西洋參種質資源及品種選育技術研究進展

李春蓮，萬楚軍，龔 雪，趙方杰，陳榮信，胡小平

(1.西北農林科技大學 農學院/旱區作物逆境生物學國家重點實驗室，陜西楊凌 712100；2.西北農林科技大學 植物保護學院/旱區作物逆境生物學國家重點實驗室，陜西楊凌 712100；3.陜西省留壩縣農業技術推廣中心，陜西留壩 724100)

西洋參為五加科(Araliaceae)人參屬(Panax)西洋參種(Panaxquinquefolius)植物，為多年生半陰性宿根草本植物，是一種名貴中藥材，其根可入藥，地上植株亦可入藥。西洋參又名花旗參、洋參、美國參、五葉人參等，原產于北美洲。20世紀70年代開始，西洋參在中國東北、華北、華中、西北部分省市地區引種栽培成功。《中國藥典》 2000版收載了西洋參為原藥材，認為西洋參具有補氣養陰，清熱生津的功效，可用于緩解和治療氣虛陰虧，虛熱煩倦，咳喘痰血，內熱消渴，口燥咽干等病癥。2020年1月2日，國家衛健委、國家市場監督管理總局發布《關于對黨參等9種物質開展按照傳統既是食品又是中藥材的物質管理試點工作的通知》中，將西洋參的干燥根納入食藥物質目錄管理，至此，西洋參作為“藥食同源”特色植物將更加普遍地出現在人們的日常消費中，充分發揮其“空腹食之為食物，患者食之為藥物”的功能。然而，長期以來，中國西洋參種植多為引種栽培，由于西洋參為常異交多年生植物，生產周期長，造成農家栽培西洋參多為異質混雜群體，商品參品質退化極其嚴重。此外，西洋參多年生草本生長習性致使常規育種困難重重，難以選育出優良品種，造成目前西洋參品種資源極為缺乏，因此，培育出優良西洋參新品種，已成為當前西洋參生產中亟待解決的關鍵問題。本文擬從西洋參遺傳特性、種質資源收集及品種選育技術等方面進行研究總結，探索西洋參品種選育的關鍵技術及瓶頸，以期為西洋參品種選育及改良提供新思路。

1 西洋參遺傳特性

1.1 西洋參染色體核型分析

染色體核型是指一個物種體細胞中所有染色體特征的總稱，包括物種細胞染色體數目、組成、大小、著絲粒位置及隨體有無等特征。核型具有物種相對穩定性，通過核型分析可以為細胞遺傳分類、物種間親緣的關系以及染色體數目和結構變異的研究提供重要依據，同時，核型分析也是生物遺傳育種研究的理論基礎。學術界對于西洋參染色體數目曾有爭議，早在1967年Taylor[1]鑒定來自加拿大的西洋參材料染色體為2n=44，Blair[2]報道來自美國弗吉尼亞州的西洋參染色體為2n=48。Hu等[3]經過西洋參花芽染色體數目鑒定，認為西洋參為異源四倍體，其體細胞染色體數目2n=48。楊滌清[4]對4種人參屬植物的體細胞染色體數目分析發現：竹節參(P.japonicus) 2n=24，三七(P.notoginseng)2n=24，人參(P.ginseng)2n=44，西洋參(P.quinquefolius)為四倍體，2n=48，并認為竹節參是人參屬中較為原始的類群，人參和西洋參是較進化的類群。任躍英等[5]對西洋參進行根尖染色體計數及染色體核型，認為西洋參染色體數目為48條，染色體長度變化在3.06%～5.04%，平均相對長度為 4.16%，平均臂比為1.88，屬于2B型，其核型公式為2n=48=20m+26sm+2st，并根據st染色體只有兩條的結果推測西洋參可能為異源四倍體(雙二倍體)植物。梁韶[6]對3種人參屬植物(人參、西洋參和三七)組培材料進行染色體核型分析，表明三七染色體數目為24條，人參和西洋參均為48條，其中西洋參染色體長度范圍為 2.87%～5.33%，除端粒染色體外，臂比值變化范圍為1.28～3.48，臂比均值為1.95，其核型公式為2n=4x=48=22m+22sm+2st+2T，屬于2A型。核型似近系數聚類分析及rDNA分布位點特征表明西洋參與人參親緣關系較近，而與三七親緣關系較遠。這些研究公認西洋參為異源四倍體植物，其染色體數目2n=48，但其物種來源及進化途徑仍不明確，需做進一步追蹤研究。

1.2 西洋參主要農藝性狀變異類型

西洋參為常異花授粉植物，自然異交率 45.72%[7]。目前栽培西洋參多為異質混雜群體，不同群體間或同一群體不同個體間均存在較大的表型差異和豐富的遺傳多樣性。不同產地西洋參在特定的生態環境下長期適應而形成較為穩定的品系(不同生態型)及不同的變異類型，并在基因表達、生化等表型上表現出差異。變異性狀主要包括：(1)株高變異：4 a生西洋參株高變異范圍在20～70 cm，多為40～60 cm，同一群體株高表現參差不齊，一致性差。(2)花梗長度變異：4 a生植株花梗長度在12～24 cm。大多數西洋參株高是其花梗長度的1～3倍。(3)葉型變異：長葉型(長寬比小于1∶ 0.45)、圓葉型(長寬比大于 1∶0.60)、普通葉型(長寬比為1∶0.45～0.60)；直立型(葉展角度<40°)、平展型(葉展角度>70°)。(4)熟性變異(果實紅熟期)：早熟型、中熟型、晚熟型。(5)根長變異：長枝型、短枝型。(6)根型變異：長形型、短粗型、枝杈型、疙瘩型。(7)穗型變異：緊穗型(果穗緊湊)、散穗型(果穗松散)。(8)果實變異：單籽果、雙籽果、三籽果。(9)果實顏色變異：紅果、黃果(隱性突變)。趙亞會等[8]通過對西洋參不同類型種質資源的形態特征、特性研究，對西洋參品種遺傳資源特性進行了總結，認為：西洋參根部高產和果實豐產類型的遺傳資源是非常豐富的，分布于多種類型中，其中長枝類型、長葉類型、中葉類型、果實晚熟類型和散穗類型等都蘊藏著高產遺傳基礎，是寶貴的西洋參種質類型；晚熟類型和圓葉類型是西洋參地上部分繁茂型遺傳資源；緊穗、早熟和短枝等類型中存在著矮稈遺傳資源；不同類型西洋參的人參總皂甙含量和總糖含量差異不大。

筆者對陜西留壩的200份西洋參單株地上部分農藝性狀進行了統計分析，結果(表1)表明，株高均值為29.9 cm，變異幅度18.1～40.5 cm；主莖長均值為17.5 cm，變異幅度7.0～25.0 cm；花梗長度均值為12.4 cm，變異幅度5.8～22.3 cm；葉長均值11.5 cm，變異幅度7.2～15.0 cm；葉寬均值為6.3 cm，變異幅度4.1～8.5 cm；葉面積均值為73.3 cm，變異幅度30.1～125.2 cm；葉寬長比均值為0.6 cm，變異幅度0.4～0.8 cm。其中普通葉型較多，圓葉型和長葉型較少；緊穗型、株型緊湊、中熟類型較多。相關性分析(表2)表明，株高、主莖長、花梗長度、葉寬、葉面積和葉寬長比互為極顯著正相關，表明這些農藝性狀之間在西洋參地上部分生物產量上存在正向選擇作用。葉型與葉寬呈顯著負相關，與葉面積呈極顯著正相關；株型與葉寬呈極顯著正相關，與葉型呈顯著負相關，這些表明株型緊湊、長葉型類型有利于增加葉面積，提高光合效率。因此，在育種中應注重高株、寬葉、大葉、花莖較長的類型及株型緊湊和長葉類型的選擇。

表1 西洋參主要農藝性狀平均值及變異幅度Table 1 Mean value and variation range of main agronomic traits of Panax quinquefolius

表2 西洋參主要農藝性狀相關性分析Table 2 Correlation analysis of main agronomic traits of Panax quinquefolius

2 西洋參適生區及種質資源

2.1 地理起源及種植區域

五加科人參屬目前在中國有12個種或變種，常見用于藥用的人參屬植物有人參(P.ginsengC.A.Meyer)、西洋參(P.quninquefoliusLinn)和三七(P.notoginsengF.H.Chen)。對于人參屬的起源學術界頗有爭議，楊滌清[4]認為中國西南地區是人參屬的現代分布中心，也是最大的變異中心，很可能是人參屬的始生中心；人參、西洋參可能是本屬較進化的類群，三七是中國西南現代變異中心近期分化和發展起來的種群。魯歧等[9]根據人參屬植物化石資料及被子植物起源理論，認為人參屬植物起源于白堊紀中期，中國太行山脈及遼東為人參屬起源的中心地區，長白山系、朝鮮及前蘇聯遠東地區是進一步擴展的高緯度人參分布區，中國西南是人參屬的現代變異中心；中國野生人參和西洋參是人參屬古老類群中比較原始的種類，而現代栽培人參和三七是古老類群中相對較進化的種類。在人參屬進化類群親緣關系上，徐克學等[10]在大量形態數據的基礎上，綜合植物化學、細胞學和地理分布等多方面結果進行聚類分析，認為人參與西洋參親緣關系最近。魯岐等[9]運用分枝分類學對人參屬進行較系統的數量分類學研究，結果顯示西洋參與原始人參有共同祖源，三七與現代栽培人參為較進化種。這種人參屬地理起源及親緣關系的爭論及不確定性表明了人參屬植物種質資源的多樣性和復雜性，加大了其遺傳研究和品種選育的難度。

相對于人參和三七，西洋參種植區域較為廣泛。從栽培起源來看，西洋參原產于美國東北部沿大西洋的緬因州和東南部沿大西洋的北卡羅來納州、肯塔基州、密蘇里州，緯度約北緯35°到加拿大北緯50°的魁北克省[11]。中國在20世紀70年代末成功引種西洋參，發展到現在已成為世界西洋參主產地和最大的消費國，西洋參產業得到迅猛發展。目前，中國西洋參栽培主要有東北、華北、華中和康滇4個生態栽培區[12]。隨著長期栽培及生產實踐，東北、北京、山東及陜西秦嶺南部山區已成為中國西洋參的主產區，不同產地西洋參在特定生態環境下長期適應形成較為穩定的生態類型，不同的生態類型西洋參表現出較為顯著的農藝性狀及品質變異[13]。西北農林科技大學留壩西洋參試驗示范基地對來源于加拿大及中國陜西、山東和吉林的西洋參總皂甙含量、氨基酸種類及含量、還原糖含量及微量元素進行了對比分析，結果表明不同地區來源的西洋參各種成分含量存在較大差異。來自原產地加拿大西洋參各成分含量(超過4.40%)遠高于國內樣品，國內不同地區來源的樣品含量差異不明顯，但來自陜西留壩樣品含量最高?？偘被嵋约案鞣N氨基酸含量在地區來源水平上無明顯差異，但從富含氨基酸種類具有一定特點，以人體不能合成的賴氨酸和精氨酸為例，4個不同地區來源的西洋參樣品中均含量豐富，其中以加拿大來源西洋參含量最高，陜西留壩次之。加拿大來源的西洋參還原糖含量最高，國內來源的西洋參還原糖含量間存在明顯差異，其中陜西留壩縣西洋參還原糖為0.12 mg/g，為山東、吉林省的3倍以上。不同地區來源的西洋參各種微量元素含量存在較大差異，陜西留壩西洋參鈣元素含量最高達到3 800 mg/kg，其次為加拿大、吉林、山東；銅元素含量以加拿大來源西洋參含量最高，其次為陜西留壩、山東、吉林；鋅元素含量以加拿大來源西洋參含量最高，其次為山東、陜西，吉林省來源西洋參鋅元素含量最低；硒元素含量以山東省來源西洋參含量最高，其次為陜西、加拿大，吉林省來源西洋參硒元素含量最低；鐵元素含量以山東省來源西洋參含量最高，其次為加拿大、陜西，吉林省來源西洋參鐵元素含量最低；加拿大和陜西留壩縣來源的西洋參鉬元素含量接近，但明顯高于山東和吉林省西洋參，為山東省的28.5倍，吉林省的6.6倍。該研究結果同樣表明不同生態區西洋參品質存在較大的差異性，這種差異可能與不同生態區的氣候因素、土壤條件及種植模式有關。

2.2 近緣野生資源

西洋參屬于五加科人參屬植物。人參屬的植物特征為：多年生草本，根不膨大，纖維狀，或膨大成紡錘形或圓柱形的肉質根。根莖肉質，紡錘狀或竹節狀至念珠狀。莖單生、直立、基部有鱗片。葉為掌狀復葉，3～5(7)枚，輪生于莖頂，邊緣鋸齒狀?；▋尚曰螂s性異株，排列為頂生的傘形花序；小花梗先端具關節；花萼不明顯的5齒裂；花瓣5，覆瓦狀排列；雄蕊5，花絲短；子房下位，2～5室，每室具胚珠1個，倒垂；花盤肉質環狀；花柱 2～5，分離或基部連合。果為1核果狀漿果，扁球狀腎形，成熟時紅色，有種子2～3粒，種子卵圓形至三角狀卵形[9]。魯歧等[9]根據人參屬的植物特征，認為人參屬在北美洲有2個種，在亞洲東部有6種5個變種，在中國有6個種3個變種，并根據人參屬8種3變種形態分類研究，整理出人參屬分種檢索表。而李方元[11]認為中國人參屬有12種或變種類型，并對人參屬植物在中國的分布地區進行了總結，其中西洋參在全國不同地區均有栽培(表3)。在人參屬分類中，人參、西洋參和三七是常見的3種人參屬藥用植物，根據人參屬植物所含的皂甙類型，這3種植物主要含達瑪烷型，歸為古老類群。楊滌清[4]根據體細胞染色體數目及地理分布認為中國西南地區可能是人參屬的始生中心。西洋參作為與始生中心洲際間斷的物種很早就遷移至美洲，后來進一步發展形成四倍體類群。魯歧等[9]通過分枝分類學分析認為中國西南地區是人參屬的現代變異中心。綜合植物化學、細胞學和地理分布等多方面結果進行聚類分析，認為人參與西洋參親緣關系最近[10]。Choi等[14]通過基因組原位雜交(GISH)揭示西洋參和人參同源性最高。同樣，梁韶[6]根據人參、西洋參和三七似近系數聚類分析得出西洋參與人參的似近系數為0.944 0，親緣關系最近，與三七的似近系數為0.729 2，親緣關系較遠。此外，研究表明，西洋參與人參雜交結實率高，雜種一代花粉母細胞減數分裂時，多數染色體能配對，只有少數單價體(2～4個)，這兩種植物嫁接也易成活，且它們的化學成分、形態特征、生長習性等也相近，說明它們的親緣關系相近，是同一個祖先[11]。這些親緣關系相近的野生資源為西洋參的遺傳改良及品種選育提供可用的種質和基因資源。

表3 人參屬植物的種類、主要特征及在中國的分布地區Table 3 Species,main characteristics,and distribution of Panax in China

2.3 西洋參遺傳多樣性

種質資源的遺傳多樣性是種質創新與品種選育的基礎。西洋參種內種外在形態特征、細胞學特征、生理特征、基因位點及DNA序列等方面均存在遺傳多樣性，這為西洋參遺傳變異研究和育種工作提供了豐富的物質基礎。DNA分子標記能夠直接反應生物個體間或種群間基因組差異，因此，DNA分子標記技術被廣泛應用于鑒別生物多樣性。馬小軍[15]用RAPD標記對5個人參農家類型大馬牙、二馬牙、長脖、圓膀圓蘆、黃果共40個個體進行遺傳多樣性檢測，發現RAPD多態位點為56.9%，表明現有人參農家類型中存在較豐富的遺傳多樣性，這些遺傳變異構成選育優良品種的物質基礎，農家類型內的個體選擇育種極具潛力。Bai等[16]采用RAPD標記對加拿大安大略省栽培西洋參進行多態性分析，發現RAPD標記多態性達到78.8%，表明西洋參栽培群體存在較高的遺傳多樣性。類似的研究同樣表明不同來源和類型的西洋參均有較豐富的多樣性，且西洋參栽培群體相較野生群體具有更高的遺傳多樣性[17-19]。楊天天[20]采用SSR和RAPD標記對栽培人參和西洋參種質資源進行遺傳多樣性分析，結果表明兩種標記的多態性分別達到87.5%和90.35%；魏曉雨等[21]采用RAPD和ISSR標記對中國10個產地的西洋參進行遺傳多樣性分析，發現兩種標記的多態性分別達到85.51%和 64.65%，且西洋參與人參之間的遺傳多樣性存在較大差異。這些研究表明不同產地西洋參存在豐富的遺傳多樣性，且西洋參種屬間存在更大的遺傳變異，這極大地拓展了西洋參的遺傳基礎，為西洋參品種選育提供了豐富的物質基礎。

(續表3 Continued table 3)

3 西洋參品種選育技術

3.1 引種栽培

野生西洋參自然分布于北緯30°～48°、西經67°～125°，海拔300～500 m的北美洲森林中，包括加拿大的東南部和美國東部。1885年，Stanton成功種植西洋參，開創了西洋參人工栽培的歷史。目前，世界上引種栽培西洋參的國家主要有美國、加拿大、中國、朝鮮、俄羅斯、日本等，其中美國、加拿大和中國栽培面積較大。中國于20世紀70年代開始在北京、吉林、遼寧、黑龍江和陜西等地進行西洋參的引種栽培研究，1980年9月在吉林省召開西洋參引種馴化成果鑒定會，對西洋參的栽培技術、生物學特性、藥理學及組織胚胎學等進行成果交流，標志著中國西洋參引種成功[22]。中國的西洋參引種栽培目前已擴展至東北、華北、西北、華南及西南等地區[12,23]。西洋參原產地多為丘陵山區，氣候冷涼潮濕，且多在山地陰坡生長，因此引種栽培要注重西洋參的生態特性與環境條件的適宜性。溫度變化對西洋參的生長發育有著明顯作用，如西洋參出苗溫度要達到10 ℃以上，正常生長溫度為20 ℃左右。西洋參喜濕潤氣候，生長季節相對濕度達70%以上，若水分不足則會導致生長不良，易遭病害，但參床不能積水，宜選擇排水通風良好的坡地。西洋參自然生長在山林峽谷地帶的闊葉林中，形成西洋參喜陰的特性，因此栽培西洋參需在林下種植或搭陰棚遮光。此外，土壤特性也是影響西洋參生長的主要因素[24-25]。

經過多年的引種實踐，中國的西洋參種植逐步形成適宜于地區生態環境的栽培技術體系。例如，中國的西洋適宜生長的區域集中在東北和華北地區，包括遼寧的寬甸、新賓、清源等地；黑龍江的東寧、穆棱、寧安；吉林的吉安、通化、撫松等地；北京的密云、懷柔、延慶等；山東的萊蕪、諸城、文登等地[26]。東北栽培區位于北緯40°～45°，海拔200～800 m，屬于溫帶濕潤型氣候，年平均氣溫 2～8 ℃，年降雨量600～900 mm，年日照時數 2 200～2 600 h，土壤為森林棕壤，pH 5.5～7.0。該區種植西洋參主要利用山地林下腐殖土栽培，需搭遮雨棚。華北栽培區位于北緯35°～41°，海拔200 m以下，屬于暖溫帶濕潤和半濕潤氣候。年平均氣溫8～12 ℃，年降雨量600～800 mm，年日照時數2 600～2 800 h，土壤為農田土、砂質壤土或壤土，pH 5.5～7.8。該區主要為農田土種植西洋參，因此宜采用施肥改土、搭遮陰遮雨棚、覆蓋免耕的農田栽培技術。西北栽培區主要為秦嶺山區，集中在陜西留壩、鳳翔、隴縣、新鄭及漢中等地。地理位置為北緯32°～35°，海拔 600～1 800 m，屬于亞熱帶濕潤型氣候，年平均氣溫10～14 ℃，年降雨量600～1 500 mm，年日照時數1 400～1 800 h，土壤為棕壤、砂質壤土或粘壤土，pH 5.5～6.5。該區主要利用山地腐殖土或坡地農田土種植西洋參，多采用傳統式遮陰遮雨棚直播法栽培技術。西南和華南低緯度高海拔地區也有少量西洋參引種栽培，包括云南昆明、麗江、貴州省的貴陽等地及福建的德化、大田縣。該地區屬于亞熱帶氣候，年均氣溫較高，降雨量大，日照時數長，偏酸性土壤(pH 5.0～6.0)。西洋參種植多利用山地森林腐殖土，采用單透式傳統矮棚。

然而，西洋參長期引種栽培，導致種子來源混雜，加之授粉方式混雜及栽培區生態環境的多樣化，使得西洋參個體之間出現較為明顯的差異，且形成復雜多樣的天然混雜品種，農家自留種的多年應用又進一步加劇品種的退化問題。此外，西洋參為多年生宿根性植物，忌地性極強，不能重茬栽種，連作西洋參一般在第2年后會出現存苗率降至30%以下，嚴重的導致絕收。因此，改變傳統栽種方式，培育抗病優質高產新品種是解決西洋參連作障礙和品種退化的最佳途徑。

3.2 常規系統選育

加強西洋參品種選育研究是生產優質高產西洋參的必由之路。目前，西洋參品種選育多采用常規系統選育方法，即通過多年連續不斷的單株選擇和收集，選擇綜合性狀良好的單株，經系統選育或集團選育形成高產優質抗病且性狀穩定的優良株系，育成品種加以生產利用。中國農科院特產研究所進行了西洋參系統選育研究，收集綜合性狀表現好的優良單株461份，集團種子20份，經多年田間比較篩選，培育出優良株系6個，其中4個優良株系的產量及人參皂甙和氨基酸含量均顯著高于混雜群體[11]。吉林農業大學利用系統選育技術培育出‘中農洋參一號’是目前世界上第一個人工選育并通過審定的西洋參品種，該品種的培育成功結束中國引種西洋參的歷史[27]。文登西洋參新品種——‘三抗1號’通過山東省科技廳鑒定，該品種抗逆性強、品質優、產量高。4 a生參株高50～55 cm，掌狀復葉輪生莖端，葉片廣卵形或倒卵形。根短、粗且分枝少，莖粗壯、圓柱形。耐高溫(40 ℃)、耐旱、抗強光?？傇碥蘸窟_ 6.5%以上，人參皂苷Rb1含量為1.4%。4 a生文登西洋參平均產量為670 kg/667m2[28]。

然而，常規系統選育依賴于現有遺傳資源的收集和篩選，無法將優異基因有效地結合，在品種改良上難以有較大的突破和創新。如何挖掘優異基因，高效利用遺傳資源創制和培育優良品種是西洋參育種的根本途徑。

3.3 常規雜交選育

常規雜交育種是品種選育和育種材料創制最主要和最直接的途徑。該方法利用已有近源野生資源和品種資源，通過種屬間遠緣雜交或品種間雜交，雜種后代再經系統選育，最終篩選和培育出優良西洋參品種。然而，由于西洋參為異源四倍體的常異花授粉植物，且目前栽培西洋參多為引種的異質混雜群體，長期種植中不可避免地造成了西洋參遺傳基礎的復雜性和多樣性，基因型豐富且高度雜合，從而使得西洋參常規雜交選育技術在實際應用中出現雜種性狀分離幅度大、選擇難度大、育種周期長等障礙，很難選育出生產上可以利用的優良品種。迄今為止還未見有西洋參品種間雜交選育出新品種的報道。但是育種工作者在西洋參和人參遠緣雜交育種研究方面做了一些開創性的工作。早在1959年，宮澤洋一等[29]就開始了西洋參和人參、竹節參種間雜交和品系間雜交試驗，獲得了雜種，并發現F1有明顯的雜種優勢。胡桂珍等[30]采用人參和西洋參雜交結合雜種胚離體培養的方法，通過體細胞胚胎發生植株再生途徑獲得雜種植株。趙亞會等[31]利用黃果人參和西洋參進行遠緣雜交，結果表明雜交一代的主根長和根鮮質量具有明顯的雜種優勢。但人參和西洋參的雜交因花期不遇、去雄技術繁雜，不易大量獲得F1植株，且F1植株往往花器構造不正常，不能產生有生命力的雌雄配子，或配子雖有活力，但不能完成正常的受精過程或不能正常結籽，很難得到F2種子和植株，這對育種工作十分不利。此外，國家市場監督管理總局在2018年發布的《中藥材生產質量管理規范(修訂草案征求意見稿)》中明確提出，對于種間雜交品種原則上是禁止的，除非作為提取單體成分的原料開展的育種。由此可見利用常規雜交選育技術很難達到西洋參品種改良和選育的目的。

3.4 誘變育種

誘變育種是指用物理、化學因素誘導植物的遺傳特性發生變異，再從變異群體中選擇符合人們某種要求的單株，進而培育成新的品種或種質的育種方法。目前多種誘變技術已應用于作物的誘變育種中，促進了作物種質創新和品種改良進程。但是，迄今為止還沒有任何誘變育種手段成功應用于西洋參育種當中，這可能與西洋參多年生生長特性、種子休眠期長及多倍體遺傳特性有關，致使誘變技術很難獲得突變性狀或突變性狀難以穩定遺傳。莊文慶等[32]在人參輻射誘變育種研究中指出輻射誘變像人參、西洋參此類多年生植物種子時，其回復突變遠高于1 a生植物，因此可選擇高于半致死劑量的輻射量和延長照射時間，照射種子量加大，以增加突變率和突變量。誘變方法也可采用先將花粉照射，之后授粉在去雄的正常人參柱頭上，收獲種子，從其后代中選擇變異植株。由于西洋參與人參有相似的遺傳和生長特性，因此這些方法也可借鑒在西洋參誘變育種中。

此外，像人參、西洋參此類的根用植物，利用多倍體巨大性及抗逆性的特點，通過多倍體誘變技術育種培育高產抗病品種不失為一條有效的育種途徑。李方元[33]用梯度濃度秋水仙堿對人參裂口種子和種栽芽孢進行梯度時間處理，發現裂口人參種子對秋水仙堿處理不敏感，而種栽芽孢經秋水仙堿梯度濃度和時間處理差異顯著，植株變異與秋水仙堿處理濃度和時間成正相關，植株結實率與秋水仙堿處理濃度和時間呈負相關。任躍英等[34]開展了西洋參多倍體誘導研究，利用秋水仙素處理西洋參花序，以期得到染色體加倍了的幼苗，但多次嘗試并未成功，這可能與西洋參的多年生生長特性及本身為多倍體植物有關。秋水仙素處理濃度和時間及作用部位的選擇是多倍體誘導的關鍵，今后應加強這方面的研究。但藥材育種的安全性要求致使人工誘變加倍育種技術選育的中藥材品種在藥材開發及應用方面受到一定的限制，因此應慎重對待人工誘變加倍育種技術在西洋參育種中的應用。

航天育種是一種新型誘變育種途徑，即經過衛星搭載，生物在高真空、微重力、強輻射及其他因素的綜合作用下產生變異，再經過地面選育，篩選和固定變異，培育新品種或創新新種質。在植物方面，國內外已利用該技術培育了糧食作物、經濟作物、花卉及菌類等高產優質新品種(系)。中國農科院特產所曾利用返回式衛星搭載人參種子，發現在太空中，宇宙射線、高真空和微重力環境可以誘發西洋參種子產生遺傳變異，空間條件比常規的誘變條件對種子具有更好的誘變效果[31]。鑒于太空航天育種技術的優點和在其他作物上的成功應用，西北農林科技大學西洋參研究課題組與海南航天投資管理公司簽訂了2021年返回式衛星搭載西洋參種子試驗，以期將航天技術優勢與農業現代育種技術有效結合，為西洋參新品種選育和種質創新探索一條新的育種途徑，從而促進和加快西洋參育種進程。

3.5 生物技術育種

3.5.1 花藥單倍體育種技術 通過植物花藥或花粉培養可以誘導花粉小孢子雄核發育產生單倍體植株，由此發展起來的植物花藥單倍體育種技術及遺傳飾變技術已成為現代植物育種的重要手段。目前已有來自茄科、十字花科和禾本科的200多種植物花藥培養獲得再生植株，而且有很多花藥植株成功應用于作物育種中選育出優良品種，但五加科植物目前還無花藥單倍體育種應用的成功案例，尤其是西洋參花藥培養方面的研究相對較少。孫國棟等[35]報道了西洋參花藥培養在含有6-BA的培養基上，愈傷組織誘導率可達到22.2%，但無花粉愈傷的器官分化。張成國等[36]初步研究了不同濃度2，4-D、6-BA和蔗糖對西洋參花藥愈傷組織誘導的影響，對花藥愈傷組織誘導條件進行優化，使得西洋參花藥愈傷組織的誘導率達到37.53%，但花藥愈傷組織在分化培養基上僅形成綠色的畸形器官，很難發育成正常植株。尹紅新[37]優化了西洋參花藥愈傷組織誘導及分化條件，最終獲得正常生長的試管苗。這些研究為西洋參花藥培養再生體系的建立奠定了基礎，花藥單倍體育種技術有望應用于西洋參乃至五加科植物的性狀改良和品種選育。

3.5.2 分子標記輔助選擇育種技術 隨著基因組學的發展，利用分子標記技術和基因組學進行品種分子改良的作物分子育種成為育種發展的主流。分子標記輔助選擇即是將與育種目標性狀緊密連鎖的分子標記用來對目標性狀進行快速準確選擇，以提高育種效率，已廣泛應用于各類作物育種中，是現代分子育種的重要組成部分。分子標記輔助選擇育種技術應用的前提是開發和發展各種不同類型的分子標記。任躍英等[38]采用RAPD技術對人參和西洋參基因組進行分析，發現14個RAPD標記在不同品種間出現差異條帶，說明RAPD標記可以應用于人參和西洋參分類和品種鑒定中。陳子易等[39]利用人參DNA片段序列設計SSR引物，結果共有來自8個SSR位點的9對引物能擴增出可區分人參和西洋參的特異性片段，其中7對SSR引物在西洋參中能穩定地擴增出特異性條帶，說明SSR標記可以簡便、重復性高地鑒定人參和西洋參種質。魏曉雨等[21]采用RAPD和ISSR分子標記技術對中國10個產地的西洋參遺傳多樣性進行分析，其中13條RAPD標記的多態性百分率為85.51%，12條ISSR標記多態性為64.65%，且這兩類標記構建的西洋參遺傳分類總體趨勢一致，說明RAPD和ISSR標記均可應用于人參屬種質資源遺傳多樣性分析。王戎博等[40]利用人參的unigene開發了人參和西洋參之間的內含子長度多態性標記，可以對人參和西洋參進行有效地區分和鑒定，為人參和西洋參的植物來源鑒定提供了理想的分子標記系統。盡管目前針對西洋參基因組信息開發了一些特異性標記，且隨著分子標記技術的發展，各類分子標記開發也在不斷發展和進步，但還未有真正用于育種選擇的標記，今后應進一步加強西洋參重要性狀基因位點的發掘與鑒定，利用先進的標記技術開發連鎖標記，加快分子標記輔助選擇在育種中的應用。

4 小 結

西洋參為異源四倍體、常異花授粉植物。中國西洋參栽培主要有東北、華北、華中和康滇4個生態栽培區，不同產地西洋參存在豐富的遺傳多樣性。當前中國西洋參主要為引種栽培，但西洋參長期引種栽培，造成種子的來源混雜，加之授粉方式混雜及栽培區生態環境的多樣化，使得西洋參個體之間出現較為明顯的差異，且形成復雜多樣的天然混雜品種，品種退化問題嚴重。因此，改變傳統栽種方式，培育抗病優質高產新品種是解決西洋參連作障礙和品種退化的最佳途徑。目前西洋參育種主要采用常規系統選育、常規雜交選育、誘變育種技術和生物技術育種等技術，其中常規系統選育依賴于現有遺傳資源的收集和篩選，無法將優異基因有效地結合，在品種改良上難以有較大的突破和創新；常規雜交選育技術難度大，育種周期長，且受中藥材雜交育種的安全性限制，難以實現對西洋參品種的改良和選育；誘變育種技術是種質創制、品種改良的有效途徑，但其應用中仍存在一些技術障礙和中藥材育種的安全性限制；隨著生物技術手段的不斷進步以及研究的不斷深入，花藥單倍體育種技術、分子標記輔助選擇育種技術將有望應用于西洋參乃至五加科植物的性狀改良和品種選育之中。