康帅

中国食品药品检定研究院

张南平*

中国食品药品检定研究院

石佳

中国食品药品检定研究院

马双成*

中国食品药品检定研究院

中药材、中药饮片及中成药是中药的重要组成部分。中药饮片和中成药的原料均来自中药材，由此看出，中药材是“中药质量之源”。中药材性状和显微鉴定作为一种独特的中药质量分析方法，为保证中药质量、保障中药临床用药安全有效发挥着重大作用。著名生药学家楼之岑在1997年出版的《中草药性状和显微鉴定法》曾提到：“由于中草药自身的复杂性和变异性，目前尚无任何一种技术方法能够充分替代中草药的性状和显微鉴定这一古老的技术方法”[1]。近年来，在中药分析水平显著提升的同时，中药质量问题也日渐凸显[2]。传统的性状和显微鉴定方法仍然是不可替代的经典方法。并且，随着显微技术和数字化技术的发展，中药材性状和显微鉴定的研究也在进一步拓展。

目前，传统行业的数字化转型不仅成为我国社会发展的重要趋势之一，也在逐渐成为国家创新性可持续发展的重点。随着国家在人工智能（AI）、5G 等新兴领域的不断投入，数字技术也在不断迭代创新，为中药材鉴定的数字化研究提供了强有力的创新动力。近年来，中国食品药品检定研究院联合多家药品检验检测机构，共同开展了中药民族药数字标本平台的建设工作，尤其是在将传统中药材鉴定方法数字化规范的制定、图文检索系统的开发，以及人工智能识别技术的应用等方面进行了一些探索和尝试。其中，首要的是建立一套从宏观形态到微观结构的中药材性状和显微鉴定数字化研究规范，创新中药材鉴定和混伪品鉴别的思路方法。种子作为植物的繁殖器官，不但具有相对稳定的鉴别特征和独特的组织结构，也是中药材的重要来源。因此，中药民族药数字标本平台首先以种子类药材作为范例，对中药材性状和显微鉴定数字化研究规范的建立进行初次尝试。

1 种子鉴定术语的规范化研究

我国种子鉴定研究机构集中在农业与检疫等部门，主要鉴定对象为杂草种子。以栽培药用植物种子为研究对象的主要为药用植物研究机构。随着中药材标准研究与制定水平的提高，中药材的性状描述逐渐趋向科学、合理，但种子类药材标准仍存在一些术语使用不规范、使用少数俗语等情况。

植物分类学已经建立起了较为规范的植物形态学描述术语体系，几乎可以对任何植物类群进行较准确的形态描述，并以此对植物进行鉴定与分类[3]。但种子形态学研究至今大多仍停留在对研究对象的描述层面，且研究范围主要为杂草种子的鉴定，种子鉴定因缺乏鉴定与分类系统而困难重重。种子分类系统建立的前提是种子鉴定术语的规范化，对各科属种子的特征进行归纳，以确保鉴定与分类工作的正向开展。为此，中国科学院植物研究所研究种子鉴定与分类的专家们对各国种子研究文献进行了整理并归纳，提出了一整套种子形状定义，如种子形态分类研究术语[4]、植物种子形态鉴定方法[5]，后又对以上分散的术语进行综合而得“中国植物种子形态学研究方法和术语”[6]。种子形态鉴定与分类术语的规范化研究，对种子从外部形态到剖面构造，以及微形态特征等进行了规范与标准化，为我国植物种子鉴定与分类学科奠定了研究基础。

2 种子类药材鉴定数字化规范

根据已有的研究方法、描述术语，把种子鉴定研究方法与内容规范化地分成以下4 个部分：性状、剖面、横切面、粉末特征。

2.1 性状

种子性状包括种子大样、种子形状、种子大小等部分。在研究具体的种子时，首先应剔除不成熟的、畸形的样品，并对种子表面进行清洁处理，去掉种子表面的杂质，以保证种子鉴定特征的清晰。种子性状特征的原始图必须大于300 万像素。

2.1.1 种子大样

方法：把较多的、能够代表种子长宽范围的完整种子样品放在背景颜色合适的台面或背景物上，使种子呈自然稳定的状态。种子摆放的构图应尽量美观，必要时可使用图像处理软件进行切割处理。

数量：细小种子（直径＜5 mm）的数量不少于20 个种子，中等大小（直径 5～15 mm）（包含5mm）的不少于15 个种子，大种子（直径≥15mm）的种子数量不少于10 个。

标尺：种子大样图片在拍摄时需要在右侧放置一长度与预想构图等高的标尺，标尺最小长度单位为1 mm，或根据实际情况确定标尺最小刻度的长度单位。

大样摆放时的种子形状一般按2020年版《中国药典》性状项进行描述，2020年版《中国药典》以外的品种按其他标准收载的描述为准，没有标准收载的按实际观察情况，或参考相关文献进行描述。

2.1.2 种子形状

种子的形状包括种子的正面观、侧面观与腹（脐）面观等三个基本面的种子形状。这三个基本面图片的摆设不放置标尺。选择典型的、能够代表种子形态特征的中等大小的种子进行观察与拍照。

正面观：种脐朝向下端，种子最大表面轮廓面朝上，朝上面称为种子的正面观。如果正反两面种子的表面特征不同，建议拍摄两面的图片，并进行描述，如图1A、图2A 所示。

此外，直生胚的种子把种脐朝向下端；弯生或横生胚的种子除了种脐朝下端以外，还必须把发芽孔（胚根先端指向的位置）放置在右侧或右下角。

侧面观：把正面观摆放的种子的侧面立起来朝上，此时朝上面称为种子的侧面观。如果种子的两侧表面特征不同，建议两个侧面都拍摄图片，并进行描述，如图1B、图2B 所示。

腹（脐）面观：种脐朝上，拍摄与观察种脐的位置、大小、形状、纹理，以及其他特征。如果种子的腹（脐）面观与顶面观的表面特征不同，建议两个面都拍摄图片，并进行描述，如图1C、图2C 所示。

图1 瓜蒌子（双边栝楼）的三个基本面摆放示例图（直生胚）

图2 黎豆的三个基本面摆放示例图（弯生胚）

按照植物形态学对形状的描述规定：种子宽度小于长度的称狭，宽度大于长度的称扁或横窄[6]。如黎豆的形状为正面观扁圆形或横椭圆形，侧面观狭椭圆形；腹（脐）面观扁椭圆形。

2.1.3 种子大小

种子的大小系指种子在规范摆放、规范测量方式下所测量种子大小的数值。种子的大小以长（L）、宽（W）和厚度（T）表示。各量度均以种子的最小值至最大值表示，单位毫米。测量种子大小时一般情况下，可使用卡尺、坐标格纸(适于大、中粒)、体式显微镜(适于小粒)，最小精度0.1mm，统一为两位有效数字。极端小或大的种子可以不进行测量，或写偶见大于多少个长度单位。种子的长、宽、厚数值，以实际的测量数据为准。

长度：系指种子正面观摆放时，种脐端至种子的相对的顶端间或着生种脐的腹面至种子相对的顶面间的轴长，如图3A 所示。

宽度：系指种子正面观摆放时，垂直于长度轴的种子最大直线距离，如图3A 所示。

厚度：系指垂直于宽度的第3 平面的直线距离，即种子的侧面观摆放方式下测量种子的厚度，如图3B 所示。

图3 种子大小测量方式示意图

2.1.4 表面特征

种子的表面特征是指种子的颜色、表面纹理、表面沟槽、表面毛状物、腺体等。

表面颜色，除红、橙、黄、绿、白、黑、灰、褐等主色外，还应根据色调不同加以修饰，如红褐色、灰褐色、黄褐色、浅褐色等。

表面纹理包括：表面的细小条纹、网纹、颗粒、凹穴、沟、棱、脉、褶皱等表面具有的特征。

表面毛状物包括种子上的冠毛、被毛、腺毛等特征。

表面颜色、纹理、毛状物等特征的描述按植物学种子形态描述文献进行[4]。表面特征如果较小，需要用体式显微镜进行拍摄，并在图片的右下方放置合适的标尺，一般以毫米、微米为最小长度单位。

2.1.5 表面构造

种子表面构造包括：种脐、种脊、合点、种阜、种孔（发芽孔）等种子固有的特征。需要描述各特征的位置、形状、颜色、纹理等信息，并拍摄特写。如果种子表面还有其他明显的鉴别特征，也应拍摄微性状图，并进行描述。

2.2 剖面特征

种子剖面的摆放方式应与种子正面观的摆放方式一致，即种脐朝向下端，胚根放在右侧或右下角。种子剖面图加注标尺。

2.2.1 纵剖面

沿种子的长轴方向纵向切开，尽量把胚纵切成左右对称的两瓣。双子叶植物无胚乳种子应沿子叶中间切开，并对该特征进行拍摄。观察与描述剖面形状，胚乳有无，胚的类型、形状、大小、颜色，子叶的形状、大小、颜色等，如图4A、图5A 所示。

如果胚的形状不规则或有胚乳种子的胚较短（横剖面没有胚）时，应取出胚单独拍摄。

2.2.2 横剖面

沿种子的横轴方向的中部把种子切断，对该特征进行拍摄，应能够清楚地表现出：胚的形状、大小、颜色，子叶形状，以及胚乳的有无等。

胚和胚乳的界线难以区别时，对一些含淀粉为主的有胚乳种子，可将稀碘液滴在切面上，使含淀粉的胚乳显现蓝色。对淀粉比较少的胚乳种子，可在切面滴几滴水，几分钟后，可显现出胚和胚乳的分界线，如图4B、图5B 所示。

图4 直生胚种子剖面摆放示例图

图5 弯生胚种子剖面摆放示例图

2.3 横切面特征

沿种子长轴方向的中部位置横向切片，装片。较大的种子取一半切片即可，小种子或不易切片的种子建议采用冰冻切片或石蜡切片方法进行切片。

为了保证种皮组织描述的统一性，种皮构造及名称按上述，由外向内进行描述。首先描述外种皮细胞，如果外种皮只有1 层细胞，则从种皮表皮细胞开始描述细胞类型、形状、颜色、大小、细胞壁厚薄等。中种皮外层重点描述细胞类型、层数、形状、颜色、细胞壁的厚度等。中种皮层组织与中种皮内层组织的描述方式同中种皮外层组织。内种皮组织描述细胞类型、层数、形状、颜色、细胞壁的厚度。由外向内对逐层组织进行描述，直至胚乳、子叶细胞，包括细胞界限不清楚的颓废组织，如图6 所示。

图6 砂仁种子横切面示意图

种子横切面特征的原始图必须大于300 万像素，JPG 或TIFF 格式，物镜使用20 倍或40倍，视种子大小而定。种子横切面特征图需在图的右下角标注单位为50 μm 或100 μm 的标尺。

2.4 粉末特征

种子的粉末特征按照中药材相关标准或参考文献选择合适的、常见的显微特征进行观察与拍摄。每张显微特征图应在300 万像素以上，物镜使用40 倍。如果显微特征较大，也可用20 倍物镜，但需在粉末特征拼图上予以注明。各显微特征应拼成一张四方形图片，特征之间用相同宽度的白色线条进行分割，并在图的右下角标注50 μm 的标尺，如图7 所示。

图7 草豆蔻粉末特征示意图

种子粉末的每种显微特征，包括形状、大小与颜色等都有一定的变异范围，应多观察特征的大小、形状的变异情况，文字描述也应与之对应。《中国药典》中对中药材的粉末特征描述仍有丰富空间，当发现一些新的、《中国药典》未收载的显微特征时，若有必要也应收入粉末特征中，文字描述按实际，以及参考文献进行。

3 展望

中药材及饮片的真伪鉴别是中药质量评价中的关键环节[7-9]。随着科学技术的进步，越来越多的新技术新方法被应用到中药质量控制中。基于传统的鉴别方法，结合现代显微镜及图像处理技术所开展的中药鉴定数字化研究，为中药检验提供科学准确参考的同时，也为实物标本向数字化标本的转型，中药材性状显微特征的远程共享、信息比对及其数据库的建立、实现中药材的智能识别和分类，促进中药的数字化智能化的发展奠定了基础。