蒙古黃芪種質資源研究進展

馮學金，劉根科，梁素明

（1.山西省農業科學院高寒區作物研究所，山西大同037008；2.山西省農業科學院作物遺傳研究所，山西太原030031）

黃芪是豆科植物蒙古黃芪（Astragalusmembranaceus（Fisch）Bge var mongholicus（Bge）Hsiao）或膜莢黃芪（Astragalusmembranceus（Fisch）Bge）的干燥根[1]。由于蒙古黃芪主根粗長、側根少，質地柔軟，粉性足，藥性強，質量較好，因此，近年來栽培黃芪多為蒙古黃芪[2]。黃芪性微溫，味甘，有補氣固表、利尿排毒、斂瘡生肌之功效。由于黃芪藥性溫和，有補氣固表之“圣藥”的美譽，應用非常廣泛。黃芪中含有皂苷、多糖、黃酮、微量元素和氨基酸等多種有效成分，現代藥理學研究證實，黃芪具有增強機體免疫力、抗衰老、雙向調節血糖、降血壓、抗心肌缺血等多種藥理作用[3]。據統計，以黃芪為原料的中成藥多達200余種[4]。隨著人民生活的改善和醫療保健水平的提高，黃芪的需求量持續增加，市場的大量需求引發了對野生資源的過度采挖，傳統地道黃芪主產區的野生資源幾乎被挖光，野生黃芪瀕臨滅絕，已遠遠不能滿足市場需求[5]，目前，我國商品中藥材的黃芪主要來源于栽培。但由于種質混雜、退化、盲目引種等原因，黃芪質量和產量均有所下降。因此，開展黃芪種質資源研究，選育優質、高產蒙古黃芪新品種具有重要意義。本文就蒙古黃芪種質資源的研究進展作一概述。

1 蒙古黃芪種質資源分布

蒙古黃芪產于山西、內蒙古、甘肅、河北、寧夏，生長于向陽草坡或山坡上[6]。具體分布情況如下。

山西省：渾源、應縣、繁峙、天鎮、陽高、朔城區、代縣、五寨、五臺、靜樂、黎城、介休、沁縣、沁源；內蒙古：固陽、武川、武東、赤峰、卓資、達茂旗、察右后旗、土默特右旗、克什克騰旗、興和；甘肅省：隴西、宕昌、渭源、漳縣、臨洮、岷縣；河北省：張北縣、圍場縣、蔚縣、陽原；寧夏：固原。

2 蒙古黃芪多樣性研究

2.1 株型多樣性

蒙古黃芪株型有直立型、斜生型和匍匐型。

2.2 莖蔓顏色多樣性

蒙古黃芪植株莖蔓有的完全為綠色，有的完全為紅色，還有的紅綠相間。

2.3 葉片顏色多樣性

蒙古黃芪葉片顏色有綠、淺綠、灰綠及黑綠等多種。

2.4 葉片形態多樣性

蒙古黃芪葉片為奇數羽狀復葉，其小葉有橢圓形、橢圓狀卵形等；小葉先端有的圓，有的微凹，有的則具小刺尖；小葉表面有的雙面被毛，有的上面被毛，有的下面被毛，還有的兩面均無毛。

2.5 花顏色多樣性

蒙古黃芪花是蝶形花，花瓣顏色有的呈黃色，有的呈黃白色，有的呈紫色，還有的呈黃白色略帶淡紫色或淡綠色。

2.6 種子形態多樣性

蒙古黃芪種子形狀為扁卵圓形，種皮顏色以黃褐色、黑褐色、棕色為主，中間存在過渡類型。

2.7 根形態的多樣性

蒙古黃芪根系大多主根粗長、側根少而細，且集中在主根的底部，即所謂的“鞭桿芪”；但也有少數植株側根多而粗，形成所謂的“雞爪芪”。

2.8 根橫切面的多樣性

觀察蒙古黃芪根的橫切面，有的韌皮部厚，韌皮纖維束多，木纖維束較少，綿性強，柴性小；有的則是韌皮部較薄，韌皮纖維束少，而木纖維束較多，綿性弱，柴性大，易折斷。

2.9 分子水平多樣性

金鐘范[7]應用RAPD技術對黃芪種質資源進行了遺傳多樣性分析，篩選出12條隨機引物從16份來自不同地區的黃芪中共擴增出127條多態性帶，平均每個引物擴增出10.58條多態性帶，其多態率為85.81%，多態性比率較高。來源不同的16份種質的遺傳距離分布在0.059和0.608之間，平均遺傳距離為0.329。可見，黃芪的遺傳多樣性比較豐富。

3 蒙古黃芪種質資源創新與新品種選育

由于栽培歷史較短，黃芪種質資源收集、鑒定和新品種選育工作基礎薄弱。目前，在黃芪栽培中，種子主要是靠采集野生或半野生狀態的黃芪種子為主，混雜、退化嚴重，田間表現良莠混雜，難于管理，嚴重制約著黃芪產量和品質的提升。因此，開展黃芪種質資源收集、鑒定，選育優質、高產蒙古黃芪新品種，不僅能提高栽培黃芪的產量和質量，對緩解野生黃芪資源壓力也是一種行之有效的辦法。

甘肅定西地區旱農科研推廣中心采用混合選擇法，從渭源縣地方農家種中先后選育出蒙古黃芪新品系94-01和94-02。其中，94-01于2004年通過甘肅省科技廳成果鑒定。該品系主根圓柱狀，長85～120 cm，中下部有1～3個分支，外皮淡褐色，內部黃白色，根斷面有明顯的豆腥味，其鮮黃芪平均產量9 274.5 kg/hm2，較當地農家品種增產19.2%，具有高產、穩產、抗病蟲能力較強、抗逆性廣、農藝性狀優良等特點，質量符合《中國藥典》規定標準，已經在甘肅省大面積推廣[8]。94-02主根圓柱狀，長50～120 cm，中下部有側根2～5個，外皮淺褐色，內部黃白色，主根上疏生橫長皮孔，根斷面有明顯的豆腥味，在定西市黃芪品種區域試驗中其鮮黃芪平均產量為9 091.5 kg/hm2，較對照當地農家品種增產15.8%。94-02特等品出成率21.5%，一級品出成率30.6%，分別較對照94-01提高4.8%和5.4%[9]。

多倍體藥用植物不但具有藥用器官變大，有效成分增加，抗逆性增強的優良特征，同時蘊育著豐富的遺傳變異潛力，因此，利用秋水仙堿誘導黃芪多倍體，是創造蒙古黃芪新種質，并進一步選育優質、高產蒙古黃芪新品種的理想途徑。吳玉香等[10]采用改良瓊脂涂抹法（0.2%的秋水仙堿與0.1%的瓊脂混合成半固體）處理蒙古黃芪幼苗頂芽，得到四倍體誘導植株，四倍體植株單根平均鮮質量為225 g，比對照植株（二倍體）重25%，且四倍體黃芪化學成分與對照相比沒有變化，具有優良的藥材品質。陳蘭蘭等[11]在組織培養的基礎上，對蒙古黃芪進行了同源四倍體的誘導，他們用秋水仙堿溶液浸泡生長20 d后的無菌叢生芽，獲得了染色體加倍的蒙古黃芪株系，并確定誘導蒙古黃芪多倍體的最佳條件是在2%二甲基亞砜和0.2%的秋水仙堿中浸泡36 h，四倍體誘導率高達39.99%。

用射線輻照植物種子，具有突變譜廣、突變頻率高和突變體穩定快速等特點，是選育優良新品種的一種先進而有效的手段。侯晶[12]用不同劑量的60Co-γ射線輻照處理黃芪種子，結果表明，400 Gy是60Co-γ射線輻照黃芪種子的最適劑量。通過輻照手段培育出的黃芪植株，株形矮小，根系粗大，根的長度、直徑和鮮質量等指標都優于栽培植株，根的品質有很大的提高。此外，輻照培養的黃芪根中甲甙含量達到0.25mg/g，明顯高于栽培種（0.18mg/g）。吳座功[13]將不同劑量的低能N+注入蒙古黃芪種子后，利用蒙古黃芪葉片蛋白的SDS-PAGE圖譜分析，研究蒙古黃芪種子的變異情況。結果表明，N+注入蒙古黃芪種子可使蛋白質發生變異，即出現與對照不同的新帶，也有舊帶的消失；同時，SDS-PAGE圖譜條帶出現了不同程度移動，并且隨著N+注入劑量的增大，蛋白質的變異程度也加大。蛋白質是結構基因表達的初級產物，是生物基因型在生化表現型上的一種反映。蛋白質譜帶的移動、缺失可能是由于離子束的注入打亂了原有遺傳物質DNA的正常排列，使其部分序列丟失和序列的重新連接，蛋白質的分子量發生了變化，這為離子束誘變蒙古黃芪提供了可靠的依據。

甘肅省定西地區旱農研究中心[14]以內蒙短蔓黃芪為父本、本地毛芪為母本雜交選育而成高產優質黃芪新品種9118，該品種植株矮化（株高20～30 cm），匍匐生長，其主根較一般品種長5～8 cm，主根下部毛根分布較多，但主根分叉少，吸水、吸肥能力強，藥材品質好，高抗根腐病和白粉病。多年試驗示范證明，9118比一般黃芪品種增產20%以上，可產干品5 250～6 750 kg/hm2，一級品率達90%以上。

自從1986年Power等首次成功地將煙草花葉病毒（TMV）的衣殼蛋白（CP）基因導入煙草，獲得抗TMV轉基因植株，人們越來越重視通過基因工程改良植物品種，創造新種質。李大超[15]用含aFGF基因的根癌農桿菌GV3101轉化黃芪子葉節，成功地將酸性成纖維細胞生長因子（aFGF）導入黃芪。aFGF具有創傷愈合、組織修復的功能，黃芪有補氣固表、斂瘡生肌的功效，將aFGF基因導入黃芪中，可能獲得二者的累加效應，為黃芪在斂瘡生肌外用藥開發方面奠定基礎。

4 蒙古黃芪栽培與引種

歷史上商品黃芪以野生為主，但由于長期大量、無節制采挖，目前野生黃芪資源幾近枯竭，成規模的野生黃芪資源已十分少見。目前，我國商品中藥材的黃芪主要來源于栽培。隨著人們對黃芪藥用價值了解的不斷加深，市場對黃芪的需求量不斷增加，蒙古黃芪引種栽培規模也不斷擴大，特別是在內蒙古、山西、甘肅、河北等地，已具相當規模。高鳳蘭等[16]對黑龍江省林口縣和蘿北縣野生與栽培黃芪的多項指標進行比較，結果表明，總灰分和酸不溶性灰分均符合國家藥典標準，水浸出物、甲醇浸出物、多糖、氨基酸及微量元素的含量，栽培黃芪3年根與野生黃芪根無明顯差異，達到國家藥典標準，可以起收出售入藥。劉靖等[17]對山西恒山地區坡地半野生黃芪和平地栽培黃芪的微量元素和黃酮類成分含量進行比較，結果表明，山上半野生黃芪藥材中微量元素 Mg，Ca，Fe，Mn，Zn，Cu 的含量和平地栽培的黃芪藥材中的含量相差不多；黃芪黃酮含量上，平地栽培的黃芪藥材中毛蕊異黃酮甙、芒柄花甙、毛蕊異黃酮、芒柄花素的含量均比山上半野生黃芪藥材中的含量要高。可見，黃芪引種馴化后，其在遺傳上具有穩定性，引種栽培黃芪可以代替野生黃芪使用。

中藥黃芪的大規模引種，在一定程度上緩解了野生資源不足的問題，也給農民帶來了經濟效益。然而盲目的引種、擴種會嚴重削弱藥材的地道性，導致黃芪的品質大幅下降。國內市場上引種的劣質黃芪并不鮮見[18]。劉娟等[19]從解剖學角度，對比了山西渾源野生蒙古黃芪和引種栽培到黑龍江省林口縣的蒙古黃芪，結果表明，山西野生蒙古黃芪韌皮纖維束多，木纖維束少，因而綿性強，柴性小。當把山西渾源的蒙古黃芪引種栽培到黑龍江省，由于土壤條件變化，其韌皮纖維束明顯減少，木纖維束增多，這種黃芪形態上雖仍為鞭桿芪，但由于柴性大，綿性弱，易折斷，在商品質量上已明顯遜于山西渾源野生蒙古黃芪。白效令等[20]將采自恒山地區的蒙古黃芪種子在地理位置和氣象因子方面都與恒山地區存在差異的5個試驗點進行栽培，結果表明，由于生態環境的差異，試驗地栽培的黃芪在生長動態，根部縱切面結構，不同年齡、不同產地多糖的含量等方面與恒山地區的蒙古黃芪都存在差異。

要確定一個地區是否適合引種黃芪，最可靠和有效的辦法就是通過長時間的實地引種試驗，但因需要花費大量的人力、物力，周期也長，在實踐中難以大規模開展。為減少引種的盲目性，黃芪的引種一定要遵循氣候相似和土壤相似的原則。根據氣候相似性引種才能夠保證黃芪正常生長；土壤相似，引種地生產的黃芪才有可能與地道產區的黃芪具有相同或相似的品質，這是因為環境因子中土壤條件與黃芪的品質形成有密切的關系。因此，引種前應了解黃芪地道產區的氣候、土壤等生態條件。

為了給中藥材的引種提供理論依據，克服經驗型引種的盲目性，陳士林等[21]依托地理信息系統（GIS）平臺，以氣溫、相對濕度、降水量、日照時數、極端最低溫度、極端最高溫度的1 km2柵格氣候數據庫和1∶4 000 000的土壤數據庫為基礎，利用聚類分析和空間分析技術，建立了“中藥材產地適宜性分析地理信息系統”。并以內蒙古武川和山西渾源為地道基點縣，運用此系統分析了蒙古黃芪的全國適宜產地。結果表明，按蒙古黃芪藥材生長所需的氣候、土壤條件分析，蒙古黃芪主要適宜產區集中分布在山西北部和內蒙古南部，即與山西渾源黃芪主產區相似的地區則集中在山西的北部，另外在河北、甘肅、陜西等也有部分適宜區；而與內蒙古武川黃芪主產區相似的地區仍主要集中在內蒙古南部地區，另外在甘肅、寧夏也有部分適宜區。

5 蒙古黃芪的野生撫育

中藥黃芪的大規模引種，在一定程度上緩解了野生資源不足的問題，也給農民帶來經濟效益。然而栽培黃芪在性狀質量和化學質量上與野生黃芪尚有一定的差距。這是由于引種過程中常疏忽了土壤和氣候條件對植物生長及其藥用部位的影響，導致黃芪地道性的削弱。并且近幾年發現，與野生黃芪相比，栽培黃芪病蟲害非常嚴重，嚴重影響黃芪的品質和商品價值。此外，逆境條件有利于植物次生代謝產物積累，有利于中藥地道性的形成[22]，而在人工栽培條件下，由于水肥條件較高，黃芪往往生長較快，卻不利于有效成分的積累，導致品質下降，地道性削弱。

由于引種栽培黃芪存在品質下降問題，而在我國內蒙古南部和山西北部等地區尚有豐富的山坡地資源適于黃芪生長，如能在這些地區恢復野生蒙古黃芪資源，不但有利于生物多樣性的恢復，也會帶來顯著的經濟效益。王良信等[23]進行了野生黃芪資源的恢復試驗研究，結果表明，采用泥球包衣種子撒播為較好的播種方式，雖然該播種方式出苗率比條播低，但以后生長旺盛，而且省工省時，且8年后擴散面積就可達到原種植面積的10倍。并建議選擇西坡、北坡進行野生黃芪資源的人工更新和恢復，在東坡、南坡及無植被保護的山地黃芪由于過于干旱而不宜生長。

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