等藥材種子生活力TTC快速檢測規范流程，為大批種質入庫時活力監測提供了有效、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，是種質入庫的核心環節。通過比較研究，國家藥用植物種質資源庫確定采用38℃低溫鼓風干燥方法。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2萬份，保存的藥用植物種質數量居世界前列，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。

2.1 藥用物種的遷地保護

本項研究啟動前，沒有針對藥用植物種質資源的專項、系統研究，一些物種和重要基因資源幾近滅絕，如莧橋地黃、野生當歸、石牌藿香等。在創建了遷地保護技術體系基礎上，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及世界各地，引種并保護的藥用物種達280科5 282種，居國內首位[2-5]，其中國家一級保護植物62種，二級保護植物181種，國外引進物種150種以上，見表1。

2.2 藥用植物種質資源的離體保存

藥用植物離體保護工作非常薄弱。國家作物種質資源庫只保存了紅花、紫蘇等藥用植物種質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沒有保存。項目組系統收集了我國野生、栽培藥用植物種質2萬份，其中188個科1 017個屬2 981種已完成數據標準化，見表2。該項研究實現了一批珍稀瀕危野生種質和有重要利用價值栽培藥材種質的50年的長期保存。

表1 收集并實現了遷地保護的藥用植物種質資源統計

表2 國家藥用植物種質資源庫入庫保存的種質(部分)

3 藥用植物種質資源遷地、離體保護框架體系構建

3.1 專業藥用植物園體系構建

根據我國藥用植物種質資源遷地保護和引種栽培的要求，結合我國氣候資源特點，項目組在我國熱帶、亞熱帶、溫帶分別建立了專門用于藥用植物種質資源遷地保護的平臺——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的類別特點建設。該體系已成為全國乃至世界規模最大、體系最完整的藥用植物種質遷地保護專業平臺。

3.2 專業化藥用植物種質資源庫構建

雖然20世紀90年代浙江杭州建立了我國第一座藥用植物專業種質庫，但因缺乏種質搜集費用及運行維持費用(浙江高溫、高濕種質庫運行成本高)，該庫難以運轉使用。本項目成功建立運行了中國第一個國家藥用植物種質資源庫[6]，庫容達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。該庫的建設填補了我國重要生物資源種質庫保存系統的重大缺陷，為我國藥用植物種質資源保存提供了一個全國性開放保存平臺及種質交流使用平臺。

4 藥用植物種質資源引種與選育

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、肉豆蔻的產業化種植技術難題，大規模推廣種植取得顯著經濟效益。利用優良種質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用，樹立了我國中藥材種質引種、選育利用的典范。

4.1 陽春砂仁、白豆蔻、肉豆蔻引種

在藥用植物種質遷地保護研究中，率先突破了一批藥材大規模引種應用于生產的技術難題。針對陽春砂仁在西雙版納引種前，只有廣東陽春縣等少數地區有產，種植面積和產量均有限，藥用砂仁大部分依賴進口縮砂的問題，研究組云南課題組從20世紀60年代起經10余年攻關研究，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、營養管理、葉斑病防治等技術瓶頸，研發出了一套成本低、效益高、品質優、便于在西雙版納山區推廣的砂仁栽培技術體系。從此使砂仁在西雙版納大面積推廣開來，結束了我國砂仁貨源長期主要依賴進口的局面。“陽春砂仁在西雙版納引種推廣”的成果在1988年就獲得了衛生部科技進步一等獎。此后云南西雙版納州成為我國砂仁的主產區，累計至今種植砂仁12.8萬hm2，產生經濟效益4.2億元。

針對我國不產白豆蔻、肉豆蔻的現狀，攻克了在海南規模化引種東南亞產肉豆蔻、白豆蔻結實產果的技術難題，為我國新增了2個國外產南藥種植品種。“南藥—白豆蔻引種研究”于1986年獲衛生部科技進步乙等獎。“肉豆蔻引種的研究”獲中國醫學科學院科技進步二等獎，“肉豆蔻種苗繁殖技術的研究”獲中國醫學科學院科技進步一等獎。

4.2 北柴胡、桔梗新品種選育

本項目研究育種課題組在離體種質搜集評價中，大力開展優良種質的品種選育研究。首次發現了淺休眠、高萌發率、生長快的北柴胡種質，主持培育出國內外第一個北柴胡新品種“中柴1號”，解決了長期嚴重限制家種柴胡發展的主要瓶頸問題之一“出苗率極低難題”，通過多年多點大量試驗，建立了“中柴1號”產業化生產技術體系，累計推廣種植近萬畝(666.7hm2)，獲2005年中華中醫藥學會科學技術三等獎，奠定了柴胡藥源混亂問題解決的基礎。發現國內外第一份穩定遺傳桔梗雄性不育材料，明確了桔梗的雄性不育可以穩定遺傳，利用CMS不育材料培育出不育率近100%的雄性不育系及相應保持系，第一次奠定了有性繁殖中藥材雜種優勢利用雄性不育途徑利用的基礎。

5 藥用植物種質資源調查與整理

首次全面系統開展了我國8 000種藥用植物種質資源調查、整理[7-9]，發現多個新物種并被《中國藥典》收載，創新提出了“藥用植物親緣學”理論。

項目研究組在資源調查中，發現并命名了暗紫貝母、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系-化學成分-療效(藥理活性及傳統療效)間的相關性過程中，創新提出了“藥用植物親緣學”理論，有效指導了藥用植物化學成分分布規律的探索工作以及藥用植物資源的開發和新藥尋找。

針對我國藥用植物種質資源缺乏調查現狀，首次全面系統開展我國藥用植物種質資源調查研究，系統調查記錄了8 000種藥用植物種質的形態特征及分布特點，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，首次全面系統向世界展示了我國藥用植物種質資源，獲得了國家中醫藥管理局的科技進步一等獎(1998年)、萊比錫國際圖書獎、臺灣立夫中醫藥學術一等獎。

6 藥用植物資源調查新方法的建立

創新引進高空遙感和低空遙感的方法，并應用于藥用植物資源調查，創建了快速、高效藥用植物資源調查新方法。

長期以來我國中藥資源的調查以實地樣方調查方法為主。該法調查的數據可靠，但效率低、費時長，難以適應中藥資源種類多、分布廣、資源變動大的特點。研究組遙感課題組首次針對中藥材資源品種多、群落特點復雜、分布區域廣、資源變動速度快的特點，引進遙感技術，創新建立高空遙感和低空遙感相結合的快捷、高效藥用植物資源調查新方法，為以較短周期、高效、快速開展重點藥用植物品種的資源調查奠定了基礎，同時也為實時監控藥用植物資源變化、合理利用藥用植物資源提供了切實可行方法，見圖2。

圖2 中藥資源多級遙感調查圖

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

7 結語

[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.中國醫學科學院藥用植物研究所遷地保護藥用植物名錄[M].北京：中國農業出版社，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(中國醫學科學院藥用植物研究所海南分所編著).中國醫學科學院藥用植物研究所海南分所南藥園植物名錄[M].北京：中國農業出版社，2007.

[5] 李學蘭(中國醫學科學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.國家藥用植物種質資源庫建設技術分析[J].世界科學技術-中藥現代化，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：人民衛生出版社，香港：商務印書館(香港)有限公司，1989-1998.

[11] 肖培根. 新編中藥志(I-V卷)[M].北京：化學工業出版社,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：軍事醫學科學出版社，2006.

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

[14] 肖培根.中草藥資源開發及可持續利用研究[M].北京：中國醫藥科技出版社，2003.

[15] 陳士林，肖培根.中藥資源可持續利用導論[M].北京：中國醫藥科技出版社，2006.

*肖培根，E-mail：xiaopg@public.bta.net.cn