三七持续种植关键技术＊

陈中坚，魏富刚，董林林，王 勇，王朝梁，杨绍周，孙玉琴，尉广飞，张连娟，余育启，陈士林＊＊

（1.文山学院文山三七研究院 文山 663000；2.中国中医科学院中药研究所 北京 100700；3.文山苗乡三七股份有限公司 文山 663000）

农残高、病虫害及连作障碍严重等问题，阻碍了三七产业的可持续发展。针对三七产业中的瓶颈，中国中医科学院中药研究所、文山苗乡三七股份有限公司、文山学院文山三七研究院的研究团队聚焦三七新品种选育、连作障碍克服、标准体系建立等方面，建立三七持续种植复合技术体系，保障三七药材品质及产业发展。

1 三七持续种植复合技术体系构成

三七持续种植复合技术体系主要内容包括：三七抗病新品种的选育、土壤复合改良技术、无公害三七栽培技术及三七质量追溯技术。抗病品种的选育是保障三七持续种植的前提；种植前，对三七土壤进行复合改良，根据地块坡度差异选择水旱轮作（平地）或土壤复合修复（坡地）+绿肥回田+菌剂调控的综合技术，改善土壤微生态环境进而保证三七持续种植；种植过程中，通过遵循《无公害三七药材及饮片的农药残留与重金属及有害元素限量》的质量标准，采用合理施肥、水光调控、病害综合防治等配套技术，严格执行无公害三七栽培的土壤、水源、空气环境条件的质控标准、依托连锁农场的基地种植模式，构建无公害三七栽培技术；将真伪鉴定、品质检测及流通监管一体化的质量追溯技术应用于产品流通环节，保证无公害三七的质量可控。

1.1 抗病新品种选育及良种繁育

采用DNA标记辅助育种结合系统选育的技术，选育首个三七抗病新品种“苗乡抗七1号”（云林园植新登第2016060号），该品种对根腐病表现显著抗性，根腐病发病率下降62.9%[1-2]。关键技术包括：简化基因组测序技术检测出抗病群体的特异SNP位点，采用PCR技术筛选与三七抗根腐病相关的SNP位点辅助系统选育。以新品种“苗乡抗七1号”为主的三七良种繁育基地规模化，一级、二级种苗比例达84%以上，根腐病、锈腐病发病率分别下降69%、43%以上（图2）。

图1 三七持续种植复合技术体系

图2 三七良种繁育基地

1.2 土壤复合改良技术

研究团队采用高通量测序、QPCR等技术解析三七连作障碍机制，通过分析根际土壤微生物群落变化，发现土壤真菌多样性下降、低丰度细菌群落减少、病原菌累积与三七死苗现象相关；通过病原菌分离与回接试验，确定了三七根腐病致病菌的类型，直接证明了土传病害的增加是导致三七连作障碍的重要因素之一[3]。研究团队绘制出连作模式下三七根际微生物群落的“全景图”，通过追踪三七根际微生物群落的变化，了解到三七种植过程中，微生物群落多样性及组成的动态变化，为通过调控根际微生态环境来克服三七连作障碍提供依据。

在机制研究取得突破及大量田间试验筛选的基础上，研究团队建立土壤复合改良技术体系，改善土壤微生态环境进而保障三七持续种植。针对三七种植地块的类型（平地类型及坡地类型），研究团队因地制宜建立不同的土壤改良技术。平地类型中采用“水（稻三季）旱（紫苏）”的轮作模式，通过土壤加沙结构改良的方式对土壤进行修复，三年生三七保苗率达80%以上。

针对坡地类型：采用“抗病品种应用+土壤复合修复+绿肥回田+菌剂调控”的复合技术对土壤进行改良。开发土壤综合修复剂SDLK并建立其使用流程，对三七土壤进行修复。土壤修复之后，筛选针对改善三七及其同属作物连作障碍的绿肥作物—中研肥苏1号（Perillafrutescens），通过回田的方式对土壤进行改良。同时针对三七土壤自毒物质累积、土传病害增加、微生态失衡等问题，开发了针对降解自毒物质、消减土传病害、改善土壤环境的三类专用菌剂（PnSP、PnBU及PnEM），通过搭配基肥，对土壤进行改良(图3)。

土壤复合改良技术已在文山、砚山、丘北等三七主产区进行生产示范。在不同气候条件、不同轮作间隔时间的老七地进行多点大田示范，老七地三七出苗率为85.7%-95.1%，存苗率为82.1%-92.8%。土壤复合改良技术为三七持续种植提供保障。

图3 坡地土壤复合改良流程

1.3 无公害三七栽培技术

研究团队自主研发了《药用植物全球产地生态适宜性信息系统》（Geographic Information System for Global Medicinal Plants，GMPGIS），以道地产区及当前主产区的326个采样点的气候因子数值和土壤类型为依据，通过生态相似性分析获得三七在云南文山的最大生态相似度区域，为三七基地的选地提供了参考[4]。合作团队于2005年将遥感技术应用于三七资源的普查，为该项工作的开展奠定基础[5]。同时课题组完成了无公害三七生产必需的质量标准、配套技术、质控体系、基地模式四大支撑条件。

发布无公害三七药材及饮片的农药残留与重金属及有害元素限量标准。研究团队起草了《无公害三七药材及饮片的农药残留与重金属及有害元素限量》标准，由中国中药协会2017年3月28日作为团体标准发布，标准号T/CATVM 003-2017。该标准参考日本、欧盟、韩国、美国等国家及地区的标准，规定了必检的29项农药残留量及5项重金属限量[6]。该标准是我国中药材领域首个无公害标准，对中药材的品质提升具有引领作用。农药残留量及重金属含量是全社会关注的热点问题，以安全性为主要依据对三七进行品质等级划分，使消费者有更多的选择空间，是三七产业整体升级发展的必然选择。

建立无公害三七生产的配套技术。核心技术包括营养特点研究为主形成的无公害三七平衡施肥技术、病害普查及单项病害系统研究形成的无公害三七病虫害综合防治技术，制定了一整套以《无公害三七药材及饮片的农药残留与重金属及有害元素限量》标准相匹配的SOP操作规程（三七良种繁育标准操作规程、无公害三七种植标准操作规程、无公害三七产地初加工标准操作规程），从技术层面保障无公害三七栽培的可行性。

建立无公害三七生产的质控体系。对无公害三七栽培的土壤、水源、空气环境条件进行了规定，在三七传统种植生产的基础上，要求三七种植生产场地环境的空气质量符合国家标准GB3095《环境空气质量标准》二级以上，土壤环境质量必须符合GB15618《土壤环境质量标准》的一级或二级和NY/T391《绿色食品产地环境质量》的土壤重金属和有害元素限量标准，灌溉水和药材清洗水质符合国家标准GB 5084《农田灌溉水质标准》和GB 3838《地表水环境质量标准》二级以上标准、严格遵守《无公害三七生产管理规程》、《无公害三七生产肥料使用准则》和《公害三七生产农药使用准则》等规程，产品的运输、加工过程和包装、仓储等规程。

创建“连锁农场”基地建设模式。针对三七具有生态脆弱性、分布区域较窄、病害多、种植成本高等特点，10余年实践逐渐总结形成“连锁农场”基地建设模式。该模式将复杂的三七大田管理模块化，形成可以复制的技术体系和管理体系，采用农场的方式进行无公害三七产业化基地建设，保障了各项技术、管理措施的落实到位，确保三七药材品质达到无公害三七的标准。采用该模式与云南白药集团、漳州片仔癀药业、上海市药材公司等建立合作基地，从管理层面上保障无公害三七基地建设的可行性。

1.4 三七药材质量追溯技术体系

建立三七药材“从生产到消费”的质量可追溯体系，通过信息记录、查询和问题产品溯源，实现全过程质量跟踪与溯源，对于推动我国三七产业化发展与国际化进程具有重要的作用。基于药材的商品和药品的双重属性，首次把药材和饮片的物种真伪、品质优劣及流通管理相结合，建立了“中药材质量追溯管理系统”并应用于苗乡三七的全程质量追溯。物种真伪主要基于中草药DNA条形码鉴定技术；品质优劣主要依托高效液相指纹图谱转化为二维码的技术；流通信息管理主要采用了物联网和云计算的信息技术。把企业生产内控、政府机构监管和消费者监督有机结合，实现三七药材和饮片在生产和流通过程中的质量追溯，确保来源可查、去向可追、责任可究。

2 社会效益及经济价值

2.1 三七持续种植复合技术体系将改变三七种植格局

三七为典型的生态脆弱性植物，其分布区域较窄，存在连作障碍严重等问题，导致三七种植基地不断流动。长期以三七产量为导向的栽培方式，频繁使用农药与化肥，致使药材中存在农药和重金属污染现象。三七持续种植复合技术体系整合了抗病品种选育及良种繁育，土壤复合改良技术，无公害三七生产技术，攻克了连作障碍的关键技术难关，将推进以固定基地为主流方式的三七种植模式，有利于现代农业设施在三七种植中的普及应用，也有利于三七种植人才的培养，形成以提高三七安全性品质为导向的软硬件配套的种植新方式，从而改变目前基地不停流动、基础设施简易的三七种植格局。

2.2 三七持续种植复合技术体系保障以其为原料制药工业可持续发展

三七为原料的制药工业总产值700亿元，是我国中药行业重要的原料资源。我国以三七为原料或辅料的生产企业1300余家，国内涉及三七的药品批准文号共有3300多个，其中品种有400多个。公布的国家基本药物目录涉及中成药102个，其中以三七为原料的产品就有10个，生产厂家覆盖全国30个省、市、自治区，因此三七持续种植关键技术保障以其为原料制药工业可持续发展。

2.3 三七持续种植复合技术体系是中药材精细栽培的典范，对我国其它中药材精细栽培具有积极的示范效应

中药材精细化栽培采用生物技术、信息技术等手段，从产区选择、田间管理、收获储藏等过程实现数字化、网络化，解决中药材种植中精准选址、品种选育、土壤改良、施肥管理、病害防控等关键问题，实现中药材栽培的精准化及最优化。三七持续种植复合技术体系依据生物技术、信息技术、现代管理技术等多学科为基础面向三七生产的精细农业技术体系，关键技术包括基于GMPGIS的全球三七生态适宜产区分析的信息技术、以基因组学、功能基因组学、土壤宏基因组学等为主体的生物技术，旨在解决三七种植中精准选址、品种选育和土壤改良、施肥管理、病害防控等关键问题，实现三七栽培的精准化及最优化，为其它中药材精细栽培提供借鉴。

3 展望

优质三七新品种是无公害三七种植的重要源头。目前已成功选育了三个三七新品种——滇七1号、苗乡1号、苗乡抗1号，进一步强化优良新品种的选育将推动三七产业的可持续发展。三七持续种植复合技术体系已取得显著的成果，该技术体系的推广与应用将保障三七药材的道地性，保护生态环境。

3.1 加强优良三七新品种的培育

三七植株的茎、休眠芽、花序、叶、块根、果实表型的明显变异，为三七新品种的选育提供了基础[7]。三七不同变异类型中皂苷含量不同，其中紫根、长形根、宽叶、复叶柄平展型4种类型可作为三七高含量品种选育的目标[8]。基于三七块茎的转录组数据获得11个参与三萜皂苷生物合成途径的关键基因[9]；分析了三萜皂苷合成途径中编码关键酶基因FPS，SS，SE和DS在三七植株不同部位的基因表达模式[10-11]。并获得编码甲羟戊酸途径限速酶MVK1（PnMVK1）基因的全长cDNA序列，完成蛋白结构及表达谱分析[12]。目前，三七的全基因组测序已经完成，三七基因组大小为2.39 Gb，共预测到36,790个编码蛋白的基因，同时发现了大量皂苷生物合成的候选基因[13]。三七同属作物—人参基因组大小约3.5 Gb，是最大且最复杂的药用植物基因组之一，通过人参基因组分析鉴定出225个人参糖基转移酶UGT，31个人参皂苷骨架合成酶[14]。基因组工作的完成将促进三七及同属作物全基因组选择育种、功能基因的发现，结合生物学及农艺学性状，确定反映该品种的特征性分子标记，强化遗传标记与生物学农艺性状的关联研究，加快优质新品种的选育。

3.2 三七持续种植复合技术的应用与推广

传统栽培方法耗费严重，根际生态环境恶化，无公害栽培是保障三七产业持续发展的有效措施之一[15]。生产农药残留低、高品质三七药材的无公害三七种植模式是现代社会的迫切要求及市场竞争的基础[16]。三七持续种植复合技术包含无公害三七的生产技术及质量追溯技术，保障药材品质。连作障碍冲击了三七道地产区，而采用三七复合技术体系在连作土壤的持续种植已取得显著的进展，这一技术的推广将保障三七药材的道地性。

1 董林林,陈中坚,王勇,等.药用植物DNA标记辅助育种（一）三七抗病品种选育研究.中国中药杂志,2017,42(1):56-62.

2 陈中坚,马小涵,董林林,等.药用植物DNA标记辅助育种（三）三七新品种—“苗乡抗七1号”的抗病性评价.中国中药杂志,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,黄林芳,董林林,等.三七全球生产布局及品质生态学研究.药学学报,2016,51(9):1483-1493.

5 周应群,陈士林,张本刚,等.基于遥感技术的三七资源调查方法研究.中国中药杂志,2005,30(24):1902-1905.

6 王勇,余育启,陈士林,等.三七药材及饮片农药残留与重金属含量限量标准研究[J].世界科学技术—中医药现代,2016,18(11):1955-1963.

7 孙玉琴,陈中坚,李一果,等.三七的植株性状差异观察.现代中药研究与实践,2003,17(s1):16-17,8.

8 孙玉琴,陈中坚,黄天卫,等.三七不同变异类型中皂苷的差异研究.中草药,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,朱孝轩,罗红梅,等.三萜皂苷合成生物学元件的初步开发:三七鲨烯环氧酶编码基因克隆及表达模式分析.药学学报,2013,48(2):211-218.

12郭溆,罗红梅,陈士林.三七甲羟戊酸激酶PnMVK1基因的克隆和生物信息学分析.药学学报,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.三七无公害栽培体系的探讨.世界科学技术-中医药现代化,2016,18(11):1975-1980.

16陈昱君,王勇,刘云芝,等.三七根腐病防治技术研究Ⅰ复配剂拌种(苗)与土壤熏蒸配套技术应用研究.中国中药杂志,2008,33(11):1329-1331.