苍术繁殖技术研究进展

黄日晴，王鑫晶，玉 猛，王凤茹，客绍英

（河北农业大学 生命科学学院，河北 保定 071001）

苍术是菊科苍术属多年生草本植物，苍术属植物包括茅苍术、北苍术、朝鲜苍术、鄂西苍术、关苍术和白术，其中《中国药典》规定的中药苍术为茅苍术与北苍术干燥的块茎。苍术中主要含有非挥发油物质和挥发油类物质，非挥发油物质包括单糖、多糖、糖苷类、蛋白质、氨基酸、微量元素等［1-4］，挥发油物质包括苍术素、苍术酮、β-桉叶醇等［5］，这些成分使苍术具有燥湿健脾、祛风散寒、明目等功效［6］。此外，苍术还在抗击非典和新冠病毒疫情过程中发挥重要作用［7-9］，因此，市场需求逐年递增。

野生苍术具有苍术素、β-桉叶醇等药用成分含量较高、质地较轻等优点［10］，然而，随着近些年来人们对野生苍术的肆意采挖，造成野生资源枯竭，苍术供不应求，苍术价格连年攀升［11-12］。因此，对苍术进行高效化、科学化、规范化的人工栽培成为亟待解决的问题。本文综述了苍术种子繁殖和无性快繁技术研究现状，以期为人工栽培、苍术繁殖提供理论依据和技术支撑。

1 苍术种子的繁殖技术

自然界中大多数植物都是以种子进行繁殖，种子繁殖具有携带便捷和易保存等优点［13］，在种质资源利用及地区间品种引种方面有很大的优势。而人工栽培多以切根繁殖为主，切根繁殖易导致抗逆性及药材品质等严重退化，因此进行快速、高效的种子繁殖已成为当前苍术生产中的迫切需求［14］。但是存在种子质量参差不齐、不易保存、结实率低、成苗率低、生产周期长等诸多问题。为了解决上述问题，学者们从不同因素对苍术种子繁殖的影响进行研究。

1.1 苍术种子的分级

获得优良种子是实现中药材规范化生产的基础和源头。因此，制定规范的种子分级标准，是实现中药材规范种植的第一步。然而，我国大多药用植物还未建立种子检验规程、分级标准和种植规范标准，造成家种药用植物难度大、产量低［15］，这一问题亟待解决。苍术作为重要的药用植物，现有的苍术种子分级大多是行业、地方标准。

深入了解有关中药材种子分级标准，制定出适合不同地区的苍术种子分级标准，筛选出优级种子，对获得优质苍术至关重要。目前，关于苍术种子的分级方法多是按照《农作物种子检验规程》［16］中有关种子外观形态、含水量、千粒重、净度、生活力、发芽率等检验指标来划分的。如王娜等［17］对源自不同产地的22 份北苍术种子按照上述各项质量指标进行检验，在对试验数据进行记录、分析的基础上，将其分成3 个等级，初步确定北苍术种子分级标准。陈泉［18］则选取发芽率、生活力、千粒重3 个指标作为茅苍术种子的分级标准，以此划分为3 个等级的茅苍术种子。此外，王秋玲等［19］根据田间试验观察北苍术开花结实特性后，将种子按照饱满程度划分为5 个等级，采用显微成像系统测定种子外形性状并进行统计分析，再对不同等级种子进行发芽与出苗情况测定，从而确保分级标准的合理性。从种子开始进行标准化筛选，对不同等级种子进行针对性处理后再播种，从而提高苍术的成苗率及产量。

1.2 苍术种子的保存以及前处理技术

为了维持种子活力和促进种子萌发，通常会针对不同的种子选取合适的保存条件以及在播种前对种子进行前处理，如渗透调控、湿平衡、浸种、化学及物理处理等［20］。种子的保存技术和种子的前处理技术有效维持了种子的活力并提高了种子的发芽率，对人工栽培起到了推动作用。

1.2.1 苍术种子的保存技术 苍术种子的寿命通常只有半年，为短寿命型，隔年种子在自然条件下保存不能使用，低温保存可以延长种子寿命［21］。孙令婕等［22］研究了茅苍术种质资源的保存方法，利用干冻的超低温保存技术冻存茅苍术种子，发现冻存后的茅苍术种子发芽率仍在70%，为苍术种质资源的长期保存提供了理论依据。魏云洁等［23］为解决北苍术生产中存在的出苗率低、出苗缓慢的问题，探究了5 种不同的保存方式对北苍术出苗率及植株生长性状的影响，结果发现，沙贮处理种子出苗期比其他处理提高7 d，平均出苗率达72.6%。

1.2.2 苍术种子的前处理技术 （1） 林火产物处理。李明月［24］探究了林火产物对苍术种子萌发的影响，发现在烟熏和火烧灰交互作用环境下，苍术种子提前萌发，说明烟熏、火烧灰处理均促进苍术种子萌发，且效果显著。

（2）浸种。水分是触发大多数植物种子萌发的必要条件，并且水分在种子发芽过程中发挥重要作用［25］，因此开展种子萌发的最适湿度选择研究对实践生产具有重要的指导作用。

姚珊等［26］对不同溶液浸种的出苗情况进行探究，发现清水浸种对茅苍术的出苗效果较好。张波等［27］进一步研究了浸种时间和浸种温度对茅苍术幼苗生长的影响，发现浸种前6 h 种子吸水速率最快，茅苍术种子吸水主要集中在前12 h，之后种子吸水量基本不变。并且浸种温度为20 ℃，浸种时间为48 h 时，最有利于茅苍术幼苗的生长。此外，张惠芝［14］将茅苍术种子用清水浸泡12 h，待种子充分吸水后捞出滤干，再用200 倍的有效微生物群（Effective Micro Organisims, EM） 菌液浸种2 h后茅苍术种子的发芽势及出苗率均提高显著，说明EM 在茅苍术种子育苗方面有显著影响。

（3）植物激素处理。植物激素是由植物自身产生的一类物质，它参与调控植物生长发育的方方面面，例如调节根系的生长分化、植物种子的萌发、植株的开花等［28-29］。目前，关于植物激素调控苍术种子萌发以及幼苗生长的研究还较少，处于探索阶段。

王悦等［30］探究6-BA 对关苍术种子萌发及幼苗生长的影响研究时发现，1.5 mg/L 6-BA 浸种可以促进种子萌发，同时提高幼苗高度、叶片长度和宽度，增加根系活力。刘笛等［31］用3 种不同种类的植物激素对关苍术种子进行处理，分析记录了关苍术种子萌发及幼苗生长的情况。结果表明，分别用100 mg/L IBA、50 mg/L GA3、3 mg/L 6-BA 处理关苍术种子2 h，关苍术种子发芽率最高。进一步正交试验发现，能够有效提高关苍术种子发芽率和发芽势、种子活力、根系活力和幼苗高度的最优组合为：IBA 50 mg/L+GA350 mg/L。植物激素同样可以促进北苍术种子的萌发。姜雨昕等［32］通过室内培养手段研究了培养温度、水分、基质及激素（种类和浸种浓度）对北苍术种子萌发的影响。结果表明，北苍术种子最佳萌发条件为20 ℃，基质（海绵＋滤纸）含水量为40%，6-BA 浸种浓度为2 mg/L。

1.3 影响苍术种子萌发以及幼苗生长的环境因素

1.3.1 温度 温度是最重要的环境因子之一，参与调控植物生长发育的多个方面。植物繁殖过程，尤其是在种子萌发阶段对温度变化最为敏感［33］。苍术种子的萌发同样受到环境温度的调控。

郑金双等［34］选取颗粒饱满、无病虫害及机械损伤的北苍术种子，通过设定4 个温度梯度和6 个基质含水量梯度，观察并分析不同条件对北苍术种子萌发的诱导效果，及其对幼苗形态建成的影响。结果表明北苍术种子在发芽温度20 ℃、基质含水量50%～60%时种子的发芽率和发芽势均最高，发芽较快且整齐。张舒娜等［35］为了探究北苍术种子发芽及生长的最适温度，在控制水、气、基质相同的黑暗条件下，研究了不同温度处理（5、10、15、20、25 ℃）对北苍术种子发芽率、发芽速度、幼胚生长等方面的影响。结果表明，北苍术幼胚生长最适宜温度为20 和25 ℃，在此温度下胚根与下胚轴生长最快。与北苍术不同，赵千里等［36］通过设置3个温度（10、15、20 ℃）梯度，对2 种不同产地的关苍术种子最适萌发温度进行了研究，结果表明关苍术种子在15 ℃条件下具有更高的发芽率、发芽势且霉变率更低。此外高温显著影响种子霉变率，同时明显抑制种子发芽，降低发芽率。熊睿等［37］研究了不同光照、温度和发芽床对种子萌发的影响，发现茅苍术种子适宜萌发温度为15 ～25 ℃。此外，李强等［38］在对茅苍术种子进行发芽检验标准化研究时，发现茅苍术种子萌发温度范围较广泛，最适萌发温度为20 ℃。与茅苍术一致，陕西产苍术种子最适萌发温度同样为20 ℃［39］。张惠芝［14］发现苍术种子在22 ℃恒温下发芽势和发芽率最高。

综上所述，温度是种子萌发的关键因素，苍术种子萌发的最适温度受到产地和品种等因素影响，其中北苍术最适萌发温度为20 ℃，茅苍术最适萌发温度较高，而关苍术属于低温萌发型种子。但是当温度高于45 ℃时，苍术种子几乎都发生霉变，不能萌发［40］。

1.3.2 光照 种子的休眠与萌发是2 个密切相关的植物生理特性，对于种子植物适应环境与生存有重大影响。然而，种子的休眠与萌发受到多种内部与外部环境影响，其中，光照是调控植物种子休眠与萌发的重要环境因素之一［41］。

侯皓然等［42］在探究各种环境因子对茅苍术种子萌发影响时，检测并分析正常光照和黑暗2 种条件下茅苍术种子的萌发情况，结果表明茅苍术种子萌发对光照不敏感，正常光照和黑暗环境下发芽率无显著差异，但光照抑制了胚根的生长。陈泉［15］通过设置光照、黑暗、光照黑暗交替3 组不同光照条件，研究了光照对茅苍术种子生长特性的影响，结果表明，虽然在全见光条件比其他处理发芽率稍高，但结果不显著。

1.3.3 消毒方式 种子消毒可以减少种子因发霉引起发芽率降低的问题，通常根据种子的大小、种皮厚度等因素，对不同种子选用不同的消毒方法。常用的消毒方法为乙醇消毒法，王娜等［17］在进行种子萌发时，用75%乙醇浸泡北苍术种子，消毒时长为5 min。然后用清水冲洗后，再用无菌水浸泡北苍术种子12 h 备用。朴锦等［43］将关苍术种子用90%乙醇浸泡1 min 后，用清水冲洗3 遍，放入清水中浸种24 h 备用。除酒精消毒法外，5%次氯酸钠溶液浸泡5 min，然后清水反复冲洗，也可以起到给茅苍术种子消毒的效果［35］。不同于实验室处理方法，在研究茅苍术大棚内育苗技术时，可以用50%多菌灵可湿性粉剂浸种消毒15 min，再用清水冲洗3 次，从而起到种子消毒的效果［44］。

1.3.4 基质 发芽基质通常分为纸床、沙床和土壤床等，种子发芽基质在选择时应当考虑通透性、渗水性、空隙大小等问题［45］。发芽基质影响种子萌发的原因在于，发芽基质透气性及保水性的差异，发芽基质上水分多，氧气少，则适宜长芽；反之，水分少氧气多则适宜生根［46］。

苍术种子出苗时间较长，需要足量的空气，因此，需要透气性好的发芽基质。郑金双等［45］探究了北苍术种子人工育苗方法中的播种深度与育苗基质选择的问题，发现北苍术最佳育苗基质为泥炭藓。关苍术种子萌发和幼苗生长受到土质的影响［47］，综合出苗率及存活率2 个参考指标发现，粘壤土由于保水保肥能力强，使得关苍术种子存活率更好。熊睿等［37］通过发芽基质试验，比较了茅苍术种子在砂床、纸床以及所处不同位置间的发芽率，结果表明种子萌发适宜的发芽基质为湿润的纸面。

2 苍术的无性快繁技术

虽然苍术种子繁殖具有携带便捷、易保存等优点［13］，但存在着种植年限较长，出苗率低，受地区、季节和气候影响限制繁育等问题，因此研究者们希望通过构建苍术组织培养体系，克服苍术种子繁殖的不利因素，从而实现苍术的快速繁育和体系化栽培生产，以期增加苍术的产量［48］。

2.1 组培消毒方式

苍术外植体表面有较多表皮毛，组织带菌较多。因此，消毒剂及消毒方式的选择对于苍术组培至关重要。消毒剂使用浓度和时间是重要参数，直接决定组培的污染率和对外植体的伤害程度［49］。张炜坤等［49］在对北苍术进行组织培养时，以茎段为材料探究出最佳消毒方式为：首先用75%酒精消毒30 s，然后用0.1%氯化汞加吐温20 消毒15 min。李鸿盛等［50］在使用茅苍术茎段和叶柄作为外植体时，消毒方式采用：自来水冲洗15 min，加入洗洁精冲洗至少3 遍，75%酒精灭菌30 s，无菌水冲洗3 遍，0.1%氯化汞灭菌6 min，无菌水冲洗7 遍，3%次氯酸钠灭菌3 min，无菌水冲洗5 遍。黄波［51］对保康茅苍术的组织培养与快繁技术进行研究，对于外植体消毒流程为先用纱布进行表面清洗，然后酒精（70%～75%）消毒30 s，再用0.1%的升汞溶液消毒，消毒时间因材料不同而异，最后用无菌水冲洗备用。一般叶柄消毒时间为7 min，茎段、叶片、根茎一般消毒6 min 即可。

2.2 培养基的配方

北苍术最佳不定芽诱导培养基为MS+6-BA 2.0 mg/L+ NAA 0.25 mg/L+蔗糖3%+琼脂 7 g/L，茎段在GA30.8 mg/L + NAA 0.1 mg/L + IBA 0.1 mg/L +蔗糖3%+琼脂7 g/L 培养基中，伸长效果最好。不定芽生根培养基在基本MS 培养基的基础上加不同浓度的NAA，试验结果表明不添加NAA 的MS 培养基生根率高，最高达到93.61%，这与之前的研究结果有所不同［49］。左静静等［52］利用正交设计的方法对北苍术组织培养进行研究，发现北苍术诱导丛生芽的培养基为1/2MS+6-BA 2.0 mg/L+KT 1.0 mg/L+NAA 0.5 mg/L+蔗糖3%+琼脂7 g/L，诱导生根培养基为1/2MS+NAA 0.5 mg/L+蔗糖3%+琼脂7 g/L，诱导愈伤组织形成的培养基为1/2MS+2,4-D 2.0 mg/L+KT 1.0 mg/L+蔗糖3%+琼脂7 g/L。

吴志强等［53］研究了适合关苍术的组织快繁技术，以关苍术的茎段作为外植体，对培养基配方进行探究，最后筛选出最易形成不定芽的培养基：MS+6-BA 0.5 mg/L+GA30.5 mg/L+IBA 0.5 mg/L+蔗糖3%+ 琼脂7 g/L 和最佳的生根培养基：1/2MS+NAA 0.5 mg/L+活性炭3.0 g/L+蔗糖3%+琼脂7 g/L。于金铃等［54］在对关苍术组织培养进行研究时，发现诱导关苍术产生愈伤组织的最适培养基为MS+6-BA 0.5 mg/L+NAA 0.5 mg/L+2,4-D 1.5 mg/L+蔗糖3% +琼脂7 g/L。

不同于关苍术，薛翔楠等［55］通过比较茅苍术植株不同部位的叶片诱导不定芽产生时，发现苍术植株基部的叶片更适合直接诱导不定芽产生，从而建立了适合茅苍术种苗快繁与再生体系。叶片和叶柄诱导不定芽的最适培养基为MS+6-BA 2.0 mg/L+NAA 1.0 mg/L+ 蔗糖3%+ 琼脂7 g/L；茎段诱导不定芽的最佳培养基MS+6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.5 mg/L+ 蔗糖3%+ 琼脂7 g/L；诱导茅苍术最适生根培养基为MS+NAA 0.5 mg/L+蔗糖3%+琼脂7 g/L；茅苍术再生体系的成功率表明叶柄比叶片更适合诱导愈伤及再分化，叶柄在MS+6-BA 0.1 mg/L+ NAA 0.2 mg/L+蔗糖3%+琼脂7 g/L 的培养基中诱导愈伤组织，茎尖产生愈伤组织的最优培养基为MS+KT 0.2 mg/L+2,4-D 0.2 mg/L+ 蔗 糖3%+ 琼脂7 g/L。赵丹［56］在研究茅苍术组培苗与悬浮细胞培养条件时发现，诱导丛生芽培养基为MS+6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.3 mg/L+蔗糖30.0 g/L+琼脂7 g/L，茅苍术最适生根培养基为1/2MS+NAA 0.1 mg/L+蔗糖30.0 g/L+琼脂10.0 g/L，愈伤组织诱导的培养基MS+2,4-D 0.5 mg/L+NAA 0.5 mg/L+6-BA 1.0 mg/L+蔗糖30.0 g/L+琼脂10.0 g/L。李文等［57］利用正交设计优化南苍术快速繁殖培养基时发现诱导丛生芽的培养基为MS+6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.4 mg/L+KT 0.4 mg/L+蔗糖3%+琼脂7 g/L，最适生根培养基为1/2MS+NAA 0.5 mg/L+蔗糖3%+琼脂7 g/L。

综上，在组织培养过程中由于苍术品种不同、外植体的选择不同及组织培养目的不同，培养基的配方均有所差异。多以普通MS 培养基、1/2MS 培养基为主，加入3%蔗糖提供碳源及4%～10%琼脂粉起固定作用。

按照组织培养目的总结上文，见表1。

表1 苍术不同组培的培养基配方Table 1 The different tissue culture medium for Atractylodes lancea

2.3 组培苗的移栽条件

不同驯化基质间存在物理性质的差异，蛭石粒径小，能降低土壤通气空隙和毛管孔隙度。珍珠岩的总孔隙度大，根部吸水利用率低。泥炭土中含有植物的纤维结构，通气性好不易降解，保持水的能力较强。因此，合理搭配基质比例，对于苍术幼苗后期生长有重要影响。宋刚等［12］在建立茅苍术规模化组培快繁体系时，对组培苗的移栽条件进行筛选，发现采用泥炭土∶蛭石∶珍珠岩= 2∶1∶1 的基质移栽成活率最高达到95%。与此相同，陈璐等［58］研究不同基质对茅苍术移栽组培苗叶片导水度及光合作用的影响过程中，也发现蛭石∶珍珠岩∶泥炭土=1∶1∶2 的基质驯化苗的叶片含水量、光合特性及生长状况最好，是茅苍术组培苗驯化的理想基质。而适合北苍术组培苗移栽的基质为蛭石∶草炭土比例为1∶1，北苍术移栽成活率在90%以上［45］。

3 探讨与展望

随着苍术受到越来越多的关注，无论是苍术的种子繁殖技术，还是苍术的无性繁殖技术，都得到了快速的发展，为实践生产提供理论支撑。首先，目前研究已经明确了不同产地苍术生长发育过程不同阶段所需要的最适环境，例如最适温度，最适湿度等。其次，已经开始对苍术无性繁殖技术进行研究，获得了多种苍术的不同组培培养基配方。再次，田间生产已经开始逐步利用实验室数据进行科学种植。但是，苍术繁殖技术还存在一些不足，亟待解决。包括：（1）苍术种子繁殖和无性繁殖过程的多种标准还不够完善，需要进一步研究制订；（2）室内试验和田间试验结合还不够紧密，需要加强结合；（3）目前研究多集中在表型观察和环境因素筛选，然而对苍术生长发育的分子机制研究还较少，急需进行苍术的分子育种研究。