党参属种质资源多样性及可药用种质创新研究进展

王红燕，陈 垣，郭凤霞，梁 伟，董鹏斌，程嘉丽

甘肃农业大学农学院，生命科学技术学院，干旱生境作物学国家重点实验室，甘肃 兰州 730070

党参CodonopsisRadix为桔梗科多年生草本药用植物党参Codonopsispilosula(Franch) Nannf.、素花党参C.pilosulaNannf. var.modesta(Nannf.) L. T.Shen 或川党参C.tangshenOliv.的干燥根[1]。《本草从新》《得配本草》及《本草便读》等著作均有党参入药记载，《中国药典》1963 年版就已将党参收录其中[2]。党参中含有党参多糖、党参炔苷、苍术内脂III、紫丁香苷及氨基酸等多种生物活性和营养成分[3]。具有增强机体免疫力、抗氧化、抗疲劳[4]、抗肿瘤[5]、抗菌、抗病毒[6]等作用。除具有较高药用价值外，党参还具有滋补价值[7]，在我国南部和部分东南亚国家也被用作食物原料，如茶、酒、汤和粥[8]。中国、日本、朝鲜、韩国和美国等国家也将党参作为野生蔬菜食用[8]。

党参的道地产区主要分布于我国西北干旱、半干旱地区，甘肃省定西市渭源、陇西、漳县、岷县及陇南市宕昌县一带主栽党参，药材为“白条党”[9]。近年来，党参药材市场需求增加，野生党参资源无法满足市场需求，市售党参以栽培品为主[10-11]，栽培品主要为农家地方品种杂合群体。在育苗移栽过程中种植区域间的相互引种调种和全球气候变暖等因素交融加速了党参种质资源性状多元化，导致栽培种种性混杂退化，病虫草害多发，根部病害加重，道地性减弱，党参药材质量参差不齐[12]，严重制约了党参大健康产业的可持续化发展。种质资源性状的鉴定和优异种质的创制研究已经成为党参产业发展的根本出路。本文在文献查阅和第4 次全国中药资源普查基础上，通过田间调查和走访，分析党参种质资源的分布、多样性研究进展及新品种选育进展，探讨党参种质资源多样性及种质创新途径，旨在为党参品种鉴定、种质创新、质量提升提供参考，引导加快党参新品种选育进程。

1 党参种质资源现状

我国党参属植物种质资源非常丰富，对其种质资源现状分析有助于开发、鉴定、保护利用现有党参种质资源，为党参新品种选育提供基础。

1.1 党参种质资源分布

全球约有党参属植物40 种，我国境内约有党参属植物39 种，其中有濒危种1 种（银背叶党参），近危种8 种，易危种7 种。除《中国药典》2020 年版收载的党参、素花党参和川党参外，党参属其他植物的根也具有药用价值，如管花党参、球花党参、灰毛党参、新疆党参等[13]。由表1 可知，党参属植物多分布在海拔1 500～3 500 m 的山地林边，云南分布种类多达20 种，西藏和四川各分布18 种，甘肃分布7 种，青海和陕西各分布5 种，其余地区分布较少；党参属植物党参分布涉及在14 个省份，轮叶党参在10 个省份有分布，绿花党参在7 个省份有分布，川党参在6 个省份有分布，其余党参分布范围较小，有的仅为某区域特有种，如藏南党参、唐松草党参和西藏党参为西藏地区特有种。在所有党参属植物中，党参应用最为广泛，其次为素花党参和川党参，其他党参属植物应用虽不广泛，但其性状各具特色，为宝贵的党参种质资源。因此需要增强对党参属野生植物资源，尤其濒危种、近危种、易危种及地方特有种的保护意识，可在云南、西藏、四川、甘肃、陕西等濒危种、近危种、易危种分布较多区域建立党参属野生种质资源圃，维持党参种质资源多样性。

表1 党参属植物资源分布Table 1 Resources distribution of genus Codonopsis plants

1.2 党参药材商品分布

中华人民共和国卫生部颁布的《七十六种药材商品规格标准》（1984）[42]中将党参药材按商品规格分为条党、西党、东党、台党、潞党5 类，其产地及基原见表2[31,43-44]。党参药材因其基原植物分布区域广，造成质量参差不齐，差异较大。山西潞党在历史上被认为是质量最优的党参，后来甘肃纹党、湖北板桥党、陕西凤党也被纳入道地药材的行列[10]。近年来，甘肃中药材产业发展迅猛，白条党、纹党的种植面积及产量已位居全国之首，成为我国党参主产区。2001 年渭源县被我国特产之乡推荐暨宣传活动组委会命名为“中国党参之乡”[45]。2019年，黄璐琦等[46]将党参药材按商品重新分为潞党参、白条党参、纹党参、板桥党参4 种规格。各规格党参药材各具特点，如潞党参具有“狮子头、蛇身、凤尾、菊花心”的特点，白条党参具有“蛇形根头、条长直、色白质重”的特点，纹党参具有“细密横纹裹根体，狮子盘头菊花心，身长粗壮肉质厚，味清甜润嚼无渣”的特点，板桥党参具有“泥鳅头、笔杆形、鸡皮皱、糙米色、菊花心、气清香”的特点。

表2 党参商品分类分布Table 2 Commodity classification distribution of Codonopsis Radix

2 党参种质资源遗传多样性

种质资源遗传多样性是种质资源鉴定、遗传资源保存和育种方案设计的基础[47]。研究党参的遗传性状，有益于剖析种质资源的遗传学，探索优质基因，开发新品种，促进党参种质资源的可持续利用。

2.1 形态多样性

形态指植物的外在表型性状，是植物随生长环境变化的表现结果。赵凌云[48]和赵江燕等[49]对“潞党参”及常用商品党参药材进行性状鉴别发现，潞党根头下具较少环纹；条党表面有纵沟且木部较少，约占党参全长1/3；台党具有“狮子盘头”特征，其和西党都具有约占党参全长1/2 的致密环纹；白条党全身黄白色，根头处现绳孔状。李国梅[50]对不同商品党参比较分析认为，甘肃纹党、四川刀党、陕西凤党和山西台党“狮子盘头”特征显著，甘肃白条党无“狮子盘头”特征，但其都具有2～3 个分支。李达[51]对党参、素花党参和川党参表型性状比较分析发现，党参“狮子盘头”特征显著，素花党参表面环状横纹显著，川党参表面不规则纵沟显著。除了根部性状差异显著外，种子表型性状也具有差异。陈可纯等[52]分析比较发现素花党参种子表面有细长的指纹状纹理，种皮细胞梭形或长条形，川党参种子表面有大量网状纹饰，排列较为整齐，种皮细胞细柱状。各商品党参药材性状鉴别见表3，性状特征见图1。

图1 商品党参药材表型特征Fig.1 Phenotypic characteristics of Codonopsis Radix

表3 不同商品党参药材表型差异Table 3 Phenotypic differences of different Codonopsis Radix

综上，针对不同商品党参，可选择性状鉴别和显微鉴别方法，对党参种质资源进行差异分析。但党参属植物资源丰富，多达40 种，利用性状鉴别相关研究较少，且都为不同商品党参药材和不同入药基原植物间的差异。不同入药基原植物根部形态受环境影响较大，同时党参资源繁杂，利用性状鉴定存在一定的局限性。在科研和临床应用中，应建立综合质量评价体系，不应局限于“辨状论质”，保证其临床应用价值。

2.2 化学成分多样性

迄今国内外研究者已经从党参属植物中分离并鉴定出300 多种化合物[53]，包括53 种炔类及聚炔类化合物、44 种三萜及皂苷类化合物、42 种苯丙素类化合物、33 种生物碱及含氮类化合物、29 种木脂素类化合物、26 种黄酮类化合物、25 种有机酸类化合物、10 种甾体类化合物和42 种其他类化合物。此外，党参中还含有挥发油[54]、硒、铁、锰、锌等人体所需微量元素及蛋氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸等17 种氨基酸[55]。

He 等[56]研究发现，物种间及物种内不同样品中化学成分含量差异显著，其中党参和素花党参化学成分组成相似，但与川党参化学成分组成差异显著。Lin 等[57]研究表明，管花党参碱A、B 和党参苷A 仅存在于川党参中。黄延盛等[58]研究发现不同来源党参中多糖含量差异显著且对其品质影响较大；同时，各产地（甘肃、贵州、山西、湖北、四川）不同品种党参中紫丁香苷、阿魏酸、党参炔苷、苍术内酯III 含量具有差异且紫丁香苷和阿魏酸含量均较低，苍术内酯III仅存在于素花党参和党参中[59]。王艳等[55]研究发现基于氨基酸差异可区分5 大产区3 个品种的党参样品。张建勋[60]发现在红外光谱指纹图谱中不同产地10 个批次的党参样品间化学成分差异显著。

综上可以看出，党参药材来源复杂、化学成分种类繁多且含量受环境影响较大。历版《中国药典》对党参入药基原植物的收录、鉴别方法及检查也随着技术发展不断完善（图2）。从最初1 种入药基原到现在3 种入药基原，鉴别方法也从性状鉴别、显微鉴别、薄层定性鉴别不断完善，现阶段更是朝着定量鉴别不断发展。因此，可基于刘昌孝院士提出的质量标志物（quality marker，Q-Marker）核心概念[61]，对党参的Q-Marker 进行预测，并利用现代化学成分检测手段，制定出能够全面评价党参质量的多成分定量分析方法。

图2 历版《中国药典》党参评价方法Fig.2 Evaluation method for Codonopsis Radix in each version of Chinese Pharmacopoeia

2.3 分子遗传多样性

随着分子生物学的快速发展，研究者在分子水平上对党参种质资源多样性展开了分析。张建清等[62]采用随机扩增多态性DNA 标记（random amplified polymorphic DNA，RAPD）分析发现8 个栽培党参居群间遗传分化很小且与地理距离存在一定相关性；其次，甘肃各地栽培党参中仅文县栽培品为正品纹党。郭宏波[63]利用新型的分子标记（inter-simple sequence repeat，ISSR）分子标记和RAPD 进行党参遗传多样性分析，发现野生与栽培党参种群有较高遗传多样性。谷聪等[64]利用扩增片段长度多态性（ amplified fragment length polymorphism，AFLP）分子标记技术研究环境对不同基原党参的遗传影响，得出党参物种遗传背景的相似性与地理空间有关。刘新星等[36]研究筛选出的表达序列标签微卫星（ expressed sequence tags-simple sequence repeats，EST-SSR）引物能够将党参、川党参、轮叶党参、野生党参及近缘属桔梗进行有效鉴别。

苏强等[65]采用AFLP 法得到的指纹图可较好的显示出川党参，素花党参与党参的遗传差异且均能找到其特有带或缺失带。He 等[66]对采集到的65 个党参样品进行内部转录间隔区（internal transcribed spacer，ITS）/ITS2 序列分析，发现党参、素花党参、川党参的ITS 序列位点上有一定的差异，可对其3者进行区分。党参转录组来源的SSR 重复类型丰富，具有中等多态性，同时大规模的SSR 分子标记开发有助于党参遗传多样性与分子育种研究[67]。陈大霞等[68]研究发现川党参的遗传多样性较高，且相关序列扩增多态性（sequence-related amplified polymorphism，SRAP）与ISSR 标记均适用于川党参种质的遗传多样性分析。李忠虎等[69]利用磁珠富集法分离党参核基因组微卫星引物，筛选出的多态性微卫星引物能用于党参的遗传多样性和群体遗传结构研究，同时也能够用于党参属其他近缘物种的群体遗传学研究。He 等[66]研究发现党参中有11 种类型的ITS 序列，素花党参和川党参中分别有5 种类型的ITS 序列，表现为显著的遗传多态性。张丹等[70]应用生物信息学软件对20 份不同基原党参进行多样性分析并筛选出4 对多态性引物，对20 份党参材料进行DNA 指纹图谱绘制，发现DNA 指纹图谱可将20 份材料进行鉴别。

从以上党参遗传多样性研究方法可以看出，DNA 水平的分子标记从2006 年就开始应用于党参分子遗传多样样性分析，但由于每种DNA 分子标记技术具有一定的局限性，在一定程度上制约了其在党参分子遗传多样性研究中的应用。通过文献查阅发现在党参研究中常用的分子标记技术主要为RAPD、ISSR、AFLP、SSR、SRAP、ITS 6 种，其他分子标记技术应用较少，同时近5 年关于党参分子遗传多样性研究较少，仅SSR 分子标记技术较常用。 单核苷酸多态性（ single nucleotide polymorphism，SNP）标记具有全基因组覆盖、高通量、位点特异等优点[71]，因此应重视SNP 标记。同时，在党参中DNA 分子标记技术主要以遗传多样性分析为主，其他方面有待深入研究，如遗传连锁图谱构建与数量性状基因座定位、表型性状关联分析等。

3 党参种质资源的创新研究

党参的人工栽培最早出现在山西的潞安、壶关、长治及辽宁的凤城等地[69]。目前，甘肃渭源、陇西、漳县、岷县、通渭，吉林珲春、农安，四川平武、青川，湖北恩施等地已大面积人工种植党参。栽培种基本为农家地方品种杂合群体，种质资源性状丰富多样，但种质创新工作起步晚。目前有报道的仅有通过常规育种选育的2 个品种（渭党1 号、2 号）及诱变育种选育的2 个品种（渭党3 号、4 号），在生产中取得了良好的增产效果[30,72]，但仍不能满足目前的生产需求，中药材党参产业的可持续发展仍面临着巨大威胁[12]。

3.1 党参种质提纯复壮选育研究

常规选育可分为系统和杂交选育。系统选育是利用药用植物自然存在的混杂种质群体，根据育种目标，重复选择、提纯，获得性状稳定、质量优良新品种的方法。杂交选育是指将父本和母本杂交，形成具有不同遗传多样性的杂交后代，再通过对杂交后代的筛选，获得具有父母本优良性状，且不带有父母本不良性状的新品种的育种方法。

甘肃省定西旱作农业研究推广中心在1992—2006 年通过系统选育法选育出了党参新品种“渭党1 号”（92-02）和“渭党2 号”（98-01），选育流程见图3。“渭党1 号”生育期540 d 左右，根为肉质纺锤状直根，初生茎绿色，千粒质量为0.26～0.32 g，适宜在海拔1 800～2 400 m，年降水量450～550 mm 的半干旱和二阴生态区内种植，较抗根腐病，耐旱性、耐寒性较强[72]。“渭党2 号”生育期为540 d 左右，根为肉质纺锤状直根，初生茎绿色，生长后期逐渐转为淡紫色，千粒质量0.189 g，浸出物含量64.5%，根腐病的田间病株率为4.1%，病情指数为2.2%，较“渭党1 号”田间抗病更佳[11,73-74]。荆彦民[75]通过灰色关联度分析方法对7 个党参品系的主根长、产量、单株鲜根重等12 个性状因子分析得出，品系DSZJ2004-01、DS98-01、DSZJ2003-01 加权关联度较高，商品性状、抗病性、产量等综合性状优良，可作为优异种质资源重点培育。

图3 党参新品种选育流程Fig.3 Selection process of new varieties of Codonopsis Radix

3.2 党参种质组培快繁研究

党参为多年生药用植物，生长周期一般2～3年，采用传统育种方法培育新品种的速度较慢。但随着现代生物技术的快速发展，组培快繁技术在药用植物育种的应用越来越多。1990 年，牛德水等[76]以党参下胚轴和无菌芽切段为外植体，通过诱导产生愈伤组织并形成再生植株。经过15 个世代（2 年多）的继代培养，建立了党参体细胞培养体系。党参无性系每次不仅产生的绿芽数量多，而且速度快。1992 年，李继胜等[77]从党参体细胞的原生质体形成的愈伤组织再生成了完整植株。杨随庄等[78]以党参外植体顶芽、茎段为试验材料，利用微型扦插繁殖技术，未经愈伤组织的诱导，扦插生长出了完整的党参苗。该项技术能在较短时间内得到具有遗传性状稳定的试验材料，在药用植物快繁中具有较高的应用价值。时隔20 年，党参组织培养形成再生植株再现报道。孙欢等[79]以党参花药为外植体，选择处于单核中央或靠边期的花药进行接种，通过愈伤组织的诱导、继代培养、胚状体分化再生植株，初步建立了通过体细胞胚胎发生再生植株的党参花药培养技术体系，为党参新品种选育奠定了科学基础。

3.3 党参种质诱变创制的研究

诱变育种指利用化学、物理因素诱导植物的遗传性状发生变异，再根据育种目标从各变异群体选择优异个体，结合多种手段培育成新品种的方法。

甘肃省定西市农业科学研究院[80]采用重离子辐照技术对“渭党1 号”（系统选育品种，92-01）辐照处理，按辐照诱变育种程序（图3）选育出党参新品种“渭党3 号”。该品种质量优，耐寒性较强，较“渭党1 号”抗病能力强，适宜在海拔1 900～2 400 m，年降水量450～550 mm 的半干旱及高寒阴湿区种植推广[80]。同时期，该单位选育出了适宜中药材党参高产优质栽培和良好农业规范基地建设的高产、稳产、抗病虫能力强的党参新品种“渭党4 号”（DSN2004-05）[81]。

3.4 党参种质多倍体创制研究

多倍体育种是指利用人工诱变或自然变异等方式，通过细胞染色体组加倍获得多倍体育种材料，用以选育符合人们需要的优良品种。1991 年，陈素萍等[82]首次进行党参多倍体试验，将党参种子播种于一定浓度秋水仙碱培养基中发芽，并进行胚轴的组织培养后获得党参四倍体变异株，经显微观察发现四倍体气孔大，视野数少，体细胞和花粉母细胞均为四倍体。四倍体党参不仅具有茎秆粗、花和叶片大、叶色深、花期长的性状优势，且抗逆性优于常规党参植株，极具潜在应用价值。马璐琳[83]用0.2%的秋水仙素琼脂凝胶对党参幼苗的上胚轴、中胚轴生长点分别进行多倍体诱变，观察鉴定发现，同源四倍体党参变异株较二倍体植株叶片大、颜色深，生育期长，千粒质量大。利用此方法获得的同源四倍体品质优良，从其自交后代中可选育出纯合的同源四倍体新品系，可为党参新品种选育提供基础。李香串[84]采用诱变与现代生物技术结合的方法选育得到潞党参的四倍体株系LDSS-5 号，性状优良，多糖含量高于二倍体。

刘璇等[85]在查阅文献基础上，简述了党参种质资源的分布和遗传多样性研究进展，总结了2018年前党参育种工作的相关成果。提出党参的种质资源具有丰富的多样性，但对资源缺乏系统性开发利用，采用常规选育法对品种改良效果有限。本研究从党参种质资源分布、遗传多样性、种质提纯及创新利用现状进行系统概述，以党参种质资源分布和种质遗传多样性为背景，建议针对党参不同的使用目标，深入开展新品种选育研究。现阶段党参育种仍以常规育种为主，离体培养和分子育种技术现处于试验阶段，还未落实到大田栽培生产中；其次，已经报道的党参新品种的选育局限在在甘肃省同一研究单位，且其适用于甘肃定西区域的生产推广，其他道地产区如陕西、山西、四川等关于党参新品种的选育报告较少；此外，转基因技术是当前育种研究中的热点，但转基因这一新兴育种技术是否可以应用在药用植物育种仍具有很大争议。因此，可以参考其他药用植物如桔梗[86]、天麻[87]、银杏[88]的育种经验，采用杂交育种和分子标记辅助育种，结合优质种质资源，选育党参品种，从而在更大程度上提高栽培党参的产量和质量，促进中药材党参药材生产行业的标准化、规范化发展。

4 结语及展望

从党参种质资源分布、资源多样性、种质创新现状进行归纳整理与分析，发现党参在资源保护利用和种质创新方面还存在以下问题：（1）党参种质资源多样性高，但野生资源保护滞后，导致部分党参属植物濒危及近危。（2）党参药材来源复杂、化学成分种类繁多，《中国药典》2020 年版收载了党参的性状、鉴别、检查、浸出物测定等项，但未收录其含量测定项，文献研究中也仅以党参炔苷等个别化合物含量来评价党参质量，缺少体现其整体药效及专属性的质量控制与评价方法。（3）在种质创新方面，现有党参育种方法主要依赖于传统的选择育种、杂交育种，育种周期长，效率低。

针对以上党参在资源保护利用和种质创新方面所遇到的问题提出以下几点建议：（1）加强种质资源保护和利用。可重点研究和掌握党参属野生植物资源的遗传育种、仿野生栽培等技术，同时建立濒危种、近危种、易危种种质资源圃，为有效保护和合理利用党参属野生植物资源提供基础。（2）建立和完善党参药材的质量控制及评价方法。可基于中药Q-Marker 的“特异性、敏感性、稳定性、合理性、可追溯性”5 个核心概念，结合网络药理学，对党参Q-Marker 进行预测，并利用现代化学成分检测手段，制定出能够全面评价党参质量的多成分定量分析方法。（3）利用现代生物技术，进行党参种质创新。通过高通量测序技术，以党参全基因组学为背景开展对党参遗传多样性研究，采用组培快繁、植物体细胞杂交、分子标记育种等现代生物技术，从现有优质农家种质、优异变异种质、野生种质等资源中挖掘高产、优质、抗逆基因，同时与形态学、细胞遗传学、分子遗传学等方法相结合，为党参种质资源的创新提供快速有效的途径。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突