三七持續(xù)種植關(guān)鍵技術(shù)＊

陳中堅(jiān)，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(xué)院文山三七研究院 文山 663000；2.中國中醫(yī)科學(xué)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(nóng)殘高、病蟲害及連作障礙嚴(yán)重等問題，阻礙了三七產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)三七產(chǎn)業(yè)中的瓶頸，中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所、文山苗鄉(xiāng)三七股份有限公司、文山學(xué)院文山三七研究院的研究團(tuán)隊(duì)聚焦三七新品種選育、連作障礙克服、標(biāo)準(zhǔn)體系建立等方面，建立三七持續(xù)種植復(fù)合技術(shù)體系，保障三七藥材品質(zhì)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 三七持續(xù)種植復(fù)合技術(shù)體系構(gòu)成

三七持續(xù)種植復(fù)合技術(shù)體系主要內(nèi)容包括：三七抗病新品種的選育、土壤復(fù)合改良技術(shù)、無公害三七栽培技術(shù)及三七質(zhì)量追溯技術(shù)。抗病品種的選育是保障三七持續(xù)種植的前提；種植前，對(duì)三七土壤進(jìn)行復(fù)合改良，根據(jù)地塊坡度差異選擇水旱輪作（平地）或土壤復(fù)合修復(fù)（坡地）+綠肥回田+菌劑調(diào)控的綜合技術(shù)，改善土壤微生態(tài)環(huán)境進(jìn)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(nóng)藥殘留與重金屬及有害元素限量》的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，采用合理施肥、水光調(diào)控、病害綜合防治等配套技術(shù)，嚴(yán)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(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)、依托連鎖農(nóng)場的基地種植模式，構(gòu)建無公害三七栽培技術(shù)；將真?zhèn)舞b定、品質(zhì)檢測及流通監(jiān)管一體化的質(zhì)量追溯技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)，保證無公害三七的質(zhì)量可控。

1.1 抗病新品種選育及良種繁育

采用DNA標(biāo)記輔助育種結(jié)合系統(tǒng)選育的技術(shù)，選育首個(gè)三七抗病新品種“苗鄉(xiāng)抗七1號(hào)”（云林園植新登第2016060號(hào)），該品種對(duì)根腐病表現(xiàn)顯著抗性，根腐病發(fā)病率下降62.9%[1-2]。關(guān)鍵技術(shù)包括：簡化基因組測序技術(shù)檢測出抗病群體的特異SNP位點(diǎn)，采用PCR技術(shù)篩選與三七抗根腐病相關(guān)的SNP位點(diǎn)輔助系統(tǒng)選育。以新品種“苗鄉(xiāng)抗七1號(hào)”為主的三七良種繁育基地規(guī)模化，一級(jí)、二級(jí)種苗比例達(dá)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(fù)合技術(shù)體系

圖2 三七良種繁育基地

1.2 土壤復(fù)合改良技術(shù)

研究團(tuán)隊(duì)采用高通量測序、QPCR等技術(shù)解析三七連作障礙機(jī)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(xì)菌群落減少、病原菌累積與三七死苗現(xiàn)象相關(guān)；通過病原菌分離與回接試驗(yàn)，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(dǎo)致三七連作障礙的重要因素之一[3]。研究團(tuán)隊(duì)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(dòng)態(tài)變化，為通過調(diào)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(jī)制研究取得突破及大量田間試驗(yàn)篩選的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)建立土壤復(fù)合改良技術(shù)體系，改善土壤微生態(tài)環(huán)境進(jìn)而保障三七持續(xù)種植。針對(duì)三七種植地塊的類型（平地類型及坡地類型），研究團(tuán)隊(duì)因地制宜建立不同的土壤改良技術(shù)。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(jié)構(gòu)改良的方式對(duì)土壤進(jìn)行修復(fù)，三年生三七保苗率達(dá)80%以上。

針對(duì)坡地類型：采用“抗病品種應(yīng)用+土壤復(fù)合修復(fù)+綠肥回田+菌劑調(diào)控”的復(fù)合技術(shù)對(duì)土壤進(jìn)行改良。開發(fā)土壤綜合修復(fù)劑SDLK并建立其使用流程，對(duì)三七土壤進(jìn)行修復(fù)。土壤修復(fù)之后，篩選針對(duì)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(hào)（Perillafrutescens），通過回田的方式對(duì)土壤進(jìn)行改良。同時(shí)針對(duì)三七土壤自毒物質(zhì)累積、土傳病害增加、微生態(tài)失衡等問題，開發(fā)了針對(duì)降解自毒物質(zhì)、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(duì)土壤進(jìn)行改良(圖3)。

土壤復(fù)合改良技術(shù)已在文山、硯山、丘北等三七主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)示范。在不同氣候條件、不同輪作間隔時(shí)間的老七地進(jìn)行多點(diǎn)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(fù)合改良技術(shù)為三七持續(xù)種植提供保障。

圖3 坡地土壤復(fù)合改良流程

1.3 無公害三七栽培技術(shù)

研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了《藥用植物全球產(chǎn)地生態(tài)適宜性信息系統(tǒng)》（Geographic Information System for Global Medicinal Plants，GMPGIS），以道地產(chǎn)區(qū)及當(dāng)前主產(chǎn)區(qū)的326個(gè)采樣點(diǎn)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(tuán)隊(duì)于2005年將遙感技術(shù)應(yīng)用于三七資源的普查，為該項(xiàng)工作的開展奠定基礎(chǔ)[5]。同時(shí)課題組完成了無公害三七生產(chǎn)必需的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、配套技術(shù)、質(zhì)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(nóng)藥殘留與重金屬及有害元素限量標(biāo)準(zhǔn)。研究團(tuán)隊(duì)起草了《無公害三七藥材及飲片的農(nóng)藥殘留與重金屬及有害元素限量》標(biāo)準(zhǔn)，由中國中藥協(xié)會(huì)2017年3月28日作為團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)T/CATVM 003-2017。該標(biāo)準(zhǔn)參考日本、歐盟、韓國、美國等國家及地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了必檢的29項(xiàng)農(nóng)藥殘留量及5項(xiàng)重金屬限量[6]。該標(biāo)準(zhǔn)是我國中藥材領(lǐng)域首個(gè)無公害標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)中藥材的品質(zhì)提升具有引領(lǐng)作用。農(nóng)藥殘留量及重金屬含量是全社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問題，以安全性為主要依據(jù)對(duì)三七進(jìn)行品質(zhì)等級(jí)劃分，使消費(fèi)者有更多的選擇空間，是三七產(chǎn)業(yè)整體升級(jí)發(fā)展的必然選擇。

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

建立無公害三七生產(chǎn)的質(zhì)控體系。對(duì)無公害三七栽培的土壤、水源、空氣環(huán)境條件進(jìn)行了規(guī)定，在三七傳統(tǒng)種植生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，要求三七種植生產(chǎn)場地環(huán)境的空氣質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB3095《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)以上，土壤環(huán)境質(zhì)量必須符合GB15618《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)或二級(jí)和NY/T391《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》的土壤重金屬和有害元素限量標(biāo)準(zhǔn)，灌溉水和藥材清洗水質(zhì)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5084《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》和GB 3838《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)格遵守《無公害三七生產(chǎn)管理規(guī)程》、《無公害三七生產(chǎn)肥料使用準(zhǔn)則》和《公害三七生產(chǎn)農(nóng)藥使用準(zhǔn)則》等規(guī)程，產(chǎn)品的運(yùn)輸、加工過程和包裝、倉儲(chǔ)等規(guī)程。

創(chuàng)建“連鎖農(nóng)場”基地建設(shè)模式。針對(duì)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(diǎn)，10余年實(shí)踐逐漸總結(jié)形成“連鎖農(nóng)場”基地建設(shè)模式。該模式將復(fù)雜的三七大田管理模塊化，形成可以復(fù)制的技術(shù)體系和管理體系，采用農(nóng)場的方式進(jìn)行無公害三七產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)，保障了各項(xiàng)技術(shù)、管理措施的落實(shí)到位，確保三七藥材品質(zhì)達(dá)到無公害三七的標(biāo)準(zhǔn)。采用該模式與云南白藥集團(tuán)、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(shè)的可行性。

1.4 三七藥材質(zhì)量追溯技術(shù)體系

建立三七藥材“從生產(chǎn)到消費(fèi)”的質(zhì)量可追溯體系，通過信息記錄、查詢和問題產(chǎn)品溯源，實(shí)現(xiàn)全過程質(zhì)量跟蹤與溯源，對(duì)于推動(dòng)我國三七產(chǎn)業(yè)化發(fā)展與國際化進(jìn)程具有重要的作用。基于藥材的商品和藥品的雙重屬性，首次把藥材和飲片的物種真?zhèn)巍⑵焚|(zhì)優(yōu)劣及流通管理相結(jié)合，建立了“中藥材質(zhì)量追溯管理系統(tǒng)”并應(yīng)用于苗鄉(xiāng)三七的全程質(zhì)量追溯。物種真?zhèn)沃饕谥胁菟嶥NA條形碼鑒定技術(shù)；品質(zhì)優(yōu)劣主要依托高效液相指紋圖譜轉(zhuǎn)化為二維碼的技術(shù)；流通信息管理主要采用了物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的信息技術(shù)。把企業(yè)生產(chǎn)內(nèi)控、政府機(jī)構(gòu)監(jiān)管和消費(fèi)者監(jiān)督有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三七藥材和飲片在生產(chǎn)和流通過程中的質(zhì)量追溯，確保來源可查、去向可追、責(zé)任可究。

2 社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)價(jià)值

2.1 三七持續(xù)種植復(fù)合技術(shù)體系將改變?nèi)叻N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(yán)重等問題，導(dǎo)致三七種植基地不斷流動(dòng)。長期以三七產(chǎn)量為導(dǎo)向的栽培方式，頻繁使用農(nóng)藥與化肥，致使藥材中存在農(nóng)藥和重金屬污染現(xiàn)象。三七持續(xù)種植復(fù)合技術(shù)體系整合了抗病品種選育及良種繁育，土壤復(fù)合改良技術(shù)，無公害三七生產(chǎn)技術(shù)，攻克了連作障礙的關(guān)鍵技術(shù)難關(guān)，將推進(jìn)以固定基地為主流方式的三七種植模式，有利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在三七種植中的普及應(yīng)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(zhì)為導(dǎo)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(dòng)、基礎(chǔ)設(shè)施簡易的三七種植格局。

2.2 三七持續(xù)種植復(fù)合技術(shù)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(chǎn)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(chǎn)企業(yè)1300余家，國內(nèi)涉及三七的藥品批準(zhǔn)文號(hào)共有3300多個(gè)，其中品種有400多個(gè)。公布的國家基本藥物目錄涉及中成藥102個(gè)，其中以三七為原料的產(chǎn)品就有10個(gè)，生產(chǎn)廠家覆蓋全國30個(gè)省、市、自治區(qū)，因此三七持續(xù)種植關(guān)鍵技術(shù)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(fù)合技術(shù)體系是中藥材精細(xì)栽培的典范，對(duì)我國其它中藥材精細(xì)栽培具有積極的示范效應(yīng)

中藥材精細(xì)化栽培采用生物技術(shù)、信息技術(shù)等手段，從產(chǎn)區(qū)選擇、田間管理、收獲儲(chǔ)藏等過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，解決中藥材種植中精準(zhǔn)選址、品種選育、土壤改良、施肥管理、病害防控等關(guān)鍵問題，實(shí)現(xiàn)中藥材栽培的精準(zhǔn)化及最優(yōu)化。三七持續(xù)種植復(fù)合技術(shù)體系依據(jù)生物技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)等多學(xué)科為基礎(chǔ)面向三七生產(chǎn)的精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，關(guān)鍵技術(shù)包括基于GMPGIS的全球三七生態(tài)適宜產(chǎn)區(qū)分析的信息技術(shù)、以基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、土壤宏基因組學(xué)等為主體的生物技術(shù)，旨在解決三七種植中精準(zhǔn)選址、品種選育和土壤改良、施肥管理、病害防控等關(guān)鍵問題，實(shí)現(xiàn)三七栽培的精準(zhǔn)化及最優(yōu)化，為其它中藥材精細(xì)栽培提供借鑒。

3 展望

優(yōu)質(zhì)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(gè)三七新品種——滇七1號(hào)、苗鄉(xiāng)1號(hào)、苗鄉(xiāng)抗1號(hào)，進(jìn)一步強(qiáng)化優(yōu)良新品種的選育將推動(dòng)三七產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。三七持續(xù)種植復(fù)合技術(shù)體系已取得顯著的成果，該技術(shù)體系的推廣與應(yīng)用將保障三七藥材的道地性，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

3.1 加強(qiáng)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(shí)表型的明顯變異，為三七新品種的選育提供了基礎(chǔ)[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(fù)葉柄平展型4種類型可作為三七高含量品種選育的目標(biāo)[8]。基于三七塊莖的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)獲得11個(gè)參與三萜皂苷生物合成途徑的關(guān)鍵基因[9]；分析了三萜皂苷合成途徑中編碼關(guān)鍵酶基因FPS，SS，SE和DS在三七植株不同部位的基因表達(dá)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(jié)構(gòu)及表達(dá)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(yù)測到36,790個(gè)編碼蛋白的基因，同時(shí)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(fù)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(gè)人參糖基轉(zhuǎn)移酶UGT，31個(gè)人參皂苷骨架合成酶[14]。基因組工作的完成將促進(jìn)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(jié)合生物學(xué)及農(nóng)藝學(xué)性狀，確定反映該品種的特征性分子標(biāo)記，強(qiáng)化遺傳標(biāo)記與生物學(xué)農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)研究，加快優(yōu)質(zhì)新品種的選育。

3.2 三七持續(xù)種植復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用與推廣

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

1 董林林,陳中堅(jiān),王勇,等.藥用植物DNA標(biāo)記輔助育種（一）三七抗病品種選育研究.中國中藥雜志,2017,42(1):56-62.

2 陳中堅(jiān),馬小涵,董林林,等.藥用植物DNA標(biāo)記輔助育種（三）三七新品種—“苗鄉(xiāng)抗七1號(hào)”的抗病性評(píng)價(jià).中國中藥雜志,2017,42(11):2046-2051.

3 Dong L,Xu J,Fen G,et al.Soil bacterial and fungal community dynamics in relation to Panax notoginseng death rate in a continuous cropping system.Sci Rep-UK,2016,6:31802:1.

4 孟祥霄,黃林芳,董林林,等.三七全球生產(chǎn)布局及品質(zhì)生態(tài)學(xué)研究.藥學(xué)學(xué)報(bào),2016,51(9):1483-1493.

5 周應(yīng)群,陳士林,張本剛,等.基于遙感技術(shù)的三七資源調(diào)查方法研究.中國中藥雜志,2005,30(24):1902-1905.

6 王勇,余育啟,陳士林,等.三七藥材及飲片農(nóng)藥殘留與重金屬含量限量標(biāo)準(zhǔn)研究[J].世界科學(xué)技術(shù)—中醫(yī)藥現(xiàn)代,2016,18(11):1955-1963.

7 孫玉琴,陳中堅(jiān),李一果,等.三七的植株性狀差異觀察.現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐,2003,17(s1):16-17,8.

8 孫玉琴,陳中堅(jiān),黃天衛(wèi),等.三七不同變異類型中皂苷的差異研究.中草藥,2010,41(6):993-996.

9 Luo H,Sun C,Sun Y,et al.Analysis of the transcriptome of Panax notoginseng root uncovers putative triterpene saponin biosynthetic genes and genetic markers.Bmc Genomics,2011,12(s5):1-15.

10 Niu Y,Luo H,Sun C,et al.Expression profiling of the triterpene saponin biosynthesis genes FPS,SS,SE,and DS in the medicinal plant Panax notoginseng.Gene,2013,533(1):295-303.

11牛云云,朱孝軒,羅紅梅,等.三萜皂苷合成生物學(xué)元件的初步開發(fā):三七鯊烯環(huán)氧酶編碼基因克隆及表達(dá)模式分析.藥學(xué)學(xué)報(bào),2013,48(2):211-218.

12郭溆,羅紅梅,陳士林.三七甲羥戊酸激酶PnMVK1基因的克隆和生物信息學(xué)分析.藥學(xué)學(xué)報(bào),2012,47(8):1092-1097.

13 Chen W,Kui L,Zhang G,et al.Whole-genome sequencing and analysis of the Chinese herbal plant Panax notoginseng.Mol Plant,2017,10(6):899-902.

14 Xu J,Chu Y,Liao B,et al.Panax ginseng genome examination for ginsenoside biosynthesis.Gigascience,2017doi:10.1093/gigascience/gix093.

15董林林,谷利婷,徐江,等.三七無公害栽培體系的探討.世界科學(xué)技術(shù)-中醫(yī)藥現(xiàn)代化,2016,18(11):1975-1980.

16陳昱君,王勇,劉云芝,等.三七根腐病防治技術(shù)研究Ⅰ復(fù)配劑拌種(苗)與土壤熏蒸配套技術(shù)應(yīng)用研究.中國中藥雜志,2008,33(11):1329-1331.