蒙古黄芪种质资源研究进展

冯学金，刘根科，梁素明

（1.山西省农业科学院高寒区作物研究所，山西大同037008；2.山西省农业科学院作物遗传研究所，山西太原030031）

黄芪是豆科植物蒙古黄芪（Astragalusmembranaceus（Fisch）Bge var mongholicus（Bge）Hsiao）或膜荚黄芪（Astragalusmembranceus（Fisch）Bge）的干燥根[1]。由于蒙古黄芪主根粗长、侧根少，质地柔软，粉性足，药性强，质量较好，因此，近年来栽培黄芪多为蒙古黄芪[2]。黄芪性微温，味甘，有补气固表、利尿排毒、敛疮生肌之功效。由于黄芪药性温和，有补气固表之“圣药”的美誉，应用非常广泛。黄芪中含有皂苷、多糖、黄酮、微量元素和氨基酸等多种有效成分，现代药理学研究证实，黄芪具有增强机体免疫力、抗衰老、双向调节血糖、降血压、抗心肌缺血等多种药理作用[3]。据统计，以黄芪为原料的中成药多达200余种[4]。随着人民生活的改善和医疗保健水平的提高，黄芪的需求量持续增加，市场的大量需求引发了对野生资源的过度采挖，传统地道黄芪主产区的野生资源几乎被挖光，野生黄芪濒临灭绝，已远远不能满足市场需求[5]，目前，我国商品中药材的黄芪主要来源于栽培。但由于种质混杂、退化、盲目引种等原因，黄芪质量和产量均有所下降。因此，开展黄芪种质资源研究，选育优质、高产蒙古黄芪新品种具有重要意义。本文就蒙古黄芪种质资源的研究进展作一概述。

1 蒙古黄芪种质资源分布

蒙古黄芪产于山西、内蒙古、甘肃、河北、宁夏，生长于向阳草坡或山坡上[6]。具体分布情况如下。

山西省：浑源、应县、繁峙、天镇、阳高、朔城区、代县、五寨、五台、静乐、黎城、介休、沁县、沁源；内蒙古：固阳、武川、武东、赤峰、卓资、达茂旗、察右后旗、土默特右旗、克什克腾旗、兴和；甘肃省：陇西、宕昌、渭源、漳县、临洮、岷县；河北省：张北县、围场县、蔚县、阳原；宁夏：固原。

2 蒙古黄芪多样性研究

2.1 株型多样性

蒙古黄芪株型有直立型、斜生型和匍匐型。

2.2 茎蔓颜色多样性

蒙古黄芪植株茎蔓有的完全为绿色，有的完全为红色，还有的红绿相间。

2.3 叶片颜色多样性

蒙古黄芪叶片颜色有绿、浅绿、灰绿及黑绿等多种。

2.4 叶片形态多样性

蒙古黄芪叶片为奇数羽状复叶，其小叶有椭圆形、椭圆状卵形等；小叶先端有的圆，有的微凹，有的则具小刺尖；小叶表面有的双面被毛，有的上面被毛，有的下面被毛，还有的两面均无毛。

2.5 花颜色多样性

蒙古黄芪花是蝶形花，花瓣颜色有的呈黄色，有的呈黄白色，有的呈紫色，还有的呈黄白色略带淡紫色或淡绿色。

2.6 种子形态多样性

蒙古黄芪种子形状为扁卵圆形，种皮颜色以黄褐色、黑褐色、棕色为主，中间存在过渡类型。

2.7 根形态的多样性

蒙古黄芪根系大多主根粗长、侧根少而细，且集中在主根的底部，即所谓的“鞭杆芪”；但也有少数植株侧根多而粗，形成所谓的“鸡爪芪”。

2.8 根横切面的多样性

观察蒙古黄芪根的横切面，有的韧皮部厚，韧皮纤维束多，木纤维束较少，绵性强，柴性小；有的则是韧皮部较薄，韧皮纤维束少，而木纤维束较多，绵性弱，柴性大，易折断。

2.9 分子水平多样性

金钟范[7]应用RAPD技术对黄芪种质资源进行了遗传多样性分析，筛选出12条随机引物从16份来自不同地区的黄芪中共扩增出127条多态性带，平均每个引物扩增出10.58条多态性带，其多态率为85.81%，多态性比率较高。来源不同的16份种质的遗传距离分布在0.059和0.608之间，平均遗传距离为0.329。可见，黄芪的遗传多样性比较丰富。

3 蒙古黄芪种质资源创新与新品种选育

由于栽培历史较短，黄芪种质资源收集、鉴定和新品种选育工作基础薄弱。目前，在黄芪栽培中，种子主要是靠采集野生或半野生状态的黄芪种子为主，混杂、退化严重，田间表现良莠混杂，难于管理，严重制约着黄芪产量和品质的提升。因此，开展黄芪种质资源收集、鉴定，选育优质、高产蒙古黄芪新品种，不仅能提高栽培黄芪的产量和质量，对缓解野生黄芪资源压力也是一种行之有效的办法。

甘肃定西地区旱农科研推广中心采用混合选择法，从渭源县地方农家种中先后选育出蒙古黄芪新品系94-01和94-02。其中，94-01于2004年通过甘肃省科技厅成果鉴定。该品系主根圆柱状，长85～120 cm，中下部有1～3个分支，外皮淡褐色，内部黄白色，根断面有明显的豆腥味，其鲜黄芪平均产量9 274.5 kg/hm2，较当地农家品种增产19.2%，具有高产、稳产、抗病虫能力较强、抗逆性广、农艺性状优良等特点，质量符合《中国药典》规定标准，已经在甘肃省大面积推广[8]。94-02主根圆柱状，长50～120 cm，中下部有侧根2～5个，外皮浅褐色，内部黄白色，主根上疏生横长皮孔，根断面有明显的豆腥味，在定西市黄芪品种区域试验中其鲜黄芪平均产量为9 091.5 kg/hm2，较对照当地农家品种增产15.8%。94-02特等品出成率21.5%，一级品出成率30.6%，分别较对照94-01提高4.8%和5.4%[9]。

多倍体药用植物不但具有药用器官变大，有效成分增加，抗逆性增强的优良特征，同时蕴育着丰富的遗传变异潜力，因此，利用秋水仙碱诱导黄芪多倍体，是创造蒙古黄芪新种质，并进一步选育优质、高产蒙古黄芪新品种的理想途径。吴玉香等[10]采用改良琼脂涂抹法（0.2%的秋水仙碱与0.1%的琼脂混合成半固体）处理蒙古黄芪幼苗顶芽，得到四倍体诱导植株，四倍体植株单根平均鲜质量为225 g，比对照植株（二倍体）重25%，且四倍体黄芪化学成分与对照相比没有变化，具有优良的药材品质。陈兰兰等[11]在组织培养的基础上，对蒙古黄芪进行了同源四倍体的诱导，他们用秋水仙碱溶液浸泡生长20 d后的无菌丛生芽，获得了染色体加倍的蒙古黄芪株系，并确定诱导蒙古黄芪多倍体的最佳条件是在2%二甲基亚砜和0.2%的秋水仙碱中浸泡36 h，四倍体诱导率高达39.99%。

用射线辐照植物种子，具有突变谱广、突变频率高和突变体稳定快速等特点，是选育优良新品种的一种先进而有效的手段。侯晶[12]用不同剂量的60Co-γ射线辐照处理黄芪种子，结果表明，400 Gy是60Co-γ射线辐照黄芪种子的最适剂量。通过辐照手段培育出的黄芪植株，株形矮小，根系粗大，根的长度、直径和鲜质量等指标都优于栽培植株，根的品质有很大的提高。此外，辐照培养的黄芪根中甲甙含量达到0.25mg/g，明显高于栽培种（0.18mg/g）。吴座功[13]将不同剂量的低能N+注入蒙古黄芪种子后，利用蒙古黄芪叶片蛋白的SDS-PAGE图谱分析，研究蒙古黄芪种子的变异情况。结果表明，N+注入蒙古黄芪种子可使蛋白质发生变异，即出现与对照不同的新带，也有旧带的消失；同时，SDS-PAGE图谱条带出现了不同程度移动，并且随着N+注入剂量的增大，蛋白质的变异程度也加大。蛋白质是结构基因表达的初级产物，是生物基因型在生化表现型上的一种反映。蛋白质谱带的移动、缺失可能是由于离子束的注入打乱了原有遗传物质DNA的正常排列，使其部分序列丢失和序列的重新连接，蛋白质的分子量发生了变化，这为离子束诱变蒙古黄芪提供了可靠的依据。

甘肃省定西地区旱农研究中心[14]以内蒙短蔓黄芪为父本、本地毛芪为母本杂交选育而成高产优质黄芪新品种9118，该品种植株矮化（株高20～30 cm），匍匐生长，其主根较一般品种长5～8 cm，主根下部毛根分布较多，但主根分叉少，吸水、吸肥能力强，药材品质好，高抗根腐病和白粉病。多年试验示范证明，9118比一般黄芪品种增产20%以上，可产干品5 250～6 750 kg/hm2，一级品率达90%以上。

自从1986年Power等首次成功地将烟草花叶病毒（TMV）的衣壳蛋白（CP）基因导入烟草，获得抗TMV转基因植株，人们越来越重视通过基因工程改良植物品种，创造新种质。李大超[15]用含aFGF基因的根癌农杆菌GV3101转化黄芪子叶节，成功地将酸性成纤维细胞生长因子（aFGF）导入黄芪。aFGF具有创伤愈合、组织修复的功能，黄芪有补气固表、敛疮生肌的功效，将aFGF基因导入黄芪中，可能获得二者的累加效应，为黄芪在敛疮生肌外用药开发方面奠定基础。

4 蒙古黄芪栽培与引种

历史上商品黄芪以野生为主，但由于长期大量、无节制采挖，目前野生黄芪资源几近枯竭，成规模的野生黄芪资源已十分少见。目前，我国商品中药材的黄芪主要来源于栽培。随着人们对黄芪药用价值了解的不断加深，市场对黄芪的需求量不断增加，蒙古黄芪引种栽培规模也不断扩大，特别是在内蒙古、山西、甘肃、河北等地，已具相当规模。高凤兰等[16]对黑龙江省林口县和萝北县野生与栽培黄芪的多项指标进行比较，结果表明，总灰分和酸不溶性灰分均符合国家药典标准，水浸出物、甲醇浸出物、多糖、氨基酸及微量元素的含量，栽培黄芪3年根与野生黄芪根无明显差异，达到国家药典标准，可以起收出售入药。刘靖等[17]对山西恒山地区坡地半野生黄芪和平地栽培黄芪的微量元素和黄酮类成分含量进行比较，结果表明，山上半野生黄芪药材中微量元素 Mg，Ca，Fe，Mn，Zn，Cu 的含量和平地栽培的黄芪药材中的含量相差不多；黄芪黄酮含量上，平地栽培的黄芪药材中毛蕊异黄酮甙、芒柄花甙、毛蕊异黄酮、芒柄花素的含量均比山上半野生黄芪药材中的含量要高。可见，黄芪引种驯化后，其在遗传上具有稳定性，引种栽培黄芪可以代替野生黄芪使用。

中药黄芪的大规模引种，在一定程度上缓解了野生资源不足的问题，也给农民带来了经济效益。然而盲目的引种、扩种会严重削弱药材的地道性，导致黄芪的品质大幅下降。国内市场上引种的劣质黄芪并不鲜见[18]。刘娟等[19]从解剖学角度，对比了山西浑源野生蒙古黄芪和引种栽培到黑龙江省林口县的蒙古黄芪，结果表明，山西野生蒙古黄芪韧皮纤维束多，木纤维束少，因而绵性强，柴性小。当把山西浑源的蒙古黄芪引种栽培到黑龙江省，由于土壤条件变化，其韧皮纤维束明显减少，木纤维束增多，这种黄芪形态上虽仍为鞭杆芪，但由于柴性大，绵性弱，易折断，在商品质量上已明显逊于山西浑源野生蒙古黄芪。白效令等[20]将采自恒山地区的蒙古黄芪种子在地理位置和气象因子方面都与恒山地区存在差异的5个试验点进行栽培，结果表明，由于生态环境的差异，试验地栽培的黄芪在生长动态，根部纵切面结构，不同年龄、不同产地多糖的含量等方面与恒山地区的蒙古黄芪都存在差异。

要确定一个地区是否适合引种黄芪，最可靠和有效的办法就是通过长时间的实地引种试验，但因需要花费大量的人力、物力，周期也长，在实践中难以大规模开展。为减少引种的盲目性，黄芪的引种一定要遵循气候相似和土壤相似的原则。根据气候相似性引种才能够保证黄芪正常生长；土壤相似，引种地生产的黄芪才有可能与地道产区的黄芪具有相同或相似的品质，这是因为环境因子中土壤条件与黄芪的品质形成有密切的关系。因此，引种前应了解黄芪地道产区的气候、土壤等生态条件。

为了给中药材的引种提供理论依据，克服经验型引种的盲目性，陈士林等[21]依托地理信息系统（GIS）平台，以气温、相对湿度、降水量、日照时数、极端最低温度、极端最高温度的1 km2栅格气候数据库和1∶4 000 000的土壤数据库为基础，利用聚类分析和空间分析技术，建立了“中药材产地适宜性分析地理信息系统”。并以内蒙古武川和山西浑源为地道基点县，运用此系统分析了蒙古黄芪的全国适宜产地。结果表明，按蒙古黄芪药材生长所需的气候、土壤条件分析，蒙古黄芪主要适宜产区集中分布在山西北部和内蒙古南部，即与山西浑源黄芪主产区相似的地区则集中在山西的北部，另外在河北、甘肃、陕西等也有部分适宜区；而与内蒙古武川黄芪主产区相似的地区仍主要集中在内蒙古南部地区，另外在甘肃、宁夏也有部分适宜区。

5 蒙古黄芪的野生抚育

中药黄芪的大规模引种，在一定程度上缓解了野生资源不足的问题，也给农民带来经济效益。然而栽培黄芪在性状质量和化学质量上与野生黄芪尚有一定的差距。这是由于引种过程中常疏忽了土壤和气候条件对植物生长及其药用部位的影响，导致黄芪地道性的削弱。并且近几年发现，与野生黄芪相比，栽培黄芪病虫害非常严重，严重影响黄芪的品质和商品价值。此外，逆境条件有利于植物次生代谢产物积累，有利于中药地道性的形成[22]，而在人工栽培条件下，由于水肥条件较高，黄芪往往生长较快，却不利于有效成分的积累，导致品质下降，地道性削弱。

由于引种栽培黄芪存在品质下降问题，而在我国内蒙古南部和山西北部等地区尚有丰富的山坡地资源适于黄芪生长，如能在这些地区恢复野生蒙古黄芪资源，不但有利于生物多样性的恢复，也会带来显著的经济效益。王良信等[23]进行了野生黄芪资源的恢复试验研究，结果表明，采用泥球包衣种子撒播为较好的播种方式，虽然该播种方式出苗率比条播低，但以后生长旺盛，而且省工省时，且8年后扩散面积就可达到原种植面积的10倍。并建议选择西坡、北坡进行野生黄芪资源的人工更新和恢复，在东坡、南坡及无植被保护的山地黄芪由于过于干旱而不宜生长。

［1］ 中华人民共和国卫生部药典委员会.中华人民共和国药典[M].2000版（一部）.北京：化学工业出版社，2000：249-250.

［2］ 姜波.种子包衣后黄芪生长性状与药材品质的研究 [D].哈尔滨：黑龙江中医药大学，2009.

［3］ 潘安中，谢树莲，张灯，等.中药黄芪栽培技术研究[J].山西农业科学，2007，35（1）：51-55.

［4］ 李敏，卫莹芳，余懋群，等.中药材规范化生产与管理（GAP）方法及技术[M].北京：中国医药科技出版社，2005：465-467.

［5］ 段琦梅，梁宗锁，慕小倩，等.黄芪种子萌发特性的研究[J].西北植物学报，2005，25（6）：1246-1249.

［6］ 傅立国，陈潭清，郎楷永，等.中国高等植物（第7卷）[M].青岛：青岛出版社，2000：305.

［7］ 金钟范.膜荚黄芪亲缘关系RAPD分析及有效成分的比较研究[D].延吉：延边大学，2008.

［8］ 李鹏程.黄芪新品系94-01选育报告 [J].中药材，2005，28（7）：535-536.

［9］ 刘效瑞，荆彦明，贾婕楠，等.甘肃黄芪新品系94-02选育报告[J].作物研究，2007（3）：419-421.

［10］ 吴玉香，高建平，赵晓明.黄芪多倍体的诱导与鉴定[J].中药材，2003，26（5）：315-316.

［11］ 陈兰兰，高山林，赵慧娜.蒙古黄芪组织培养及同源四倍体的诱导与鉴定[J].药物生物技术，2006，13（6）：413-417.

［12］ 侯晶.黄芪的组织培养与高甲甙植株的辐照选育 [D].太原：山西大学，2008.

［13］ 吴座功.蒙古黄芪组织培养技术的研究及N+注入对其生化指标的影响[D].呼和浩特：内蒙古大学，2008.

［14］ 陈永军，苟永平.高产优质黄芪新品种——9118[J].农业科技通讯，2000（9）：30.

［15］ 李大超.黄芪遗传转化受体系统的建立及aFGF转化黄芪的研究[D].长春：吉林农业大学，2008.

［16］ 高凤兰，孙雪筠，哈永年.野生与栽培黄芪主要成分的分析测定[J].黑龙江中医药，1991（3）：47-49.

［17］ 刘靖，陈虎彪，白焱晶，等.不同种植方式下恒山黄芪的质量比较研究[J].中国中药杂志，2008，33（5）：570-573.

［18］ 胡世林，刘岱，崔淑莲，等.安国引种黄芪的质量初步评价[J].中草药，1999，30（6）：453-455.

［19］ 刘娟，王良信，王凌诗.黄芪性状特征与物种及土壤条件相关性研究[J].中国野生植物资源，1996（4）：1-4.

［20］ 白效令，倪娜，王湘，等.北岳恒山黄芪的品质优势研究[J].中草药，1994，25（6）：317-319.

［21］ 陈士林，魏建和，孙成忠，等.中药材产地适宜性分析地理信息系统的开发及蒙古黄芪产地适宜性研究 [J].世界科学技术——中医药现代化，2006，8（3）：47-53.

［22］ 黄璐琦，郭兰萍.环境胁迫下次生代谢产物的积累及道地药材的形成[J].中国中药杂志，2007，32（4）：277-280.

［23］ 王良信，刘娟，宗希明.野生黄芪资源恢复的试验研究[J].中国野生植物资源，1999，18（2）：27-29.