康帥

中國(guó)食品藥品檢定研究院

張南平*

中國(guó)食品藥品檢定研究院

石佳

中國(guó)食品藥品檢定研究院

馬雙成*

中國(guó)食品藥品檢定研究院

中藥材、中藥飲片及中成藥是中藥的重要組成部分。中藥飲片和中成藥的原料均來自中藥材，由此看出，中藥材是“中藥質(zhì)量之源”。中藥材性狀和顯微鑒定作為一種獨(dú)特的中藥質(zhì)量分析方法，為保證中藥質(zhì)量、保障中藥臨床用藥安全有效發(fā)揮著重大作用。著名生藥學(xué)家樓之岑在1997年出版的《中草藥性狀和顯微鑒定法》曾提到：“由于中草藥自身的復(fù)雜性和變異性，目前尚無任何一種技術(shù)方法能夠充分替代中草藥的性狀和顯微鑒定這一古老的技術(shù)方法”[1]。近年來，在中藥分析水平顯著提升的同時(shí)，中藥質(zhì)量問題也日漸凸顯[2]。傳統(tǒng)的性狀和顯微鑒定方法仍然是不可替代的經(jīng)典方法。并且，隨著顯微技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，中藥材性狀和顯微鑒定的研究也在進(jìn)一步拓展。

目前，傳統(tǒng)行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型不僅成為我國(guó)社會(huì)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一，也在逐漸成為國(guó)家創(chuàng)新性可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)。隨著國(guó)家在人工智能（AI）、5G 等新興領(lǐng)域的不斷投入，數(shù)字技術(shù)也在不斷迭代創(chuàng)新，為中藥材鑒定的數(shù)字化研究提供了強(qiáng)有力的創(chuàng)新動(dòng)力。近年來，中國(guó)食品藥品檢定研究院聯(lián)合多家藥品檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，共同開展了中藥民族藥數(shù)字標(biāo)本平臺(tái)的建設(shè)工作，尤其是在將傳統(tǒng)中藥材鑒定方法數(shù)字化規(guī)范的制定、圖文檢索系統(tǒng)的開發(fā)，以及人工智能識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用等方面進(jìn)行了一些探索和嘗試。其中，首要的是建立一套從宏觀形態(tài)到微觀結(jié)構(gòu)的中藥材性狀和顯微鑒定數(shù)字化研究規(guī)范，創(chuàng)新中藥材鑒定和混偽品鑒別的思路方法。種子作為植物的繁殖器官，不但具有相對(duì)穩(wěn)定的鑒別特征和獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu)，也是中藥材的重要來源。因此，中藥民族藥數(shù)字標(biāo)本平臺(tái)首先以種子類藥材作為范例，對(duì)中藥材性狀和顯微鑒定數(shù)字化研究規(guī)范的建立進(jìn)行初次嘗試。

1 種子鑒定術(shù)語的規(guī)范化研究

我國(guó)種子鑒定研究機(jī)構(gòu)集中在農(nóng)業(yè)與檢疫等部門，主要鑒定對(duì)象為雜草種子。以栽培藥用植物種子為研究對(duì)象的主要為藥用植物研究機(jī)構(gòu)。隨著中藥材標(biāo)準(zhǔn)研究與制定水平的提高，中藥材的性狀描述逐漸趨向科學(xué)、合理，但種子類藥材標(biāo)準(zhǔn)仍存在一些術(shù)語使用不規(guī)范、使用少數(shù)俗語等情況。

植物分類學(xué)已經(jīng)建立起了較為規(guī)范的植物形態(tài)學(xué)描述術(shù)語體系，幾乎可以對(duì)任何植物類群進(jìn)行較準(zhǔn)確的形態(tài)描述，并以此對(duì)植物進(jìn)行鑒定與分類[3]。但種子形態(tài)學(xué)研究至今大多仍停留在對(duì)研究對(duì)象的描述層面，且研究范圍主要為雜草種子的鑒定，種子鑒定因缺乏鑒定與分類系統(tǒng)而困難重重。種子分類系統(tǒng)建立的前提是種子鑒定術(shù)語的規(guī)范化，對(duì)各科屬種子的特征進(jìn)行歸納，以確保鑒定與分類工作的正向開展。為此，中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究種子鑒定與分類的專家們對(duì)各國(guó)種子研究文獻(xiàn)進(jìn)行了整理并歸納，提出了一整套種子形狀定義，如種子形態(tài)分類研究術(shù)語[4]、植物種子形態(tài)鑒定方法[5]，后又對(duì)以上分散的術(shù)語進(jìn)行綜合而得“中國(guó)植物種子形態(tài)學(xué)研究方法和術(shù)語”[6]。種子形態(tài)鑒定與分類術(shù)語的規(guī)范化研究，對(duì)種子從外部形態(tài)到剖面構(gòu)造，以及微形態(tài)特征等進(jìn)行了規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)化，為我國(guó)植物種子鑒定與分類學(xué)科奠定了研究基礎(chǔ)。

2 種子類藥材鑒定數(shù)字化規(guī)范

根據(jù)已有的研究方法、描述術(shù)語，把種子鑒定研究方法與內(nèi)容規(guī)范化地分成以下4 個(gè)部分：性狀、剖面、橫切面、粉末特征。

2.1 性狀

種子性狀包括種子大樣、種子形狀、種子大小等部分。在研究具體的種子時(shí)，首先應(yīng)剔除不成熟的、畸形的樣品，并對(duì)種子表面進(jìn)行清潔處理，去掉種子表面的雜質(zhì)，以保證種子鑒定特征的清晰。種子性狀特征的原始圖必須大于300 萬像素。

2.1.1 種子大樣

方法：把較多的、能夠代表種子長(zhǎng)寬范圍的完整種子樣品放在背景顏色合適的臺(tái)面或背景物上，使種子呈自然穩(wěn)定的狀態(tài)。種子擺放的構(gòu)圖應(yīng)盡量美觀，必要時(shí)可使用圖像處理軟件進(jìn)行切割處理。

數(shù)量：細(xì)小種子（直徑＜5 mm）的數(shù)量不少于20 個(gè)種子，中等大?。ㄖ睆?5～15 mm）（包含5mm）的不少于15 個(gè)種子，大種子（直徑≥15mm）的種子數(shù)量不少于10 個(gè)。

標(biāo)尺：種子大樣圖片在拍攝時(shí)需要在右側(cè)放置一長(zhǎng)度與預(yù)想構(gòu)圖等高的標(biāo)尺，標(biāo)尺最小長(zhǎng)度單位為1 mm，或根據(jù)實(shí)際情況確定標(biāo)尺最小刻度的長(zhǎng)度單位。

大樣擺放時(shí)的種子形狀一般按2020年版《中國(guó)藥典》性狀項(xiàng)進(jìn)行描述，2020年版《中國(guó)藥典》以外的品種按其他標(biāo)準(zhǔn)收載的描述為準(zhǔn)，沒有標(biāo)準(zhǔn)收載的按實(shí)際觀察情況，或參考相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行描述。

2.1.2 種子形狀

種子的形狀包括種子的正面觀、側(cè)面觀與腹（臍）面觀等三個(gè)基本面的種子形狀。這三個(gè)基本面圖片的擺設(shè)不放置標(biāo)尺。選擇典型的、能夠代表種子形態(tài)特征的中等大小的種子進(jìn)行觀察與拍照。

正面觀：種臍朝向下端，種子最大表面輪廓面朝上，朝上面稱為種子的正面觀。如果正反兩面種子的表面特征不同，建議拍攝兩面的圖片，并進(jìn)行描述，如圖1A、圖2A 所示。

此外，直生胚的種子把種臍朝向下端；彎生或橫生胚的種子除了種臍朝下端以外，還必須把發(fā)芽孔（胚根先端指向的位置）放置在右側(cè)或右下角。

側(cè)面觀：把正面觀擺放的種子的側(cè)面立起來朝上，此時(shí)朝上面稱為種子的側(cè)面觀。如果種子的兩側(cè)表面特征不同，建議兩個(gè)側(cè)面都拍攝圖片，并進(jìn)行描述，如圖1B、圖2B 所示。

腹（臍）面觀：種臍朝上，拍攝與觀察種臍的位置、大小、形狀、紋理，以及其他特征。如果種子的腹（臍）面觀與頂面觀的表面特征不同，建議兩個(gè)面都拍攝圖片，并進(jìn)行描述，如圖1C、圖2C 所示。

圖1 瓜蔞子（雙邊栝樓）的三個(gè)基本面擺放示例圖（直生胚）

圖2 黎豆的三個(gè)基本面擺放示例圖（彎生胚）

按照植物形態(tài)學(xué)對(duì)形狀的描述規(guī)定：種子寬度小于長(zhǎng)度的稱狹，寬度大于長(zhǎng)度的稱扁或橫窄[6]。如黎豆的形狀為正面觀扁圓形或橫橢圓形，側(cè)面觀狹橢圓形；腹（臍）面觀扁橢圓形。

2.1.3 種子大小

種子的大小系指種子在規(guī)范擺放、規(guī)范測(cè)量方式下所測(cè)量種子大小的數(shù)值。種子的大小以長(zhǎng)（L）、寬（W）和厚度（T）表示。各量度均以種子的最小值至最大值表示，單位毫米。測(cè)量種子大小時(shí)一般情況下，可使用卡尺、坐標(biāo)格紙(適于大、中粒)、體式顯微鏡(適于小粒)，最小精度0.1mm，統(tǒng)一為兩位有效數(shù)字。極端小或大的種子可以不進(jìn)行測(cè)量，或?qū)懪家姶笥诙嗌賯€(gè)長(zhǎng)度單位。種子的長(zhǎng)、寬、厚數(shù)值，以實(shí)際的測(cè)量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

長(zhǎng)度：系指種子正面觀擺放時(shí)，種臍端至種子的相對(duì)的頂端間或著生種臍的腹面至種子相對(duì)的頂面間的軸長(zhǎng)，如圖3A 所示。

寬度：系指種子正面觀擺放時(shí)，垂直于長(zhǎng)度軸的種子最大直線距離，如圖3A 所示。

厚度：系指垂直于寬度的第3 平面的直線距離，即種子的側(cè)面觀擺放方式下測(cè)量種子的厚度，如圖3B 所示。

圖3 種子大小測(cè)量方式示意圖

2.1.4 表面特征

種子的表面特征是指種子的顏色、表面紋理、表面溝槽、表面毛狀物、腺體等。

表面顏色，除紅、橙、黃、綠、白、黑、灰、褐等主色外，還應(yīng)根據(jù)色調(diào)不同加以修飾，如紅褐色、灰褐色、黃褐色、淺褐色等。

表面紋理包括：表面的細(xì)小條紋、網(wǎng)紋、顆粒、凹穴、溝、棱、脈、褶皺等表面具有的特征。

表面毛狀物包括種子上的冠毛、被毛、腺毛等特征。

表面顏色、紋理、毛狀物等特征的描述按植物學(xué)種子形態(tài)描述文獻(xiàn)進(jìn)行[4]。表面特征如果較小，需要用體式顯微鏡進(jìn)行拍攝，并在圖片的右下方放置合適的標(biāo)尺，一般以毫米、微米為最小長(zhǎng)度單位。

2.1.5 表面構(gòu)造

種子表面構(gòu)造包括：種臍、種脊、合點(diǎn)、種阜、種孔（發(fā)芽孔）等種子固有的特征。需要描述各特征的位置、形狀、顏色、紋理等信息，并拍攝特寫。如果種子表面還有其他明顯的鑒別特征，也應(yīng)拍攝微性狀圖，并進(jìn)行描述。

2.2 剖面特征

種子剖面的擺放方式應(yīng)與種子正面觀的擺放方式一致，即種臍朝向下端，胚根放在右側(cè)或右下角。種子剖面圖加注標(biāo)尺。

2.2.1 縱剖面

沿種子的長(zhǎng)軸方向縱向切開，盡量把胚縱切成左右對(duì)稱的兩瓣。雙子葉植物無胚乳種子應(yīng)沿子葉中間切開，并對(duì)該特征進(jìn)行拍攝。觀察與描述剖面形狀，胚乳有無，胚的類型、形狀、大小、顏色，子葉的形狀、大小、顏色等，如圖4A、圖5A 所示。

如果胚的形狀不規(guī)則或有胚乳種子的胚較短（橫剖面沒有胚）時(shí)，應(yīng)取出胚單獨(dú)拍攝。

2.2.2 橫剖面

沿種子的橫軸方向的中部把種子切斷，對(duì)該特征進(jìn)行拍攝，應(yīng)能夠清楚地表現(xiàn)出：胚的形狀、大小、顏色，子葉形狀，以及胚乳的有無等。

胚和胚乳的界線難以區(qū)別時(shí)，對(duì)一些含淀粉為主的有胚乳種子，可將稀碘液滴在切面上，使含淀粉的胚乳顯現(xiàn)藍(lán)色。對(duì)淀粉比較少的胚乳種子，可在切面滴幾滴水，幾分鐘后，可顯現(xiàn)出胚和胚乳的分界線，如圖4B、圖5B 所示。

圖4 直生胚種子剖面擺放示例圖

圖5 彎生胚種子剖面擺放示例圖

2.3 橫切面特征

沿種子長(zhǎng)軸方向的中部位置橫向切片，裝片。較大的種子取一半切片即可，小種子或不易切片的種子建議采用冰凍切片或石蠟切片方法進(jìn)行切片。

為了保證種皮組織描述的統(tǒng)一性，種皮構(gòu)造及名稱按上述，由外向內(nèi)進(jìn)行描述。首先描述外種皮細(xì)胞，如果外種皮只有1 層細(xì)胞，則從種皮表皮細(xì)胞開始描述細(xì)胞類型、形狀、顏色、大小、細(xì)胞壁厚薄等。中種皮外層重點(diǎn)描述細(xì)胞類型、層數(shù)、形狀、顏色、細(xì)胞壁的厚度等。中種皮層組織與中種皮內(nèi)層組織的描述方式同中種皮外層組織。內(nèi)種皮組織描述細(xì)胞類型、層數(shù)、形狀、顏色、細(xì)胞壁的厚度。由外向內(nèi)對(duì)逐層組織進(jìn)行描述，直至胚乳、子葉細(xì)胞，包括細(xì)胞界限不清楚的頹廢組織，如圖6 所示。

圖6 砂仁種子橫切面示意圖

種子橫切面特征的原始圖必須大于300 萬像素，JPG 或TIFF 格式，物鏡使用20 倍或40倍，視種子大小而定。種子橫切面特征圖需在圖的右下角標(biāo)注單位為50 μm 或100 μm 的標(biāo)尺。

2.4 粉末特征

種子的粉末特征按照中藥材相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或參考文獻(xiàn)選擇合適的、常見的顯微特征進(jìn)行觀察與拍攝。每張顯微特征圖應(yīng)在300 萬像素以上，物鏡使用40 倍。如果顯微特征較大，也可用20 倍物鏡，但需在粉末特征拼圖上予以注明。各顯微特征應(yīng)拼成一張四方形圖片，特征之間用相同寬度的白色線條進(jìn)行分割，并在圖的右下角標(biāo)注50 μm 的標(biāo)尺，如圖7 所示。

圖7 草豆蔻粉末特征示意圖

種子粉末的每種顯微特征，包括形狀、大小與顏色等都有一定的變異范圍，應(yīng)多觀察特征的大小、形狀的變異情況，文字描述也應(yīng)與之對(duì)應(yīng)。《中國(guó)藥典》中對(duì)中藥材的粉末特征描述仍有豐富空間，當(dāng)發(fā)現(xiàn)一些新的、《中國(guó)藥典》未收載的顯微特征時(shí)，若有必要也應(yīng)收入粉末特征中，文字描述按實(shí)際，以及參考文獻(xiàn)進(jìn)行。

3 展望

中藥材及飲片的真?zhèn)舞b別是中藥質(zhì)量評(píng)價(jià)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[7-9]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的新技術(shù)新方法被應(yīng)用到中藥質(zhì)量控制中?；趥鹘y(tǒng)的鑒別方法，結(jié)合現(xiàn)代顯微鏡及圖像處理技術(shù)所開展的中藥鑒定數(shù)字化研究，為中藥檢驗(yàn)提供科學(xué)準(zhǔn)確參考的同時(shí)，也為實(shí)物標(biāo)本向數(shù)字化標(biāo)本的轉(zhuǎn)型，中藥材性狀顯微特征的遠(yuǎn)程共享、信息比對(duì)及其數(shù)據(jù)庫的建立、實(shí)現(xiàn)中藥材的智能識(shí)別和分類，促進(jìn)中藥的數(shù)字化智能化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。