尹舒雅，錢麗華

（杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310024）

黃精（藥物名：Polygonati Rhizoma）別名雞頭參、黃雞、白豆子，是中國特有的傳統(tǒng)中草藥，始載于晉代《名醫(yī)別錄》，中醫(yī)理論認(rèn)為其味甘性平，歸脾、肺、腎經(jīng)，具有補氣養(yǎng)陰、健脾、潤肺、益腎的功效，是數(shù)十種滋補性中醫(yī)復(fù)方或中成藥的重要組分［1］。現(xiàn)代科學(xué)研究證明，黃精的根莖含有多種活性成分，如黃精多糖、黃精多酚、生物堿、黃酮和甾體皂苷等［2-3］，具有抑菌抗炎、調(diào)節(jié)免疫力、抑制腫瘤、抗氧化、清除自由基、降血糖、調(diào)血脂、改善失眠抑郁等多種作用［4，8］。作為藥食同源中藥，黃精的肉質(zhì)根狀莖肥厚，含有大量淀粉、糖分、脂肪、胡蘿卜素、蛋白質(zhì)、維生素和多種其他營養(yǎng)成分，具有保健功能，久服可使人氣力倍增、肌肉堅實、壯骨強筋，對體能恢復(fù)十分有益［15］。

根據(jù)《中華人民共和國藥典》規(guī)定，中藥材黃精來源于黃精（Polygonatum sibiricum Red.）、滇黃精（P.kingianum Coil.et Hemsl.）和多花黃精（P.cyrtonema Hua.）這3個物種的干燥根莖［1］。近年來隨著黃精藥用價值和營養(yǎng)保健等功能不斷被發(fā)掘，黃精原料的需求量日益增加，但黃精野生資源長期處于私挖濫采的狀態(tài)，野生資源逐步枯竭，雖已有一定規(guī)模的人工栽培，但仍處于種源混雜，管理粗放的狀態(tài)，存在大量依賴采挖的野生黃精作為栽培種苗等問題，有待進(jìn)一步發(fā)展［16］。為更好地保護(hù)并開發(fā)利用好這一珍貴藥材資源，本文主要總結(jié)了黃精基源植物種質(zhì)的多樣性及在基因功能、品種選育等方面的研究進(jìn)展，以期為黃精的栽培和品種改良提供參考。

1 黃精基源植物種質(zhì)的多樣性

1.1 黃精基源植物種質(zhì)生態(tài)分布與表型多樣性

藥材黃精的3 種基源植物都屬于黃精屬，黃精屬（Polygonatum）傳統(tǒng)上屬于百合科（Liliaceae），但近年來分子生物學(xué)證據(jù)支持應(yīng)將其歸入天門冬科（Asparagaceae）［17］。黃精屬植物迄今已發(fā)現(xiàn)60 余種，分布于中國境內(nèi)的共有39種，分布于東三省、河北、河南、山西、內(nèi)蒙古、陜西、寧夏、甘肅、山東、安徽和浙江等省，生長于海拔200～2 000 米的林下、灌叢、水源邊、荒石等陰濕環(huán)境中［18］。3 種黃精屬植物的分布范圍、形態(tài)特征和生活習(xí)性各有不同。根據(jù)中國植物志等記載，黃精和多花黃精分布于低海拔山區(qū)，其中多花黃精分布于中南地區(qū)及相對溫暖的江蘇、安徽、浙江、江西、福建等地，葉互生，根狀莖常結(jié)節(jié)成塊，形似生姜，故習(xí)稱山姜或姜形黃精；黃精則分布較為廣泛，除東北、華北地區(qū)外，陜西、寧夏、甘肅等地也有分布，地上部分葉輪生，地下部根狀莖一頭粗一頭細(xì)，狀似雞頭，因此也俗稱雞頭黃精；滇黃精的分布范圍較窄，自然產(chǎn)區(qū)為云南、四川、貴州等西南部省份，海拔1 400～2 100 米的亞熱帶地區(qū)，其尖端拳卷，且具有黃精屬中較為少見的粉紅色花被及紅色漿果，其根莖結(jié)節(jié)明顯，多連珠狀，故又稱節(jié)節(jié)高［18，21］。

近年來，隨著對各地種植資源的收集，發(fā)現(xiàn)同一物種不同種源的黃精表型存在巨大差異。彭星星等［22］野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，多花黃精存在至少5 種形態(tài)的花，葉片則根據(jù)是否有蠟質(zhì)，背面是否有毛，背面是否略帶紫色以及葉片長寬比呈連續(xù)變化，難以清晰分類，根狀莖則至少存在細(xì)圓柱狀、大圓柱狀、圓錐狀、細(xì)瘦連珠狀、肥厚連珠狀、不規(guī)則塊狀6 種形態(tài)，這種變化與經(jīng)緯度有一定相關(guān)性，但同一區(qū)域內(nèi)多花黃精根狀莖形態(tài)也存在分化，這種分化影響了根狀莖有效成分含量，結(jié)節(jié)狀不明顯的根狀莖總多糖含量顯著高于結(jié)節(jié)狀明顯的根狀莖。劉校分析了來自14個不同產(chǎn)地的黃精植株，發(fā)現(xiàn)黃精的地上部隨環(huán)境變化較為規(guī)律，黃精的株高與海拔高度呈正相關(guān)，葉片的寬度與海拔呈負(fù)相關(guān)，開花輪數(shù)與海拔呈正相關(guān)，而每一輪的花序開花數(shù)與海拔無明顯特異。不同地區(qū)黃精根狀莖轉(zhuǎn)換段直徑、伸展段形態(tài)、根狀莖長寬比都有不同，在其分布區(qū)域內(nèi)，根狀莖變得肥厚，長寬比縮短，轉(zhuǎn)換段由東南向西北方向逐漸增大，由長雞頭形而逐漸縮短節(jié)間變?yōu)槎屉u頭形，采集自湖北省十堰市房縣野人谷的黃精根狀莖甚至因為伸展段較短呈現(xiàn)出連珠狀，近似多花黃精，同時根狀莖顏色會由淺白逐漸加深變?yōu)辄S色，含水量減少，折干率增加［23］。說明除遺傳因素外，環(huán)境條件對黃精基源植物表型形態(tài)特征有著較為顯著的影響，因此栽培條件的研究尤為重要。根據(jù)對3種黃精基源植物及黃精屬內(nèi)其他物種的表型觀察，黃精屬植物隨地理氣候區(qū)域變化呈現(xiàn)較為連續(xù)的變化，最適生境不同的黃精屬物種分布范圍間重疊較多，推測黃精屬內(nèi)物種應(yīng)正處于物種分化過程中［22-23］。

1.2 黃精基源植物種質(zhì)農(nóng)藝性狀的多樣性

3 種黃精基源植物的栽培條件和農(nóng)藝性狀也存在一定差異。黃精為中偏陽性草本植物，多花黃精為中性草本植物，有很好的耐陰性，在大棚、林下等環(huán)境中凈光合速率最高，黃精其次，滇黃精最低，但在高溫強光的全日照環(huán)境中，多花黃精凈光合速率表現(xiàn)出葉片發(fā)黃早衰，凈光合速率低于黃精，黃精則生長旺盛［24，26］，這為黃精3 種基源植物的栽培模式提供了參考，如多花黃精可栽培于林下，也可與瓜蔞、葡萄、獼猴桃等套種。羅春梅［27］等對比了黃精、多花黃精、滇黃精的物候期，發(fā)現(xiàn)滇黃精出苗最早，多花黃精最晚，但僅相差6 天，開花時間最早是黃精，最晚是滇黃精，相差25 天；結(jié)實最早是黃精，最晚是滇黃精，相差18天；果熟最早是多花黃精，最晚是滇黃精，相差9 天；滇黃精最早進(jìn)入枯萎期，黃精則最晚，相差6 天。蔣燕鋒等［28-29］發(fā)現(xiàn)17 個不同種源的多花黃精地下莖增產(chǎn)幅度幾乎都高于黃精和滇黃精（如表1 所示）；多花黃精根莖的多糖含量在9.70%～36.32%之間，平均為22.21%，是《中華人民共和國藥典》規(guī)定值7%的3.17 倍。較高的產(chǎn)量和有效成分含量是多花黃精在3種基源植物中人工種植最多的原因。

表1 黃精、滇黃精及不同種源多花黃精的生長量Table 1 Increment of P. sibiricum，P. kingianum and 17 P.cyrtonema provenances from different source regions

3 種不同基源物種根狀莖在有效成分的種類上同樣表現(xiàn)出巨大的差異。紅外光譜檢測發(fā)現(xiàn)滇黃精甾體皂苷類成分最為豐富，黃精、多花黃精中皂苷含量較低；黃精中糖類成分含量最少［30］，可根據(jù)收獲目標(biāo)成分選擇相應(yīng)的物種來種植。黃精基源植物在糖類成分的種類上也存在較大差異。多花黃精的多糖樣品結(jié)構(gòu)均含有阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖和半乳糖醛酸，黃精多糖僅由單一果糖構(gòu)成，滇黃精多糖則主要由葡萄糖組成［31-34］。通過多元回歸方法對UPLC-MS 檢測所得的代謝物圖譜進(jìn)行分析，根據(jù)測得的所有代謝產(chǎn)物種類及含量，可將供試藥材中3 種法定基源黃精明顯聚為3類［35］。進(jìn)一步研究表明，相較于滇黃精和多花黃精，黃精中缺失鹽酸氨基葡萄糖；多花黃精中D-甘露糖較滇黃精和黃精量少［36］。

即便同一物種、不同種源的3 種黃精基源植物在農(nóng)藝性狀及有效成分含量方面也具有很大差異。周新華等［37］分析了來自不同地區(qū)的9個多花黃精野生種群的12個表型指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)不管是在種群間還是在種群內(nèi)，除果實橫縱比外，野生多花黃精葉長、葉寬、葉片長寬比、葉面積、全株葉面積、地徑、株高、果實縱徑、果實橫徑、種子千粒重都有顯著差異，各表型性狀的平均變異系數(shù)為12.16%，變異幅度范圍為4.76%～23.63%。涂明鋒等［38］對8 個產(chǎn)地收集的多花黃精新鮮根狀莖成分進(jìn)行對比，江西宜春的多花黃精多糖含量最高，為14.77%，湖南湘西的僅為2.66%；湖南張家界的多花黃精黃酮含量最高，為1.09 mg/g，廣西桂林的僅為0.35 mg/g；四川廣安的多花黃精多酚含量最高，為1.45 mg/g，江西宜春的僅為0.47 mg/g。王丹等［39］比較了5 個不同產(chǎn)地的多花黃精根狀莖有效成分，多糖含量在8.09%～11.78%范圍內(nèi)變化，以湖南婁底地區(qū)的最高，總皂苷含量范圍為2.73%～5.01%，以湖南永州地區(qū)的最高；總黃酮含量范圍為0.21%～0.71%，以湖南張家界地區(qū)及四川甘孜地區(qū)的較高。上述研究結(jié)果為我們選擇優(yōu)良黃精種源提供了參考。

1.3 黃精基源植物種質(zhì)的遺傳多樣性

形態(tài)特征和農(nóng)藝性狀表明不同種質(zhì)，不同種源的黃精存在豐富的遺傳變異。早期研究多集中在細(xì)胞學(xué)層面，通過染色體數(shù)目和形態(tài)分析黃精屬植物的遺傳多樣性。目前黃精屬60多種植物中，做過染色體研究的有47 種左右，總共222 條染色體計數(shù)，已知其中14種具有不同的染色體數(shù)目，3種黃精基源植物中，多花黃精和滇黃精都發(fā)現(xiàn)了種內(nèi)染色體基數(shù)變化，已發(fā)現(xiàn)的多花黃精的染色體基數(shù)X=9、10、11、12，滇黃精X=13、15、16，目前發(fā)現(xiàn)的黃精種質(zhì)染色體則皆為X=12［40］。黃精屬植物的核型在不同居群間及同一居群中都存在多樣性（見表2），同一物種中，每份資源的核型公式也幾乎都不相同［41］。通過核型分析，可對同一物種不同居群的區(qū)分起到一定的作用，同時也可助于發(fā)現(xiàn)新物種，如金孝鋒等［43］將核型分析與形態(tài)分析結(jié)合，發(fā)現(xiàn)了浙產(chǎn)多花黃精的一個染色體基數(shù)X=12 的變種古田山黃精。

表2 各黃精基源植物的染色體信息Table 2 Chromosome information of origin plants species of Polygonati Rhizoma

黃精屬植物在自然條件下主要是通過營養(yǎng)體繁殖，因此更易產(chǎn)生染色體組型異化，且黃精屬植物的染色體變異為非整倍性變異，無論是種間還是種內(nèi)都存在較大的變異，其形態(tài)學(xué)上界定的種在其遺傳上并非同質(zhì)［47］。目前黃精屬內(nèi)物種的分類和物種鑒定仍存在一定困難，如湘黃精曾經(jīng)作為獨立物種報道，但此后形態(tài)學(xué)比較和分子系統(tǒng)學(xué)表明，湘黃精應(yīng)與滇黃精屬于同一物種［48-49］。

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，基于DNA克隆和序列分析的分子鑒別技術(shù)在遺傳多樣性分析方面發(fā)揮了重要作用。Tamura 等［50］最早將DNA條形碼技術(shù)應(yīng)用于黃精屬植物分類研究，此后，分子生物學(xué)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于揭示多花黃精遺傳多樣性及地理分布特征。李巧玲等［51］采用ISSR 分子標(biāo)記技術(shù)對黃精屬8 個種的植物進(jìn)行多態(tài)性分析，其多態(tài)性位點百分率達(dá)到96.8%，植物間遺傳相似性較低，具有豐富的遺傳多樣性。張恒慶等［52］采用ISSR分子標(biāo)記技術(shù)分析了大連地區(qū)3個黃精種群，5個多花黃精，黃精種群多態(tài)位點比率86.86%，遺傳分化系數(shù)為0.398 2，多花黃精種群多態(tài)位點比率94.41%，遺傳分化系數(shù)為0.308 4，黃精和多花黃精天然種群均具有較高的遺傳多樣性，且多花黃精多樣性高于黃精。張紅梅［53］采用ISSR 分子標(biāo)記技術(shù)分析了安徽省內(nèi)分屬于4 個物種的14 個黃精屬植物群體，根據(jù)產(chǎn)生的條帶聚類，同一種源的種質(zhì)聚為一類，其中5 個黃精居群遺傳距離在0.414 2～0.496 4，4 個多花黃精居群遺傳距離在0.388 2～0.555 3，所檢測的4 個黃精物種整體遺傳多樣性為0.350 0，種間分化系數(shù)為0.432 8。小范圍的分子標(biāo)記聚類基本上符合傳統(tǒng)分類學(xué)方法，但在更大范圍的研究中則出現(xiàn)了種間交叉及地理分布交叉現(xiàn)象，如朱巧等［54］對14個省38個縣市收集的60份材料黃精屬種質(zhì)資源進(jìn)行了SSR 遺傳差異分析，發(fā)現(xiàn)在遺傳距離閾值為0.26 時可聚為4 大類群，大部分同一物種或近緣物種的材料聚為一類，如10份滇黃精材料聚為一類，但有6 份材料并沒有和同種的其他材料聚在一起，如7份黃精材料與卷葉黃精聚為一類，但也有3份黃精材料與27份多花黃精材料和3份玉竹材料聚為一類，另有3 份多花黃精材料則與湖北黃精聚為一類，群體遺傳結(jié)構(gòu)分析則表明，其中50份材料遺傳組分相對單一，但有10份材料滲入了其他群體的遺傳信息，表明不同類群間存在基因交流，黃精屬內(nèi)物種的界限相對模糊。將60份種質(zhì)按照地理來源劃分，其遺傳多樣性指數(shù)從大到小依次為西部地區(qū)＞華中地區(qū)＞華南地區(qū)＞華東地區(qū)，西部地區(qū)的遺傳多樣性較其他地區(qū)高，可能是我國黃精屬植物的起源中心。

大范圍的遺傳多樣性研究同樣揭示了黃精物種內(nèi)地理分布與遺傳分化的關(guān)系。籍蓉蓉［55］采用SSR 分子標(biāo)記技術(shù)對安徽省13 個多花黃精居群進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)所收集的種質(zhì)具有中等以上的遺傳多樣性，略高于多年生植物平均值，結(jié)合部分形態(tài)數(shù)據(jù)，可將13 個多花黃精居群分為3 類，宣城、池州市的6 個居群為一組，黃山市的4 個居群為一組，大別山區(qū)的3 個居群為一組，與山脈地理分布一致。劉新等［56］采用ISSR 分子標(biāo)記技術(shù)對浙江、安徽、江西、福建、湖南、湖北6個省20個種源的118份多花黃精種質(zhì)進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)平均多態(tài)性百分率為94.62%，種源內(nèi)遺傳多樣性在33.85%～60.00%，UPGMA 聚類分析顯示，同一種源的種質(zhì)基本上聚為一類，說明種源間遺傳分化大于種源內(nèi)遺傳分化；在遺傳相似系數(shù)等于0.61 時可將種質(zhì)聚為武夷山脈、武夷山脈和羅霄山脈、大別山脈、洞宮山脈和天目山脈4類，與地理區(qū)位分布一致，表明山脈之間的平原、水域隔離是群體間遺傳分化的主要原因之一。

2 黃精基源植物種質(zhì)多樣性的開發(fā)利用

2.1 黃精基源植物基因功能研究方面的利用

植物種內(nèi)所有個體的所有遺傳性狀的基因構(gòu)成了該物種的基因庫，其中可能蘊藏著豐富的已知或未知的有用基因。種質(zhì)資源遺傳多樣性的研究將為評估基因資源的開發(fā)前景提供了重要的信息，而關(guān)鍵基因的發(fā)現(xiàn)和利用將是育種取得突破性成就的關(guān)鍵。關(guān)于黃精基因方面的研究起步較晚，目前尚無可參考的完整基因組測序結(jié)果，僅有葉綠體基因組序列報道。Pan 等［57］2020 年已完成黃精葉綠體基因組的測序，滇黃精的葉綠體基因組由Jin等［58］于2020年完成測序。黃精屬內(nèi)近緣物種卷葉黃精、玉竹以及一個尚未確定分類地位的冬季不落葉黃精屬物種（與黃精的遺傳距離遠(yuǎn)于輪葉黃精，但近于狹葉黃精）也已有完整的葉綠體基因組序列可供參考［59，61］，有助于黃精屬內(nèi)物種的分類關(guān)系研究和種源鑒定。

目前對3種基源植物基因功能的研究多采用解析過程不需要參考基因組的RNA-Seq 方法，且主要集中在研究黃精基源植物的次生代謝產(chǎn)物合成途徑方面。黃酮、多糖和甾體皂苷是黃精藥材中藥理作用較為明確的主要藥用成分，3 種黃精基源植物都已有相關(guān)的轉(zhuǎn)錄組研究結(jié)果報道。而基于遺傳轉(zhuǎn)化體系的黃精基因功能驗證則由于3種黃精基源植物都未建立完整的遺傳轉(zhuǎn)化體系而尚未開展，黃精的有效成分積累及其與環(huán)境因素的互作機(jī)制尚不完全清楚。

2.1.1 黃精基因功能的研究

黨凱凱等［62］以皂苷、多糖含量差異都較大的河南洛陽產(chǎn)黃精和陜西略陽黃精為材料進(jìn)行高通量轉(zhuǎn)錄組測序，經(jīng)注釋分析其中146條Unigene 對應(yīng)到甾體皂苷生物合成途徑中的32個相關(guān)酶，幾乎覆蓋了該途徑上的所有節(jié)點，其中10 個酶對應(yīng)的10 條Unigene 表達(dá)在兩個品種間具有顯著差異，其中8 個酶對應(yīng)的合成基因表達(dá)量變化規(guī)律在不同產(chǎn)地黃精和黃精不同部位中與甾體皂苷積累情況相似，表明這些基因可能在黃精的甾體皂苷合成中起關(guān)鍵作用；王世強［63］發(fā)現(xiàn)138條Unigene 對應(yīng)到黃精多糖生物合成相關(guān)的酶，其中8個酶對應(yīng)的88條Unigene在兩個品種間具有顯著差異，其中5 個酶對應(yīng)的合成基因表達(dá)量與多糖積累在不同種質(zhì)間正相關(guān)，己糖激酶合成基因與多糖積累負(fù)相關(guān)，β-呋喃果糖苷酶、己糖激酶和甘露糖-1-磷酸鳥苷?；D(zhuǎn)移酶是多糖積累的關(guān)鍵酶。

2.1.2 滇黃精基因功能的研究

肖韻錚等［64］以根、莖和葉為樣本進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，發(fā)現(xiàn)器官間差異表達(dá)基因主要集中在核糖體、光合作用、碳代謝、苯丙烷類生物合成、淀粉和蔗糖代謝等過程，表明與類黃酮合成相關(guān)通路是差異基因主要富集通路之一。結(jié)合相應(yīng)器官的類黃酮含量，篩選出與類黃酮生物合成相關(guān)的10個差異表達(dá)基因，包括查爾酮合成酶（CHS）、查爾酮異構(gòu)酶（CHI）、二氫黃酮醇-4-還原酶（DFR）、類黃酮3′-羥化酶（F3’H）、香豆酸-3′-羥化酶（C3’H）、咖啡酰輔酶A 甲基轉(zhuǎn)移酶（CCoAOMT）、無色花色素還原酶（LAR）、反式肉桂酸酯-4-單加氧酶（CYP73A）、花青素還原酶（ANR）和黃酮醇合成酶（FLS）。其中，查爾酮合成酶和查爾酮異構(gòu)酶基因的表達(dá)量與類黃酮含量呈顯著正相關(guān)，可能決定了類黃酮的合成。

2.1.3 多花黃精基因功能的研究

祝明珠［65］對多花黃精根、根狀莖、莖及葉片的轉(zhuǎn)錄組測序，發(fā)現(xiàn)263個Unigene 對應(yīng)到多糖合成途徑中的14 個關(guān)鍵酶，薯蕷皂苷合成途徑中則有4 種關(guān)鍵酶檢測到對應(yīng)的Unigene 共39條。單春苗等［66］以類似方法檢測到皂苷合成途徑中12 個關(guān)鍵酶對應(yīng)的共97 個Unigene，涉及皂苷合成的Unigene 達(dá)到502 條，且其中35 條在根狀莖中特異性表達(dá)。廖榮?。?7］對多花黃精幼苗期根狀莖進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序中發(fā)現(xiàn)27個皂苷合成相關(guān)酶對應(yīng)的共計113個Unigene，其中45 個與擬南芥中的酶同源，為多花黃精的功能基因組學(xué)研究提供了豐富的參考數(shù)據(jù)。祝明珠等［65］、單春苗等［66］進(jìn)一步克隆了甾醇合成途徑中第一個關(guān)鍵酶環(huán)阿屯醇合成酶的完整序列，并通過序列分析預(yù)測了其蛋白結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步研究其表達(dá)調(diào)控奠定基礎(chǔ)。CIGR（Chitin-inducible gibberellinresponsive genes）和SCL21（SCARECROW-LIKE 21）屬于響應(yīng)赤霉素信號的GRAS 轉(zhuǎn)錄因子家族中的PAT1亞家族，該家族基因在光敏色素的轉(zhuǎn)導(dǎo)方面具有重要作用。為探究多花黃精無菌快繁過程中環(huán)境條件的影響，呂煜夢［68-69］克隆了多花黃精中的Pc-CIGR 和PcSCL21，發(fā)現(xiàn)兩個基因的表達(dá)產(chǎn)物都定位于細(xì)胞核，具有器官表達(dá)特異性，均在葉中表達(dá)量最高，PcCIGR 基因表達(dá)受藍(lán)光和短日照誘導(dǎo)，Pc-SCL21基因表達(dá)受藍(lán)光、綠光和長日照誘導(dǎo)，兩個基因在激素處理下表達(dá)量和薯蕷皂苷含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。長梗黃精是多花黃精的易混品，在形態(tài)及地理分布上與多花黃精極為相似，在多花黃精供不應(yīng)求的環(huán)境下具有作為候選替代種的潛力，徐惠龍等［70］以種源收集自同一地區(qū)，栽培條件一致的多花黃精和長梗黃精幼嫩根狀莖為樣本進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，發(fā)現(xiàn)多花黃精與長梗黃精在多糖和薯蕷皂苷相關(guān)代謝通路表達(dá)差異較少，228 個Unigenes 編碼3 條多糖生物合成途徑中13 個關(guān)鍵酶，但只有35個Unigenes 有顯著性差異，64 個Unigenes 編碼薯蕷皂苷生物合成途徑9個關(guān)鍵酶，僅6個Unigenes有顯著性差異，為擴(kuò)大黃精藥材的植物資源提供了參考依據(jù)。

2.2 在黃精基源植物遺傳育種方面的利用

藥用植物育種的主要目的是獲得有效成分含量高的品種。任何一個新品種的培育都是在大量的植物資源基礎(chǔ)上通過選擇、雜交、回交、誘變等方法修飾、加工、改良后培育出來的。由此可見種質(zhì)資源及其遺傳性狀分析是育種的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

黃精屬內(nèi)形態(tài)學(xué)上界定的種在其遺傳上并非同質(zhì)，同樣，遺傳上近緣的黃精屬植物同樣可能存在較大的表型差異。周新華等［37］對生長在野外的多花黃精種質(zhì)進(jìn)行表型聚類分析，發(fā)現(xiàn)多花黃精種群內(nèi)的變異（36.24%）大于種群間的變異（15.37%），多花黃精種群內(nèi)的遺傳分化較種群間的遺傳分化更容易實現(xiàn)。王旭軍等［71］收集不同種質(zhì)進(jìn)行人工栽培，發(fā)現(xiàn)大部分農(nóng)藝性狀與藥用有效成分含量的遺傳方差均小于其環(huán)境方差，遺傳變異系數(shù)也均小于其環(huán)境變異系數(shù)，除株高、根莖多糖含量外，其他性狀的遺傳力均比較低。吳媛媛［47］將不同種質(zhì)于同一環(huán)境下栽培，發(fā)現(xiàn)不同多花黃精種質(zhì)的株高、葉寬、果實直徑和百粒重等性狀的遺傳力較高，分別為71.03%、57.156%、63.32%和77.83%，且其變異系數(shù)均低于10%，表明這些性狀不易受栽培環(huán)境條件影響，但根長、根平均直徑、根最大直徑、根最小直徑等根部形態(tài)性狀的遺傳力普遍偏低，均低于30%，且其變異系數(shù)較高，表明根部形態(tài)性狀受栽培環(huán)境條件的影響較大。黃精基源植物遺傳性狀分析對其遺傳育種具有很好的指導(dǎo)意義。

黃精基源植物主要依賴營養(yǎng)繁殖且相關(guān)研究起步較晚，目前品種選育方面成果較少，但已有多花黃精品種“皖黃精3 號”和“麗精1 號”面世?！巴铧S精3 號”由安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育而成的。彭星星等［72］從安徽旌德周邊山中收集大量的野生多花黃精資源，以系統(tǒng)選育的方式從中篩選出9 個各有特色且表現(xiàn)一致的類群，在此基礎(chǔ)上，對根狀莖形態(tài)及產(chǎn)量、相關(guān)成分含量、病害發(fā)生情況等進(jìn)行考察和分析，進(jìn)一步篩選出品種“皖黃精3 號”。該品種具有對根腐病的高度抗性，且株高可達(dá)到95 cm，年平均生長期125 天左右，栽培3 年單株可產(chǎn)根狀莖395.7 g，黃精多糖含量13.06%，為健壯高產(chǎn)的優(yōu)良品種，于2019 年11 月通過安徽省非主要農(nóng)作物品種鑒定登記?！胞惥? 號”為麗水市林業(yè)科學(xué)研究院選育，劉躍均等［73］從采集自安徽省青陽縣酉華鎮(zhèn)多花黃精群體中，以系統(tǒng)選育的方式經(jīng)優(yōu)選擴(kuò)繁而成。該品種適宜種植于浙江省海拔800 m 以下地區(qū)，其株高84.2～125.5 cm，地上部分年生長期200天左右，根莖多糖含量14.61%～14.73%，明顯高于栽培的滇黃精（多糖含量6.70%～14.28%）、野生多花黃精（多糖含量7.21%～11.47%）以及不同產(chǎn)地野生黃精（多糖含量6.34%～16.79%）。

目前黃精基源植物的育種仍以在野生種質(zhì)收集的基礎(chǔ)上系統(tǒng)選育為主，且由于其遺傳多樣性，在一段時間內(nèi)野生資源的收集與系統(tǒng)選育仍將是黃精基源植物遺傳育種的主要方式。為了更好地評價、篩選黃精種質(zhì)資源，焦劼等［74］初步編制了《藥用植物種質(zhì)資源鑒定評價技術(shù)規(guī)范黃精》，篩選了涉及農(nóng)藝學(xué)、生態(tài)學(xué)、生藥學(xué)方面的60 個性狀用于黃精種質(zhì)資源的鑒定，建立了包含其中21個性狀的多目標(biāo)決策分析模型用于黃精種質(zhì)資源的評價，并對評價方法和技術(shù)進(jìn)行了規(guī)范。依據(jù)該技術(shù)規(guī)范檢測了43 個黃精基源植物種質(zhì)，其中，產(chǎn)自陜西略陽、陜西安康、甘肅隴南的黃精，產(chǎn)自重慶武隆、安徽涇縣、廣西賀州、廣西宜州及重慶綦江的多花黃精種質(zhì)既是優(yōu)良的遺傳種質(zhì)材料，在陜西略陽地區(qū)的種植環(huán)境下也是優(yōu)良的藥用植物品種。在此基礎(chǔ)上，焦劼等［74］進(jìn)一步嘗試通過逐步距離壓縮法篩選黃精基源植物核心種質(zhì)，從地理分布不同的9 個居群，共47 份種質(zhì)材料中篩選出13 份作為核心種質(zhì)，保留的遺傳多樣性在多種評價標(biāo)準(zhǔn)下均達(dá)到90%以上，為引種和遺傳育種初步建立了基礎(chǔ)。

3 總結(jié)與展望

隨著我國居民生活水平的不斷提高，對于健康的重視程度不斷提升，中醫(yī)藥學(xué)在慢性病、亞健康的醫(yī)療調(diào)理及養(yǎng)生保健方面的作用，特別是在新冠病毒防治方面的作用獲得了人們的廣泛認(rèn)可。中藥材是中醫(yī)藥事業(yè)和大健康養(yǎng)生產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。中藥材傳統(tǒng)上主要來源于野生資源采挖，產(chǎn)量已不能滿足日益增長的需求，缺乏保護(hù)意識導(dǎo)致藥材野生資源枯竭，雖然經(jīng)過多年的發(fā)展，我國中藥材產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，但僅有部分藥材種類具有相對成熟的生產(chǎn)和評價體系。對于黃精這類基源植物分布廣，遺傳變異和環(huán)境變異大，生長周期長，因依賴營養(yǎng)繁殖導(dǎo)致繁殖系數(shù)低、品種退化的藥材，其規(guī)范化栽培、種質(zhì)資源保護(hù)與開發(fā)利用、藥材質(zhì)量控制方面仍然存在較大問題，對于其有效成分積累與環(huán)境互作的機(jī)理機(jī)制仍不清楚。

長期以來對黃精的研究集中于有效成分的藥理機(jī)制，對黃精本身的形態(tài)生理及遺傳方面的研究較少，制約了黃精種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)及代謝產(chǎn)物檢測技術(shù)在黃精研究上的應(yīng)用，黃精的種質(zhì)資源評價和開發(fā)方面有了一定的發(fā)展，但由于相關(guān)研究起步較晚，仍存在很多不足之處。在基礎(chǔ)研究方面，主要是基因組測序以及遺傳轉(zhuǎn)化體系的空白。目前3種黃精基源植物尚沒有完整基因組數(shù)據(jù)可供參考，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄組測序獲得的數(shù)據(jù)分析受到限制，Unigene 數(shù)據(jù)率依然較低，亟需在基因組測序方面取得進(jìn)展，且3 種黃精基源植物都未建立穩(wěn)定的遺傳轉(zhuǎn)化體系，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄組獲得的具有增產(chǎn)潛力的基因難以在黃精自身上進(jìn)行功能驗證，這嚴(yán)重限制了黃精基因功能的研究和利用。在遺傳資源應(yīng)用方面，仍要加快黃精基源植物的種質(zhì)篩選及品種選育。此前黃精種質(zhì)收集及篩選工作分散且進(jìn)展緩慢，僅僅只有2 個多花黃精品種經(jīng)過品種認(rèn)定，但目前黃精基源植物的種質(zhì)評價技術(shù)規(guī)范以及核心種質(zhì)篩選技術(shù)已經(jīng)初步建立，這一標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用有望大幅提高黃精種質(zhì)資源篩選及品種選育的效率。此外，王世強等結(jié)合轉(zhuǎn)錄組、代謝組和分子標(biāo)記技術(shù)以及現(xiàn)有QR 軟件建立了黃精DNA 指紋圖譜、種源二維碼和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，極大地方便了種質(zhì)信息的收錄和查詢［75-76］，此類多種生物技術(shù)聯(lián)合、生物技術(shù)與軟件開發(fā)結(jié)合將是未來的主要發(fā)展方向。