王紅燕，陳 垣，郭鳳霞，梁 偉，董鵬斌，程嘉麗

甘肅農業(yè)大學農學院，生命科學技術學院，干旱生境作物學國家重點實驗室，甘肅 蘭州 730070

黨參CodonopsisRadix為桔?？贫嗄晟荼舅幱弥参稂h參Codonopsispilosula(Franch) Nannf.、素花黨參C.pilosulaNannf. var.modesta(Nannf.) L. T.Shen 或川黨參C.tangshenOliv.的干燥根[1]。《本草從新》《得配本草》及《本草便讀》等著作均有黨參入藥記載，《中國藥典》1963 年版就已將黨參收錄其中[2]。黨參中含有黨參多糖、黨參炔苷、蒼術內脂III、紫丁香苷及氨基酸等多種生物活性和營養(yǎng)成分[3]。具有增強機體免疫力、抗氧化、抗疲勞[4]、抗腫瘤[5]、抗菌、抗病毒[6]等作用。除具有較高藥用價值外，黨參還具有滋補價值[7]，在我國南部和部分東南亞國家也被用作食物原料，如茶、酒、湯和粥[8]。中國、日本、朝鮮、韓國和美國等國家也將黨參作為野生蔬菜食用[8]。

黨參的道地產區(qū)主要分布于我國西北干旱、半干旱地區(qū)，甘肅省定西市渭源、隴西、漳縣、岷縣及隴南市宕昌縣一帶主栽黨參，藥材為“白條黨”[9]。近年來，黨參藥材市場需求增加，野生黨參資源無法滿足市場需求，市售黨參以栽培品為主[10-11]，栽培品主要為農家地方品種雜合群體。在育苗移栽過程中種植區(qū)域間的相互引種調種和全球氣候變暖等因素交融加速了黨參種質資源性狀多元化，導致栽培種種性混雜退化，病蟲草害多發(fā)，根部病害加重，道地性減弱，黨參藥材質量參差不齊[12]，嚴重制約了黨參大健康產業(yè)的可持續(xù)化發(fā)展。種質資源性狀的鑒定和優(yōu)異種質的創(chuàng)制研究已經成為黨參產業(yè)發(fā)展的根本出路。本文在文獻查閱和第4 次全國中藥資源普查基礎上，通過田間調查和走訪，分析黨參種質資源的分布、多樣性研究進展及新品種選育進展，探討黨參種質資源多樣性及種質創(chuàng)新途徑，旨在為黨參品種鑒定、種質創(chuàng)新、質量提升提供參考，引導加快黨參新品種選育進程。

1 黨參種質資源現狀

我國黨參屬植物種質資源非常豐富，對其種質資源現狀分析有助于開發(fā)、鑒定、保護利用現有黨參種質資源，為黨參新品種選育提供基礎。

1.1 黨參種質資源分布

全球約有黨參屬植物40 種，我國境內約有黨參屬植物39 種，其中有瀕危種1 種（銀背葉黨參），近危種8 種，易危種7 種。除《中國藥典》2020 年版收載的黨參、素花黨參和川黨參外，黨參屬其他植物的根也具有藥用價值，如管花黨參、球花黨參、灰毛黨參、新疆黨參等[13]。由表1 可知，黨參屬植物多分布在海拔1 500～3 500 m 的山地林邊，云南分布種類多達20 種，西藏和四川各分布18 種，甘肅分布7 種，青海和陜西各分布5 種，其余地區(qū)分布較少；黨參屬植物黨參分布涉及在14 個省份，輪葉黨參在10 個省份有分布，綠花黨參在7 個省份有分布，川黨參在6 個省份有分布，其余黨參分布范圍較小，有的僅為某區(qū)域特有種，如藏南黨參、唐松草黨參和西藏黨參為西藏地區(qū)特有種。在所有黨參屬植物中，黨參應用最為廣泛，其次為素花黨參和川黨參，其他黨參屬植物應用雖不廣泛，但其性狀各具特色，為寶貴的黨參種質資源。因此需要增強對黨參屬野生植物資源，尤其瀕危種、近危種、易危種及地方特有種的保護意識，可在云南、西藏、四川、甘肅、陜西等瀕危種、近危種、易危種分布較多區(qū)域建立黨參屬野生種質資源圃，維持黨參種質資源多樣性。

表1 黨參屬植物資源分布Table 1 Resources distribution of genus Codonopsis plants

1.2 黨參藥材商品分布

中華人民共和國衛(wèi)生部頒布的《七十六種藥材商品規(guī)格標準》（1984）[42]中將黨參藥材按商品規(guī)格分為條黨、西黨、東黨、臺黨、潞黨5 類，其產地及基原見表2[31,43-44]。黨參藥材因其基原植物分布區(qū)域廣，造成質量參差不齊，差異較大。山西潞黨在歷史上被認為是質量最優(yōu)的黨參，后來甘肅紋黨、湖北板橋黨、陜西鳳黨也被納入道地藥材的行列[10]。近年來，甘肅中藥材產業(yè)發(fā)展迅猛，白條黨、紋黨的種植面積及產量已位居全國之首，成為我國黨參主產區(qū)。2001 年渭源縣被我國特產之鄉(xiāng)推薦暨宣傳活動組委會命名為“中國黨參之鄉(xiāng)”[45]。2019年，黃璐琦等[46]將黨參藥材按商品重新分為潞黨參、白條黨參、紋黨參、板橋黨參4 種規(guī)格。各規(guī)格黨參藥材各具特點，如潞黨參具有“獅子頭、蛇身、鳳尾、菊花心”的特點，白條黨參具有“蛇形根頭、條長直、色白質重”的特點，紋黨參具有“細密橫紋裹根體，獅子盤頭菊花心，身長粗壯肉質厚，味清甜潤嚼無渣”的特點，板橋黨參具有“泥鰍頭、筆桿形、雞皮皺、糙米色、菊花心、氣清香”的特點。

表2 黨參商品分類分布Table 2 Commodity classification distribution of Codonopsis Radix

2 黨參種質資源遺傳多樣性

種質資源遺傳多樣性是種質資源鑒定、遺傳資源保存和育種方案設計的基礎[47]。研究黨參的遺傳性狀，有益于剖析種質資源的遺傳學，探索優(yōu)質基因，開發(fā)新品種，促進黨參種質資源的可持續(xù)利用。

2.1 形態(tài)多樣性

形態(tài)指植物的外在表型性狀，是植物隨生長環(huán)境變化的表現結果。趙凌云[48]和趙江燕等[49]對“潞黨參”及常用商品黨參藥材進行性狀鑒別發(fā)現，潞黨根頭下具較少環(huán)紋；條黨表面有縱溝且木部較少，約占黨參全長1/3；臺黨具有“獅子盤頭”特征，其和西黨都具有約占黨參全長1/2 的致密環(huán)紋；白條黨全身黃白色，根頭處現繩孔狀。李國梅[50]對不同商品黨參比較分析認為，甘肅紋黨、四川刀黨、陜西鳳黨和山西臺黨“獅子盤頭”特征顯著，甘肅白條黨無“獅子盤頭”特征，但其都具有2～3 個分支。李達[51]對黨參、素花黨參和川黨參表型性狀比較分析發(fā)現，黨參“獅子盤頭”特征顯著，素花黨參表面環(huán)狀橫紋顯著，川黨參表面不規(guī)則縱溝顯著。除了根部性狀差異顯著外，種子表型性狀也具有差異。陳可純等[52]分析比較發(fā)現素花黨參種子表面有細長的指紋狀紋理，種皮細胞梭形或長條形，川黨參種子表面有大量網狀紋飾，排列較為整齊，種皮細胞細柱狀。各商品黨參藥材性狀鑒別見表3，性狀特征見圖1。

圖1 商品黨參藥材表型特征Fig.1 Phenotypic characteristics of Codonopsis Radix

表3 不同商品黨參藥材表型差異Table 3 Phenotypic differences of different Codonopsis Radix

綜上，針對不同商品黨參，可選擇性狀鑒別和顯微鑒別方法，對黨參種質資源進行差異分析。但黨參屬植物資源豐富，多達40 種，利用性狀鑒別相關研究較少，且都為不同商品黨參藥材和不同入藥基原植物間的差異。不同入藥基原植物根部形態(tài)受環(huán)境影響較大，同時黨參資源繁雜，利用性狀鑒定存在一定的局限性。在科研和臨床應用中，應建立綜合質量評價體系，不應局限于“辨狀論質”，保證其臨床應用價值。

2.2 化學成分多樣性

迄今國內外研究者已經從黨參屬植物中分離并鑒定出300 多種化合物[53]，包括53 種炔類及聚炔類化合物、44 種三萜及皂苷類化合物、42 種苯丙素類化合物、33 種生物堿及含氮類化合物、29 種木脂素類化合物、26 種黃酮類化合物、25 種有機酸類化合物、10 種甾體類化合物和42 種其他類化合物。此外，黨參中還含有揮發(fā)油[54]、硒、鐵、錳、鋅等人體所需微量元素及蛋氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、蘇氨酸等17 種氨基酸[55]。

He 等[56]研究發(fā)現，物種間及物種內不同樣品中化學成分含量差異顯著，其中黨參和素花黨參化學成分組成相似，但與川黨參化學成分組成差異顯著。Lin 等[57]研究表明，管花黨參堿A、B 和黨參苷A 僅存在于川黨參中。黃延盛等[58]研究發(fā)現不同來源黨參中多糖含量差異顯著且對其品質影響較大；同時，各產地（甘肅、貴州、山西、湖北、四川）不同品種黨參中紫丁香苷、阿魏酸、黨參炔苷、蒼術內酯III 含量具有差異且紫丁香苷和阿魏酸含量均較低，蒼術內酯III僅存在于素花黨參和黨參中[59]。王艷等[55]研究發(fā)現基于氨基酸差異可區(qū)分5 大產區(qū)3 個品種的黨參樣品。張建勛[60]發(fā)現在紅外光譜指紋圖譜中不同產地10 個批次的黨參樣品間化學成分差異顯著。

綜上可以看出，黨參藥材來源復雜、化學成分種類繁多且含量受環(huán)境影響較大。歷版《中國藥典》對黨參入藥基原植物的收錄、鑒別方法及檢查也隨著技術發(fā)展不斷完善（圖2）。從最初1 種入藥基原到現在3 種入藥基原，鑒別方法也從性狀鑒別、顯微鑒別、薄層定性鑒別不斷完善，現階段更是朝著定量鑒別不斷發(fā)展。因此，可基于劉昌孝院士提出的質量標志物（quality marker，Q-Marker）核心概念[61]，對黨參的Q-Marker 進行預測，并利用現代化學成分檢測手段，制定出能夠全面評價黨參質量的多成分定量分析方法。

圖2 歷版《中國藥典》黨參評價方法Fig.2 Evaluation method for Codonopsis Radix in each version of Chinese Pharmacopoeia

2.3 分子遺傳多樣性

隨著分子生物學的快速發(fā)展，研究者在分子水平上對黨參種質資源多樣性展開了分析。張建清等[62]采用隨機擴增多態(tài)性DNA 標記（random amplified polymorphic DNA，RAPD）分析發(fā)現8 個栽培黨參居群間遺傳分化很小且與地理距離存在一定相關性；其次，甘肅各地栽培黨參中僅文縣栽培品為正品紋黨。郭宏波[63]利用新型的分子標記（inter-simple sequence repeat，ISSR）分子標記和RAPD 進行黨參遺傳多樣性分析，發(fā)現野生與栽培黨參種群有較高遺傳多樣性。谷聰等[64]利用擴增片段長度多態(tài)性（ amplified fragment length polymorphism，AFLP）分子標記技術研究環(huán)境對不同基原黨參的遺傳影響，得出黨參物種遺傳背景的相似性與地理空間有關。劉新星等[36]研究篩選出的表達序列標簽微衛(wèi)星（ expressed sequence tags-simple sequence repeats，EST-SSR）引物能夠將黨參、川黨參、輪葉黨參、野生黨參及近緣屬桔梗進行有效鑒別。

蘇強等[65]采用AFLP 法得到的指紋圖可較好的顯示出川黨參，素花黨參與黨參的遺傳差異且均能找到其特有帶或缺失帶。He 等[66]對采集到的65 個黨參樣品進行內部轉錄間隔區(qū)（internal transcribed spacer，ITS）/ITS2 序列分析，發(fā)現黨參、素花黨參、川黨參的ITS 序列位點上有一定的差異，可對其3者進行區(qū)分。黨參轉錄組來源的SSR 重復類型豐富，具有中等多態(tài)性，同時大規(guī)模的SSR 分子標記開發(fā)有助于黨參遺傳多樣性與分子育種研究[67]。陳大霞等[68]研究發(fā)現川黨參的遺傳多樣性較高，且相關序列擴增多態(tài)性（sequence-related amplified polymorphism，SRAP）與ISSR 標記均適用于川黨參種質的遺傳多樣性分析。李忠虎等[69]利用磁珠富集法分離黨參核基因組微衛(wèi)星引物，篩選出的多態(tài)性微衛(wèi)星引物能用于黨參的遺傳多樣性和群體遺傳結構研究，同時也能夠用于黨參屬其他近緣物種的群體遺傳學研究。He 等[66]研究發(fā)現黨參中有11 種類型的ITS 序列，素花黨參和川黨參中分別有5 種類型的ITS 序列，表現為顯著的遺傳多態(tài)性。張丹等[70]應用生物信息學軟件對20 份不同基原黨參進行多樣性分析并篩選出4 對多態(tài)性引物，對20 份黨參材料進行DNA 指紋圖譜繪制，發(fā)現DNA 指紋圖譜可將20 份材料進行鑒別。

從以上黨參遺傳多樣性研究方法可以看出，DNA 水平的分子標記從2006 年就開始應用于黨參分子遺傳多樣樣性分析，但由于每種DNA 分子標記技術具有一定的局限性，在一定程度上制約了其在黨參分子遺傳多樣性研究中的應用。通過文獻查閱發(fā)現在黨參研究中常用的分子標記技術主要為RAPD、ISSR、AFLP、SSR、SRAP、ITS 6 種，其他分子標記技術應用較少，同時近5 年關于黨參分子遺傳多樣性研究較少，僅SSR 分子標記技術較常用。 單核苷酸多態(tài)性（ single nucleotide polymorphism，SNP）標記具有全基因組覆蓋、高通量、位點特異等優(yōu)點[71]，因此應重視SNP 標記。同時，在黨參中DNA 分子標記技術主要以遺傳多樣性分析為主，其他方面有待深入研究，如遺傳連鎖圖譜構建與數量性狀基因座定位、表型性狀關聯(lián)分析等。

3 黨參種質資源的創(chuàng)新研究

黨參的人工栽培最早出現在山西的潞安、壺關、長治及遼寧的鳳城等地[69]。目前，甘肅渭源、隴西、漳縣、岷縣、通渭，吉林琿春、農安，四川平武、青川，湖北恩施等地已大面積人工種植黨參。栽培種基本為農家地方品種雜合群體，種質資源性狀豐富多樣，但種質創(chuàng)新工作起步晚。目前有報道的僅有通過常規(guī)育種選育的2 個品種（渭黨1 號、2 號）及誘變育種選育的2 個品種（渭黨3 號、4 號），在生產中取得了良好的增產效果[30,72]，但仍不能滿足目前的生產需求，中藥材黨參產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展仍面臨著巨大威脅[12]。

3.1 黨參種質提純復壯選育研究

常規(guī)選育可分為系統(tǒng)和雜交選育。系統(tǒng)選育是利用藥用植物自然存在的混雜種質群體，根據育種目標，重復選擇、提純，獲得性狀穩(wěn)定、質量優(yōu)良新品種的方法。雜交選育是指將父本和母本雜交，形成具有不同遺傳多樣性的雜交后代，再通過對雜交后代的篩選，獲得具有父母本優(yōu)良性狀，且不帶有父母本不良性狀的新品種的育種方法。

甘肅省定西旱作農業(yè)研究推廣中心在1992—2006 年通過系統(tǒng)選育法選育出了黨參新品種“渭黨1 號”（92-02）和“渭黨2 號”（98-01），選育流程見圖3?！拔键h1 號”生育期540 d 左右，根為肉質紡錘狀直根，初生莖綠色，千粒質量為0.26～0.32 g，適宜在海拔1 800～2 400 m，年降水量450～550 mm 的半干旱和二陰生態(tài)區(qū)內種植，較抗根腐病，耐旱性、耐寒性較強[72]?！拔键h2 號”生育期為540 d 左右，根為肉質紡錘狀直根，初生莖綠色，生長后期逐漸轉為淡紫色，千粒質量0.189 g，浸出物含量64.5%，根腐病的田間病株率為4.1%，病情指數為2.2%，較“渭黨1 號”田間抗病更佳[11,73-74]。荊彥民[75]通過灰色關聯(lián)度分析方法對7 個黨參品系的主根長、產量、單株鮮根重等12 個性狀因子分析得出，品系DSZJ2004-01、DS98-01、DSZJ2003-01 加權關聯(lián)度較高，商品性狀、抗病性、產量等綜合性狀優(yōu)良，可作為優(yōu)異種質資源重點培育。

圖3 黨參新品種選育流程Fig.3 Selection process of new varieties of Codonopsis Radix

3.2 黨參種質組培快繁研究

黨參為多年生藥用植物，生長周期一般2～3年，采用傳統(tǒng)育種方法培育新品種的速度較慢。但隨著現代生物技術的快速發(fā)展，組培快繁技術在藥用植物育種的應用越來越多。1990 年，牛德水等[76]以黨參下胚軸和無菌芽切段為外植體，通過誘導產生愈傷組織并形成再生植株。經過15 個世代（2 年多）的繼代培養(yǎng)，建立了黨參體細胞培養(yǎng)體系。黨參無性系每次不僅產生的綠芽數量多，而且速度快。1992 年，李繼勝等[77]從黨參體細胞的原生質體形成的愈傷組織再生成了完整植株。楊隨莊等[78]以黨參外植體頂芽、莖段為試驗材料，利用微型扦插繁殖技術，未經愈傷組織的誘導，扦插生長出了完整的黨參苗。該項技術能在較短時間內得到具有遺傳性狀穩(wěn)定的試驗材料，在藥用植物快繁中具有較高的應用價值。時隔20 年，黨參組織培養(yǎng)形成再生植株再現報道。孫歡等[79]以黨參花藥為外植體，選擇處于單核中央或靠邊期的花藥進行接種，通過愈傷組織的誘導、繼代培養(yǎng)、胚狀體分化再生植株，初步建立了通過體細胞胚胎發(fā)生再生植株的黨參花藥培養(yǎng)技術體系，為黨參新品種選育奠定了科學基礎。

3.3 黨參種質誘變創(chuàng)制的研究

誘變育種指利用化學、物理因素誘導植物的遺傳性狀發(fā)生變異，再根據育種目標從各變異群體選擇優(yōu)異個體，結合多種手段培育成新品種的方法。

甘肅省定西市農業(yè)科學研究院[80]采用重離子輻照技術對“渭黨1 號”（系統(tǒng)選育品種，92-01）輻照處理，按輻照誘變育種程序（圖3）選育出黨參新品種“渭黨3 號”。該品種質量優(yōu)，耐寒性較強，較“渭黨1 號”抗病能力強，適宜在海拔1 900～2 400 m，年降水量450～550 mm 的半干旱及高寒陰濕區(qū)種植推廣[80]。同時期，該單位選育出了適宜中藥材黨參高產優(yōu)質栽培和良好農業(yè)規(guī)范基地建設的高產、穩(wěn)產、抗病蟲能力強的黨參新品種“渭黨4 號”（DSN2004-05）[81]。

3.4 黨參種質多倍體創(chuàng)制研究

多倍體育種是指利用人工誘變或自然變異等方式，通過細胞染色體組加倍獲得多倍體育種材料，用以選育符合人們需要的優(yōu)良品種。1991 年，陳素萍等[82]首次進行黨參多倍體試驗，將黨參種子播種于一定濃度秋水仙堿培養(yǎng)基中發(fā)芽，并進行胚軸的組織培養(yǎng)后獲得黨參四倍體變異株，經顯微觀察發(fā)現四倍體氣孔大，視野數少，體細胞和花粉母細胞均為四倍體。四倍體黨參不僅具有莖稈粗、花和葉片大、葉色深、花期長的性狀優(yōu)勢，且抗逆性優(yōu)于常規(guī)黨參植株，極具潛在應用價值。馬璐琳[83]用0.2%的秋水仙素瓊脂凝膠對黨參幼苗的上胚軸、中胚軸生長點分別進行多倍體誘變，觀察鑒定發(fā)現，同源四倍體黨參變異株較二倍體植株葉片大、顏色深，生育期長，千粒質量大。利用此方法獲得的同源四倍體品質優(yōu)良，從其自交后代中可選育出純合的同源四倍體新品系，可為黨參新品種選育提供基礎。李香串[84]采用誘變與現代生物技術結合的方法選育得到潞黨參的四倍體株系LDSS-5 號，性狀優(yōu)良，多糖含量高于二倍體。

劉璇等[85]在查閱文獻基礎上，簡述了黨參種質資源的分布和遺傳多樣性研究進展，總結了2018年前黨參育種工作的相關成果。提出黨參的種質資源具有豐富的多樣性，但對資源缺乏系統(tǒng)性開發(fā)利用，采用常規(guī)選育法對品種改良效果有限。本研究從黨參種質資源分布、遺傳多樣性、種質提純及創(chuàng)新利用現狀進行系統(tǒng)概述，以黨參種質資源分布和種質遺傳多樣性為背景，建議針對黨參不同的使用目標，深入開展新品種選育研究?，F階段黨參育種仍以常規(guī)育種為主，離體培養(yǎng)和分子育種技術現處于試驗階段，還未落實到大田栽培生產中；其次，已經報道的黨參新品種的選育局限在在甘肅省同一研究單位，且其適用于甘肅定西區(qū)域的生產推廣，其他道地產區(qū)如陜西、山西、四川等關于黨參新品種的選育報告較少；此外，轉基因技術是當前育種研究中的熱點，但轉基因這一新興育種技術是否可以應用在藥用植物育種仍具有很大爭議。因此，可以參考其他藥用植物如桔梗[86]、天麻[87]、銀杏[88]的育種經驗，采用雜交育種和分子標記輔助育種，結合優(yōu)質種質資源，選育黨參品種，從而在更大程度上提高栽培黨參的產量和質量，促進中藥材黨參藥材生產行業(yè)的標準化、規(guī)范化發(fā)展。

4 結語及展望

從黨參種質資源分布、資源多樣性、種質創(chuàng)新現狀進行歸納整理與分析，發(fā)現黨參在資源保護利用和種質創(chuàng)新方面還存在以下問題：（1）黨參種質資源多樣性高，但野生資源保護滯后，導致部分黨參屬植物瀕危及近危。（2）黨參藥材來源復雜、化學成分種類繁多，《中國藥典》2020 年版收載了黨參的性狀、鑒別、檢查、浸出物測定等項，但未收錄其含量測定項，文獻研究中也僅以黨參炔苷等個別化合物含量來評價黨參質量，缺少體現其整體藥效及專屬性的質量控制與評價方法。（3）在種質創(chuàng)新方面，現有黨參育種方法主要依賴于傳統(tǒng)的選擇育種、雜交育種，育種周期長，效率低。

針對以上黨參在資源保護利用和種質創(chuàng)新方面所遇到的問題提出以下幾點建議：（1）加強種質資源保護和利用?？芍攸c研究和掌握黨參屬野生植物資源的遺傳育種、仿野生栽培等技術，同時建立瀕危種、近危種、易危種種質資源圃，為有效保護和合理利用黨參屬野生植物資源提供基礎。（2）建立和完善黨參藥材的質量控制及評價方法。可基于中藥Q-Marker 的“特異性、敏感性、穩(wěn)定性、合理性、可追溯性”5 個核心概念，結合網絡藥理學，對黨參Q-Marker 進行預測，并利用現代化學成分檢測手段，制定出能夠全面評價黨參質量的多成分定量分析方法。（3）利用現代生物技術，進行黨參種質創(chuàng)新。通過高通量測序技術，以黨參全基因組學為背景開展對黨參遺傳多樣性研究，采用組培快繁、植物體細胞雜交、分子標記育種等現代生物技術，從現有優(yōu)質農家種質、優(yōu)異變異種質、野生種質等資源中挖掘高產、優(yōu)質、抗逆基因，同時與形態(tài)學、細胞遺傳學、分子遺傳學等方法相結合，為黨參種質資源的創(chuàng)新提供快速有效的途徑。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突