我国黄精种质资源研究进展

崔阔澍 肖特 李慧萍 Aaqil Khan George Bawa 陈国鹏 彭腾 李斌 杨文钰 郑本川 吴茂力 詹志来

摘要：黄精是我国传统名贵中药，也是传统药食同源药材，种植和药用历史悠久，不仅具有补气养阴、健润脾肺、益肾之功效，在食品、保健品、观赏、化妆品等方面也有应用价值。全国各地黄精资源品种繁多，容易混杂，2015年版《中华人民共和国药典》中记载药用黄精有3种。为可持续利用并充分开发黄精药材资源，通过考证相关资料，对黄精资源分布、种质鉴定、遗传多样性、育种研究等进行整理研究，可为黄精属植物良种选育、人工栽培及潜在黄精资源开发利用、解决黄精市场供需矛盾等提供参考依据。

關键词：黄精;种质鉴定;新资源;遗传多样性;育种

中图分类号： S567.23+9.02  文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）11-0035-05

收稿日期：2020-09-01

基金项目：中央本级重大增减支项目（编号：2060302）;四川省中央引导地方科技发展专项（编号：2018SZYD0003）;四川省科学技术厅苗子工程（编号：2016RZ0061）;四川中药资源可持续发展战略研究项目（编号：2016ZR0069）。

作者简介：崔阔澍（1987—），女，内蒙古满洲里人，博士，高级农艺师，主要从事农业技术推广研究。E-mail：365054084@qq.com。

通信作者：肖 特，硕士，助理研究员，主要从事作物及中药资源与栽培研究，E-mail：xiaote1986@163.com;杨文钰，博士，教授，主要从事作物高产优质高效栽培理论与技术研究，E-mail：mssiywy@sicau.edu.cn。

百合科黄精属品种黄精（Polygonatum sibiricum Red.）、多花黄精（P. cyrtonema Hua）及滇黄精（P. kingianum Coll. et Hemsl.）为2015年版《中华人民共和国药典》所规定的药用品种，其干燥根茎味甘，性平，归脾、肺、肾经，具补气养阴、健润脾肺、益肾之功效[1]。有研究报道，黄精有降血糖血脂、抗氧化、抗肿瘤、调节免疫、抑制骨质疏松、改善学习记忆力及抑制老年痴呆、保护心肌细胞、保护肝脏、抗菌、抗炎、抗抑郁等作用，临床上用于治疗动脉粥样硬化、近视眼、糖尿病并发症等疾病，其主要成分包括黄精多糖、甾体皂苷、生物碱及黄酮类化合物等[2-4]。同时黄精作为药食同源品，有较高药用价值和重要的研究意义，在医药、保健、化妆品、食品等领域的应用日益扩大，需求量也日益增加。黄精属植物品种繁多，适应性强，广泛分布于我国云南、东北、华北、西北、华东、中南、四川、贵州等地区[5]，多以栽培品种为主，而其中药用黄精规定品种只占黄精属植物总品种的7.5%，为多花黄精、黄精和滇黄精3个品种。为更好开发利用黄精资源，有必要对黄精种质的相关研究进行整理，摸清黄精种质资源现状，为黄精正确用药、规范化鉴定及评价、合理开发利用及区划种植等提供依据。本文从黄精属植物的地域分布与种质资源、性状显微、成分及分子鉴定、遗传多样性、繁殖种植及组织培养等方面开展考察验证并进行分析。

1 黄精资源分布

1.1 地域分布

《中国植物志》中记载黄精属植物广泛分布于北温带，我国有31种，其中包括4个玉竹品种，其余27个黄精品种分布[6]如表1所示。海拔500～3 600 m 的灌丛或林下或山坡阴处及阴湿草坡等地为适宜野生黄精属植物生长的环境。在气候温暖湿润的阴湿之地的疏松而肥沃的黏壤土或沙质壤土中，尤其适合黄精的生长。因其对气候尤其是寒冷气候的适应性较强（适宜土壤温度为16～20 ℃），而生长跨度较大，尤其卷叶黄精、多花黄精、点花黄精、轮叶黄精等适宜较高海拔环境，对pH值的要求不严，以5.2～6.5最好，因此其分布较广泛，较易人工栽培[7-9]。

黄精属植物多、分布广，近年来也曾发现新种，而黄精属的分类是一个十分困难的问题[10]。2018年，焦劼研究表明，黄精属植物主要分布于日本至喜马拉雅山山系的狭长区域内，在北美、北欧、东亚、东欧、东南亚、中亚等北温带地区均有分布，全世界黄精属植物有80多种，我国有47种，31个省级行政区均有分布，我国黄精属植物以云南、重庆、四川等地区为起源中心[11]。

1.2 种质资源

南北朝时期根茎似结节状的黄精植物群为正品药用黄精的来源，描述如“大节而不平”[12]者;轮叶黄精作为药用正品出现于唐朝，描述如“但相对者是，不对者名偏精”[13];宋元明时正品黄精描述如“以嵩山，茅山者为佳……两两相对”[14]，“两叶对生……叶相对者为正精，正精功力优胜”[15]，“黄精叶偏生不对者名偏精，功用不如正精”[16]，主流药用品种仍是叶序轮生类群;清朝以后除轮生叶类群以外互生叶类群黄精也加入药用的正品行列，其药用资源逐步扩大以适应不断增加的黄精药材用量;民国时期随着轮生叶黄精资源的减少，以互生多花黄精为主流药用品种[17];多花黄精、黄精、滇黄精被2015年版《中华人民共和国药典》载为药用黄精品种，药用部位为其干燥根茎;在部分地区的民间轮叶黄精（红果黄精）、点花黄精、湖北黄精、长梗黄精、新疆黄精、卷叶黄精等具有甜味根茎的黄精品种也做药用，而具苦味根茎的黄精植物不入药已成为一种习惯[7，18]。据统计，全球黄精属植物有87种，包括9个变种、8个杂交种，我国共47种，分布全国各地[11]。

2 黄精种质鉴定

2.1 性状及显微结构鉴定

目前对3种药用黄精性状及显微结构描述较多，大黄精（滇黄精）呈肥厚肉质的结节块状，表面淡黄色至淡棕色，具有皱纹、须根痕、环节及圆盘状的侧茎痕，侧茎痕中间凸起，周围向下凹入，质地坚硬而有韧性，不易折断，角质样断面，呈淡棕色至淡黄色，表皮细胞外壁厚，薄壁组织间散有多数大的黏液细胞，内含草酸钙针晶束，维管束散列，大多周木形;鸡头黄精（黄精）多有分枝，微圆锥形或弯柱形而呈结节状，表面淡黄色至黄灰色，有纵皱纹和圆形茎痕而呈半透明状，多外韧性的维管束;姜形黄精（多花黄精）呈长条结节块状，长短不等，常数个块状结节相连，表面灰黄色或黄色，粗糙，茎痕圆盘状，维管束多外韧性[1]。黄精药材质地坚实，断面呈角质样，气微而味甜，嚼之有黏性。

程铭恩等研究发现，黄精属植物多糖类物质及似柱晶束的针晶束均于黏液细胞中分布，除黏液细胞的基本组织分布有挥发油及皂苷成分，此外不同种黄精属植物种间导管分子排列紧密程度有所不同，以外韧型、周木型及不完全周木型3种结构类型的维管束为主[19]。周培军等用石蜡切片法、水合氯醛装片及醋酸甘油装片法鉴别滇黄精与轮叶黄精，轮叶黄精黏液细胞多而无内皮层细胞，导管为环纹而具缘纹孔型;滇黄精黏液细胞稀少，存在凯氏点，具一列类方形内皮层细胞，导管为梯纹及螺纹型[20]。

2.2 成分鉴定

黄精有效成分主要包括黄精多糖（如黄精多糖、葡-甘聚糖、葡-果聚糖等）、黄精甾体皂苷（如薯蓣皂苷元、菝葜皂苷元、黄精皂苷等）、生物碱类、黄酮及蒽醌类、三萜皂苷、植物甾醇、挥发油、氨基酸及多种微量元素等，存在于黄精粗多糖、黄精甲醇提取物、黄精乙醇提取物、黄精水煎液、黄精水提液等提取物中，黄精多糖是主要活性成分，具有多种药理作用[21]。《中华人民共和国药典》以黄精醇溶性浸出物及黄精多糖含量为指标检验黄精药材质量，黄精醇溶性浸出物含量不得少于45%（溶剂稀乙醇），以黄精多糖含量为指标性成分时采用紫外-可见分光光度法测定，规定黄精多糖含量以无水葡萄糖记不低于7%。

黄精植物药材总含糖量较高，均在60%以上，不同产地、不同品种对黄精含糖量均有影响，一般来说原药材多糖含量较高，饮片游离糖含量较高。多花黄精、长梗黄精及轮叶黄精等品种的多糖含量均较高;卷叶黄精、多花黄精、滇黄精、长梗黄精及轮叶黄精等总甾体皂苷含量均较高，部分根茎味苦的黄精品种虽不能药用，但若其多糖含量较高，仍可应用于黄精多糖的提取。应对高含量有效成分的黄精品种进行深入研究，以便提取其有效成分或目标成分，减轻市场需求压力。如长梗黄精多糖免疫效果明显，可提取其有效成分以减轻医药领域对药用黄精的需求[10]。

2.3 分子鉴定

由于土壤、气候、水分等生长环境及发育情况等对黄精生长状况的影响，在对黄精进行性状鉴别时需要扎实的基础和丰富的经验，因此通过药材性状鉴别黄精品质相对困难。随着科学技术的发展，分子生物学应用范围不断扩大，中药现代化研究开始进入新里程，黄精现代化研究相对更容易、更真实、更可靠。其中分子生物学方法，如简单重复序列区间分子标记（以下简称ISSR）法、简单重复序列标记（以下简称SSR）法、限制性内切酶片段长度多态性标记（以下简称RFLP）法、随机扩增多态性DNA分子标记（以下简称RAPD）法及起始密码子多态性分子标记（以下简称SCoT，属于新兴DNA分子标记）法等已应用于黄精属植物的种质鉴定、资源保护及遗传多样性研究中。最早的DNA标记技术发展成为RFLP技术;以聚合酶链式反应（以下简称PCR），是一种用于放大扩增特定DNA片段的分子生物学技术）为基础的分子标记技术，包括RADP技术和SSR技术等;ISSR是在SSR技术基础上发展起来的，因简单、易标准化操作，较常用;SCoT法弥补了前几种方法的不足，重复性好，通用性、多态性高，可获得更加丰富的信息而操作方便[22-23]，可运用于黄精分类、鉴别及优良品种培育等环节。

周晔等采用ISSR法对不同产地的黄精、多花黄精和卷叶黄精进行鉴别，结果表明在药用黄精与卷叶黄精的鉴别中ISSR法有效、可靠[24]。杨青等采用ISSR技术分析5份来自武夷山等4个地区的黄精植物样本的种质间差异和种间亲缘关系，结果显示武夷山及周边地区黄精种质资源差异明显，而不同产地同种黄精具有较高的同源性，为该地区药用黄精植物的质量控制提供了参考[25]。

3 黄精遗传多样性

生物多样性的重要组成部分为遗传多样性，而遗传多样性是生物体进化及物种分化的本源，种内遗传多样性是学者通常所研究的遗传多样性，地球全部生物所拥有的遗传信息的总和为广义的遗传多样性。中国农业科学院麻类研究所申请了关于通过SSR技术对黄精属植物品种的种质资源遗传多样性研究、种质资源鉴定、3种黄精药材鉴别及种质分子育种的专利[26]。刘跃钧等对不同品种来源的19份黄精属植物药材采用SCoT技术开展全体遗传结构分析，结果表明不同产地和品种黄精存在丰富的遗传多样性，且遗传距离与黄精种质遗传相似性基本呈现反比关系[23]。

张恒庆等对野生黄精种群（均产自大连）和多花黃精运用ISSR-PCR反应体系采用ISSR技术进行研究，发现二者种群遗传多样性均较高[27]。不过多花黄精种内遗传变异多，其种群间比黄精种群间遗传分化程度低，因此种群间基因交流较黄精受限要小而基因交流较为适中，多花黄精种群遗传多样性高于黄精种群。黄精属植物起源晚，属于新分化的年轻种，吴世安等认为，现在正是分化时期的黄精属植物是有活力、比较活跃的[28]。黄精属植物大部分都兼有有性繁殖与无性繁殖2种方式，而决定植物遗传多样性的因素之一就是植物的繁殖方式，虽然有性繁殖遗传多样性较无性繁殖高，但无性繁殖也可保持较高的遗传多样性，再就是黄精属植物分布十分广泛，因此具有丰富的遗传多样性是黄精种质的特点。

朱巧等采用SSR技术对6个种的60份来自14个省的黄精属植样品进行研究，结果显示它们之间多态性信息含量在0.031 7 ～0.731 8范围内，当0.26为遗传距离阈值时，分类时显示种间交叉及地理分布交叉现象，群体结果分析和SSR聚类分析均可将60份样品分为4类，黄精属植物变异幅度大，存在种间差异性减小的现象，且具丰富的遗传多样性，推测西部地区因具有较高的遗传多样性而可能是黄精属植物的起源中心[29]。

对于黄精优良品种的选育而言，黄精具有丰富的遗传多样性是一个有力条件，通过良种选育较可能培育出易存活、高产、抗病虫害、高有效成分含量等的黄精品种。黄精属植物具有丰富的遗传多样性，因此非药用品种黄精仍可能具有与药用品种相似或不同的药用价值，值得人们深入研究。

4 黄精育种研究

4.1 繁殖方式

黄精有无性繁殖和有性繁殖2种繁殖方式，以根茎无性繁殖为主，因种子繁殖需要1年的育苗时间，部分黄精（如多花黄精）存在无融合繁殖现象。无性繁殖一般在9—10月或3月下旬边收获边分栽，选择有芽的根茎，按每段2～4节切成数段，等待春季发芽。有性繁殖时黄精种子存在休眠现象，沙藏、化学药剂浸泡、超声波处理等有利于打破休眠，选择生活率和发芽率较高的绿色种子并给予适宜的温度、湿度有利于种子萌发[7，11，30-31]。

4.2 种植方式

种子繁殖，播种前将湿沙与种子按5 ∶1的体积比混合或将种子、碎木屑、素沙按比例1 ∶1 ∶1的体积比混合，保温保湿，定期浇水并检查发芽情况，储藏约2个月，冬后3—4月取出，用温水（30～40 ℃）浸泡20～30 min，再按种子质量的0.3%～0.5%混2%立克锈或50%多灵菌拌匀，播种[32]，黄精属植物播种育苗期，经过1年的遮阴、保湿、保温并供肥后，可移栽。黄精喜阴湿环境，耐寒，所以一般选低洼地或在阴蔽条件下栽培，最好土质疏松、肥力均匀、土层深厚;根茎或小苗按行距33 cm，沟深约7 cm，株距20～30 cm栽种，并注意防旱，排水，施足基肥（腐熟肥或土杂肥）并盖一层细土。应经常浅松土并除草（中耕除草），并结合病虫害防治，春夏各追1次肥（人畜粪水为主，可堆肥），植株枯萎后，撒施土杂肥[7-8]。刘佳等认为，激素和不同温度积层处理等多种方法结合有利于打破黄精种子的休眠，缩短育种时间，提高发芽率[33]。黄精花蕾期人工减蕾，可减少养分消耗，有增产的作用[34]。人工栽培黄精能维持丰富的养料，一般来说野生黄精产量远远小于栽培黄精，因为栽培黄精根茎直径显著增大[35]。

4.3 组织培养

随着市场对黄精需求量的不断增加，而野生资源相对匮乏，对黄精资源进行良种选育、人工栽培是解决问题的重要途径，而组织培养有利于实现规模化、规范化种植，有助于种质资源高效化利用，可解决育种时间长、种苗短缺等问题。但目前对黄精资源的组织培养技术研究较少，也不够深入，只有少数黄精品种可见组织培养相关研究，而人工栽培仍多以根茎繁殖或种子繁殖为主，根茎繁殖品种易退化且成本高，种子繁殖时具休眠期，发芽率低[35]。泰安市泰山林业科学研究院对黄精无菌体材料（根茎、茎段、单体芽或叶片）进行研究，可实现快速繁殖形成具根微根茎，实现分化、生根同时进行，具有自主建立再生体系、繁殖材料高效易得、成苗时间缩短、耐储存、适于长距离运输、移栽幼苗数量损失少、对环境适应性强、成活率高等优点，可提高生长繁殖效率[36]。同时该研究院对黄精离体胚珠的诱导、分化、培养进行研究，离体胚珠组织培养技术较常规种子繁殖育种、育苗时间短，发芽率高，成熟种子收获率高，适用于优良品种培育及规模化规范化种植[37]。

5 讨论与结论

通过对黄精属植物药理作用的研究，发现黄精多糖等成分药理作用众多，在医药领域价值巨大，值得继续深入研究，在其他领域的价值也在不断开发。黄精属植物品种繁多，分布广泛且具有丰富的遗传多样性，黄精潜在可利用资源丰富。而近年来由于自然环境的变化及人类的过度采挖，野生药用黄精生长环境遭到破坏，野生药用黄精资源呈匮乏状态，而黄精在药品、食品、化妆品、保健品、各辅料添加剂、观赏及研究等领域的价值越来越巨大，市场需求量稳步增加。良种选育并进行人工栽培是解决当今不断增长的市场需求问题的必经之路，此外保护黄精资源并寻找新资源，从黄精属其他种植物中寻找药用资源替代品及可填补高含量有效成分药用资源缺口，也可解决市场供需矛盾。

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