川续断属药用植物亲缘关系研究与川续断种质资源的综合评价

摘要

川续断属（Dipsacus Linn.）为多年生草本植物，中国有9种2变种可作药用，其中川续断（Dipsacus asperoides C. Y. Cheng et T. M. Ai）是《中国药典》收录药材续断的基源植物（“续断”为药材名，“川续断”为植物名）。目前，对川续断属植物亲缘关系研究多侧重于形态特征，对一些外形极为相似种难以进行有效区分，而川续断的研究多集中于栽培、化学及药理等方面，缺乏对种质资源的综合性研究。本文采用显微特征、化学成分及多种分子标记较为系统地分析了川续断属药用植物的亲缘关系，结合资源分布及药材质量，为筛选新的药源提供科学的理论依据。通过研究川续断不同居群的群落特征及空间分布格局，以期为野生抚育或人工驯化栽培中环境的选择提供参考；通过产量等生长性状分析和药材的质量评价，为引种及筛选优质种源奠定基础；采用ISSR分子标记评价我国各地川续断种质资源的遗传多样性，揭示其群体遗传结构，并结合药材的产量和质量，为下一步川续断的种质创新奠定基础。
　　本文以采集到的9种川续断属药用植物为研究对象，对其显微特征、化学成分含量、分子标记3个层次的研究表明：（1）根部、茎部及叶片的显微特征可作为川续断属药用植物的鉴别依据，即根部木栓层列数、导管数、皮层有无裂隙、射线及形成层明显与否；茎部皮层列数、皮层排列紧密程度、皮层有无裂隙、射线细胞明显与否；叶片维管束数量多少、草酸钙簇晶数量多少、主脉有无中空、维管束中导管排列情况以及栅栏组织紧密与否；基于显微特征的数量分类在大分支上与传统分类结果一致。（2）DNA条形码matK序列在川续断属9种药用植物中高度保守，不适用于揭示其种间的遗传差异，trnL-F间隔序列仅能将日本续断和深紫续断与其他7个种分开，鉴别能力较弱。（3）3种标记（ISSR、SCoT、SRAP）的聚类分析结果与基于形态特征的传统经典分类具有很好的吻合度，证实了3种分子标记技术的可靠性，可作为川续断属药用植物亲缘关系研究和物种资源分类的有效方法。（4）基于川续断皂苷VI等6种化学成分的聚类结果与传统的形态聚类相似度不高，但基于川续断皂苷VI和当药苷聚类结果，除峨眉续断外，则与传统聚类及本文的分子聚类相同，因此，川续断属药用植物化学分类的依据建议以川续断皂苷VI和当药苷作为分类指标。（5）作为续断药材基源植物的川续断，其根中的川续断皂苷VI含量并不是最高，但从主成分分析的角度看，川续断的综合质量评价得分最高，提示通过主成分聚类分析进行续断药源的筛选是可行的。（6）经过产量和质量综合评价推荐大头续断可作为备选药源，3个野生大头续断居群的遗传变异主要存在于居群间，各居群内存在亲缘关系较近、遗传基础较窄的倾向。
　　本文对我国川续断种质资源的生态环境、生长性状、化学成分、遗传差异等多个角度的研究表明：（1）多个聚集强度指数的测定均显示川续断种群呈集群分布，群落植物大多为草本，分布于路边及林缘，提示在野生抚育过程中需充分考虑其群落特征及空间分布特点。（2）不同产地川续断资源大部分生长性状之间密切相关，其中反映产量性状的根总重与地上总重不相关，与茎粗、分枝数显著相关，与株高等其余7个生长性状指标极显著相关，提示川续断栽培获高产需注意控制地上部分的生物量。（3）我国各地野生川续断资源根的产量差异极大，提示引种时应重点考察与重量相关的性状，尤其是产量性状。主成分分析结果显示分布于重庆和湖北的大部分资源综合得分较高，可以作为引种或品种选育的首选种源。（4）不同产地续断药材的质量差异极大，既便来源于同一区域的药材差异性也极大。（5）我国66份川续断野生种质资源的多态位点百分率为60.13％，从分子水平上说明我国川续断具有较高的遗传多样性，遗传变异水平较高，利于川续断培育出优良品种。（6）从反映群体遗传多样性的各个遗传参数来看，续断12个野生居群的遗传多样性较为丰富（PPB=79.17%、Ne=1.2152、H=0.1361和Hsp=0.2213），遗传变异水平较高，但种内居群水平上其遗传多样性却较低；种群间的基因交流已受阻，群体的遗传分化明显。
　　综上所述，3种分子标记（ISSR、SCoT与SRAP）与2种化学成分（川续断皂苷VI和当药苷）均能有效的揭示川续断属药用植物的亲缘关系，可作为主要的鉴别依据，显微特征在大的分类结果上与传统分类相一致，可作为辅助手段，本文采用的DNA条形码类型鉴别能力有限，需进一步筛选新的条形码。我国野生川续断资源的生长性状、产量与质量差异极大，引种或筛选优质种源时需进行综合考虑；ISSR标记揭示川续断的遗传多样性较为丰富，且大多来源于居群间，建议迁地保护时应在尽可能多的居群中取样。

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缩略词

1 绪 论

1.1 引言

1.2 川续断属植物研究进展

1.3 川续断研究进展

1.4 研究的目的和意义

1.5 研究的主要内容和技术路线

2 川续断属药用植物的亲缘关系研究

2.1 引言

2.2 川续断属药用植物分布调查及供试材料的采集

2.3 川续断属药用植物显微特征的提取及亲缘关系聚类分析

2.4 川续断属药用植物的化学成分含量及亲缘关系聚类分析

2.5 基于DNA条形码的川续断属药用植物亲缘关系分析

2.6 基于SCoT、ISSR、SRAP标记的川续断属药用植物亲缘关系研究

2.7 川续断属药用植物种间与种内遗传多样性及种群遗传结构的SRAP分析

2.8 备选药源---中国野生大头续断遗传多样性与遗传结构分析

3 川续断种质资源的综合评价

3.1 引言

3.2 川续断种群的群落特征与空间分布格局研究

3.3 川续断主要生长性状的相关及主成分分析

3.4 基于3种化学成分的续断药材质量评价

3.5 川续断种质资源遗传多样性的SCoT分析

3.6 川续断自然居群遗传结构的ISSR分析

4 结论与展望

4.1 中国川续断属药用植物种间亲缘关系与鉴别

4.2 川续断属药用植物资源的开发利用潜力

4.3 川续断驯化栽培及种源选择原则

4.4 川续断资源的遗传多样性与居群的遗传结构

4.5川续断种质资源遗传多样性的保护策略

4.6 下一步需开展的工作

致谢

参考文献

附录