國(guó)內(nèi)太子參種質(zhì)資源與遺傳育種研究進(jìn)展

姚 潔，程 磊，周 濤，雷鵬堃，朱月健，馬 磊

（1安徽省中醫(yī)藥科學(xué)院亳州中醫(yī)藥研究所，安徽亳州236800；2亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 亳州 236800；3安徽中醫(yī)藥大學(xué)，合肥 230001；4安徽普康中藥資源有限公司，安徽 亳州 236800）

0 引言

太子參，又名孩兒參、童參，為石竹科多年生草本植物異葉假繁縷(Pseudostellaria heterophylla)的干燥塊根，具有益氣健脾、生津潤(rùn)肺的功效，常用于治療脾虛體倦、食欲不振、氣陰不足、肺燥干咳、病后虛弱等癥[1]?！侗静輳男隆分杏涊d太子參（大補(bǔ)元?dú)猓╇m細(xì)如參條，短緊堅(jiān)實(shí)，而有蘆紋，其力不下于大參?！侗静菥V目拾遺》中記載，雖甚細(xì)小，卻緊而堅(jiān)實(shí)，力不下大參。可見(jiàn)太子參藥材的使用具有一定的歷史，在諸多太子參產(chǎn)地中，其中安徽省內(nèi)宣州太子參最具有優(yōu)良品質(zhì)，被列為“皖藥”之一[2]。太子參含有復(fù)雜的化學(xué)成分，目前已經(jīng)從太子參中分離發(fā)現(xiàn)了環(huán)肽、多糖、皂苷、氨基酸、微量元素以及揮發(fā)性成分等多種化學(xué)成分。通過(guò)大量的現(xiàn)代試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，太子參具有免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗病毒、鎮(zhèn)咳、降糖和降脂等豐富的藥理作用[3-7]，臨床常用于治療小兒腹瀉、厭食、支氣管哮喘等癥[8]。太子參作為一味藥食兩用的常用中藥材，缺乏規(guī)范化的種苗交易秩序，存在將病參弱參留下作種的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致太子參的品種退化、質(zhì)量下降[9-10]，使得太子參的產(chǎn)量下滑，難以滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，對(duì)太子參產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展造成阻礙。筆者綜述了太子參種質(zhì)資源與遺傳育種研究的相關(guān)進(jìn)展，希望能為太子參種質(zhì)資源和遺傳育種進(jìn)一步研究提供參考。

1 國(guó)內(nèi)太子參種質(zhì)資源研究

為了不斷進(jìn)行品種改良，獲得品質(zhì)優(yōu)越的新品種，推進(jìn)中藥產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展，需要加強(qiáng)對(duì)種質(zhì)資源的保護(hù)與利用。種質(zhì)資源是遺傳物質(zhì)的載體，是一類(lèi)生物或者一個(gè)地區(qū)所擁有的種質(zhì)的統(tǒng)稱(chēng)[11-12]。中藥材種質(zhì)資源材料的類(lèi)型包括野生資源、常規(guī)栽培品種、馴化種、選育品種、地方品種、品系、特異繁殖材料等[13]。太子參為石竹科太子參屬(Pseudostellaria)植物。太子參在國(guó)內(nèi)擁有豐富的種質(zhì)資源，較為適宜的種植區(qū)域在長(zhǎng)江中下游[14]。在全世界約有10種太子參屬(Pseudostellaria)植物，分布于亞洲東部，中國(guó)有9種，主要分布于安徽、江蘇、浙江、河南、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河北、山東、陜西、湖北、四川、西藏等地區(qū)，現(xiàn)代所用的太子參普遍為石竹科植物異葉假繁縷(Pseudollaria heterophylla)的干燥塊根[15]。目前，有關(guān)太子參種質(zhì)資源的研究大多為表型性狀研究和一些運(yùn)用分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)太子參的種質(zhì)資源進(jìn)行的研究。

1.1 太子參種質(zhì)資源的表型性狀研究

太子參種質(zhì)資源的豐富首先體現(xiàn)在其表型性狀的多樣性，通常會(huì)考察葉長(zhǎng)、葉寬、主莖數(shù)、總生物量、地上莖節(jié)數(shù)等性狀。肖承鴻等[16]用相關(guān)性分析、主成分分析、聚類(lèi)分析的方法，選取了全株長(zhǎng)、塊根數(shù)、葉長(zhǎng)、地下生物量等23個(gè)主要表型性狀，對(duì)2個(gè)種源的太子參進(jìn)行表型性狀遺傳多樣性分析，發(fā)現(xiàn)葉片數(shù)、葉干重和地下生物量的相關(guān)性較大，除主莖節(jié)數(shù)(1.2446)外，其余表型性狀的遺傳指數(shù)均大于1.7，并且從表型性狀的變異指數(shù)(13.22%～59.24%)看，太子參種質(zhì)資源擁有較為豐富的性狀遺傳多樣性，同時(shí)也提示在太子參高產(chǎn)品種選育時(shí)，其農(nóng)藝性狀可作為重要指標(biāo)，可選擇葉片多且小的太子參品種進(jìn)行育種。熊侯溪等[17]通過(guò)單株選育法，對(duì)8個(gè)太子參單株進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，從變異性分析所得數(shù)據(jù)看，各太子參單株的表型性狀有較大不同，并從中分出了6個(gè)株系可分別用于增產(chǎn)、提高抗性等不同的育種目標(biāo)。肖承鴻等[18]對(duì)3種栽培太子參240株的13個(gè)農(nóng)藝性狀之間的相互關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)地上生物量與太子參產(chǎn)量相關(guān)性最高，閉鎖花數(shù)、一級(jí)分枝數(shù)等指標(biāo)與太子參產(chǎn)量的相關(guān)性次之。在選擇太子參雜交親本時(shí)，應(yīng)注意選擇不同類(lèi)群間的親本進(jìn)行雜交，最好選擇擁有不同優(yōu)良性狀的太子參進(jìn)行雜交，以獲得產(chǎn)量高且商品規(guī)格好的新品種。林美光等[19]通過(guò)對(duì)不同品種的太子參調(diào)研，以性狀差異將太子參分為3種，分別為大型葉、小型葉、野生型。說(shuō)明在鑒定太子參種質(zhì)資源時(shí)可在一定程度上根據(jù)其生態(tài)型差異鑒別區(qū)分[20]。

鐘方曉等[21]通過(guò)藥理試驗(yàn)研究證明，多糖是太子參有效成分之一，可以作為一個(gè)太子參的內(nèi)在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。不同的栽培環(huán)境和品種的太子參所含的多糖等化學(xué)成分存在差異[22]，說(shuō)明環(huán)境和品種是影響太子參藥材內(nèi)在質(zhì)量的因素。李文貴等[23]通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，太子參的多糖、皂苷等含量與其年份和塊根質(zhì)量無(wú)顯著關(guān)聯(lián)。侯婭等[24]通過(guò)色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)4個(gè)不同種源的太子參所含的化學(xué)成分進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)組內(nèi)差異較小，而組間差異較大，說(shuō)明種源不同的太子參，其化學(xué)成分具有一定差異。晏春耕等[25]通過(guò)對(duì)不同產(chǎn)地太子參的性狀和多糖含量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，太子參的塊根大小、表面顏色、飽滿(mǎn)度與多糖含量有一定的相關(guān)性，通常個(gè)大、顏色純凈、質(zhì)地飽滿(mǎn)的太子參的多糖含量相對(duì)較高。在選育太子參優(yōu)良品種時(shí)，可以將太子參的塊根質(zhì)量、顏色、飽滿(mǎn)度作為選種的目標(biāo)性狀，能夠在一定程度上統(tǒng)籌太子參的多糖含量。

1.2 太子參種質(zhì)資源的分子遺傳多樣性的研究

分子標(biāo)記技術(shù)具有易操作、受外界干擾小的特點(diǎn)，在中藥種質(zhì)資源的研究中得到了較為普遍的應(yīng)用[26]。使用分子標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行的太子參種質(zhì)資源研究也得到了一些有意義的結(jié)果。SSR是存在于動(dòng)植物基因組的簡(jiǎn)單串聯(lián)重復(fù)序列，韋得君等[27]使用SSR技術(shù)從太子參轉(zhuǎn)錄組中得到SSR 11297條，其中SSR長(zhǎng)度為中上等的有7336個(gè)，占比64.94%，太子參轉(zhuǎn)錄組的SSR具有較高的多態(tài)性值得開(kāi)發(fā)。分子標(biāo)記技術(shù)也被運(yùn)用到了太子參的種源鑒定中，相對(duì)于傳統(tǒng)的性狀鑒定，所受到的干擾較少[28]。趙海等[29]運(yùn)用DNA分子條形碼技術(shù)，發(fā)現(xiàn)2個(gè)人工選育的太子參品種ITS2的相似度為100%，GAP（glycidyl azide polymer，含疊氮基的端羥基聚醚型含能粘合劑預(yù)聚體，用于測(cè)定分子量及分子量分布，稱(chēng)為GPC法）為0.21%，而葉綠體psbA-trnH相似度為98.47%，GAP為0.74%；因此可以憑借2種太子參的基因組ITS2序列和葉綠體psbA-trnH序列來(lái)區(qū)分不同的太子參品種。趙丹等[30]通過(guò)對(duì)太子參的rDNAITS部分進(jìn)行分析，為太子參的鑒別提供了一種快速簡(jiǎn)便的鑒別方法。肖承鴻等[31]利用ISSR分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)太子參的遺傳多樣性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其多位點(diǎn)占比較高，多態(tài)性條帶多達(dá)73條，與總共擴(kuò)增的82條比較，占比89.02%，證明太子參具有豐富的遺傳多樣性。朱艷等[32]通過(guò)RAPD標(biāo)記技術(shù)分析了4類(lèi)種源的太子參，基于對(duì)其親緣關(guān)系和遺傳多樣性研究，發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境對(duì)太子參的遺傳差異有較大的影響，隨著地理位置分布的變化，太子參種源間的親緣關(guān)系和遺傳差異會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。史輝等[33]通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化得到了太子參ISSR-PCR分析的最佳體系，為使用分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)太子參種質(zhì)資源進(jìn)行進(jìn)一步的研究奠定基礎(chǔ)。

綜上可知，國(guó)內(nèi)的太子參種質(zhì)資源較為豐富，具體體現(xiàn)在太子參的表型性狀多樣性和遺傳分子多樣性。一個(gè)物種是否具有頑強(qiáng)的生命力，在一定程度上取決于其是否有豐富的遺傳多樣性。擁有豐富的種質(zhì)資源是太子參的遺傳育種工作的基礎(chǔ)要求，是進(jìn)行新品種選育和遺傳改良的材料來(lái)源。需要收集具有典型特征的太子參個(gè)體，創(chuàng)建太子參種質(zhì)資源庫(kù)，為培育具有優(yōu)良品質(zhì)的太子參品種打下基礎(chǔ)。

2 國(guó)內(nèi)太子參的遺傳育種研究進(jìn)展

太子參的花有閉鎖花與正?；?種類(lèi)型[34]，閉鎖花則簇生在葉腋中數(shù)量很多，它的4片萼片從不張開(kāi)故有此名稱(chēng)，閉鎖花的每個(gè)果都能產(chǎn)生大量的種子，成為太子參后代居群繁榮的主要力量，但是近親繁殖的后代失去基因交流，必將走向衰退以致滅亡，所以正常化的種子很重要。但每個(gè)植株僅在頂上開(kāi)出1～2朵有長(zhǎng)柄的正?；?，多為白色，均開(kāi)在不同植株的頂部，它的5枚花瓣先端均2裂，其種子在成熟后較容易脫離落下，給種子收集工作帶來(lái)很大的困擾，這項(xiàng)工作需要提起重視。在實(shí)際生產(chǎn)中，一株太子參能夠產(chǎn)生多個(gè)塊根，因此常使用塊根繁殖[35]。為了保持太子參藥材質(zhì)量的穩(wěn)定、培育優(yōu)質(zhì)太子參品種，應(yīng)選用體積較大、芽頭飽滿(mǎn)、無(wú)病蟲(chóng)害的太子參塊根作為種苗繼續(xù)栽培[36]。而近年來(lái)，太子參野生資源的不斷縮減，而太子參被廣泛開(kāi)發(fā)應(yīng)用于保健品、口服液和化妝護(hù)膚行業(yè)[37-38]，市場(chǎng)需求持續(xù)增大，據(jù)調(diào)查，不同年份太子參需求略有不同，根據(jù)價(jià)格走勢(shì)需求量會(huì)略有波動(dòng)。太子參的產(chǎn)量也會(huì)因?yàn)榍耙荒昊蛘咔皫啄甑膬r(jià)格發(fā)生波動(dòng)，2014年達(dá)到了7500 t[39]，據(jù)調(diào)查，2015—2016年減種減產(chǎn)，2019年貴州產(chǎn)區(qū)不少面積受災(zāi)減產(chǎn)，但新產(chǎn)區(qū)單產(chǎn)高，總產(chǎn)量在6000 t以上，而野生的太子參資源不足以供應(yīng)市場(chǎng)的需求，因此栽培的太子參資源開(kāi)始成為了市場(chǎng)流通的主要資源。但太子參的栽培很容易受到人為、生態(tài)環(huán)境等因素的影響，出現(xiàn)缺乏優(yōu)良品種、因價(jià)格上漲追逐高額利益而盲目的引種、擴(kuò)種、病毒病的感染率增高等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致藥材產(chǎn)量和質(zhì)量的嚴(yán)重下滑，進(jìn)而影響到太子參藥材產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展[40]。徐榮等[41]將太子參種苗分為3個(gè)等級(jí)，使用聚類(lèi)分析的方法，分析比較了其外在性狀和內(nèi)在質(zhì)量的差異，證明太子參藥材的質(zhì)量與其種苗的品質(zhì)息息相關(guān)。因藥材的質(zhì)量受種質(zhì)優(yōu)劣的影響，提高太子參藥材質(zhì)量對(duì)太子參產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展至關(guān)重要。

目前國(guó)內(nèi)的育種方式包括：（1）挑選出優(yōu)異的個(gè)體選育成為新品種的選擇育種法；（2）將具有不同優(yōu)越性狀的個(gè)體進(jìn)行雜交以獲得整體形狀優(yōu)越的新品種的雜交育種法；（3）利用外在因素進(jìn)行誘變，使藥用植物發(fā)生變異，從而培育新品種的誘變育種法。此外生物技術(shù)也在一定程度上用于育種研究[42]。

2.1 ‘施太1號(hào)’的選育

‘施太1號(hào)’是以搜集全國(guó)各地的太子參種質(zhì)資源為前提，運(yùn)用混合選育的方法得到的太子參新品種?！┨?號(hào)’具有較強(qiáng)的抗病和抗伏倒能力、較高的產(chǎn)量，在不同的種植區(qū)域內(nèi)其產(chǎn)量變化較小。同時(shí)混合育種法的運(yùn)用使‘施太1號(hào)’具有較為豐富的遺傳多樣性，使其種性可以得到不斷優(yōu)化，適應(yīng)產(chǎn)業(yè)的需求[43]。太子參新品種能否廣泛推廣種植，與其在不同地域的適應(yīng)能力有關(guān)。肖承鴻等[44]通過(guò)對(duì)在4個(gè)不同區(qū)域的‘施太1號(hào)’的農(nóng)藝性狀、藥材性狀和多糖、氨基酸、環(huán)肽B的含量測(cè)定對(duì)比，證明‘施太1號(hào)’具有相對(duì)較強(qiáng)的適應(yīng)能力。肖承鴻等[45]對(duì)太子參新品種‘施太1號(hào)’的品質(zhì)采取了全面的比較，發(fā)現(xiàn)‘施太1號(hào)’的品質(zhì)在多方面均明顯優(yōu)于其他的對(duì)照品種。

2.2 ‘柘參1號(hào)’與‘柘參2號(hào)’的選育

‘柘參1號(hào)’是在收集10個(gè)農(nóng)家品種后，從中挑選出的3個(gè)性狀比較相近的太子參，進(jìn)行統(tǒng)一命名的品種，經(jīng)栽種對(duì)比發(fā)現(xiàn)具有性狀變化少、品質(zhì)優(yōu)良、產(chǎn)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，于2003年得到了福建省非主要農(nóng)作物的品種認(rèn)定[46]?！蠀?號(hào)’是20世紀(jì)90年代在收搜集了無(wú)花種、白芽種等8種農(nóng)家太子參品種后選育擴(kuò)繁得到的。將‘柘參2號(hào)’與其他品系的太子參進(jìn)行植物學(xué)形態(tài)、農(nóng)藝性狀、抗病能力和適應(yīng)性的對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)相比于其他幾個(gè)品系的太子參，‘柘參2號(hào)’具有抗病能力較強(qiáng)、適應(yīng)能力良好、產(chǎn)量高、藥材質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。太子參的種植也易受環(huán)境的影響，在海拔相對(duì)較高的地區(qū)，溫度較低、病蟲(chóng)害較少，盡管‘柘參1號(hào)’的抗病能力相對(duì)較低但產(chǎn)量卻有所提高[47]。表明在選育太子參新品種時(shí)需要將氣候、地理位置等方面影響因素綜合考慮?！蠀?號(hào)’等新品種在安徽種植后產(chǎn)量降低，提示人們中藥的引種不可以盲目進(jìn)行[48]，需要選育具有性狀多樣性，能夠適應(yīng)不同的生長(zhǎng)環(huán)境的太子參品種。不同的太子參品種在不同區(qū)域的適應(yīng)能力不同，適應(yīng)力強(qiáng)的品種可進(jìn)行推廣。

2.3 ‘抗毒1號(hào)’和‘金參1號(hào)’的選育

因太子參的繁殖方式在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都是無(wú)性繁殖，容易使太子參病毒感染率居高不下[49]，病毒病與葉斑病會(huì)導(dǎo)致太子參的葉片枯萎，植株無(wú)法積蓄養(yǎng)分，最終致使太子參植株死亡[50]，從而使得太子參的產(chǎn)量與質(zhì)量劇烈下滑。對(duì)此王繼振[51]通過(guò)雜交育種得到了太子參的新品種‘抗毒1號(hào)’，該品種對(duì)病毒的抵抗能力顯著增強(qiáng)，對(duì)其2年病株率進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)病株僅占2%。通過(guò)平整做畦，施用磷酸一銨、氯化鉀于溝底，然后薄蓋細(xì)土。再將種參平放在10 cm深溝中，按行距25 cm、株距12 cm參頭尾相接種植，密度24.75萬(wàn)株/hm2，使用腐熟的雞糞與細(xì)土混合覆蓋在參種之上，驚蟄進(jìn)行鋤草松土，追肥，追施尿素。4—5月進(jìn)行機(jī)械拔除大草。其增產(chǎn)機(jī)理是營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛，生殖生長(zhǎng)受到抑制，養(yǎng)分多向塊根集中，故產(chǎn)量高且根粗壯、皮微黃、粉性足、氣味正、質(zhì)量好[49]。因此按照此栽培選育方式，‘金參1號(hào)’具有長(zhǎng)勢(shì)旺盛、抵抗能力強(qiáng)、易于光合作用、綜合性狀較好等優(yōu)勢(shì)，擁有推廣種植的潛力。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

從太子參種子資源的遺傳多樣性和表型性狀多樣性可以看出，國(guó)內(nèi)的太子參種質(zhì)資源較為豐富。對(duì)太子參種質(zhì)資源的收集鑒定工作一定要引起重視，豐富的種質(zhì)資源是進(jìn)行育種工作的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)的太子參育種工作已取得了一定的進(jìn)展，使用雜交育種、選擇育種培育了一系列的新品種，藥材的競(jìng)爭(zhēng)力、產(chǎn)量與質(zhì)量都得到了一定的提升，一定程度上滿(mǎn)足了市場(chǎng)的需求，推動(dòng)了太子參藥材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

培育出產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)異、抗病和適應(yīng)能力強(qiáng)、多糖、環(huán)肽等有效成分含量高的太子參品種是促進(jìn)太子參產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然要求，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于太子參的育種工作還不夠充分，對(duì)此可從以下幾點(diǎn)著手。首先應(yīng)注意種質(zhì)資源的保護(hù)與收集，擁有豐富的種質(zhì)資源是太子參育種的基礎(chǔ)，創(chuàng)建具有特征特性的太子參種質(zhì)資源庫(kù)，分析不同的表型性狀與藥材質(zhì)量的關(guān)系，充分收集具有優(yōu)異遺傳性狀的種質(zhì)材料。其次是注意育種目標(biāo)的選擇，質(zhì)量是太子參藥材進(jìn)行品種選育的首要指標(biāo)。同時(shí)也應(yīng)注意根據(jù)不同需求靈活選擇不同的育種目標(biāo)，如針對(duì)太子參的病毒害、病蟲(chóng)害等問(wèn)題進(jìn)行有目的的育種工作，培育抗性較強(qiáng)的太子參新品種，保證太子參的產(chǎn)量與質(zhì)量，‘抗毒1號(hào)’的成功培育就是一個(gè)范例。最后，在育種時(shí)，既要重視雜交育種、誘變育種等傳統(tǒng)方法的使用，也應(yīng)重視育種工作中各種現(xiàn)代技術(shù)的運(yùn)用，如SSR、RAPD等分子標(biāo)記技術(shù)。在統(tǒng)籌上述幾點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選育具有優(yōu)良品質(zhì)的太子參新品種，使得藥材質(zhì)量有所保證，更好地滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，從而推動(dòng)太子參產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。