7月15日，在第二十八届中国科协年会主论坛上，中国科协隆重发布2026重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题。其中，由中华中医药学会推荐的“基于植物代谢协同机制研究提升中药材品质”成功入选重大产业技术问题。这是我会推荐的中医药选题第4次入选中国科协重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题。
为研判科技前瞻布局，引领原创性科研攻关，服务国家重大战略需求，中国科协组织征集遴选“2026重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题”。从前沿性、引领性、创新性、战略性四个方面严格把关，经过严谨规范的审读、评议、投票等程序，最终选出10个前沿科学问题、10个工程技术难题和10个产业技术问题。
项目介绍
中文题目：基于植物代谢协同机制研究提升中药材品质
问题描述：当前药材栽培普遍存在重产量、轻质量的产业痛点，严重影响中医临床疗效，其本质是人工环境下药用植物生长发育（初生代谢）与药效物质合成（次生代谢）无法协同平衡。通过系统解析药用植物初生-次生代谢协同调控分子机制，阐明代谢流分配规律与关键调控靶点，建立基于分子生药学的精准调控技术体系，定向平衡营养生长与药效成分积累，实现栽培中药材品质与道地药材品质接近或一致，是保障中药资源可持续供给、提升中药临床疗效、推动中医药产业高质量发展的重大产业技术难题。
问题背景：长期以来，药用植物的栽培研究深受现代农业“高产导向”的影响，试图通过水肥优化、激素调控等手段最大限度提升生物产量。然而，随着中药临床对高品质药材（道地药材）需求的日益增加，一个核心矛盾逐渐凸显：药用植物的快速生长（初生代谢）与药效物质合成（次生代谢）之间资源分配的权衡。从植物生理学角度看，药效物质（次生代谢产物）通常并非植物生长所必需，而是在特殊生长发育阶段、逆境胁迫等特定条件下激活的防御或应激的产物。现代栽培模式通过优化光、温、水、肥创造了“舒适”环境，虽然极大促进了初生代谢提高了生物量积累，却抑制了药效物质的合成，导致“产量高、品质差”的现象。这一问题的本质，是对药用植物代谢流分配的时空规律的认知空白——即光合碳同化物在生长与防御、初生代谢与次生代谢之间的流向与调控平衡不明确。
要实现道地药材的产量和质量同提升，关键在于对初生-次生代谢协同调控分配分子机制的系统解析。随着我们的不断深入研究，尽管已有研究发现了部分转录因子或信号分子能单独诱导次生代谢，但如何在不牺牲生物量积累的前提下，定向调控代谢流流向药效物质合成通路，仍是尚未解决的关键科学问题。
随着组学数据的倍增、合成生物学和人工智能等的发展应用，建立基于分子生药学的精准调控技术体系，从代谢网络层面解析并干预生长发育与品质形成的平衡，已成为突破当前中药资源可持续供给瓶颈、实现栽培药材品质大幅提升的科学前沿与产业技术制高点。
最新进展：针对中药材品质形成分子机制研究，已报道了一些转录因子和激素信号，参与调控碳代谢流分配，实现了丹参、黄芪等药材“增产又增质”。基于代谢调控靶点，开发了精准调控代谢流导向技术，如智能缓释诱导子、光质调控及微生物协同等策略。该类技术在不抑制生长前提下，可使三七、金银花等药材的药效物质含量显著提升，栽培药材品质逐步接近道地药材水平，大幅提升了人工栽培药用植物的品质与药用价值，为药用植物优质高效栽培提供了切实可行的技术支撑。
未来关键难点与挑战：药用植物人工栽培的精准调控仍面临多重瓶颈与挑战，主要体现在：（1）代谢网络具有显著的系统复杂性，初生与次生代谢涉及数百个酶和代谢物，通路间存在复杂的反馈抑制效应与旁路分流现象，单一靶点调控往往引发“按下葫芦浮起瓢”的代偿性效应，亟需构建系统生物学模型，为多靶点协同干预策略提供科学指导；（2）产量与品质的“生长-防御”权衡难题突出，常规的干旱、光照等调节次生代谢的措施会显著抑制植株生长、降低生物量，如何在不牺牲产量的前提下实现“精准胁迫”仍是当前药用植物栽培工程中的核心瓶颈；（3）存在从实验室到田间的转化鸿沟，温室条件下有效的调控因子（如特定光谱、诱导子浓度）在田间受土壤、气候、根际微生物群落等复杂因素干扰，导致调控效果的稳定性与可重复性差；（4）道地药材品质形成的时空动态机制尚不明确，药用植物不同生长阶段、不同组织部位对代谢流分配需求存在明显差异，目前缺乏高效的实时无损监测与动态调控手段。基于此，未来需融合分子机制研究、分子设计育种、智能传感检测与田间表型组学等多学科技术，构建“基因-代谢-环境”一体化精准栽培体系，为破解上述瓶颈、实现药用植物优质高效栽培提供全新路径。
推荐理由：系统揭示植物初生-次生代谢协同调控的普适性规律，破解中药“高产低效”产业困境，减少对野生资源的依赖，保障中药材的高品质可持续供给，提升药材附加值，以药材产业推动乡村振兴；通过提升中药材品质保障和提升中医临床疗效，增强公众对中医药的认可，助力健康中国战略落地实施，推动生态文明建设协同发展，实现中医药产业高质量发展与生态文明的良性互动。
执笔专家：郭娟，中国中医科学院首席研究员，中国中医科学院中药资源中心副主任/大连海洋中医药研究院院长；詹志来，中国中医科学院中药资源中心研究员；唐金富，中国中医科学院中药资源中心研究员；张逸风，中国中医科学院中药资源中心副研究员
推荐专家：黄璐琦，中国工程院院士，中国中医科学院院长；陈凯先，中国科学院院士，中国科学院上海药物研究所研究员，上海中医药大学学术委员会主任
特别致谢工作组专家：许海玉，董政起，李欣，徐汉辰，李耿
延伸阅读
受中国科协委托，中华中医药学会自2019年开始，组织开展中医药领域重大科技问题难题征集遴选活动。这是我会推荐的中医药选题第4次入选中国科协发布的“重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题”。此前，由我会推荐的“中医药临床疗效评价创新方法与技术”、“调节人体免疫功能的中医药机制是什么？”、“构建珍稀濒危中药材的繁育技术体系及其可持续开发利用”也分别入选了2019年、2020年、2024年的中国科协发布的重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题。
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