藥用型和食用型桔梗定向選育的研究進展※

蔣 桃 祖矩雄 李蘭嵐

（湖南食品藥品職業(yè)學院中藥學院，湖南 長沙 410208）

桔梗 [platycodon grandiflorum(Jacq.)A.DC.]為桔?？贫嗄晟荼舅幱弥参?，最早記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》。其根藥食兼用，具有宣肺、利咽、排膿之功效，也可制作成泡菜等功能性食品，花亦作為插花使用，現(xiàn)開發(fā)成為集藥用、食用、觀賞于一體的大宗藥材和經(jīng)濟作物，市場需求量極大。

1 桔梗的資源分布

野生桔梗自然生長于海拔2 000米以下的向陽處草叢和灌叢中，在我國大部分地區(qū)、前蘇聯(lián)、東西伯利亞地區(qū)、朝鮮半島和日本半島有分布。隨著桔梗需求量的增大和人們的過度采挖，現(xiàn)已廣泛栽培。目前，中國西南地區(qū)種植面積最大，以華北的質(zhì)量最好。安徽、河北、河南、四川、江蘇、浙江和內(nèi)蒙古等省份種植的規(guī)模也相對較大。此外，根據(jù)不同的產(chǎn)區(qū)，有南桔梗和北桔梗之分，但是沒有明確的劃分標準。金世元[1]、陳京荔等[2]認為南桔梗主產(chǎn)于江蘇、浙江、安徽、湖南、四川、貴州等地，多為野生。北桔梗主產(chǎn)于東北三省、河北、山西、內(nèi)蒙古等地，全為野生。而李國清等[3]則認為生長在華東地區(qū)如安徽、江蘇等地的桔梗稱為南桔梗。桔梗因其廣闊的資源分布，為其種質(zhì)資源的保護和進化提供了有利條件，同時為新品種選育提供了遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 桔梗的種質(zhì)研究

桔梗資源的分類利用以及新品種的選育必須依賴現(xiàn)有關(guān)鍵性桔梗種質(zhì)資源的研究。國內(nèi)桔梗種質(zhì)資源研究主要集中在農(nóng)藝性狀觀察、化學成分分析和分子生物學技術(shù)等3個方面。

2.1 基于農(nóng)藝性狀觀察 桔梗農(nóng)藝學性狀研究，通常采用根粗、莖粗、株高、主莖葉片數(shù)、葉長、葉寬、分枝數(shù)、花冠直徑、結(jié)果率等指標。嚴一字等[4]發(fā)現(xiàn)紫花桔梗根粗、側(cè)根數(shù)、單根鮮重平均值高于白花桔梗，但差異并不很明顯，且兩種花色桔梗平均根長無差異。薛均誠[5]研究發(fā)現(xiàn)紫花桔梗和白花桔梗的株高和莖粗無明顯差異，但紫花桔梗主莖葉數(shù)、分枝數(shù)、莖葉鮮重等明顯高于白花桔梗。李美善等[6]通過對矮稈紫花桔梗與高稈白花桔梗進行雜交，結(jié)果桔梗株高表現(xiàn)出數(shù)量性狀遺傳的基本特征，均呈連續(xù)分布的趨勢，而花色遺傳符合一對相對性狀的遺傳規(guī)律。農(nóng)藝性狀的遺傳研究是種質(zhì)資源研究的重要內(nèi)容，有關(guān)桔梗農(nóng)藝性狀的對比研究主要集中在紫花桔梗和白花桔梗兩個品種及其雜交后代上，紫花桔梗在農(nóng)藝性狀上總體上要優(yōu)于白花桔梗，這對桔梗種質(zhì)改良和新品種選育具有重要指導(dǎo)意義。

2.2 基于化學成分分析 通過對化學成分的研究，可闡明化學成分與物種親緣的關(guān)系，尋找新的優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源。何曉梅[7]對25種不同來源桔梗種質(zhì)資源的總皂苷含量進行研究，發(fā)現(xiàn)桔梗種質(zhì)資源之間總皂苷的含量有差異，紫花桔梗種質(zhì)資源的總皂苷的含量比白花桔梗高。仉勁等[8]對不同桔梗品種的氨基酸、可溶性糖、蛋白質(zhì)、總酚、類黃酮等成分進行測定，發(fā)現(xiàn)粉花桔梗中含人體必需氨基酸總含量稍高于紫花桔梗的含量，認為粉花桔梗可作為藥食兩用新品系進行推廣種植。王新軍等[9-10]認為不同產(chǎn)地的桔梗中桔梗皂苷D含量和多糖含量存在一定相關(guān)性，通過多指標評價不同產(chǎn)地的桔梗藥材質(zhì)量，可為桔梗藥材的選用提供依據(jù)。由此可見，不同桔梗種質(zhì)在化學成分上存在差異，可以作為桔梗種質(zhì)資源的評價標準，可為定向選育食用和藥用兩種桔梗新品種提供依據(jù)。

2.3 基于分子生物學技術(shù)

2.3.1 蛋白質(zhì)電泳技術(shù) 酶是一類有特殊功能的蛋白質(zhì)，控制著植物形態(tài)（表現(xiàn)型）和代謝產(chǎn)物的合成。李喜鳳[11]、王新軍[12]、石俊英[13]發(fā)現(xiàn)同一種桔梗藥材的蛋白質(zhì)電泳譜穩(wěn)定性、重復(fù)性良好，不受產(chǎn)地與年限的影響；不同產(chǎn)地桔梗的蛋白質(zhì)同工酶存在數(shù)量和活性強度的差異；不同產(chǎn)地桔梗之間存在遺傳差異性，電泳可作為桔?？浦参镉H緣關(guān)系鑒定和發(fā)育階段研究的可靠方法。因此，利用蛋白質(zhì)電泳技術(shù)研究桔梗種質(zhì)資源及其相互關(guān)系，在桔梗的種質(zhì)資源分類及品種選育等方面具有重要意義。

2.3.2 DNA指紋圖譜技術(shù) 農(nóng)藝性狀是對形態(tài) (表現(xiàn)型)進行觀察，而通過對DNA遺傳物質(zhì)的深入研究，可直接比較不同種質(zhì)間遺傳基礎(chǔ)物質(zhì)的差異，獲得豐富控制形態(tài) (表現(xiàn)型)的內(nèi)在遺傳信息，為新品種培育提供細胞學水平的選擇依據(jù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。王立平等[14]通過RAPD方法對紫花桔梗和白花桔梗進行了鑒別。魏建和等[15]采用RAPD技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)栽培中的桔梗種質(zhì)資源是混雜的。嚴一字等[16]利用RAPD方法將24個種質(zhì)資源分為7類亞群。桔梗種質(zhì)資源的聚類結(jié)果與地域性有一定關(guān)系的結(jié)論也得到郭靖等[17]對桔梗種質(zhì)研究的證實。在基因方面，吳松權(quán)[18]、于瑩等[19]研究發(fā)現(xiàn)SRAPP等分子標記技術(shù)可用于桔梗種內(nèi)基因遺傳多樣性的研究。以上研究結(jié)果表明，在尋找品種間遺傳物質(zhì)的差別上，DNA指紋圖譜技術(shù)為中藥材桔梗種質(zhì)資源的分類與鑒定開辟了一條新途徑。

3 桔梗的育種技術(shù)

種質(zhì)資源是成功選育新品種的基礎(chǔ)，篩選出產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)良、抗逆性強的新品種是桔梗育種的主要目標。到目前，雜交、誘變、多倍體誘導(dǎo)、基因工程、定向選擇等傳統(tǒng)與現(xiàn)代生物技術(shù)相結(jié)合的育種技術(shù)在桔梗選育研究上都有探索。

3.1 雜交育種 王志芬[20]、劉自剛等[21]先后發(fā)現(xiàn)了桔梗的雄性不育材料，為培育出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的桔梗雜交品種奠定堅實基礎(chǔ)。李美善等[22]研究認為雜交后代在各組間及各性狀間優(yōu)勢明顯。魏建和等[23]利用利用雜交技術(shù)培育出了生長勢強、產(chǎn)量高、抗立枯病的應(yīng)用價值各異桔梗新品種。雜交可以使不同桔梗品種的基因重新組合，形成各種不同類型，為選擇桔梗新品種的培育提供豐富的材料。

3.2 空間誘變育種 植物通過航天育種太空誘變后，其遺傳物質(zhì)大多會發(fā)生變異。高文遠等[24]研究了衛(wèi)星搭載對桔梗超微結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)空間輻射后桔梗的細胞核和葉綠體等超微結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。王文靜[25]、郭西華等[26]對第4代太空誘變桔梗種的微量元素、非晶態(tài)有機物及其含量比較分析后發(fā)現(xiàn)，桔梗經(jīng)誘變后其Zn、Mn、皂苷、甾體、多糖類、桔梗酸、脂肪油、脂肪酸、揮發(fā)油、木質(zhì)素、氨基酸等含量有所增加。由此可見，空間誘變能提供自然進化過程中難以產(chǎn)生的、不易發(fā)現(xiàn)、特異的新型種質(zhì)資源，可為桔梗新品種的選育開辟一條新途徑。

3.3 多倍體育種 多倍體育種作為植物倍性育種的一種重要手段，有著不同于其他育種方法的特殊性和優(yōu)勢，經(jīng)誘導(dǎo)獲得的多倍體植株通常表現(xiàn)出株型大、生長勢強、成分含量高等特點。高山林[27]、彭向東等[28]發(fā)現(xiàn)四倍體桔梗植株表現(xiàn)出了多倍體植株的巨大性、高產(chǎn)性及高含量的特性。劉利等[29]認為桔梗同源四倍體具有較好的遺傳穩(wěn)定性，為桔梗多倍體育種技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)應(yīng)用提供了依據(jù)。但由于多倍體的不育特性，目前還沒有可用于推廣種植的多倍體桔梗品種。

3.4 基因工程育種 藥用植物基因工程技術(shù)在提高抗病性、抗逆性、有效成分含量和改善藥材品質(zhì)等方面有著廣泛的應(yīng)用。張美萍[30]、劉偉華等[31]用發(fā)根農(nóng)桿菌對桔梗葉進行轉(zhuǎn)化，獲得了轉(zhuǎn)化根及其再生植株，為篩選有益農(nóng)藝性狀的個體和培育桔梗新品種奠定了基礎(chǔ)。王義等[32]用農(nóng)桿菌PRi9402轉(zhuǎn)化篩選出一個增殖率高的發(fā)狀根無性系（P9C3）和具有良好農(nóng)藝性狀的再生植株。盡管基因工程技術(shù)在改良藥用植物、豐富藥用植物種質(zhì)資源等有著良好的發(fā)展前景，但其安全性、藥用價值是否改變等尚存爭議。

3.5 定向育種 根型對桔梗藥用和食用商品價值均有影響，食用以根條長、肥大、無分杈、脆嫩者受加工戶和消費者青睞。除考慮根型外，不同種質(zhì)的化學成分的種類和含量差異較大。藥用桔梗一般以桔梗皂苷的含量高低作為主要質(zhì)量評價指標，而食用桔梗則偏向于考慮多糖、氨基酸、粗纖維等營養(yǎng)成分及口感。

我國學者在藥用型和食用型桔梗新品種定向選育方面已有探索并取得初步成效。高文遠等[33]從紫花桔梗中篩選出一種蔗糖和果糖含量較高，適合作為食品加工使用的倒伏型桔梗。鞏毅剛等[34]選育出了藥用食用兼觀賞的野生桔梗優(yōu)良品種“九桔蘭花”，并探索出了該品種的高產(chǎn)家植技術(shù)。李挺等[35]從桔梗品種的變異單株中選育出了高產(chǎn)藥食兼用桔梗新品種——“太桔1號”。朱彥威等[36]從河南大別山流域農(nóng)家桔梗種質(zhì)中選育出了尤其適合食用的新品種“魯梗1號”。姜明慧等[37]針對藥用型和食用型桔梗的不同要求，定向選育出了食用型和藥用型優(yōu)良四倍體桔梗品系，但由于目前田間繁殖難的問題而未能推廣種植。

4 小結(jié)

豐富的種質(zhì)資源是選育新品種的基礎(chǔ)，不同桔梗種質(zhì)資源為培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的桔梗新品種提供了多樣化的遺傳物質(zhì)。國內(nèi)外雖有學者進行了不同桔梗種質(zhì)資源的研究，但定向篩選出作為藥用和食用的桔梗種質(zhì)資源的研究有待深入開展。在新品種選育方面，利用各種育種技術(shù)選育出了許多不同優(yōu)良特性的桔梗新品種或種質(zhì)材料，為定向選育食用型和藥用型桔梗積累了很好的研究基礎(chǔ)，卻真正用于推廣種植的兩種不同類型的桔梗品種很少，尤其缺乏專門用于食用的桔梗優(yōu)良品種。因此，定向選育食用型和藥用型桔梗優(yōu)良品種有待進一步研究。