中藥品種選育與“中藥品質(zhì)育種”研究思路

王 潔，陳 江*，鮮 彬，王 瑞，裴 瑾*

中藥品種選育與“中藥品質(zhì)育種”研究思路

王 潔1, 2，陳 江1, 2*，鮮 彬1, 2，王 瑞1, 2，裴 瑾1, 2*

1. 成都中醫(yī)藥大學藥學院，四川 成都 611137 2. 西南特色中藥資源國家重點實驗室 成都中醫(yī)藥大學 四川 成都 611137

中藥是中國醫(yī)藥學文化的一個重要組成部分，是中醫(yī)辨證論治的物質(zhì)基礎(chǔ)。優(yōu)良的中藥品種是藥材質(zhì)量的保證，直接影響著中藥的臨床療效。中藥良種選育是傳承創(chuàng)新中藥品質(zhì)的根本途徑。作為中藥產(chǎn)業(yè)的源頭工程，中藥良種選育起步雖晚，但發(fā)展迅速，已選育了許多品種，但是仍存在一些問題，特別是中藥品質(zhì)選育理念的缺失，造成中藥品種選育缺乏中藥特色，成為中醫(yī)藥事業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)。總結(jié)了近20年來中藥品種選育的成果并對當前中藥品種選育過程中存在的問題進行探討，最后針對中藥品質(zhì)特征，提出“中藥品質(zhì)育種”的研究思路，同時以紅花為例介紹了中藥品質(zhì)育種的具體應用，為今后中藥品種選育提供新思考。

中藥品種選育；常規(guī)育種；分子育種；中藥品質(zhì)育種；應用

中醫(yī)藥不僅是我國民族醫(yī)藥的瑰寶，也是世界人民的寶貴財富。發(fā)展藥材生產(chǎn)，提髙人類健康水平，是關(guān)系國計民生的大事，尤其是在當前人類健康觀念不斷加強的時代。幾千年來，中藥為我國人民的健康發(fā)展做出了巨大的貢獻。作為中藥產(chǎn)業(yè)的源頭工程，中藥良種選育是提升中藥材生產(chǎn)水平的核心，也是當前研究的熱點與重點。同傳統(tǒng)作物相比，中藥品種選育起步較晚，但發(fā)展迅速，特別是新世紀以來，中藥資源研究工作者選育了許多中藥品種，促進了中藥產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。雖然中藥品種選育取得了豐碩成果，但是仍然存在一些問題，特別是中藥品質(zhì)選育理念的缺失。同時，當前中藥品種選育多以傳統(tǒng)作物為參考，重在產(chǎn)量和抗性的選育，技術(shù)手段多以常規(guī)育種為主，品種選育缺乏中藥特色，很難體現(xiàn)中藥品質(zhì)特征要素。因此，如何開展符合中藥特色的品種選育，是當前亟待解決的問題。

本文首先對我國中藥育種工作者利用不同的育種技術(shù)選育出的品種進行了總結(jié)。其次，對當前中藥品種選育過程中存在的問題進行了探討。最后針對中藥品質(zhì)特征，提出“中藥品質(zhì)育種”研究思路，以期為中藥品種選育提供新的思考。

1 中藥品種選育研究進展

21世紀以來，我國中藥品種選育發(fā)展迅速，品種選育工作經(jīng)歷了從無到有、品種逐漸增多的過程。在育種方法上，中藥品種選育多以常規(guī)育種為主，輔以分子育種等技術(shù)選育取得了重要進步，選育趨勢也實現(xiàn)了從“選”到“育”的轉(zhuǎn)變，部分代表性成果見表1。

表1 中藥品種選育情況統(tǒng)計(部分)

1.1 選擇育種

選擇育種是利用現(xiàn)有品種在繁殖過程中產(chǎn)生變異或原來性狀表現(xiàn)出顯著差異的現(xiàn)象，通過人工選擇選出有益的變異個體，進行比較鑒定，擇優(yōu)去劣而成為新的品種，是常規(guī)育種的主要手段。在中藥育種初期，采用選擇育種法從混雜群體中選出優(yōu)良品種是育種工作采用的最主要方式。例如，徐昭璽等[1]耗時約20年，利用選出的3000株優(yōu)良人參，經(jīng)連續(xù)四代自交純化，不斷淘汰不良品種并進行品系比較，選育出了我國第一個邊條人參新品種“邊條1號”，其抗逆性、產(chǎn)量和總皂苷含量均大幅度提高。陸中華等[2]培育出的早熟、高品質(zhì)杭白菊新品種“金菊2號”，具有分枝力強、花緊湊、品質(zhì)優(yōu)良、商品性和豐產(chǎn)性好的特點等。雖然選擇育種在大多數(shù)中藥新品種選育種取得了成功，但大多數(shù)藥用植物自身的生長周期長，加上選擇育種過程繁瑣，很大程度影響了選擇育種的進程。

1.2 雜交育種

雜交育種是通過人工雜交將2個或多個基因型不同的親本的優(yōu)良性狀通過交配集中在一起，再從分離的后代群體中經(jīng)過人工選擇和培育，最終獲得新品種的方法，包括種內(nèi)雜交和遠緣雜交，這種方法能綜合不同品種的優(yōu)良性狀，是農(nóng)作物育種中十分有成效的方法。藥用植物的遺傳背景復雜，通過雜交可以引起基因重組，進而會出現(xiàn)新的性狀，雜交育種在中藥育種中應用也較為廣泛。如魏建和等[3]利用細胞質(zhì)雄性不育系和自交系配制，選育出了長勢強、抗病能力強、根部藥材產(chǎn)量高的桔梗雜交新品種“中梗1號”“中梗2號”“中梗3號”，成為我國中藥材育種領(lǐng)域中真正意義上的首個雜種一代新品種。馬小軍等[4-5]采用雜交育種育成了果實大、果形美觀、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、抗逆性強的羅漢果新品種“永青1號”“普豐青皮”等。該方法雖然能培育出具有突破性的新品種，但也有一些缺點，例如選育過程繁瑣，雜交進程緩慢，且不同種屬間雜交難度較大。

1.3 誘變育種

誘變育種是利用物理因素或化學試劑處理目標植物，促進其遺傳物質(zhì)發(fā)生突變，然后根據(jù)育種目標從突變材料中篩選出突變株系，形成新品種。例如，賈彩鳳等[6]利用60Co γ射線輻射綠莖金蕎麥的幼嫩根莖，獲得表兒茶素含量高于對照組的紅莖突變株。Gao等[7]研究發(fā)現(xiàn)太空搭載烏拉爾甘草種子后，可溶性蛋白含量及過氧化物酶活性與對照組相比均增加，且基因組發(fā)生了改變，研究結(jié)果為甘草品種的選育提供參考。Qi等[8]對太空搭載的靈芝進行擴增片段長度多態(tài)性分析，結(jié)果表明飛行組材料與地面組及對照組材料之間具有基因組多態(tài)性。張秀省等[9]利用甲基磺酸乙酯處理長春花愈傷組織，發(fā)現(xiàn)處理組比對照組生長的更快，吲哚總堿含量更高。人工誘變育種可以提高突變頻率，擴大變異范圍，加速育種進程，改良某些性狀，但難以控制突變方向，無法將多個優(yōu)良性狀進行綜合。

1.4 植物組織培養(yǎng)

植物組織培養(yǎng)是將植物的組織或器官進行消毒后，置于無菌培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，使之生長再生的方法。組織培養(yǎng)不受地區(qū)、季節(jié)、氣候、有害生物等條件限制，較正常自然條件下生長速度快，有利于種苗的快速繁殖。謝曉亮[10]采用脫毒技術(shù)獲得了產(chǎn)量明顯提高、藥效成分丹參酮A含量比藥典規(guī)定提高了88%，比對照材料提高了95.8%的脫毒丹參。黃浩等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在MS培養(yǎng)基中添加2.0 mg/L 6-芐氨基嘌呤加0.4 mg/L萘乙酸誘導紅大戟效果較好，不但可誘導出愈傷組織，還可直接分化芽。潘超美等[12]對類原球莖和愈傷組織進行誘導得到了大量的鐵皮石斛幼芽，成功建立了既能保持品種優(yōu)良性狀又能快速大量繁殖的石斛無性繁殖體系。

1.5 多倍體育種

多倍體育種是根據(jù)育種目標采用染色體倍數(shù)增加的方法選育植物新品種的方法。由于染色體加倍，藥用植物特定部位常表現(xiàn)出巨型增大，有利于提高藥用植物入藥部位產(chǎn)量及藥用成分含量，植株的抗逆性也較普通植株強。張青華等[13]利用組織培養(yǎng)結(jié)合秋水仙素處理對鐵皮石斛原球莖和叢生芽進行多倍體誘導，獲得了穩(wěn)定的四倍體植株，其化學成分和產(chǎn)量均增加。段英姿等[14]探討了秋水仙堿含量、處理方式和處理時間對誘導多倍體的影響，對南丹參進行了誘導，為選育出藥用成分高的南丹參品種奠定了基礎(chǔ)。

1.6 分子育種——分子標記輔助育種

與常規(guī)育種注重表型選擇不同，分子育種強調(diào)基因型選擇，它是以優(yōu)異表型性狀為育種目標，建立起基因型和表型之間的聯(lián)系，通過基因型選擇外觀表型[15]。其中利用較多的為分子標記輔助育種，它是利用遺傳標記與決定目標性狀的基因緊密連鎖，通過檢測分子標記，從而達到選擇目標性狀的目的。分子標記種類很多，如隨機擴增多態(tài)性DNA（randomly amplified polymorphic DNA，RAPD）、限制性片段長度多態(tài)性、簡單重復序列標記及單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）等。常規(guī)育種的育種周期達7～20年，而分子標記輔助育種周期僅為3～5年，大大加速了育種進程。

分子標記技術(shù)已廣泛應用于農(nóng)作物、經(jīng)濟作物、水果等的品種選育中[16-22]。但在中藥新品種選育中分子標記技術(shù)應用還極少。陳中堅等[23]基于簡化基因組測序技術(shù)檢測出抗病群體的特異SNP位點，利用與三七抗根腐病相關(guān)的SNP位點篩選抗病群體進而輔助系統(tǒng)選育，選育出了“苗鄉(xiāng)抗七1號”。沈奇等[24]通過高通量測序獲得了大量可用的紫蘇遺傳標記，并參考基因組比對分析，建立了特異的SNP標記指紋圖譜，選育出了葉籽兩用、豐產(chǎn)、高抗、耐瘠的紫蘇新品種“中研肥蘇1號”。此外，基于組學分析已成功開發(fā)了丹參[25-27]、天麻[28]、蓖麻[29]、毛茛[30]、川貝母[31]等分子標記，為開展分子標記輔助育種奠定了基礎(chǔ)。

2 中藥品種選育中存在的問題

盡管中藥品種選育已取得了許多成果，但仍然存在一些問題。主要體現(xiàn)在：（1）從已育成的品種可以看出，中藥品種選育大多以產(chǎn)量和抗性為育種目標。中藥與傳統(tǒng)農(nóng)作物存在較大不同，農(nóng)作物以產(chǎn)量為先兼顧品質(zhì)，而中藥材更注重品質(zhì)，中藥品質(zhì)直接影響著中藥的臨床療效。（2）選育方法上，有些選育方法不適合生產(chǎn)發(fā)展所需。國家藥監(jiān)局2017年發(fā)布《中藥材生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（征求意見稿）中，提到禁用人工選育的多倍體或單倍體品種、種間雜交品種和轉(zhuǎn)基因品種；如需使用非傳統(tǒng)習慣使用的種間嫁接材料、人工誘變品種（包括物理、化學、太空誘變等）和其他生物技術(shù)選育品種等，應當提供充分的風險評估和實驗數(shù)據(jù)證明新品種安全、有效和質(zhì)量可控。今后的育種方法都應當遵守管理規(guī)范。（3）大多數(shù)品種選育周期較長，如“邊條1號”人參選育耗時近20年[1]，“滇重樓2號”經(jīng)8年選育而成。還需加強新技術(shù)（如分子輔助標記育種）的利用，以期縮短育種年限。（4）大多數(shù)人工栽培的中藥材品種沒有進行系統(tǒng)的種質(zhì)資源收集、整理、鑒定、評價、保存等工作，與農(nóng)作物相比差距還很大。（5）中藥品種選育以一種或一類活性成分作為選育評價指標之一，與中醫(yī)臨床治療疾病物質(zhì)基礎(chǔ)是中藥化學成分的整體性相悖，缺乏基于中醫(yī)藥理論的選育品種品質(zhì)評價，即品質(zhì)育種。

總體來看，當前中藥品種選育多以傳統(tǒng)作物為參考，重在產(chǎn)量和表型性狀的選育，技術(shù)手段多以傳統(tǒng)常規(guī)育種為主。而中醫(yī)藥在幾千年的發(fā)展進程中，形成了獨特完整的理論體系，是中醫(yī)藥生存發(fā)展的根基，能體現(xiàn)中藥自身“品種-品質(zhì)-效用”三位一體特色的品種選育、品種創(chuàng)新嚴重缺失。因此，如何開展符合中藥特色的品種選育，提升中藥質(zhì)量，傳承中藥品質(zhì)，是當前亟待解決的問題。

3 “中藥品質(zhì)育種”研究思路

優(yōu)良的中藥品種造就優(yōu)異的中藥品質(zhì)，直接影響著中藥的臨床療效。中藥品質(zhì)育種是中藥良種選育的核心舉措。中藥品種不同于農(nóng)作物或普通藥用植物，中藥品種選育目標和育種技術(shù)同農(nóng)作物或普通藥用植物存在差異，中藥品種選育更傾向以藥物質(zhì)量屬性、品質(zhì)特點為目標，于自然種質(zhì)資源中高效選擇與優(yōu)化藥用品種。基于中藥品質(zhì)觀，提出“中藥品質(zhì)育種”的思路：種質(zhì)資源系統(tǒng)收集、純化、評價與核心種質(zhì)庫構(gòu)建→品質(zhì)育種目標性狀確定（外觀品質(zhì)為目標、藥效成分為目標等）→品質(zhì)特征遺傳機制解析→品質(zhì)關(guān)聯(lián)關(guān)鍵基因挖掘與功能鑒定→優(yōu)質(zhì)遺傳標記篩選及開發(fā)→標記應用→品質(zhì)育種→中藥品質(zhì)提升、傳承并發(fā)展。（圖1）。

3.1 中藥品質(zhì)觀是育種目標的具體體現(xiàn)

3.1.1 中國古代的中藥品質(zhì)觀 中藥品質(zhì)是中藥的生命，自古以來就有中藥品質(zhì)的觀念。《神農(nóng)本草經(jīng)》中有中藥的上中下三品、“土地所出，真?zhèn)侮愋隆保坝卸尽o毒”和“性、效、用”的論述，并記錄了少數(shù)中藥的品質(zhì)，如“螻蛄夜出者良，生平澤”。體現(xiàn)了原始的中藥品質(zhì)觀。《名醫(yī)別錄》中有對藥材的產(chǎn)地、采收時間、藥用部位及加工方法的記載，并記載了對部分中藥的品質(zhì)評價，如“地黃，黃土地者佳”“石韋，生華陰山谷，不聞水及人聲者良”“麝香，生中臺及益州雍州山中，春風取之，生者益良”等。《本草經(jīng)集注》中將中藥材的品質(zhì)分為四個等級：優(yōu)良品質(zhì)，用“最好”“最佳”“第一”“最勝”“甚良”“至良”等評價；良好品質(zhì)，用“為好”“為佳”“亦好”等評價；一般品質(zhì)，用“可用”“少用”“方用至少”等評價；劣等品質(zhì)，用“不入藥”“不好”“不堪用”等評價。并按產(chǎn)地、外觀性狀等對藥材進行了品質(zhì)評價，如“細辛，今用東陽臨海者，形段乃好，而辛烈不及華陰、高麗者”“桑寄生，今處處有之，以出彭城為勝”“當歸，今隴西叨陽、黑水當歸，多肉少枝氣香，名馬尾當歸，稍難得。西川北部當歸，多根枝而細”。《千金翼方》中有“其出藥土地，凡一百三十三州，合五百一十九種，其余州土皆有不堪進御”的記載。由此看見，不同產(chǎn)地所致藥物品質(zhì)存在很大差異。《本草綱目》中對中藥基源、產(chǎn)地、采收與加工、炮制以及“性、效、用”進行了詳細的論述，系統(tǒng)地表達了中藥品質(zhì)觀。后來逐漸形成了以人們長期經(jīng)驗總結(jié)的“辨狀論質(zhì)”的中藥材品質(zhì)評價方法，即依據(jù)藥材形狀、大小、色澤、質(zhì)地及氣味等特征，判斷藥材的真?zhèn)蝺?yōu)劣。可見，中藥品質(zhì)的形成是基于特定生態(tài)環(huán)境的，即道地產(chǎn)區(qū)造就優(yōu)良品質(zhì)。

圖1 “中藥品質(zhì)育種”思路

3.1.2 現(xiàn)代的中藥品質(zhì)觀 近現(xiàn)代來，出現(xiàn)了“中藥品質(zhì)”一詞，其含義包括：（1）中藥的品種和質(zhì)量，即藥物的“真、偽、優(yōu)、劣”；（2）中藥的質(zhì)量，但這兩個概念均強調(diào)“品質(zhì)即合乎標準或規(guī)格品”；（3）是一組中藥固有特性達成中藥臨床要求的整體特征或特性[32-37]。萬德光教授[36]在20世紀90年代提出“品種是根、療效是魂”，從中藥品質(zhì)的研究對象、目的及技術(shù)的角度將中藥品質(zhì)分為遺傳品質(zhì)、環(huán)境品質(zhì)、栽培品質(zhì)、形態(tài)品質(zhì)、加工品質(zhì)、化學品質(zhì)、效用品質(zhì)等，并首次提出了中藥品質(zhì)理論，包括“遺傳主導論”“環(huán)境飾變論”“傳承發(fā)展論”“性效決定論”“多元調(diào)控論”等論點。其中，遺傳品質(zhì)是中藥品質(zhì)形成的根本。中藥有效成分是臨床療效的保證，臨床療效是中藥品質(zhì)的最終體現(xiàn)。藥用植物的有效成分絕大多數(shù)為代謝產(chǎn)物，而大部分的代謝產(chǎn)物是由遺傳因素決定的。因此，中藥種質(zhì)是中藥品質(zhì)形成的源頭，提高中藥品質(zhì)，必須重視品種選育。

中藥具有復雜的體系，彭成提出了由中藥品種、品質(zhì)、制藥、藥性、功效、應用（簡稱“品、質(zhì)、制、性、效、用”）六要素構(gòu)成的系統(tǒng)中藥學思想[38]。其中品質(zhì)包括外在品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)。外在品質(zhì)指中藥的性狀質(zhì)量，即以“辨狀論質(zhì)”為基礎(chǔ)的形、色、氣、味和顯微鑒別、理化測定等為主的質(zhì)量評價。內(nèi)在品質(zhì)包括遺傳品質(zhì)和藥效品質(zhì)，遺傳品質(zhì)主要包括優(yōu)質(zhì)品種的種質(zhì)資源、遺傳多樣性、品種多樣性、分子標記以及遺傳物質(zhì)與優(yōu)質(zhì)藥材的生產(chǎn)、臨床療效的關(guān)系等，用于中藥真?zhèn)舞b別等。體現(xiàn)了中藥品種、品質(zhì)在中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵性及特殊性。

肖小河等[39]提出中藥大質(zhì)量觀的質(zhì)控策略，以生物評價為核心，并用傳統(tǒng)感官評價和化學評價的多元化質(zhì)量評價控制模式，凸顯了中藥整體性的質(zhì)量屬性。劉昌孝院士[40]提出“中藥質(zhì)量標志物（marker，Q-marker）”的新概念，反映中藥質(zhì)量本質(zhì)的科學內(nèi)涵、中藥功效與質(zhì)量的關(guān)系。中藥材作為一種特殊的商品，其最終目的是服務(wù)于臨床，中藥的品質(zhì)是該過程中的核心。從傳統(tǒng)依據(jù)外觀性狀評價中藥材優(yōu)劣的“辨狀論質(zhì)”到現(xiàn)代的化學分析、生物技術(shù)鑒定、品質(zhì)評價綜合體系的建立等都是對中藥品質(zhì)的傳承。

3.2 “中藥品質(zhì)育種”是具有中醫(yī)藥特色的品種選育，是傳承中藥品質(zhì)的重要舉措

目前，對于中藥品質(zhì)評價的研究較多，并建立了多種有關(guān)中藥質(zhì)量、中藥品質(zhì)評價的方法、體系，但真正將中藥品質(zhì)傳承發(fā)展下去的卻很少。中藥品質(zhì)的形成涉及一系列因素，如種質(zhì)、環(huán)境因素、人為因素等。其中，種質(zhì)是中藥品質(zhì)形成的根本，優(yōu)良的種質(zhì)來源于特定的生態(tài)環(huán)境，具有優(yōu)良的遺傳物質(zhì)，即中藥品質(zhì)是基于道地性而形成的。這一點，從古代各典籍記載的“以……為勝”“出……者為佳”即可證明。

農(nóng)作物、經(jīng)濟作物、花卉中品質(zhì)育種已開展較多。商海紅等[41]以陸地棉、海島棉為材料，挖掘了與棉花優(yōu)異纖維品質(zhì)相關(guān)的基因及分子標記，為棉花品質(zhì)、產(chǎn)量、抗性性狀的同步改良奠定了基礎(chǔ)。石細胞含量是梨品質(zhì)形成的重要因素之一，Zhang等[42]以碭山酥梨及低石細胞含量的變異品種良梨早酥不同發(fā)育時期的果實為材料進行轉(zhuǎn)錄組分析，檢測到了香豆酰奎尼酸3-單加氧酶、莽草酸--羥基肉桂酰基轉(zhuǎn)移酶、過氧化物酶等7203個差異表達基因，并進行了定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應（quantificational reverse transcription polymerase chain reaction，qRT-PCR）檢測分析，為培育低石細胞含量的新品種梨提供了科學依據(jù)。中藥材在長期人工栽培中只種不選，常出現(xiàn)品種混雜、品質(zhì)下降。只有經(jīng)過選育的品種，中藥品種才能穩(wěn)定，才能得到傳承、提升并發(fā)展。因此，在中藥育種中必須首先突出中藥品質(zhì)的特點與要求，把保持外觀性狀、提高內(nèi)在品質(zhì)作為育種重要目標，開展具有中醫(yī)藥特色的“中藥品質(zhì)育種”。

3.3 種質(zhì)資源收集、評價是開展“中藥品質(zhì)育種”的前提

當前我國中藥種質(zhì)資源系統(tǒng)研究工作缺乏。種質(zhì)資源是發(fā)現(xiàn)變異、利用變異、挖掘優(yōu)異性狀、進行性狀機制解析和培育優(yōu)良品種的物質(zhì)基礎(chǔ)。開展中藥種質(zhì)資源的系統(tǒng)收集、保存、評價是保障藥材質(zhì)量，保證臨床療效的前提。種質(zhì)資源的研究主要包括：表型性狀分析、種質(zhì)親緣關(guān)系鑒別、核心種質(zhì)的篩選和保護等方面。中藥材在長期栽培中常發(fā)生變異，產(chǎn)生許多變異類型，表現(xiàn)為不同的外觀性狀。表型性狀的分析可為新品種選育提供參考。親緣關(guān)系鑒別研究可為品種選育提供特色的種質(zhì)材料。采用分子標記技術(shù)進行遺傳多樣性分析，可為進一步挖掘利用優(yōu)異性狀提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。Peng等[43]采用相關(guān)序列擴增多態(tài)性技術(shù)對栽培與野生紅花共23個品種進行遺傳多樣性分析，用30對引物擴增出483個條帶，其中274條具有多態(tài)性，多態(tài)性比率為57%。彭云滔[44]采用簡單序列重復（inter simple sequence repeat，ISSR）和RAPD標記對廣西、廣東9個種群的羅漢果進行遺傳多樣性分析，結(jié)果表明廣西永福和金秀的居群遺傳多樣性較高，應該重點保護利用。核心種質(zhì)的篩選和保護可最大程度地保留原有種質(zhì)的遺傳多樣性，為育種工作者從核心種質(zhì)庫中篩選親本材料創(chuàng)造必要的前提條件，極大地促進種質(zhì)資源的利用。

3.4 品質(zhì)形成機制解析是開展“中藥品質(zhì)育種”的基礎(chǔ)

中藥有效成分是臨床療效的保證，臨床療效是中藥品質(zhì)的最終體現(xiàn)。中藥品質(zhì)是由多個基因控制的，是由遺傳因素通過決定其“代謝特征”與“性狀特征”而發(fā)揮主導作用，由環(huán)境因子通過調(diào)控相關(guān)基因表達而發(fā)揮間接作用，即品質(zhì)形成是特定種質(zhì)與環(huán)境因子共同作用的結(jié)果。遺傳基礎(chǔ)是育種工作中的重要部分，但目前中藥品質(zhì)形成的遺傳規(guī)律研究相對滯后，嚴重影響中藥品種選育進程。因此，闡明中藥品質(zhì)性狀的形成規(guī)律及其生物學實質(zhì)，挖掘影響藥材品質(zhì)特征形成的關(guān)鍵遺傳基因是開展中藥品質(zhì)育種的前提，對中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、代謝組學等組學技術(shù)的發(fā)展為藥材有效成分合成關(guān)鍵基因的挖掘與鑒定以及次生代謝產(chǎn)物的代謝途徑解析提供了有效方法，加速了對中藥品質(zhì)“代謝特征”和“性狀特征”的遺傳機制研究。Lu等[45]研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子乙烯響應因子1（ethylene responsive factor 1，AaERF1）和AaERF2通過與青蒿素生物合成途徑中的關(guān)鍵酶基因紫穗槐-4,11-二烯合酶（amorpha-4,11-diene synthase，）及細胞色素P450（cytochrome P450，）的啟動子特異結(jié)合來激活青蒿素生物合成途徑，調(diào)控青蒿素和青蒿酸的生物合成。Chen等[46]研究表明轉(zhuǎn)錄因子籽粒大小和質(zhì)量（grain size and weight，AaGSW1）通過與的啟動子結(jié)合來調(diào)節(jié)青蒿素和二氫青蒿酸的高效合成，促進了對青蒿素合成途徑的了解。Frusciante等[47]通過深度轉(zhuǎn)錄組測序，確定了一種新的雙加氧酶——類胡蘿卜素裂解雙加氧酶2，該酶是藏紅花中藏紅花素生物合成第一步專屬代謝途徑的關(guān)鍵酶。Ma等[48]從菘藍中分離并鑒定了AP2乙烯響應因子（APETALA2/ ethylene responsive factor，AP2/ERF）型轉(zhuǎn)錄因子基因，并揭示了該轉(zhuǎn)錄因子通過參與水楊酸信號轉(zhuǎn)導來調(diào)控落葉松脂素及其衍生物等板藍根中抗病毒成分的生物合成。陳祥慧[49]對不同發(fā)育時期的番紅花柱頭進行轉(zhuǎn)錄組和代謝組分析，從轉(zhuǎn)錄組中組裝得到269 943條Unigenes，共注釋出181條可能參與西紅花苷合成的酶基因，篩選出63個可能調(diào)控西紅花苷合成的轉(zhuǎn)錄因子，共表達分析分別選出7、4和4個目前在西紅花苷合成途徑中未被具體研究的關(guān)鍵酶基因谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase，β-GS）、乙醇脫氫酶（alcohol dehydrogenase，）和尿苷二磷酸糖基轉(zhuǎn)移酶（uridine diphosphate glycosyl transferase，），促進了對西紅花苷合成的遺傳機制解析。Li等[50]利用Solexa測序平臺，以紅花種子、葉、花瓣為材料，獲得了153 769個unigenes轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，注釋到82 916個基因，代謝途徑分析表明，23個基因參與類黃酮的生物合成，鑒定到8個參與種子特異性油質(zhì)蛋白的基因，一定程度解析了紅花品質(zhì)形成機制。

3.5 分子技術(shù)是加快“中藥品質(zhì)育種”的有效手段

常規(guī)育種是人們長期實踐經(jīng)驗的育種方法，但我國中藥材種類多、大多數(shù)生長周期長、生長習性各異、遺傳背景復雜，常規(guī)育種進程緩慢，且存在親本及后代選擇的主觀性強、子代評價手段單一、尤其是農(nóng)藝性狀與品質(zhì)特征性狀難以兼顧等不足，育種水平無法滿足中藥現(xiàn)代化發(fā)展的需要。中藥品質(zhì)育種首先要突出品質(zhì)特征，同時還需兼顧農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量等性狀，這些性狀均是由多個基因控制的數(shù)量性狀。分子標記輔助育種具有準確、快速、不受環(huán)境條件影響、適應性廣等特點，能夠兼顧多個性狀，進行分子水平上的育種，是開展“中藥品質(zhì)育種”的有效手段。部分中藥品種選育情況見表1。

4 “中藥品質(zhì)育種”應用——以紅花為例

紅花自漢代“張騫得種于西域”引入我國，從最初的染料到“活血通經(jīng)、去瘀止痛”要藥，對其應用進行了創(chuàng)新。川產(chǎn)紅花，從西晉的《蜀都賦》“紅葩紫飾”到《新唐書?地理志》“土貢紅藍”的州郡包括蜀州唐安郡，再到《圖經(jīng)本草》《證類本草》等記載紅藍“生梁、漢”，即歷史上川產(chǎn)紅花久負盛名。《本草求真》“紅花專入心包、肝。辛苦而溫，色紅入血，為通瘀活血要劑”“以色紅黃、鮮艷、質(zhì)柔軟者為佳”等論述，可見以效用為目標的性狀評價在紅花品質(zhì)控制過程中起到重要作用。川紅花的性狀尤其是色澤，同其化學成分和功效存在密切關(guān)聯(lián)。闡釋紅花品質(zhì)內(nèi)涵，特別是色澤表征，挖掘表征特征關(guān)鍵指標，解析其生物遺傳機制，進而通過優(yōu)良藥用品種的選育，實現(xiàn)對川紅花品質(zhì)的控制。

基于中藥品質(zhì)育種思路，對紅花進行品質(zhì)育種可以通過如下進行。首先，通過系統(tǒng)收集、保存并純化紅花種質(zhì)資源，構(gòu)建群體，形成基于“性狀-成分-功效”關(guān)聯(lián)性分析，闡明川紅花品質(zhì)形成的內(nèi)涵，明確品種選育目標性狀——品質(zhì)特征關(guān)鍵指標；其次，通過基因組測序，采用群體全基因組關(guān)聯(lián)分析，篩選并驗證與川紅花品質(zhì)關(guān)聯(lián)的重要基因，解析其控制品質(zhì)的分子遺傳機制；最后，篩選品質(zhì)形成關(guān)鍵基因SNP并進行衍生酶切擴增多態(tài)序列（derived cleaved amplified polymorphic sequences，dCAPS）標記開發(fā)，快速鑒定優(yōu)質(zhì)藥用川紅花材料并建立組織培養(yǎng)快繁及育種加代技術(shù)體系，對選育紅花新品種（系）進行品質(zhì)評價。紅花品質(zhì)育種思路圖見圖2。

圖2 紅花品質(zhì)育種思路圖

5 結(jié)語與展望

中藥是中國醫(yī)藥學文化的一個重要組成部分，是中醫(yī)辨證論治的物質(zhì)基礎(chǔ)。優(yōu)良的中藥品種是藥材質(zhì)量的保證，直接影響著中藥的臨床療效。中藥良種選育是傳承創(chuàng)新中藥品質(zhì)的根本途徑。當前雖已選育了許多品種，但是仍存在一些問題。針對目前我國中藥品種選育現(xiàn)狀，今后應加強以下工作的研究：（1）開展中藥種質(zhì)資源的系統(tǒng)收集與保存工作，進行核心種質(zhì)的篩選與核心種質(zhì)庫的構(gòu)建，為“中藥品質(zhì)育種”提供特色的資源基礎(chǔ)；（2）利用分子生物學技術(shù)開展中藥品質(zhì)特征形成的遺傳機制研究，從多個層面探討品質(zhì)性狀發(fā)育機制，為“中藥品質(zhì)育種”提供科學支撐；（3）借鑒農(nóng)學中先進的分子育種技術(shù)，開展具有中醫(yī)藥特色的“中藥品質(zhì)育種”，促進中醫(yī)藥事業(yè)更好的發(fā)展；（4）加強品種認證審定工作，建立完善的中藥材新品種審定體系。提出“中藥品質(zhì)育種”思路，旨為今后中藥育種提供思考，鑄力中藥源頭工程建設(shè)。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Variety breeding of traditional Chinese medicine and research idea of “quality breeding of traditional Chinese medicine”

WANG Jie1, 2, CHEN Jiang1, 2, XIAN Bin1, 2, WANG Rui1, 2, PEI Jin1, 2

1. College of Pharmacy, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, Chengdu 611137, China 2. State Key Laboratory of Southwestern Chinese Medicine Resources, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, Chengdu 611137, China

Traditional Chinese medicine (TCM) is an important part in the culture of traditional Chinese medicine (TCM), and is the material basis for the syndrome differentiation and treatment of TCM. Excellent varieties of TCM are the guarantee of the quality of medicinal materials, which directly affects the clinical efficacy of TCM. The variety breeding of TCM is the fundamental way to inherit and innovate its quality. As the source project of TCM industry, although it started late, it has developed rapidly and many varieties have been bred. However, there are still some problems, especially the lack of breeding concepts on quality of TCM, resulting in the lack of TCM characteristics in the varieties, which has become the weakest link in the TCM. This article summarizes the outcomes of the breeding of TCM varieties in recent 20 years and discusses the existing problems in current breeding of TCM varieties. According to the quality characteristics of TCM, the research idea of “quality breeding of TCM” was proposed. At the same time, the application of quality breeding of TCM was introduced by taking safflower as an example, which can provide a new thinking for the breeding of TCM in the future.

variety breeding oftraditional Chinese medicine; conventional breeding; molecular breeding; quality breeding of traditional Chinese medicine; application

R282.6

A

0253 - 2670(2023)06 - 2012 - 09

10.7501/j.issn.0253-2670.2023.06.034

2022-08-09

國家自然科學基金資助項目（U19A2010，82274043，82274039）；四川省科技計劃項目（2021YFYZ0012-5）；國家中醫(yī)藥多學科交叉創(chuàng)新團隊項目（ZYYCXTD-D-202209）；成都中醫(yī)藥大學“杏林學者”學科人才科研提升計劃（2021041）

王 潔，碩士研究生，研究方向為中藥品種、品質(zhì)與資源開發(fā)。

陳 江，副教授，碩士生導師，從事中藥品質(zhì)形成機制及中藥品種選育研究。E-mail: janshen1986@163.com

裴 瑾，教授，博士生導師，從事中藥品質(zhì)評價及資源研究。E-mail: peixjin@163.com

[責任編輯 時圣明]