中草药DUS测试应用与进展

★ 梅瑜 蔡时可 王继华（广东省农作物遗传改良重点实验室/广东省农业科学院作物研究所 广州 510640）

中草药种质资源是自然界的宝藏，也是中药材开发利用的物质基础，资源的调查、收集和鉴定一直备受重视［1］。中国药用植物资源丰富，达11 146种，其中多数为野生资源，人工驯化的品种不多，其中广为栽培的药用植物品种仅200多种［2-3］。随着中医药和大健康产业的发展和人类对中药材研究的不断深入，社会对中药材的需求量不断增加，给长期依赖自然采集的中草药植物资源带来毁灭性的破坏，部分品种已经濒临灭据。中药材产量和质量的稳定是保障产业可持续发展的基础，而选育优良种质，促进其逐渐从野生转变为家种是整个产业链的技术关键，也是当前研究的热点之一［4-5］。目前，与传统的农作物育种相比，中草药育种的进展还比较落后。在种质资源保护方面，植物新品种特异性（distinctness）、一致性（uniformity）和稳定性（stability）（DUS）测试是基于国际植物新品种保护联盟（UPOV）的技术文件，结合种质资源自身的表观和育种实际，用于植物新品种保护权的判定［6-7］。DUS测试也是地理标志农产品特征特性描述的重要内容［8］。目前，开展中草药DUS测试的研究还不多，但其为更好的保护和利用种质资源提供基础［9］。

1 植物品种DUS测试现状

1.1 植物品种DUS测试 根据植物新品种保护条例的相关规定，授予品种权的品种必须是列入国家植物新品种保护名录，经过人工培育的或者对发现的野生植物加以开发，具备新颖性、特异性（可区别性）、一致性和稳定性并有适当命名的植物品种。植物品种DUS测试是依据相应植物测试技术与标准，通过田间种子实验或室内分析对待测品种的特异性、一致性和稳定性进行评价的过程［10］。《中华人民共和国植物新品种保护条例》要求审批机关对品种权申请的特异性、一致性和稳定性进行实质审查。《中华人民共和国种子法》要求申请保护、审定、登记的品种应当具备DUS，明确DUS测试指南是品种管理的基本技术依据，提高DUS测试的法律地位［11］。

1.2 植物品种DUS测试指南开发现状 植物品种DUS测试指南是判定植物新品种的法律依据，也是品种质量控制、授权监管和品种权纠纷处理的重要标准［12］。目前，我国至少批准了259项DUS测试指南标准，包括国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会发布的36项，农业农村部发布的176项，国家林业局发布的46项，国家烟草专卖局发布的1项，为农业植物新品种保护名录中160个属或种和林业植物新品种保护名录中60个属或种的DUS测试提供了技术依据，见图1。近年来，中草药的植物DUS测试指南中发布的数量逐渐增加，特别是南药品种的指南开发受到重视，如砂仁、穿心莲和美丽鸡血藤（牛大力）等的DUS测试指南也已经发布［13］。

图1 DUS测试指南数量

2 中草药DUS测试现状

1997年10月01日《中华人民共和国植物新品种保护条例》的实施，标志着植物育种家的育种成果受国家法律保护。目前，农业农村部发布了11批农业植物新品种保护名录，191个属或种得到了保护，中草药植物有补血草属、龙眼、人参、三七、薏苡属、生姜、山药（薯蓣）、石斛属、灵芝属、枸杞属、天麻、何首乌、菘蓝、大麻槿（红麻）、紫苏、蛹虫草、红花、淫羊藿属、松果菊属、金银花、柴胡属、黄芪属、美丽鸡血藤（牛大力）、穿心莲、丹参、黄花蒿、砂仁；国家林业局发布了6批林业植物新品种保护名录，206个属或种得到了保护。

自2010年以来，上述27个属或种中草药植物品种权的申请量为64件，授权量为9件，其中2016年―2019年品种权的申请量达56件，见图2A，石斛属品种权的申请量最多（35件），仅人参、三七和补血草属品种权授权，见图2B。上述27个属或种中草药植物中补血草属、龙眼、人参和三七为2016年之前列入保护名录的，其余23个属或种均为2016年或2019年列入保护名录的。可见，植物新品种保护目录的建设推动了中草药植物的育种进程。

图2 2010年以来中草药农业植物品种权申请和授权量

3 中草药DUS指南的研制现状

DUS测试指南是国家植物新品种保护名录的基础，指南的开发是中草药新品种进行实质审查的必备条件，也是进行中草药资源保护和合理利用的工作基础。中草药DUS测试是植物新品种保护权管理的重要组成部分，长期以来由于育种方面研究的滞后，测试标准的研制也相对落后。近年来，中药草的开发和种苗培育逐渐重视，开展中草药新品种保护的需求也日益增多，测试标准的缺乏制约了中草药种业的发展，急需研发相应的DUS测试标准。

3.1 DUS测试指南的研制原则 DUS测试指南是主管部门审查新品种DUS的执行标准，和测试机构开展DUS测试工作的技术手册［14］。研制指南以审查品种的自身特性，与UPOV总则及相关TGP 文件进行结合，统一性状描述，并进行规范化，可作为标准性文件来进行特定植物的DUS测试［15］。 因此，测试指南必须以《TGP/7 植物新品种测试指南的研制》《TG1/3 植物新品种特异性、一致性、稳定性测试及统一描述总则》和《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南总则》等为基本原则，参照UPOV其他测试指南。但是随着育种水平的提高，特别是为数不多的骨干亲本用于种质创新，导致后代的遗传差异缩小，通过表观形态学来鉴定变得十分困难［16］。大部分中草药品种长期处于自然生长状态，基源植物的数量比较有限，对照品种的数量往往有限。加之，道地药材的特点表型往往依赖于特定的自然生态环境，给基于形态学的测试指标体系的建立带来一定的困扰。随着高通量测学技术的发展，大量的基因组数据公开发表，利用这些遗传信息，比如中药材条形码，DNA指纹图谱数据库的应用来确定统一的测试性状和标准品种，有利于制定出准确规范的 DUS 测试指南［17-19］。

3.2 中草药DUS测试指南的特性 目前，功能植物的开发越来越多，多种类别的植物具有了新的经济价值，对开展新品种保护权的需求也日益严重。但是，这些植物大多还没有相应的植物新品种DUS测试指南，特别是具有药用功能的中草药品种尤为突出。中草药DUS测试指南的研制和其它植物，特别是农作物相比较，既有共性也有特性。特性在于以下几方面：一是中药草讲究道地性，种植在不同区域的品种在形态上差异不明显，但是在药效及经济价值上相差甚远；二是中草药的药用成分与种植年限密切相关，测试周期长；三是中草药的品种选育历史较短，可用于作为对照品种的数量有限；四是其主要的价值在于药用成分，而这方面的指标并不是DUS测试的主要目标。中药材的生产过程中对道地性要求较高，《药品化义》就有明确的记载，对种植的区域有严格的界定［20］。生态环境对中草药表型和有效成分的影响比较突出，给DUS指南中测试环境的要求较为严格［21］。现在由于引种和连作障碍的影响，很多著名的药材得到推广，如阳春的春砂仁被引种到广西，云南，但是在药效和经济价值方面产业巨大。另外，标准品的性状因品种而异，大部分物种的的品种质量性状之间存在极显著差异，例如芝麻的标准品可明显区分出不同类型［22］。但是部分品种受到环境的影响，存在一定变异，例如水稻测试指南中的52个测试性状中的数量性状的受环境条件的影响较大［23］。中草药的DUS测试在测试地点的选择上尤为重要。大部分中草药药效成分的积累与种植年限有关，如牛大力是南方的药用植物，一般要3～5年以上才具有药用功能，导致中草药的DUS测试存在工作周期长，质量难控制等问题［21］。

3.3 中草药DUS测试指南研制进展 中草药对测试指标特殊性导致中草药DUS测试指南的研制和开发相对困难，目前已经开发出测试指南的中草药仅有20多种［13］。长期以来，选育出来的中草药新品种数量较少，作为指南中对照品种品种也就不多。目前，发布的药用植物的指南中，对照品种的数量均比较有限。刚刚发布的穿心莲测试指南中共有18个测试指标，而对照种仅有3个，而且均为地方品种；砂仁仅有2个参照品种。对照种数量上的缺乏，性状的差异较大，度量值的范围相对宽松，将影响测试的精确性。中草药的用途主要是在药用成分方面，高含量也是育种的主要目标之一。但是，药用成分在现在发布的指南中，大多是作为选测的指标，如穿心莲的内酯成分，而药用物质含量的高低是否和形态相关，还没有相关的研究。以形态上的指标作为中草药新品种的保护，这在应用上的价值没有得到体现。随着分子检测技术的发展，一些高通量检测技术，如基因组和代谢组分析在中草药的DUS测试上可以发挥重要的作用。

3.4 新技术在中草药DUS测试指南的应用 近年来，随着高通量技术的发展，测序技术日益成熟，大量的基因组、转录组、蛋白组和代谢组信息得到公开。中草药的真伪判别方法一直是研究的热点，同时分子证据也是区分药用植物及其基源植物的重要方法。目前利用基因序列进行中药材的检测应用非常广泛，技术成熟。从早期使用细胞器的部分基因序列如叶绿体atpA、psaB、rpoA和rpoC1等基因的序列来鉴别药材的真伪，这些数据为开展中草药的DUS测试指南的开发提供大量的分子标签。随着DNA、RNA和蛋白质测序成本越来越低，其应用也越来越广泛，利用全细胞器基因组的序列也相对容易。利用基因组序列开发的SSR、SNP等分子标记可以应用于作物品种之间的分辨，目前国际新品种保护联盟已将 SSR标记用于新品种的DUS测试中。随着基因组学研究的深入，SNP等新型的分子遗传标记将在DUS测试上发挥更大的作用。在检测方面，高通量的SSR、SNP检测平台的不断升级，效率和准确率不断增加，而成本越来越低，受到测试人员的喜爱。同时，表型组学的发展，大量的植物表型数据和基因组数据、代谢组数据关联，大数据的支撑为中草药的DUS测试指南的研制提供了新的思路。

目前，中草药DUS测试指南的开发和制定受到重视，已经在鼓励有条件的机构共同开展指南的研制。因此，中草药的DUS测试指南的研发将会迎来新的发展。

4 展望

种子是中药产业的基础和源头，直接关系中药材质量的优劣和产量的稳定，更关系到中医药事业的安全性和有效性［19,24］。随着市场对中药材需求的增加，中草药的种植面积和品种都在日益增加，对种子的需求不断扩大。与传统种业相比，中草药大多数品种还处于自繁自种的现状，品种往往鱼目混杂、质量低劣，新品种选育发展严重缓慢，育种水平低下。我国中药用植物有11 146种，多数为野生资源，由于对野生资源保护意识薄弱，过度的开采利用致使药用植物资源濒危状况日益严重［3］。通过人工选育或者野生植物引种驯化，将野生种转变为家种并推广种植，可从根本上缓解对野生资源的压力。中草药DUS测试不仅可以对其资源进行有效的保护，更是通过指南的研制，促进对中草药良种的培育与推广起到重要的作用。结合中草药自身的特点，开发适合的DUS测试指南将是植物新品种保护的重要工作之一。中草药DUS的测试将为中药材产业的持续利用与开发发挥积极的指导作用。