伞形科植物多倍体育种研究进展

王 平，赵云叶，高 燕

（1.山东省中医药研究院，山东济南250014；2.山东中医药大学中药学院，山东济南250014）

伞形科植物多倍体育种研究进展

王 平1，赵云叶2，高 燕1

（1.山东省中医药研究院，山东济南250014；2.山东中医药大学中药学院，山东济南250014）

植物多倍体具有营养器官的巨大性、抗逆性强、药用成分含量高等特性，在植物育种中有很重要的作用。本文对主要的伞形科植物多倍体育种的研究进展进行了总结，包括人工诱导染色体加倍的原理、多倍体形态特征和鉴定方法等进行了介绍，提出了在伞形科植物多倍体育种中存在的问题及发展前景。

伞形科植物；多倍体育种；研究进展

伞形科隶属于伞形目（Apiaceae），是一年或多年生的茎部中空的草本植物。伞形科多倍体植物在中药中占据举足轻重的地位，由于需求量大，导致近年来野生植物资源不断被开发利用，物种逐渐稀少，亟待用人工育种的方法弥补天然物种的匮乏［1］。目前伞形科多倍体育种的研究一直被人们关注，其中异源多倍体在染色体加倍后带来营养器官的巨大性变化，植物的新陈代谢旺盛，体内的某些生化成分的含量也相应提高［2］。民间主要以伞形科植物的根和茎入药，其中根类主要用于防治风寒感冒、咳喘；全草主要用于风湿痈痛、痈疮肿毒；果实主要用于祛风理气等［3］。随着对植物多倍体育种研究的深入，将会开发出更多的有经济价值的多倍体中药资源［4］。笔者就伞形科植物的分布、类型、药用价值、获得多倍体的方法及目前存在的问题与展望等方面的研究进展进行综述，从而为多倍体育种研究提供参考。

1 伞形科中药的分布情况

伞形科中药为茎部中空的芳香植物，通常具有种类多、用途广，需求量大等特点，具有多种生理活性物质和多方面医疗作用及经济用途，在应用和研究方面都有着重要地位［5］。伞形科中药约275属，2 850种，是一个庞大的科属，在世界30多个植物大科中排名靠前［6］。药用品种分类繁多，约占国内总属的一半。伞形科植物在全国均有分布［7］。主要分布于北温带、热带和亚热带的高山地区［8］，广布全国各省［9］。

2 伞形科植物的药用价值

伞形科植物的经济用途和药用价值具有悠久历史。《神农本草经》中收载了很多种伞形科的药用植物：川芎、积雪草、蘼芜、防风、蛇床子、柴胡、当归、藁本、白芷、独活、山芹等［10］。《本草纲目》中收载了许多种：芳草类的有当归、川芎、蘼芜、藁本、白芷、蛇床、积雪草；毒草类的有防葵；菜部荤辛类的有邪蒿、胡荽、胡萝卜、睡斳（芹菜）、堇（旱芹）、茴香、紫堇、马蕲、莳萝；草部山草类的有防风、柴胡、独活、前胡、羌活；木部香木类的仅有阿魏。《中国药典》收载了伞形科中药多种：白芷、独活、柴胡、防风、积雪草、明党参、南鹤虱、阿魏、小茴香、北沙参、白云花、羌活、藁本、川芎等［11］。此外，伞形科中还有常用草药如天胡荽、隔山参、苦爹菜、峨参、福参、法罗海等［12］。

3 伞形科植物多倍体研究进展

伞形科植物具有重要经济和药用价值，其育种方法是目前研究的热点。通过人工诱导等方法，使植物细胞染色体成倍增加，达到改变植物遗传性状、提高抗逆性、提高产量和有效成分含量的目的，这种方法称作多倍体育种。多倍体育种一般选择染色体倍数低、近缘物种中多倍体比例高、杂合性高、不以种子为主要收获物的物种。大量的研究表明，多倍体植物特别是异源多倍体在染色体加倍后会出现营养器官的巨大性，生理特性的变化会引起新陈代谢旺盛和某些生化成分含量的提高［13］。另外，大多数的植物多倍体基因活性及酶的差异性都会增强，提高了植株的适应力和抗逆性［14］。由于伞形科植物有着巨大的药用价值，且大都符合多倍体育种的选择标准，因此伞形科植物的多倍体育种研究起步早，迄今为止得到了许多有价值的研究成果［15］。现综述如下。3.1 当归 中药当归是伞形科当归属植物（Angelica sinensis）的干燥根。当归产于我国大陆，甘肃峨县、云南丽江、陕西高海拔山区等地均有种植。以根入药，性甘、辛、温，归肝、心经；能够促进造血，调经止痛常用作补血；主要用于面色萎黄、血虚，眩晕心悸；痛经，月经不调；虚寒性腹痛、风湿痹痛、跌打损伤等痛证；肠燥便秘等症状。此外，当归还具有保护心肌细胞、降血脂改善动脉粥样硬化、保肝等作用。当归目前价格持续上升，可进行多倍体育种，当归体细胞为二倍体，通过药物诱变加倍为四倍体，可正常进行减数分裂。

运泓等［16］进行了化学诱变同源多倍体当归育种的实验，并进行了重复处理。使当归染色体明显加倍，处理后的多倍体植株的幼叶相比较正常叶弯曲，皱折，叶色变绿，增厚叶肉，增大叶面积，小羽叶基部连接成掌状。通过这项研究获得了部分当代变异株种子（大部分为嵌合体），进一步的研究和重复定向获得了更加稳定的四倍体的类型。

张俊莲等［17～19］通过研究秋水仙素对当归多倍体愈伤组织的诱导、分化及植株生长发育的影响因素发现，使用不同浓度及时间的秋水仙素处理，对当归的分化频率有比较显著的影响。而适用于当归多倍体诱导的最佳处理方法，应选择高浓度的秋水仙素和较短的处理时间。研究表明，在处理结束后的恢复生长中，主要特征为二倍体细胞增加，八倍体细胞减少，四倍体细胞则相对保持稳定。这些研究对当归多倍体育种有着很大的指导意义。

研究表明，中药材当归种植多采用四倍体育种技术，操作简便、质量稳定、产量高，实施过程值得深入研究。

3.2 防风 防风［Saposhnikovia divaricata（Miq.）Schischk］为伞形科多年生草本植物，未抽薹的干燥根入药，是我国常用中药材之一。防风主要分布于我国的东北、西北和华北地区。防风性辛、甘，归肝、脾经；具有解热镇痛、解表祛风、抗炎抑菌的显著功效。临床中常用于治疗偏正头痛、胃病、皮肤病、消化系统、呼吸系统等疾病。由于近几年来的产量减少，且防风在药理作用和临床应用中疗效突出，许多单位进行了防风多倍体育种的研究，创造同源四倍体，具有很强的现实意义和发展前景。

慈忠玲等［20］通过研究防风体细胞在组织培养过程中遗传物质的稳定性，得出其体细胞在继代过程中染色体变异显著，有单倍体、多倍体、亚倍体、超倍体和微核细胞的出现。随着培养时间的延长，亚倍体和微核细胞逐渐消失，而多倍体和超倍体细胞显著增多。这一研究表明防风多倍体育种具有可行性。

孟祥才等［21］通过研究防风幼苗上胚芽直接诱导多倍体育种，比较了其二倍体与多倍体性状的差异。研究表明使用幼苗上胚芽诱导多倍体育种方法简单易行，防风多倍体具有普通多倍体的一般特性，发育节律与二倍体相同，适于原产地栽培。

娄志红等［22］以防风的二倍体、多倍体作为采集样本，以其中含有的四种色原酮含量作为指数，用HPLC法进行测定，发现了防风的多倍体新种能够提高防风的产量和质量，具有推广价值。

毕博［23］以二倍体防风种子、愈伤组织及试管苗茎段为实验材料，使用秋水仙素作为诱变剂进行染色体的加倍处理，形成了适用于防风染色体加倍、纯化和鉴定的技术体系。在离体条件下，通过人工诱导的方法成功培育了防风同源四倍体植株。其四倍体防风根粗、叶色较深、叶片大、茎粗。

通过以上研究证实，防风多倍体的发育节律，特性变化不大，适于广泛栽培，且通过防风的多倍体育种技术可以提高其质量和产量。研究为进一步选育出产量高，且药用成分含量高的优良品种奠定了物质和技术基础。

3.3 白芷 白芷为伞形科植物兴安白芷（祈白芷）（Angelica dahurica Benth.et Hook.）、库而白芷（川白芷）（A．anomala La11.）及杭白芷（香白芷）（A．taiwaniana Boiss.，epith. mut.），以根入药，其性辛、温；归脾胃经。具有祛风除湿，消肿排脓、通窍、止痛、除湿、活血等功能，常用于镇静镇痛，解热抗炎，疮痈肿毒，抑制肿瘤的作用，是常用中药之一。为了提高药材产量，改善品质，进行了白芷的多倍体育种研究。

罗跃龙等［24］进行了对于杭白芷人工诱导多倍体的实验研究。采取了多种途径对白芷进行多倍体诱导，处理后发现均有不同程度的变化，如矮壮、加粗、叶变深、变厚等；试管中愈伤组织分化的丛生芽变化显著，通过进一步的研究成功进行了对花序的多倍体诱变。最成功的白芷多倍体诱导方法为处理花序苞。得到的杭白芷多倍体的药用成分欧前胡素含量比原植物高出许多［25］。

实验研究表明白芷多倍体更加稳定，药用成分的含量更高，操作方便，适宜进行多倍体育种。但由于育种工作周期较长我们需要进行进一步的研究［26］。

3.4 柴胡 柴胡为伞形科柴胡属植物柴胡（Bupleurum chinense DC.）或狭叶柴胡（Bupleurum scorzonerifolium Willd.）的干燥根，柴胡性苦辛、微寒，归肝胆经。主产于河北、河南、甘肃等地；狭叶柴胡主产于四川、江苏等地。具有解表退热、疏肝，解郁、升阳的功效。主要用于解热、镇静、镇痛、镇咳等中枢系统疾病；抗炎、抗病毒、抗肿瘤等药理作用。通过柴胡的多倍体诱导研究可获得基因型丰富的柴胡多倍体，增加产量，提高药用价值，提高经济效益。

郝跃红［27］为得到柴胡多倍体植株，使用秋水仙碱处理柴胡幼苗，诱变其产生多倍体植株，得到了节间缩短、基部膨大、叶浓绿的诱变苗，平均诱变率较高。

庄云等［28］研究了柴胡种子和幼苗通过秋水仙素处理，其产量性状的影响。研究表明：柴胡经秋水仙素处理后，染色体加倍，根增长、加重、变粗明显。若采用分生组织细胞内的染色体加倍方法，对柴胡种芽和幼苗生长点进行诱导突变，可以得到秋水仙素的最佳处理比较和处理时间。

通过以上研究可以得出，柴胡多倍体诱导后产量明显上升，药用成分含量加倍，适宜种植，提高了其药用价值。

3.5 芫荽 芫荽，别名香菜、胡荽、香荽。为伞形科植物鞠荽（Coriandrum sativum L.）的全草。原产于地中海沿岸，目前我国各地均有栽培。全草入药，性辛、温，归肺、脾、肝经；具发汗解表、消食开胃、散寒理气、止痛解毒、宣透麻疹、健胃等功效，其茎叶可作为蔬菜，且多用于治疗风寒感冒、头痛鼻塞、消化不良、水肿、腹胀、虚寒胃痛等疾病。为提高芫荽的产量和品质可进行多倍体育种。

夏海武等［29］通过对芫荽进行试管苗再生与快速繁殖和多倍体诱导的研究，培养出了优质高产的芫荽多倍体植株。经秋水仙素处理后叶加厚，叶色深，经过制片检测测定为四倍体植株。并且建立了其多倍体诱导及快速繁殖系统得到了优质高产的芫荽植株，具有深远意义。

研究表明，芫荽的多倍体植株可以提高产量和质量，多倍体诱导技术简单方便，易于操作，有助于得到高产优质的植株。

3.6 明党参 明党参为伞形科草本植物（Coriandrum sativum L.）的根。明党参主产于山西、江苏、浙江、安徽等地。明党参性甘、微苦；具有解毒、滋补、润肺化痰、和胃的功效。主要用于改善微循环，降血脂，抗凝血抗氧化的作用。明党参的栽培历史悠久，品质优良。随着需求量的不断增加，并且价格不稳定，导致明党参产量和质量逐年下降，亟待通过多种育种方式来增加产量。

谷巍等［30］为了保护明党参的种质资源，采用组织培养的方法快速繁殖明党参。筛选出最佳外植体和最适宜形成愈伤组织培养的培养基，通过组织培养得出花大，叶大，叶片色泽深绿，根茎粗的优质植株［31］。邱英雄等［32］通过对对明党参种子结构、种群生态、植株结实率和环境关系的研究探求到了有关明党参育种的最适宜环境和采取增加基因流的措施。使明党参植株具有更高的产量和质量［33］。

通过研究对于明党参植株的研究，我们可以得出明党参植株最适宜的快速繁殖的方法和实验条件。能够使我们得到产量更高，质量更优的明党参植株无论在理论上或实践上都有重要意义。

4 研究存在的问题与展望

综上所述，随着多倍体育种技术的不断发展，目前已经成为发展快，前景广阔，在中药材品种产量改良方面应用价值较高，且比较成熟的技术。多倍体育种技术是促进植物进化的重要力量，尽管这项技术正处于蓬勃发展时期，同样也存在一些技术上的难题有待解决，例如首先，处理时间的准确性，诱导率，诱导材料的选择等，并不是所有的中草药都可以通过多倍体育种技术来改良其产量和价值，就要求我们在实验之前对材料进行一定的筛选，选择优势明显的植株进行多倍体诱导，尽量避免使用以种子为主要繁殖方式的植物。其次，多倍体育种中存在着嵌合体的问题。诱导后的植株大多不是单纯的多倍体，通常是嵌合体，需要在以后的各代中筛选出一个完整的多倍体植株。目前采用的愈伤组织或其他外植体处理、进行单细胞培养、悬浮培养、植物组织培养提高了多倍体纯合体的选择效率［37］。然而如何从众多嵌合体组织中筛选出我们所需要的多倍体依然还是个值得我们进一步研究的热点和难点［38］。另外，我们不仅要注重药用植物的产量更要考虑到其药用成分的含量。现阶段，在植物多倍体育种的过程中，对植物有效成分含量测定和遗传调控机理还需进行深入研究，以期获得突破性进展，最佳效益，生产出符合标准的合格中药材。

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Research progress on polyploid breeding of Umbelliferae

WANG Ping1，ZHAO Yun-ye2，GAO Yan1
（1．Shandong Academy of Chinese Medicine，Jinan 250014，China；2．College of Pharmacy，Shandong University of Traditional Chinese Medicine，Jinan 250014，China）

Polyploid plays an important role in plant breeding，due to the features of great vegetative organs，strong resistance，high content ofmedicinal ingredients and so on.This paper introduced the research progress ofmultiploid breeding of fivemain kinds of Umbelliferae plants；It included the principle，methods，morphological characteristics and identification for artificial induction ofmultiploid；It puted forward a few key problems ofmultiploid breeding of Umbelliferae plants and its research prospect.

Umbelliferae plants；Multiploid breeding；Research progress

R282.2

A

2095－5375（2015）08－0468－004

国家自然科学基金资助项目（No.81272776）；山东省国际科技合作项目（No.2012GHZ21903）；济南青年科技明星计划专项［No.济科合字（2012）第01－42号］

王平，女，副研究员，研究方向：中药药理，E－mail：wangpingjinan＠163.com