药用植物种质资源

第四章药用植物的种质资源第一节药用植物种质资源概述•【学习要点】•1.掌握种质资源、药用植物种质资源的概念。•2.熟悉药用植物种质资源的类型和特点。•3.了解药用植物种质资源研究工作的意义。一、药用植物种质资源的概念和意义1.药用植物种质资源的概念•种质是生物体能够通过繁殖传递给子代个体或群体的遗传物质。•德国遗传学家魏斯曼所提出的“种质学说”认为种质是亲代传递给后代的遗传物质，不受环境的影响，并产生“体质”。实质上，种质就是基因•种质资源是指选育新品种的基础材料，包括各种植物的栽培种、野生种的繁殖材料以及利用上述繁殖材料人工创造的各种植物的遗传材料。•对于植物来说，不仅包括种子，还包括植株、根、茎、胚芽、细胞、原生质体、DNA片段等。•广义的药用植物种质资源包括藻类、菌类、地衣植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物等所拥有的药用遗传资源。•狭义的药用植物种质资源通常是就某一具体的物种而言，如“人参的种质资源”、“贝母的种质资源”、“丹参的种质资源”等。•种质资源的最高表现形式是育成的优良品种。黄果人参红果人参2.药用植物种质资源研究的目的意义•药用植物种质资源研究刚刚起步，存在的问题很多。•大部分栽培药材仅经过短期引种和驯化，而引种时又存在盲目性，未经筛选评价。•栽培群体种质混杂、植株间良莠不齐。即使是经过初步筛选的“农家品种”，通常是从外观质量和产量评价。•（1）药用植物种质资源是引种栽培和资源持续利用的基础•红豆杉属有11种，种下又有许多地理宗和栽培种，仅欧洲红豆杉（T.baecataL.）就有不少于40个地理宗，有效成分紫杉醇在树皮中的含量通常仅有0.010％。•在对红豆杉种质资源考察基础上，筛选曼地亚红豆杉，其紫杉醇含量高0.014％，并具有萌发力强、生产快，扦插繁殖容易、对环境适应性强等优点，已成为红豆杉栽培的主流品种。•（2）药用植物种质资源是育种工作的物质基础•药用植物种质资源是育种的基础，育种上突破性的成就取决于关键性状的变异及其基因的发现和利用。•药用植物的种质资源对优质药材的生产有着巨大影响，许多疗效优异的“道地药材”的形成在一定程度上应归功于优良“地方品种”的作用。•药用植物种质资源是人类利用植物的遗传变异选育新品种的主要材料来源，是开展药用植物育种工作的物质基础。•许多中药如人参、菊花、薄荷、红花、枸杞、地黄、贝母、山药、玉竹、桔梗、菘蓝、大麻、银杏、薏苡、石斛、益母草、金银花、杜仲、党参、番红花、丹参、麦冬、当归等已形成地方优良“品种”。•由于无法知道遗传纯度，故还不能算作真正的品种。目前更多的药材正面临艰巨的育种任务，同时也应加速引进和应用育种学新技术和新方法。•（3）药用植物种质资源是保证药材质量的基础•种质的优劣对药材的质量和产量具有决定性的作用。•目前常用的800种中药中，大多数品种来源于野生资源，仅300种左右进行过引种栽培的工作，200余种有大面积栽培。•人参人工栽培已有300多年的历史，目前已经产生了几种农家类型或称农家品种•以根及根茎的形态分为大马牙、二马牙、圆膀圆芦、长脖等类型或地方品种.•以地上部分形态分为黄果人参、红果人参、橙果人参、紫茎人参、青茎人参、紧穗、散穗等类型。•黄果人参比红果人参总皂苷含量平均高0.7%；二醇组皂苷比红果人参高0.8%；三醇组皂苷比红果人参高0.28%。•凤丹起源为杨山牡丹(PaeoniaostiiT．HongetJ．X．Zhan）在铜陵地区长期栽培形成的地道药材。牡丹凤丹二、药用植物种质资源的类别1.根据来源进行分类•（1）本地种质资源•是指古老的地方品种和当前推广的改良品种。具有以下特点：•①对当地自然条件和生态特点具有高度适应性•②反映了当地人民生产和生活的需要•③具有独特的优良性状•④古老的地方品种，不耐肥水，产量较低，抗病性较差。•（2）外地种质资源•由其他国家或其他地区引入的种质资源。具有以下特点：•①能反映原产地区的自然条件和生产特点•②多数外地种质资源对当地条件适应性差。•（3）野生种质资源•指各种药用品种的近缘野生种和有价值的野生药用植物。•它是在特定的条件下，经过长期自然选择形成的，常具有栽培中药欠缺的一些重要性状。尤其是顽强的抗逆性，独特的品质及雄性不育特性等特点。•目前大部分药用植物种质资源仍属于野生种质资源。•（4）人工创造种质资源•指通过各种途径（杂交、诱变等）产生的杂种、突变体和中间材料。四倍体和二倍体绵杂麦168彩色糯玉米杂交种-紫玉转基因水果2.根据亲缘关系分类•（1）初级基因库（Gp-1）•同一种内的材料，相当于传统的生物种的概念，即在该基因库内的各个类型间能相互杂交、杂种可育、基因转移较简单的材料。•（2）次级基因库(Gp-2)：•近缘野生种、近缘属的植物；包括能和该物种杂交的生物种与近缘种。•（3）三级基因库（Gp-3）：远缘种属，与该作物亲缘关系较远的植物，与该作物杂交时，杂交不实和杂种不育现象十分严重的材料。3.根据研究范围分类•（1）地区性种质资源：•指一个地区或区域内所有的具有药用种质材料。•（2）单一种类种质资源：•某一具体药用物种所有的具有药用种质材料。三、药用植物种质资源的特点1.独特的划分和筛选的标准•作物侧重产量、营养价值和风味，药用植物追求质量。药用植物中用来治病的有效成分多为植物次生代谢产物。•(1)在植物体中有的含量甚微，仅有百分之几甚至万分之几.•(2)无法直接观察到，只能借助理化分析手段才能获得.•(3)易受环境影响而发生改变。•很难确定遗传和环境各自所起的作用。利用分子生物学的方法直接分析DNA是药用植物种质资源研究的一条重要途径。2.具有很强的地域性•传统中药材生产强调药材的道地性。道地药材常常是在一个特定地区经长期自然和人工选择后形成的，如潞党、石柱参、贡菊等。这些品种最适合当地土壤气候条件和耕作制度，该地区条件也最适合目的性状的表达。•药用植物的种质资源更强调地域性。一个道地的药用植物品种或农家类型除了生态因素以外，遗传因素也有不可忽视的作用。•在传统的道地药材中存在着一些经过多年选择但未完全纯化的地方优良品种，这是我们研究药用植物种质资源的宝贵财富。3.药用植物中的种质资源•人参：大马芽、二马芽、长脖、青茎、圆脖、圆芦、黄果人参、橙红果人参、吉参1号等•地黄：小黑英，大青英、金状元、白状元、红薯王、北京一号、北京二号、邢疙瘩、里外青、野葛杞、莴苣棵、七顶葵、郭里茂、茎尖16号、金白1号、红金号、四齿锚、金丝钓鱼、穿地龙、千层叶、大青叶等•酸橙：臭橙、香橙、鸡子橙、芝麻橙•益母草：冬性、晚熟型和早熟型•木瓜：芝麻点、罗汉脐、苹果型•枸杞：大麻叶、宁杞一号、宁杞二号、三倍体0105、圆果枸杞、黄果枸杞、小黄果枸杞天麻：红杆天麻、乌杆天麻、绿杆天麻半夏：柳叶型半夏、桃叶型半夏元胡：大叶元胡、小叶元胡乌头：南瓜叶、丝瓜叶、小花叶桔梗：紫花桔梗、白花桔梗、黄花桔梗黄芪：紫杆、绿杆、光茎、毛茎黄芩：早熟型、晚熟型吴茱萸：米辣子、大辣子、花花椒•丹参：白花丹参、紫花丹参、四倍体丹参、61-2-22•大黄：绿叶大黄、红叶大黄红花：吉红1号、新红花1号、新红花2号、新红花•金银花：小毛花、大毛花、九丰一号、小鸡爪花、大鸡爪花、细毛针(线花)、红裤腿、牛儿腿、麻针、大麻叶1、大麻叶2、中金一号、野生忍冬、红梗子、红金银花、金仓1号、蒙山红、湘蕾一号等•3号、新红花4号、裕民红花、川红1号山药：太谷、铁棍、大白皮、小白皮第二节药用植物种质资源的采集与保存•【学习要点】•1.掌握药用植物种质资源考察的内容。•2.熟悉药用植物种质资源的收集对象、原则、方法和常用的保存方式。•3.了解药用植物种质资源考察的准备工作和种质资源的管理。一、药用植物种质资源的考察（一）考察前的准备工作•进行药用植物种质资源考察，必须事先制定周密的计划，做好各项充分的准备，这是考察取得满意成果的前提。考察前需做好以下几方面工作：•1．制定考察计划•在制定计划前，要查阅有关资料。通过文献资料，制定考察地点和路线、时间、经费预算以及物资设备等。•（1）确定考察地点和路线•包括地区性种质资源考察和单一种类考察。•地区性种质资源考察应把重点放在以下三种地区：•①药用植物的初生起源中心和次生起源中心，植物多样性最丰富地区•②药用植物种质资源遭受损失和威胁最大的地区。•单一种类种质资源考察应根据主产地、道地产地、多样性丰富地区等设计考察地点和路线。•（2）时间安排•由于中药的特殊性，必须根据植物的生长特性和药用采收期来决定考察时间。既要有充分的时间去完成考察任务，又要从经费开支和工作进程的角度着想，不能把时间拉得太长。•（3）物资设备的准备•GPS仪•照相机•标本夹•装好变色硅胶的小密封袋•生活用品（包括药品）（二）药用植物种质考察的内容•（1）栽培药用植物的品种（品系）和产量•（2）药用植物种质资源的形态变异类型•（3）药用植物种质资源的生物学特性•（4）药用植物种质资源的产量•（5）药用植物种质资源药用部位、药用价值1．文字（影像）记录•（1）种质生境信息•①地理位置：包括考察点的行政区域（写明省、县、乡、村及小地名）、经纬度、海拔、地势、坡向、坡度等。•②水土状况：包括土壤类型、水文条件等。•③气候条件：包括年均温、月均温、最高温、最低温、无霜期、太阳辐射量、降雨量等。通过气象部门获得。•④生态条件：包括植被状况、伴生植物（野生资源）、轮作（间作、套作）作物等。•（2）种质资源本身的信息•①种质类别:野生、栽培等。•②种质名称:中文名、学名、别名、地方名等。•③种质编号:考察时的编号。•④利用价值:包括产量、品质、用途。•⑤利用情况:包括栽培历史、分布情况等。•⑥植物学特征：•⑦生物学特性:包括生长习性、花期、果期等。2．实物样本•（1）压制标本•（2）硅胶干燥的叶片•（3）药用部位•（4）种子或繁殖器官3.采样技术•进行分子生药学研究的核心内容是考察不同居群的DNA变异规律及药效成分的变异规律，阐明种质资源的特征，因此取样策略和单纯的药效成分研究取样有所差异。•分子生药学的取样策略是指对一定地理分布范围内的生物个体取样时，使样本具有代表性和包含尽可能多的遗传变异的最佳取样方法。•研究对象本身的特性：物种的遗传多样性水平和分布、居群遗传结构、基因流和繁育系统以及由环境因素引起的变化等.•取样的目的：是为了遗传多样性的保护和可持续利用，还是为了进行某一方向的研究；是考虑整个物种，还是该物种在特定区域的居群之间或者是居群内的遗传多样性等。•研究对象是整个物种：样本要能够代表该物种的整体遗传多样性水平，应该尽可能覆盖该物种的分布区。•研究对象是物种在特定区域的居群间的遗传多样性水平：在该区域合理地选取具有代表性的居群•针对不同的研究对象和研究目的应该制定相应的取样策略。（1）居群内的样本数和空间距离•通常认为一个居群内最佳的取样数要求包括95%以上基因频率大于0.05的等位基因。•在不知道某一物种生物学特性和遗传背景的情况下，对一个居群进行资源保护的随机取样数目可以确定在30个左右。•如果该植物为异交，样本的数量可以适当降低；如果该植物为自交，可以适当增加样本的数量。实例•用ISSR分子标记对野生大豆这一严格自交的一年生植物的居群遗传学研究和多次随机抽样统计的结果表明：•35-45个样本能基本包含该居群100个样本中绝大部分的遗传变异。•居群内取样的空间距离也应根据其繁育系统、居群内生境的异质性和遗传多样性的结构及空间分布来决定。对野生大豆取样时每一个个体应该相隔10m以上，这样才能保证不对遗传变异完全相同的个体重复取样。（2）取样方法•在不知道居群的遗传多样性水平及其分布、繁育系统、种子传播及花粉传播等机制的情况下，采用随机取样法。•当居群内的生境异质性比较明显，个体分布于不同斑块时，采用分层取样法。即首先将居群按异质生境分成不同斑块，然后在斑块内进行随机取样。•系统取样法要求样本在居群内平均分布，这在操作上与严格的随机取样相比较为简单，并且能保证样本覆盖整个居群。•偏差取样法是将某一性状如花色和叶片形状等的变