藥用植物桔梗的育種研究進展

摘 要：介紹了藥用植物桔梗在育種方面的研究進展，包括桔梗的花粉特性、種質(zhì)資源、育種方法以及育成的品種等方面。

關(guān)鍵詞：桔梗；育種；種質(zhì)資源；花粉

中圖分類號：S567.23 文獻標(biāo)識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.11.017

桔梗[Platycodon grandiflorum （Jacq.） A.DC]，別名鈴鐺花、包袱花，為桔?？平酃僦参铮嗄晟荼荆旮?0～90 cm，植株表面光滑，莖直立，分枝少。中下部葉片對生或輪生，上部葉片互生；葉片近無柄，卵形或長卵形，邊緣有鋸齒?；ǚ譃?個裂片，單生或呈疏生的總狀花序。果實為卵圓形蒴果，成熟時頂端開裂，內(nèi)含多粒卵形種子，棕色或黑色。根部肥大，既可入藥，也可食用，有利咽、散寒、宣肺、祛痰等功效[1-2]。

1 桔梗的種質(zhì)資源

桔梗原產(chǎn)于我國，在前蘇聯(lián)遠東地區(qū)、朝鮮半島和日本半島也有分布[3-4]。野生桔梗在我國大部分地區(qū)均有分布，以東北地區(qū)和內(nèi)蒙古產(chǎn)量最大。由于過度采挖，野生桔梗資源正逐年減少，日漸枯竭。桔梗的人工栽培越來越普遍。安徽是桔梗的主產(chǎn)區(qū)，但河南、河北、四川、江蘇、浙江和內(nèi)蒙古等省份也廣泛種植。

為了探索桔梗種質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)，魏建和等[5]對不同花色類型桔梗進行雜交，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，桔?；ㄉ头N色存在新的變異與分離，認(rèn)為花色和種色有一定的相關(guān)性，但自身遺傳機制以及不同花色類型之間的遺傳關(guān)系復(fù)雜。

桔梗種質(zhì)資源遺傳差異性的描述通常采用農(nóng)藝學(xué)性狀、藥用成分分析和分子生物學(xué)等方法。農(nóng)藝學(xué)性狀通常采用根粗、莖粗以及株高、主莖葉片數(shù)、葉長、葉寬、分枝數(shù)、花冠直徑、結(jié)果率等指標(biāo)[6-7]。嚴(yán)一字[8]研究認(rèn)為，桔梗種質(zhì)資源間總皂甙含量差異較大，可以作為桔梗種質(zhì)資源的評價標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)一字[8]和魏建和等[9]對桔梗種質(zhì)資源進行了RAPD分析，認(rèn)為桔梗種質(zhì)資源的聚類結(jié)果與地理分布幾乎一致。

2 桔梗的花粉特性

2.1 自花交結(jié)實率低的原因探討

桔梗為異花授粉植物[10]，也能部分自交，但自花交結(jié)實率低[5，11]。魏建和等[11]認(rèn)為桔梗自花交結(jié)實率低的原因是雌雄蕊異熟。觀察研究發(fā)現(xiàn)，桔梗開花當(dāng)天花藥開始散粉，并且花粉活力最高，3 d后花粉活力大幅度下降；而開花后的前3 d，桔梗柱頭基本不開裂，4～7 d后開裂柱頭逐漸增多。可見花藥和柱頭成熟時期不一致，也就導(dǎo)致了天然自花交結(jié)實性很差。以同一植株上當(dāng)天開花的花粉給柱頭裂開得成熟花進行人工授粉，可以獲得很高的結(jié)實率。劉自剛等[12]認(rèn)為桔梗自花交結(jié)實率低的原因是密布在柱頭表面柔毛的阻隔。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，桔梗開花當(dāng)天和花后1 d，柱頭表面密布白色柔毛，顯微觀察發(fā)現(xiàn)花粉被柔毛阻隔，很難落到柱頭表面，花粉管無法萌發(fā)、生長；用毛刷刷去柱頭表面的柔毛，能夠明顯促進開花當(dāng)天花粉在柱頭上的萌發(fā)生長，因此認(rèn)為密被在柱頭上的柔毛是桔梗自交結(jié)實率低的原因之一。

2.2 花粉活力研究

李今等[13]和魏建和等[11]采用TTC法研究了桔梗的花粉活力。李今等認(rèn)為，花藥散粉持續(xù)時間為3～4 d，在整個花藥散粉期間，花粉活力均很高，但隨著散粉時間的延長，花粉活力逐漸下降，從散粉第1天的100%降至第6天的15.8%。魏建和等的研究結(jié)果表明，花藥散粉在開花當(dāng)天完成，開始散粉時花粉活力高達81.4%，3 d后花粉活力降為27.6%，而在干燥劑中貯藏的花粉，第3天時活力仍達64.4%。劉自剛等[14-15]采用花粉管萌發(fā)和活體植株授粉法測定了桔?；ǚ郯l(fā)育過程中其活力的動態(tài)變化。花粉管萌發(fā)測定表明，桔梗開花后花粉繼續(xù)發(fā)育，活力逐漸提高，到6 h時其萌發(fā)率和花粉管長度均達到最高值，分別為92.2%和602.9 μm，之后活力逐漸下降，開花120 h后花粉活力迅速下降。通過活體植株授粉研究表明，花粉活力隨開花后時間的增加而迅速降低。開花當(dāng)天花粉活力最高，超過60%，開花后1 d，70.7%的花粉失去活力，開花后2 d花粉活力下降了87.0% ，到3 d時結(jié)籽率為0，花粉已完全失去受精活力。因此在田間條件下2 d內(nèi)的花粉具有受粉活性。

3 桔梗染色體核型分析

桔梗是二倍體植株，楊九艷等[16]和趙樺等[17]對其染色體核型進行了分析，二者均認(rèn)為桔梗體細胞染色體數(shù)目為2n=18，染色體臂比值均小于2。但楊九艷等認(rèn)為桔梗的9對染色體均為中部著絲點染色體，其中第六對具有隨體，染色體組絕對長度變異范圍為1.14～2.73 μm，最長染色體與最短染色體的比值為2.4，核型為1B型。而趙樺等則認(rèn)為在9對染色體中，8對均為中部著絲點類型、1對為近中部著絲點類型，染色體組絕對長度變異范圍為1.72～3.40 μm，最長染色體與最短染色體的比值為1.98，核型為1A型。王立平等[18]對其單倍體進行了染色體核型分析，認(rèn)為桔梗單倍體染色體數(shù)為n=x=9，染色體臂比值均小于2，其中6條染色體為中部著絲點染色體，2條染色體為近中部著絲點染色體，第6號染色體具有隨體，核型為1A型。

4 桔梗育種方法

4.1 多倍體育種

多倍體育種（polyploid breeding）利用人工誘變或自然變異等，通過細胞染色體組加倍獲得多倍體育種材料，用以選育符合人們需要的優(yōu)良品種。高山林等[19]、彭向東等[20]用秋水仙素誘導(dǎo)桔梗愈傷組織，獲得了四倍體株系，通過對所獲得的株系進行農(nóng)藝性狀的鑒定，發(fā)現(xiàn)四倍體植株莖粗增加、葉片面積變大、厚度增加、根部產(chǎn)量增加，表現(xiàn)出了多倍體植株的巨型性；采用HPLC-ELSD測定了桔梗皂甙D的含量，發(fā)現(xiàn)桔梗皂甙D的含量不僅顯著高于二倍體植株，而且顯著高于商品藥材。

4.2 雄性不育材料的發(fā)現(xiàn)與鑒定

植物雄性不育是指植物雄性生殖器官不能產(chǎn)生正常功能的雄配子——花粉的現(xiàn)象，如植物花藥中無花粉、花粉敗育和不裂藥等均屬雄性不育[21]。在高等植物中，雄性不育是一種普遍現(xiàn)象，利用不育系生產(chǎn)雜交種子，不僅可以節(jié)約大量母本去雄的成本，而且可以確保種子純度，充分發(fā)揮雜交種子的優(yōu)勢以增加農(nóng)作物產(chǎn)量、改進品質(zhì)、提高抗逆性和適應(yīng)性等。

王志芬、吳基日和劉自剛等[22-24]先后發(fā)現(xiàn)了桔梗的雄性不育材料，通過對桔?；ㄆ鞔罅康奶镩g觀察發(fā)現(xiàn)，雄性不育植株的花藥皺癟，通過套袋自交發(fā)現(xiàn)，結(jié)籽率為0，而進行異花授粉時結(jié)實正常。桔梗雄性不育材料的發(fā)現(xiàn)，為桔梗雜交育種奠定了堅實基礎(chǔ)。

4.3 誘變育種

誘變育種是指用物理、化學(xué)因素誘導(dǎo)動植物的遺傳特性發(fā)生變異，再從變異群體中選擇符合人們某種要求的單株/個體，進而培育成新的品種或種質(zhì)的育種方法。它是繼選擇育種和雜交育種之后發(fā)展起來的一項現(xiàn)代育種技術(shù)。

1999年，高文遠等[25]研究了衛(wèi)星搭載對桔梗超微結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明，在光學(xué)顯微鏡下，桔梗葉片組織結(jié)構(gòu)沒有明顯變化，在電子顯微鏡下，桔梗的細胞核和葉綠體等超微結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。進一步對其生長發(fā)育以及過氧化物酶同工酶、酯酶同工酶和蛋白質(zhì)及內(nèi)源激素等的研究表明[26]，經(jīng)衛(wèi)星搭載的桔梗種子出苗率較高，株高增加，葉面積增大，單株開花數(shù)和結(jié)果率提高，但根部一些指標(biāo)如根長、直徑、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量等與對照沒有明顯區(qū)別；過氧化物酶同工酶、酯酶同工酶和蛋白質(zhì)的電泳圖譜沒有變化，GA含量變化不明顯，IAA含量提高，ABA含量降低。王志芬等[27]借助“神舟4號”太空飛船的返回艙對桔梗種子進行了空間誘變，研究了空間誘變對SP1代植株的生物學(xué)效應(yīng)。研究結(jié)果表明，經(jīng)空間誘變的種子SP1代植株的生長發(fā)育受到了顯著抑制。王文靜等[28]采用用X射線熒光光譜法（XRF），對第4代太空誘變桔梗元素種類和含量進行了測定分析，結(jié)果表明，Zn、Mn含量提高。郭西華等[29]采用FTIR光譜法對第4代太空誘變桔梗進行了分析，認(rèn)為經(jīng)誘變桔梗中非晶態(tài)有機物成分及含量有所改變，活性成分如皂苷、甾體、多糖類等含量增加，尤其是桔梗酸、脂肪油、脂肪酸及揮發(fā)油等，同時木質(zhì)素、氨基酸的含量也有所增加。

5 桔梗新品種

吉林市農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)過8年的研究，選育出野生桔梗優(yōu)良品種“九桔蘭花”，該品種具有產(chǎn)量高、品質(zhì)好、耐寒、耐瘠、適應(yīng)性強等優(yōu)點，是藥、食、觀賞兼用的優(yōu)良桔梗品種[30]。山東省農(nóng)科院于2007年選育出“魯梗1號”，該品種具有抗逆性、抗病性、豐產(chǎn)性等特點[31]。溫學(xué)森在1995年發(fā)現(xiàn)一新桔梗栽培變種——重瓣桔梗[32]。

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