中国枸杞属种间亲缘关系和栽培枸杞起源研究进展

2017-09-23钱丹纪瑞锋郭威黄璐琦

中国中药杂志 2017年17期

钱丹纪瑞锋　郭威　黄璐琦

[摘要] 系统总结了近年来中国枸杞属有关野生枸杞种间亲缘关系的研究状况，详细回顾了栽培枸杞起源的时间、地点、方式及祖先种等方面研究所取得的现有证据，总结了枸杞栽培的现状和存在的问题。认为栽培枸杞是在野生种的基础上，通过突变和人工选择发展出不同品种（系）。为寻找栽培枸杞起源的有力证据，充分利用枸杞种质资源，加强对中国枸杞属的野生资源的考察和评价，利用分子手段研究我国野生枸杞与栽培枸杞间的关系，加强对野生枸杞的研究，野生枸杞资源的挖掘和利用是今后研究的重点。

[关键词] 野生枸杞；栽培枸杞；种间关系；栽培；起源

Advances in research on relationships among Lycium species

and origin of cultivated Lycium in China

QIAN Dan1，2， JI Ruifeng2， GUO Wei2，3，4， HUANG Luqi2*

（1. Experimental Research Center， China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China；

2. State Key Laboratory Breeding Base of Daodi Herbs， National Resource Center for Chinese Materia Medica，

China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China；

3. School of Pharmaceutical Sciences， Shandong University of Traditional Chinese Medicine， Ji′nan 250355， China；

4. Shandong Academy of Chinese Medicine， Ji′nan 250014， China）

[Abstract] The Lycium genus consists of consist of 7 species and 3 variety which are main distributed in Northwest region in China， the cultivated Goji berry appeared about 1 000 years ago. The phylogeny of the wild Goji berry and the domestication of cultivated Goji berry are important scientific and practical value due to the medicinal and economic value. In this paper， a new advances achieved in studies on the phylogeny of wild Goji berry is summarized. The origin of cultivated Goji berry includes when， where， how and ancestral specie were reviewed. The current situation of cultivation and existing problems were summarized. We considered that through mutations and artificial selections， wild ancestors were domesticated to current cultivar groups. To find direct evidence for the origin of cultivated Goji berry， we must rely on genetic analysis in addition to morphological characters. To make full use of the Goji berry germplasm resources， the investigation and mining on wild Goji berry resource should be strengthened in the future.

[Key words] wild Goji berry； cultivated Goji berry； relationship； cultivation； origin

药材枸杞为茄科植物宁夏枸杞Lycium barbarum L.的干燥成熟果實[1]，具有很高的药用、营养和经济价值，是常用大宗中药材和经济作物。中国是世界第一大药材枸杞生产国，栽培面积和总产量均居世界首位。自《诗经》时代以来，枸杞采集已成为民众生产活动的一个部分而存在[2]，有记载的枸杞栽培就有1 000多年历史。我国枸杞在长期的栽培驯化过程中，形成了不同的农家品种和不同品种（系）。无论是从学术价值还是实践价值的角度出发，开展枸杞属野生资源亲缘关系的研究，并明确其与栽培枸杞之间的关系具有重要意义。为此，本文对近年来国内外对以上有关问题的研究进展作一系统总结，提出了存在的问题和加强研究的建议。

1 枸杞属种间亲缘关系

1.1 枸杞属目前已经鉴定的种枸杞属Lycium隶属于茄科Solanaceae茄族Solaneae枸杞亚族Lyciinae，多为多棘刺浆果类落叶小灌木，从基部多分枝，枝条坚硬而斜升或柔弱而披散。枸杞属是世界性分布的物种，在全球呈离散性分布，约有80种。主要分布在南美洲，北美洲，少数种类分布于欧亚大陆温带，在欧洲、澳大利亚、美国、阿根廷等地常作观赏植物，由于它们多有叉状分枝和棘刺，一般用作绿篱。《中国植物志》载中国枸杞属野生分布有7种3变种[3]，包括宁夏枸杞L. barbarum Linn.及其变种黄果枸杞L. barbarum Linn.var. auranticarpum K.F.Ching、中国枸杞L. chinense Mill.及其变种北方枸杞L. chinense Mill.var. potaninii（pojark.） A. M. Lu、截萼枸杞L. truncatum Y. C. Wang、新疆枸杞L. dasystemum Pojark.及其变种红枝枸杞L. dasystemum Pojark.var. rubricaulium A. M. Lu、黑果枸杞L. ruthenicum Murr.、柱筒枸杞L. cylindricum Kuang et A. M. Lu、云南枸杞L. yunnanense Kuang et A. M. Lu等。主要分布于中国西北和华北地区，仅中国枸杞遍布全国各地。陆续有新的枸杞属野生种质资源发现，如新种小叶黄果枸杞[4]、昌吉枸杞[5]、苦枸杞[6]、清水河枸杞[7]、宁夏枸杞的新变种密枝枸杞[4]等。endprint

枸杞属物种在我国分布广泛，环境适应性极强，分布区域包括高原草甸、荒漠、丘陵[8]。其中宁夏枸杞为广泛栽培的种，主要位于我国西北地区。与宁夏枸杞不同，中国枸杞以野生为主，遍布全国各地。宁夏枸杞的野生近缘植物云南枸杞、截萼枸杞、黑果枸杞、新疆枸杞和柱筒枸杞[9]种群较少，分布较为稀疏零散[10]。

1.2 枸杞属的遗传多样性研究形态学研究：安巍[11]、赵建华 [12]等对宁夏枸杞的不同品系及其野生近缘种进行了形态上的系统研究，考察了新梢日生长量、落果率、花径、叶片长度、叶片宽度、叶片厚、叶柄长、节间长、第一花序长、单果质量、果实横径、果实纵径、果实纵径/横径、果肉厚度、果柄长等数量性状，提出了枸杞植物学数量性状评价指标。袁海静等[13]从枸杞种质资源的叶片形状、叶面形态、枝条硬度、花颜色和花形态等形状分析，认为由于人们对红色果实的偏爱，加上育种家不断强化红果枸杞的选育。因此，枸杞从野生种到栽培种的演化过程中，其果实颜色从黑色向红色、黄色变化。叶片的形状由条状至条状披针、披针的演变。樊云芳等[14]用显微镜观察了10份枸杞属植物的叶片的常规石蜡切片，指出叶肉中栅栏组织和海绵组织的分化存在种间差异。

过氧化物同工酶研究：赵建华等[15]利用过氧化物同工酶分析了不同基因型，不同品种（系）的枸杞属材料，通过杂合度的比较，发现不同基因型枸杞种质具有丰富的遗传多样性。

细胞学研究：枸杞为二倍体植物，染色体数目大多为24，由于不同种源、不同观察时期、研究者技术熟练程度的不同等因素的影响，对于核型研究的结果各有差异。简永兴等[16]在研究中发现中国枸杞L. chinense染色体数目为24的二倍体，核型为为1B型。栽培的大叶枸杞为染色体数目为48的四倍体，为2B核型。两者差异较大，作者推测四倍体的产生可能是由于长期营养繁殖的结果。赵东利[17]报道了中宁宁夏枸杞L. barbarum核型为1A，为较为原始的对称核型，为2n=24，偶见2n=20，22的情况，说明枸杞的体细胞有丝分裂存在非整倍性变异情况。对枸杞属染色体较为全面的报道是何丽娟[18]的研究，核型大多为“A”型，并根据核型不对称性，分析了不同枸杞的进化顺序，分别为：朝阳枸杞>清水河枸杞>金果枸杞>黑果枸杞>玳瑁枸杞>宁杞1号>北方枸杞。

孢粉学研究：对枸杞属孢粉学的研究多很零星，唯有樊云芳等[19]对枸杞属13份材料的花粉进行了扫描电镜观察，枸杞属花粉为长球形或近球形，极面观均为三裂片圆形，具三孔萌发沟。发现枸杞孢粉学实验结果与原有的分类系统不完全吻合的現象，枸杞属花粉表现出的特异性与现行分类系统上的出入为进一步深入研究和探讨枸杞属分类系统提供了富有价值的信息。

分子生物学研究：尹跃[20]运用SRAP和SSR标记对枸杞属7个种，2个变种，20份新优品系进行了分子鉴定和亲缘关系的分析，发现不同产地野生枸杞与宁夏枸杞的栽培品之间存在较大的遗传差异，亲缘关系较远。宁夏枸杞与09品系枸杞遗传关系较近，遗传变异小，遗传背景相近。李彦龙[21]对中国枸杞属7个种3个变种，5个品系的材料，使用AFLP方法进行了亲缘关系的研究，从聚类结果看，野生种与栽培种能从系统树中明显的区分开。3个变种（红枝枸杞、北方枸杞、黄果枸杞）的聚类结果与传统的形态学分类存在着明显的不同。为了避免长期扦插所导致的基因消失，更加有效的保护枸杞种质资源的遗传多样性，建议育种家采用杂交育种的手段选育新品种，促进品种间基因渗透。吴莉莉等利用核基因颗粒性结合淀粉合成酶基因（GBSSI）对国产的7个类群的枸杞进行了系统学研究，认为中国分布的枸杞属植物属于旧世界类群，清水河枸杞是宁夏枸杞与黑果枸杞杂交的后代[22]。

枸杞属不同种质之间亲缘关系及遗传基础的相关研究，是开展枸杞属资源利用和杂交育种的必要条件。上述研究结果对中国枸杞属种间亲缘关系提供了非常有用的信息。

2 栽培枸杞的起源

枸杞种植和应用历史悠久，早在1 000多年前就开始了“野生变家种”[23]。栽培种与其野生近缘种在分类上，形态特征十分相似，区别在于植株高矮、叶片差异、果实口味差异等。在自然杂交和人工选择双重作用下，在主产区演化形成了许多农家品种，诸如大麻叶、小麻叶、白条枸杞、卷叶枸杞、黑叶枸杞、黄叶枸杞等[24]。

农家品种虽众多，但各品种良莠不齐，直到钟胜元成功选育了“宁杞1号”，枸杞育种才迈上了一个新台阶[25]。随着生产栽培的优化选择，许多农家品种在生产中逐渐被淘汰。近年来，通过单株育种、杂交育种、倍性育种等育种方式形成了人工选育的主要栽培品种，如宁杞1号、宁杞2号、宁杞3号、宁杞4号、宁杞5号、宁杞6号、宁杞7号、蒙杞1号、三倍体无籽枸杞等多个新品种及众多品系。并在生产中发挥了重要作用。

2.1 起源的时间和地点中国是世界上最大最古老的农作物起源地之一，人们何时将枸杞由野生开始驯化，目前尚无准确的文献考证。唐《千金翼方》中介绍了枸杞的4种栽培方法[23]。根据史籍记载，推测我国枸杞的药用和栽培应早于唐朝，唐朝时枸杞的人工栽培技术趋于成熟[26]。关于栽培枸杞的最初驯化地在哪里没有直接的古籍资料的记载，对于栽培枸杞的驯化起源于何时，除去史籍资料和文学作品的记载外，并没有新的其他的证据。卜慕华是中国作物种质资源研究开创人之一，在其《我国栽培作物来源分类名录汇编（典种型）》中，枸杞位于第一部分我国史前或土生栽培植物中药用作物（典型种）中第182位，来源为L. chinese和L. barbarum[27]。笔者认为栽培枸杞起源于中国是毫无疑问的。明确作物的驯化时间、地点及如何演化对于收集种质资源和制订品种改良策略具有重要意义[28]。在没有考古证据和史籍文献的情况下，最好的途径是利用分子生物学手段研究枸杞栽培品种和野生种间的关系。

2.2 野生祖先种的问题目前尚未有针对栽培枸杞的野生祖先种的起源问题展开研究的相关报道。一般认为，栽培枸杞是从野生枸杞祖先种驯化而来。尽管如此，迄今尚无可以证实枸杞驯化及改良历史的分子证据。野生的枸杞是栽培枸杞的祖先，是枸杞种质资源的组成部分。野生枸杞长期处于野外恶劣环境，在自然选择中形成了丰富的遗传多样性，具有很多优良基因，特别是抗虫害基因和耐非生物胁迫的基因。枸杞栽培品种在长期的选育过程中，其遗传背景日益狭窄，枸杞育种如要获得突破，必须寻找新的有益基因，增加其遗传多样性，其中有效的途径就是从野生枸杞资源中挖掘。故展开野生枸杞的相关研究及野生祖先种的研究对于改良枸杞栽培种和进行种质创新具有重要意义。endprint

2.3 起源的方式在作物的起源过程中，通过选择增强对人类有益农艺性状的基因的频率，并将其最终固定下来 [29]。栽培枸杞驯化已超过了1 000年，其驯化的过程的复杂程度与驯化方式与其他作物相似。我国栽培枸杞的可能起源方式可以归纳为：①从野生种直接驯化和选择产生；②利用自然杂交，再通过选择和驯化产生；③在人工控制下杂交产生。也就意味着栽培枸杞的起源是突变选择和杂交选择的结果，突变和人工选择在我国枸杞起源中肯定起着重要作用。但是关于我国栽培枸杞品种的起源方式，至今没有直接证据，没有研究者进行相关的深入研究的报道。

2.4 传播与分布根据史籍文献的记载，枸杞产地随着时代的变迁有所变动。由魏晋时《名医别录》载“常山及诸丘陵”，即河北曲阳西北的恒山一带，至唐《千金翼方》载“甘州者为真”，此后基本未离“出河西，甘州为上”的记载，随着历朝历代的行政区划的变动，甘州曾隶属陕西、甘肃等地。至清代，《中卫县志》中记载“宁安一带，家种杞园。各省入药甘枸杞，皆宁产也”。可见，古代栽培枸杞子的主产地是由华北向西北变迁，至唐代确立了甘州的道地地位，到明清时宁夏中宁枸杞质优为共识[30]。

3 栽培枸杞的生产现状及问题

药材枸杞是我国重要的特色药用植物资源之一，人工种植品种仅限于宁夏枸杞和少量的北方枸杞。从20世纪后半叶开始，枸杞作為西部重要的经济植物，栽培规模不断扩大，种植区域从宁夏扩展至青海、甘肃、新疆、内蒙古、河北和西藏等地。在枸杞长期的栽培种植过程中积累和创造了许多行之有效的栽培和生产技术，但亦存在一些问题。主要问题如下。

枸杞果实发育过程中，花粉直感现象比较突出，多为自交不亲和，原有的优良品种在接受了杂种的花粉后会表现出果粒变小，亲和性降低而造成落花率增加和产量降低的现象。故在实际生产中，枸杞主要采取硬枝和嫩枝扦插的方式，营养繁殖的方式优点是能保持母本的优良性状，能够达到结果早，产量高，便于在生产上迅速推广。不利的一面是造成枸杞没有完整的谱系记录，遗传基础不清晰，优良种质的特性难以通过品种间杂交而被遗传利用。

枸杞为常异花授粉的无限花序植物，年度生育期内连续开花结实，花果同期、营养生长与生殖生长同时进行，营养丰富，常易遭受多种病虫害。西北主产区为枸杞的传统栽培区，因其栽培历史悠久，导致病虫害现象严重。目前，多发性虫害主要有枸杞木虱、枸杞蓟马、枸杞蚜虫、枸杞瘿螨等。主要病害为枸杞炭疽病、流胶病、根腐病等。目前在生产中，针对病虫害以化学防治为主，由于病虫害的高发导致农药的使用，导致枸杞的农残超标问题层出不穷，严重影响了枸杞的品质 [31]。

4 问题与展望

综上所述，目前枸杞属的研究主要集中于枸杞属种间亲缘关系及栽培种宁夏枸杞的研究上。栽培枸杞的起源（包括起源的时间和地点、野生祖先种的问题、起源的方式等细节）无法明确。我国的栽培枸杞已形成了以宁杞1号、宁杞5号、宁杞7号等品种为代表的近百个品种（系）的复杂类群。要探索清楚这样一个复杂类群的起源和演化是十分困难的，外加枸杞存在种子、根出苗、扦插等多元的繁殖方式，从而使得上述研究更加复杂。

相较于农作物，目前中药材品种选育工作普遍较为薄弱，枸杞的品种选育和栽培工作已有了很大的进展。但枸杞作为一种古老的栽培作物，具有极其丰富的野生和近缘野生种资源，但枸杞属野生资源研究不够，尚未开展基因的挖掘工作。枸杞属的分子育种、分子标记等研究严重滞后于番茄、辣椒等其他茄科作物。尽管人们对于枸杞的人工驯化及品质形成机制已经有一定的认知，但对一些重要问题的认识仍知之甚少。如，枸杞是如何从野生种驯化而来？在驯化过程中都有哪些基因受到严格的选择？优良的果实品质是如何在驯化过程中逐渐形成的？了解枸杞属植物的起源和分类、枸杞栽培种的祖先以及枸杞栽培种与野生种的亲缘关系，对把野生种优良基因转移到枸杞优良栽培种中并拓宽枸杞栽培种遗传基础具有重要的意义。

根据上述观点建议：第一，加强对中国枸杞属的野生资源的实地考察，进行广泛和深入的考察收集野生种和半野生种资源，并查明上述种质资源的分布范围、生态环境、主要特性等相关信息。加强对枸杞的野生种质的研究，很好的了解其分类学、系统发育学、地理分布状态等基础知识，加强对野生种质资源的评价和利用。第二，DNA能提供有关作物起源和进化的丰富信息[32]。在缺乏考古证据和史籍记载的情况下，建议利用分子生物学的手段来研究枸杞栽培品种和野生种之间的遗传关系，从而明确栽培枸杞起源的时间与地点。第三，实践证明野生资源蕴藏了丰富而宝贵的遗传基因，由于长期处于野生状态，在应对各种不良环境的自然选择过程中，保持了栽培枸杞不具有或消失的抗逆和其他特异基因。加强对野生枸杞的研究，从中挖掘和利用，为培育新品种奠定基础。

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