云南省不同地區滇黃精的分子生物學鑒定

寧晨晨，劉強麗，丁子航，夏婷婷，施建蓮，韋 瑾

（1.云南新興職業學院，云南 昆明 650500；2.昆明醫科大學海源學院，云南 昆明 650106；3.甘肅畜牧工程職業技術學院，甘肅 武威 733006）

滇黃精（Polygonatum kingianumColl.et Hem sl.）隸屬于百合科黃精屬，主要分布于云南、四川、貴州等地[1]，其干燥根莖是中藥黃精的重要來源之一。大量的研究資料表明，滇黃精根莖較為粗大，有效成分含量高，是黃精藥材中質量較好的品種之一[2]。根據其形態不同，又有“大黃精”“雞頭黃精”“姜形黃精”等不同習稱[3]。云南是滇黃精的主產區，當地居民將黃精入藥的歷史悠久。《滇南本草》《云南植物志》等中均有黃精藥用的記載，因此黃精是一種重要的“云藥”品種[4]。

現代化學及藥理作用研究表明，黃精中含有多糖、甾體皂苷、三萜皂苷、黃酮類等多種重要成分，有補氣養陰、健脾、潤肺、益腎之功效，還有降血糖血脂、抗輻射、抗腫瘤、抗衰老以及提高記憶能力的作用，在高血壓、高血脂、糖尿病等疾病的治療中廣泛應用[5-8]。此外，黃精富含淀粉、多糖及其他營養成分，保健功能突出，且味甜爽口，是優良的藥食同源植物，在保健食品開發領域顯示出了較高的價值[9-10]。滇黃精作為藥用黃精的主要品種，產量及市場份額大，在當地的經濟社會發展中占據重要地位。

滇黃精長期以野生資源供應市場，隨著人們對滇黃精需求量的日益增加，野生藥材被過度采挖，導致野生黃精類群大量減少，已遠不能滿足市場需要，常常出現供不應求的局面[11]。董治程[12]調查發現，滇黃精主要分布在貴州、云南師宗和楚雄以及大理地區，野外已很難發現其蹤跡。目前，人工栽培的滇黃精漸漸進入市場，在云南大理、紅河、普洱、臨滄等地種植面積已具備一定規模[13]。然而，人工種植的品種來源不一，加上本種形態變異相當大[2]，易與其他種混淆，因此種植品種混亂的情況常有發生，導致藥材質量無法精準控制，而傳統的鑒別方式有時難以區分，極易誤用，嚴重影響用藥效果和用藥安全[14]。

DNA 分子鑒定具有分子信息量大，且不受外界因素和生物體發育階段及器官組織差異的影響，準確性高、客觀性強，可快捷、準確地進行植物分類、系統發育和鑒定分析。中藥材DNA 條形碼已被納入《中國藥典》（2020），為中藥材建立了“基因身份證”，可從基因層面解決中草藥與混偽品的物種識別問題。Chen 等[15]建議將ITS2 作為藥用植物標準DNA 條形碼，同時建議將ITS2 作為新的通用條形碼用于鑒定更廣泛的植物類群。楊培等[16]在黃精屬藥用植物的DNA 條形碼鑒定研究中認為，葉綠體全序列或通過葉綠體全序列篩選合適的DNA 片段可能是該屬藥用植物分子鑒定的方向。叢悅等[17]采用葉綠體基因（cpDNA）非編碼區rpl20-rps12、trnL-trnF和psbAtrnH序列探索3 種黃精的基源分子鑒定方法，認為葉綠體rpl20-rps12 片段序列更適合黃精的基源鑒定。該研究在借鑒前人經驗的基礎上，采用核糖體RNA（rRNA）基因轉錄區ITS2序列及cpDNA 非編碼區rpl20-rps12、trnL-trnF和psbA-trnH序列對不同來源的滇黃精進行分子鑒定，以初步了解實際流通中黃精藥材的基源，探究在滇黃精藥材資源利用過程中是否存在品種混淆的問題。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

該研究從云南省多個地區的黃精種植戶手中共收集22 份滇黃精樣品，大多為根狀莖，少數帶有莖和葉片，極個別為植物全株，全株樣品進行了一段時間的培養，各樣品信息見表1。

表1 22 份滇黃精樣品的基本信息

1.2 試驗方法

1.2.1 總DNA 提取 將樣品清洗干凈并干燥，根狀莖樣品取30～50 mg，葉類樣品取約20 mg，置于DNA 提取研磨機內將樣品打碎至粉末。隨后利用植物組織基因組DNA 提取試劑盒進行總DNA 提取。用滅菌雙蒸水溶解提取的DNA，保存于－20℃冰箱待用。

1.2.2 PCR 擴增及測序 PCR 擴增體系：在無菌PCR 管中分別加入10×擴增緩沖液（含MgCl2）2.5 μL、前后引物各1 μL、原濃度dNTP 1 μL、DNA 模板1 μL、TaqDNA 聚合酶0.2 μL（5 U/μL），再加入滅菌的雙蒸水調節體積至25 μL。試驗所用的PCR擴增引物見表2，由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。反應條件參考他人文獻[15,17]進行設置。擴增產物用加有核酸染料的1%瓊脂糖凝膠進行電泳，在紫外儀下檢測顯示單一明亮條帶。PCR 產物純化后送至生工生物工程（上海）有限公司進行測序，測序引物與擴增引物一致，如果1/3 序列為重峰時，需再用正向引物測序。

表2 PCR 擴增引物序列

1.2.3 序列處理與數據分析 將測序色譜峰圖用Bioedit 打開，檢查測序質量，確保堿基準確性。經Bioedit 檢查后的序列在NCBI 上進行Blast 比對，確認其近緣種類，GenBank 中獲取的序列信息詳見表3。自測序列片段和GenBank 下載的序列全部轉換為 FASTA 格式，采用muscle 對序列進行自動比對，用Bioedit 進行人工校對和編輯，采用MEGA7.0.26構建鄰接（NJ）系統聚類樹。

表3 GenBank 中獲取的序列及其信息

2 結果與分析

通過DNA 提取及擴增，除去少數樣品DNA 片段測序失敗或峰形重疊無法使用，共成功獲取rpl20-rps12 片段（700～900 bp）序列7 條，trnL-trnF片段（300～400 bp）序列13 條，psbA-trnH片段（400～600 bp）序列21 條，ITS2 片段（300～400 bp）序列22 條，測序結果及序列片段長度見表4。

表4 22 份滇黃精樣品的測序結果

由于rpl20-rps12 片段、trnL-trnF片段擴增成功率較低，且從GenBank 上能獲取的參考序列不足，因此未對上述2 個DNA 片段進行進一步系統發育分析。將各樣品的psbA-trnH片段序列、ITS2 片段序列和GenBank 下載的相關序列進行系統發育分析，分別得到psbA-trnH、ITS2 這2 個序列的NJ 樹（圖1 和圖2）。

圖1 基于葉綠體psbA-trnH 序列的NJ 樹

圖2 基于ITS2 序列的NJ 樹

由圖1 和圖2 可知，2 個基因片段均可在一定程度上將不同種的黃精屬植株區分開來，具有一定的物種鑒別能力，但總體來說，分辨能力并不強，分支支持率不高，尤其是ITS2序列較psbAtrnH序列鑒別能力更弱，不能明顯地從ITS2序列的NJ 樹上看出同一物種的分布趨勢。而psbA-trnH序列基本能將大多數物種區分開來，除多花黃精（P.cyrtonema）、卷葉黃精（P.cirrhifolium）分散在多個分支中，其余物種聚類較明顯，參考序列與樣品序列在NJ 樹中的分布有一定的規律性，可初步作為物種鑒定的依據。

由 圖1 可 以 看 出， 樣 品LQL01、LQL9、LQL10、LQL16、LQL19、LQL20、LQL21 顯 示 與多花黃精聚在一起形成多個分支，而在ITS2 序列的NJ 樹中，LQL01 更傾向于與滇黃精聚在一起，LQL09、LQL16、LQL19、LQL20、LQL21 與 多 花黃精聚在一起，而LQL10 與玉竹（P.odoratum）聚為一支，LQL21 則不能明確鑒定。結合樣品植物形態的觀察，LQL09、LQL16、LQL19、LQL20 和LQL21 同多花黃精相似，均為連珠狀或結節成塊根莖，葉互生，橢圓形、卵狀披針形至矩圓狀披針形，由此可初步將上述5 個樣品鑒定為多花黃精，而LQL10 與玉竹形態特征相似，因此初步鑒定為玉竹。

樣 品LQL03、LQL13、LQL22 在psbA-trnH序列NJ 樹中較好地與輪葉黃精（P.verticillatum）聚為一支，而在ITS2 序列的NJ 樹中，LQL13、LQL22與輪葉黃精聚在一起，但LQL03 獨自為一支。根據形態特征，LQL03、LQL13、LQL22 這3 個樣品形態與輪葉黃精比較一致，根狀莖一頭粗，一頭較細，粗的一頭有短分枝，葉多為3 葉輪生，條狀披針形，植株較高，因此可鑒定為輪葉黃精。

樣 品LQL12、LQL17 在psbA-trnH序 列NJ 樹中與卷葉黃精（P.cirrhifolium）聚為一支，而在ITS2 序列NJ 樹中這2 個樣品同樣與卷葉黃精聚在一起但形成2 個分支。結合形態特征，初步鑒定這2 個樣品為卷葉黃精，形態上均呈現出根狀莖連珠狀，葉4～6 枚輪生，細條形至條狀披針形，先端拳卷或彎曲成鉤狀，花序輪生。

樣品LQL04、LQL05、LQL06、LQL07 在2 種NJ 樹中均聚在一起，在psbA-trnH序列NJ 樹中位置與滇黃精靠近。結合樣品本身形態，根狀莖近圓柱形或近連珠狀，多枚葉片輪生，條形、條狀披針形或披針形，先端拳卷。綜合考慮將上述4 個樣品鑒定為滇黃精。

此外，樣品LQL02、LQL08、LQL11、LQL14、LQL15 在2 個NJ 樹中位置比較模糊，但總體來說比較接近滇黃精的位置，且形態特征上支持其為滇黃精或卷葉黃精。另外，LQL01 雖然在psbA-trnH序列NJ 樹中與多花黃精聚在一起，但形態上更接近于滇黃精，需要結合更多證據進一步研究。

綜上所述，得到初步鑒定結果如表5 所示，在收集的22 份樣品中，初步判定可能為滇黃精的有11份，可能為卷葉黃精的有7 份，其中暫無法確定為滇黃精或者卷葉黃精的有5 份，鑒定為輪葉黃精的有3 份，玉竹1 份，多花黃精5 份。

表5 DNA 分子初步鑒定結果

3 討 論

該研究對收集自云南省不同地區的22 份滇黃精樣品進行了DNA 序列的分析，從分子水平探究了實際流通中黃精藥材的基源。結果表明，收集的22 份樣品都屬于黃精屬植物，其中大部分基源是準確的，有11 份初步判斷或者推測可能是真正的滇黃精，但同時也發現有一部分可能是與其形態較為相似的如多花黃精、輪葉黃精、卷葉黃精或玉竹等種類。由此可見，云南省目前各地種植的滇黃精存在一定量的混淆品，這些混淆品也可以作為黃精藥用，但藥效、成分都與滇黃精有所區別，如果混用將影響用藥的安全性和有效性。這些混淆品藥用部位形態與滇黃精基本相似，均為不規則塊狀或連珠狀，但通過進一步觀察植株形態可發現，它們的地上部分還是有所差別的。例如多花黃精，其根莖雖與黃精形似，但植物葉片生長方式為對生，而滇黃精的葉片為輪生，其次植株高度、花的形態、葉片形態也均有差別。因此，如果僅以根莖部位作為辨認藥材的依據，很容易與其相似植物混淆。其次，有些混淆品與滇黃精在植株整體形態上確實很難區分，如卷葉黃精，無論葉的形態還是根莖均與滇黃精極為相似，從形態上很難辨別，這無疑增加了準確使用黃精藥材的難度。另外，根據筆者的調研采訪，發現大多種植戶對于自家種植的滇黃精的基源并不十分清楚，這是導致滇黃精種植基源模糊的重要原因。

《中國藥典》中標明，藥材黃精來自于黃精屬植物滇黃精、黃精或多花黃精的干燥根莖，按形狀不同，習稱“大黃精”“雞頭黃精”“姜形黃精”。但這些習稱分別代表何種黃精物種并沒有明確區分，可見黃精藥材包括滇黃精等植物，由于形態多變，依據傳統的方法無法準確鑒定。因此，有必要找尋更方便有效的基源鑒別方式，如DNA 分子鑒定。目前，基于ITS 序列的植物類藥材DNA 條形碼鑒定體系已經初步建立，但該研究顯示，以ITS序列構建的系統發育樹對于鑒定黃精屬植物依然存在困難，ITS2 序列無法高效地將不同種的黃精屬植物辨別開來，而葉綠體基因psbA-trnH序列分辨效果相對較好，可初步將其作為黃精屬藥材分子鑒定的片段使用。然而，對于根莖類藥材，市場上多見為干燥藥材或者中藥飲片及粉末，DNA 破壞嚴重，提取困難，加上葉綠體基因片段提取技術要求高，難以廣泛推廣使用。該研究嘗試用不同的引物序列（rpl20-rps12、trnLtrnF、psbA-trnH、ITS2）來擴增黃精的DNA，從而獲取不同的片段進行聚類分析，初步探索了分子鑒定在滇黃精基源鑒別上的應用效果。筆者認為DNA分子鑒定在一定程度上確實可以作為黃精類藥材基源鑒定的依據，但該技術仍需進一步完善和驗證。

因時間和條件限制，該研究所采集的樣品數量有限，只對云南省內的滇黃精進行了取樣，樣品含量不夠充足；另外，該研究僅限于常用的幾個DNA片段的分析，未能綜合顯微結構、化學成分等方面進行研究，得出的結論較為局限。但初步的結果表明，利用分子生物學方法對物種進行分子鑒定的確是一種較簡便、可靠的方法，在中藥鑒定、中藥材質量控制上有一定的幫助。