荊芥多倍體的誘導及農藝性狀評價

齊琳琳 溫春秀 劉靈娣 姜濤

摘要 以荊芥種子萌發的幼苗為材料，開展秋水仙素誘導染色體倍性變異的最佳濃度和最適處理時間研究，調查比較多倍體植株的農藝性狀。結果表明：用0.10%秋水仙素溶液處理荊芥幼苗生長點3 d最有利于四倍體的產生，誘導率達到1.15%。顯微鏡觀察變異植株根尖染色體數目為2n=4x=24。田間表現四倍體植株較二倍體植株葉片厚大、葉色濃綠、穗多且密、種子大，且四倍體植株較二倍體植株有效成分含量提高。

關鍵詞 荊芥；秋水仙素；多倍體；農藝性狀

中圖分類號 S567? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2024）03-0175-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.03.042

Polyploid Induction and Agronomic Evaluation of Schizonepeta tenuifolia

Abstract Using germinating seedlings of Schizonepeta tenuifolia as materials，the optimum concentration and treatment time of colchicine induced chromosomal ploidy variation were carried out，the agronomic characters of polyploid plants were investigated and compared. The results showed that 0.10% colchicine solution was the most beneficial to tetraploid production at the growth point 3 d of Schizonepeta tenuifolia seedlings， and the induction rate reached 1.15%. The number of chromosome in the root tip of the mutant plants was 2n=4x=24. Compared with diploid plants， tetraploid plants had thicker leaves， darker green leaves， more dense ears and larger seeds， and the content of effective components in tetraploid plants was higher than that in diploid plants.

Key words Schizonepeta tenuifolia;Colchicine;Polyploidy;Agronomic character

荊芥（Schizonepeta tenuifolia Briq.）為唇形科植物荊芥的干燥地上部分［1］，又稱為香荊芥、線芥、四棱桿蒿、假蘇［2］，以全草或花穗入藥，分別為荊芥和荊芥穗。荊芥味辛、苦，性微溫，歸肺、肝經［3］，具有祛風解表、宣毒透疹、散瘀止血之功效［4］，常用于感冒發熱、頭痛、咽喉腫痛、麻疹、風疹等［5］，為中醫臨床常用藥物［6］。現在入藥用的荊芥大部分為人工培育而成［7］，在全國大部分地區均有種植，主要分布在河北、江蘇、浙江、江西、湖北、湖南和東北三省等地，其中河北安國和浙江蕭山最為有名［8］。

荊芥由于其重要的藥用價值和廣泛的藥理作用越來越引起人們的關注。多年來，國內外學者對荊芥進行了廣泛的研究，尤其是化學成分和藥理作用方面進行了深入探討，但是針對其多倍體誘導方面的研究卻很少。目前國內針對荊芥種質資源倍性的系統研究鮮見報道。該研究采用秋水仙素處理植株生長點誘導獲得變異植株，通過流式細胞術和根尖染色體鑒定多倍體的方法，獲得了四倍體荊芥，為今后的新品種選育奠定了基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 供試材料荊芥種子來源于河北安國。

1.2 誘導方法

播種荊芥種子，待荊芥幼苗長出兩對真葉時，用帶針頭的注射器分別吸取濃度0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%的秋水仙素溶液，滴1滴溶液在待處理的親本幼苗生長點上，以后每天09：00和16：00處理一次，分別處理3、4、5 d，設對照，共18個處理。

1.3 多倍體的鑒定方法

1.3.1 形態學鑒定。

將處理后長出新芽的荊芥與對照植株進行比較，篩選出具有葉片變厚、葉色變綠、葉片皺縮、植株生長緩慢等特點的變異植株，進一步進行倍性鑒定。

1.3.2 流式細胞術倍性鑒定。

采用Cytoflex流式細胞儀（美國Beckman公司）進行染色體倍性鑒定。取荊芥待鑒定植株第二對真葉以上的幼嫩葉片1 cm2，加提取緩沖液1.5 mL后用鋒利的刀片將葉片迅速垂直切碎，然后用300目濾網過濾到1.5 mL離心管中，得到細胞懸浮液。1 000 r/min離心3 min，倒出上清液，在管中加入50 μL提取緩沖液和50 μL DAPI染液（染液中加入適量RNA酶，排除雙鏈RNA的干擾，濃度為50 μg/mL）混勻，避光染色1 min后上機檢測。熒光通道選擇PB450-A。

1.3.3 根尖染色體鑒定。

待疑似多倍體植株生長成熟收獲種子后，取其種子培養生根，采用壓片法進行根尖染色體的檢測。選擇在荊芥種子幼根根尖分裂最活躍的時期（08：00—11：00）取其根尖1 cm左右，置于冰水混合物中于4 ℃冰箱中預處理24 h，卡諾固定液（無水乙醇∶冰醋酸=3∶1）處理24 h，流動水洗2～3次，在1 mol/L的稀鹽酸中解離2 min（解離期間置于冰水混合物中），60 ℃恒溫水浴4 min左右，流動水洗2～3次，吸干根表面的水分后切取1～3 mm的分生組織，用改良的卡寶品紅染色液染色20 min左右后壓片，使用Nikon E100光學顯微鏡鏡檢、拍照，觀察染色體數目。

1.4 多倍體株系的建立和田間農藝性狀鑒定

在顯微鏡下觀察根尖染色體，重復3次以上均為多倍體，確定獲得的植株為多倍體，育苗后移栽至試驗田，進行田間農藝性狀觀察與記錄。經2年田間農藝性狀鑒定和調查，選育出多倍體性狀特征明顯、農藝性狀較好的荊芥株系進一步擴大繁殖，以便進行品種比較試驗和示范推廣應用。

1.5 荊芥中主要有效成分含量測定 用高效液相色譜法［1］測定荊芥二倍體與四倍體株系中胡薄荷酮含量，用于評價多倍體株系的藥材質量。

2 結果與分析

2.1 不同濃度秋水仙素對荊芥多倍體的誘導效果

分別用0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%濃度的秋水仙素溶液處理荊芥幼苗生長點3、4、5 d，待荊芥長出新芽后，用流式細胞儀進行染色體倍性的初步鑒定，得到疑似多倍體植株；移栽大田單株收種后，用根尖進行染色體鑒定，經3次以上鑒定確定四倍體。試驗結果（表1）表明：0.10%秋水仙素溶液處理荊芥幼苗生長點3 d時，誘導率最高，為1.15%。

2.2 荊芥四倍體的流式細胞術篩選

流式細胞術鑒定法因其制樣簡單、靈敏度高、分辨率高、準確性好、數據的可重復性好、測試速度快、植物損傷性小，目前已經成為倍性鑒定的主要方法，尤其適合大量樣品的染色體倍性分析［6］。將誘導后長出新芽的荊芥與對照植株進行比較，篩選出具有葉片增厚、葉色變綠、植株生長緩慢等特點的目標植株，經流式細胞儀檢測結果（圖1）顯示，對照的峰值處于35×104道附近，四倍體的峰值處于70×104道左右，約為對照的2倍，峰值出現與染色體倍性關系準確。

2.3 荊芥四倍體根尖染色體鑒定

根尖染色體鑒定結果（圖2）表明，荊芥二倍體植株根尖染色體數目為2n=2x=12，四倍體植株根尖染色體數目為2n=4x=24，增加了1倍。

2.4 四倍體荊芥農藝性狀評價

二倍體和四倍體荊芥植株在株高、葉片大小及形狀、花大小等性狀上有明顯差別（表2）。四倍體幼苗的葉片較二倍體大而厚，葉色濃綠（圖3）。田間性狀調查結果表明，四倍體植株較二倍體植株株型矮，分枝數少，莖稈粗，頂端裂片短而寬，花大，葉片皺縮，穗多、穗密（圖4），種子較大（圖5）。

2.5 四倍體株系與二倍體株系藥用成分含量比較

經過多年田間性狀篩選及藥用成分含量檢測，得到6個優良株系，分別為J-448、J-203、J-563、J-564、J-625、J-596。依據《中國藥典》標準對其藥用成分胡薄荷酮含量進行檢測，結果發現（圖6），四倍體株系的胡薄荷酮含量比對照品種的胡薄荷酮含量高，最高達0.231%，高于藥典含量（0.020%）。

3 討論與結論

自然界多倍體雖然分布廣泛，但數量有限［9］，因此，需要人工誘導。秋水仙素是目前多倍體育種中應用最廣泛的化學試劑之一［10］，該研究采用不同濃度的秋水仙素處理荊芥幼苗生長點，確定最適秋水仙素處理濃度為0.10%，最適處理時間為3 d，此時的多倍體誘導率最高，可達1.15%。研究結果顯示，與二倍體相比，荊芥多倍體植株的葉片厚大且葉色濃綠，果穗多且密，種子明顯變大。通過對其藥用成分檢測，胡薄荷酮含量明顯高于《中國藥典》標準。

該研究獲得的荊芥多倍體植株，將進行多年田間篩選鑒定，對穩定株系開展生物學特性、農藝性狀、營養成分及藥用成分比較分析，以產量和藥用成分含量作為核心選育指標，選育獲得多倍體新品系。

參考文獻

［1］國家藥典委員會.中華人民共和國藥典：2020年版 一部［S］.北京：中國醫藥科技出版社，2020：243.

［2］ 黃曉巍，劉玥欣，劉軼薔，等.荊芥化學成分及藥理作用研究進展［J］.吉林中醫藥，2017，37（8）：817-819.

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［4］ 錢雯，單鳴秋，丁安偉.荊芥的研究進展［J］.中國藥業，2010，19（22）：17-20.

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［7］ 劉英男，牛鳳菊，辛義周，等.荊芥的化學成分、藥理作用及臨床應用研究進展［J］.中國藥房，2020，31（11）：1397-1402.

［8］ 趙立子，魏建和.中藥荊芥最新研究進展［J］.中國農學通報，2013，29（4）：39-43.

［9］ 韋榮昌，吳慶華，馬小軍，等.植物多倍體的研究進展［J］.種子，2013，32（7）：50-52.

［10］ 蔡文燕，吳水金，潘一山.金線蓮多倍體誘導的初步研究［J］.西南師范大學學報（自然科學版），2010，35（1）：90-93.