植物形态学及SSR标记在药用植物遗传分析中的应用

苏伟敏，靳雅惠，杨　妮，王　建（广西中医药大学药学院，广西南宁530001）

植物形态学及SSR标记在药用植物遗传分析中的应用

苏伟敏，靳雅惠，杨妮，王建*
（广西中医药大学药学院，广西南宁530001）

植物形态学在遗传多样性分析中具有直接性与简便性，直接反映遗传的变异系数；而SSR是建立在PCR基础上的1种新型DNA分子标记，具有含量丰富、多态性高、共显性和检测方法简单等优点，在药用植物遗传分析上具有广泛的应用前景。作者对遗传多样性的定义和研究方法，以及植物形态学和SSR分子标记在药用植物遗传多样分析中的应用进行了简要概述。

植物形态学；SSR；药用植物；遗传多样性

我国的药用植物种质资源种类丰富多样，而药用植物资源是中药生产的源头，是中药材品种培育、改良的物质基础[1]，对我国中医药事业的发展有着举足轻重的作用。近年来中药资源越来越受到重视，且中药及其相关药用植物资源成为当今相关研究的热点[2]。中药资源种类之间背景相似、种系不清等是导致中药资源短缺的主要原因之一，而中药种质资源的相关研究可以为中药的持续发展提供基础。种质资源的遗传多样性研究是收集、保存、评价和利用作物品种的依据，也是研究作物起源、演化的基础[3]。作者主要对遗传多样性的定义分析以及近年来植物形态学和SSR分子标记在药用植物遗传多样性中的应用进行了概述，并对植物形态学和SSR分子标记在药用植物研究中的应用进行了展望，旨为今后药用植物的相关研究工作提供一定的信息参考。

1　遗传多样性的定义

遗传多样性（genetic diversity）又称为基因多样性，是生物多样性的重要组成部分，同种源的个体因为其生活环境的不同，包括不同的居群间和同一居群内不同个体间，经过长时间的自然变化所产生的结果[4]。遗传多样性不仅仅只在生物体所表现的形态特征和生理特征性状上遗传，也在基因上遗传，性状是生物体基因在个体的体现，性状所表现的差异就是由基因的差异所引起的。如果遗传多样变异系数越高或遗传变异越丰富，则该物种可提供适应环境能力的基因数量也就愈多，那么该物种的环境适应能力就愈强，就越有利于种质资源的生存及演化[5，6]。遗传多样性的研究有利于保护稀有的种质资源和相关资源的持续发展。

2　遗传多样性的研究方法

因研究条件和研究对象的不同，遗传多样性的研究方法也有较大区别，并且各种水平的遗传多样性研究方法在不同的研究领域及对象中都有不可替代的作用，但目的都是为了揭示物种间的遗传物质变异情况[7]。传统的研究方法主要集中在植物的形态学水平、细胞学水平和蛋白质水平方面。然而，随着生物技术的发展，分子标记技术也逐渐应用到药用植物的遗传育种上，其中，简单序列重复（SSR）分子标记较其他分子标记具有含量丰富、多态性高、共显性和检测方法简单等优点，是目前遗传多样性分析和育种研究中应用十分广泛的分子技术。

3　植物形态学和SSR标记在药用植物遗传多样性分析中的应用

3.1形态学和成分分析在遗传多样性分析中的应用

形态标记是利用植物形态差异来区分个体的方式，是根据植物体的外部特征如株高、叶形、叶色、果实颜色、形状、种子性状、抗病抗虫性等形态学标记，对植物在形态学上进行多样性标记[8，9]。表型和基因型之间存在基因表达与调控以及个体发育等复杂的中间环节，根据表型上的差异来反映基因型的差异就是形态学水平检测的关键所在[10]。形态标记方法具有直接性与简便性，符合孟德尔发现遗传因子的分离和自由组合定律，利用形态学方法分析可以对药用植物种质资源有一个初步的了解。刘清玮等[11]对相同环境和成熟期的北五味子产量主要性状遗传参数进行分析，发现北五味子的果穗数、平均穗重、产量和穗粒数变异系数较大，其个体遗传性好，育种潜力大。王绍鹏等[12]研究发现，不同海拔高度对款冬的主要遗传参数及其性状间的相关性有影响。陈宇航等[13]对15份夏枯草种质进行研究发现，夏枯草在形态、主要成分与遗传变异之间有较大差异。胡苏莹等[14]通过分析秦巴山区3个不同产地的华细辛挥发性成分与遗传多样性差异关系发现，一些挥发油成分的积累与其遗传特性可能密切相关。郭靖等[15]对5 a生东北铁线莲栽培群体的主要数量性状进行研究，结果表明，群体内的根重和须根数变异系数较大，可作为以高产为目标育种对象。魏云洁等[16]对糙龙胆生长期的遗传参数进行研究，发现孕蕾期以茎粗、分蘖数、分枝数和花蕾数的性状变异系数较大，对糙龙胆在品种选育中选择潜力比较大。物种资源有效成分的遗传变异是影响产量和质量的重要因素，陈英等[17]对广藿香的生物活性成分进行分析后发现，环境和栽培条件不同，各群居内的广藿香遗传变异水平都较高。韩琳娜等[18，19]研究表明，不同表型的紫锥菊在成分含量和质量上均存在差异，为田间紫锥菊优良种质筛选提供了理论基础。程磊等[20]研究发现，紫菀数量性状中有5个性状变异系数跃50%，其中有3个主成分的因子高达85.48%。郑玉忠等[21]研究发现，不同居群的竹节草在外部形态性状有较大变异，具有较丰富的遗传多样性。

3.2SSR分子标记在遗传育种中的应用

SSR标记也称微卫星，具有标记数量多、分布广、多态性高、稳定性好、共显性等优点，是目前遗传多样性分析和育种研究中应用十分广泛的分子技术[22]。其通过PCR反应扩增和凝胶电泳分离检测得到的扩增片段，从而揭示物种的多态性[23]。SSR分子标记以孟德尔方式呈共显性遗传，实验操作简单，可直接用PCR进行分析，而且对DNA的数量要求少。SSR分子标记以其独特的优点在农业遗传育种中日益得到广泛应用[24]，特别是在水稻[25，26]、玉米[27，38]、辣椒[29]等农作物的遗传育种得到了广泛应用，也逐渐应用到药用植物遗传与育种分析上。

SSR分子标记通过研究植物的DNA序列进行差异分析，可以客观、直接地分析植物的遗传多样性。黎蓉等[30]对龙须草11个居群的71个单株进行聚类研究发现，2个居群内的不同单株间存在较大的遗传差异。吴生等[31]利用9对SSR引物对秦岭地区的4种五味子属植物进行PCR扩增，发现华中五味子遗传多样性最高，红花五味子最低。徐敏等[32]利用9对SSR引物对秦岭地区野生华中五味子的遗传多样性进行多态性扩增，结果表明，居群内的秦岭地区华中五味子遗传多样性丰富。张金渝等[33]利用SSR标记分析6个文山三七居群的遗传多样性及其遗传结构，结果显示，三七具有丰富的遗传多样性。邓科君等[34]开发了83对SSR引物，对13个不同居群的丹参样品及10种鼠尾草属物种进行了扩增、多态性及通用性检测。袁英惠等[35]采用SSR技术研究了球花石解野生居群的遗传多样性，结果发现，球花石解野生群体中存在较高的遗传多样性。蔡小彦等[36]结合SSR和SRAP技术对粉花石斛的遗传多样性和居群遗传结构进行研究，对粉花石斛的微卫星标记进行了开发；利用磁珠富集法构建粉花石斛微卫星文库，筛选出有效的SSR标记，共获得12对多态性引物。黄海燕等[37]通过建立适合杜仲SSR-PCR的反应体系，筛选出13对具有多态性的引物，为杜仲的遗传多样性、群体遗传学、亲缘关系等研究奠定了基础。李亚慧等[38]利用正交试验建立并优化了菊花的SSR-PCR体系，为今后菊花SSR分析奠定了基础，研究菊花品种之间的遗传多样性，可为菊花的优良品种选育和遗传改良以及种质资源保存提供科学依据。

4　展望

在短期内对植物变异性有所了解或在其他研究方法无法开展时，利用形态性状和成分变异来估测植物变异是最直接和最快速的方法。但表型的遗传表达有时不太稳定，易受环境条件及基因显隐性等因素的影响。要更加准确、细致地了解种群的遗传变异状况，仅仅依赖表型性状是远远不够的。因此，还需要利用分子标记对其进行深一步的研究、比较和验证。SSR分子标记具有可操作性简单、多态性高，等位位点多、信息含量丰富等优点，是相对于其他分子标记较理想的研究遗传多样性的手段。SSR技术在农作物遗传分析上得到了广泛应用，并已取得较大成果。由于引物不能直接从DNA数据库查找、SSR技术的突变机制尚不完全清楚，PCR引物在不同物种间保守性较差，因此，这对于刚起步应用于药用植物遗传多样性研究上存在较大的局限性。但是，随着SSR技术的日益成熟及相关技术的开发，SSR分子标记技术将在药用植物的遗传育种理论和应用研究领域得到广泛应用。

［1］李国民，李忠超，许凯扬，文李.抗癌植物冬凌草种质资源遗传多样性分析［J］.热带亚热带植物学报，2008，（2）：116-122.

［2］陈珞珈，郑格琳.我国中药产业的大势与前景［N］.中国中医药报，2015-01-15.

［3］李隆云，钟国跃，卫莹芳，秦松云，舒抒，王昌华.中国中药种质资源的保存与评价研究［J］.中国中药杂志，2002，（9）：4-8.

［4］黎燕琼，郑绍伟，龚固堂，陈俊华，朱志芳，吴雪仙，慕长龙.生物多样性研究进展［J］.四川林业科技，2011，（4）：12-19.

［5］时明芝，宋会兴.植物遗传多样性研究方法概述［J］.世界林业研究，2005，（5）：29-33.

［6］冯夏莲，何承忠，张志毅，安新民，王冬梅.植物遗传多样性研究方法概述［J］.西南林学院学报，2006，（1）：69-74，79.

［7］马静，安永平，王彩芬，张文银.遗传多样性研究进展［J］.陕西农业科学，2010，（1）：126-130.

［8］孙林，耿其芳.珍稀濒危植物遗传多样性研究方法及影响因素［J］.安徽农业科学，2014，42（13）：3793-3798.

［9］葛淑俊，孟义江，李广敏，马峙英.我国药用植物遗传多样性研究进展［J］.中草药，2006，（10）：1584-1589.

［10］钱迎倩，马克平.生物多样性研究的原理与方法［M］.北京：中国科学技术出版社，1994.

［11］刘清玮，余春粉，高延辉，王秀全.北五味子主要性状的遗传参数及相关性研究［J］.人参研究，2009，21（1）：11-15.

［12］王绍鹏，冯雪梅，蒋斯凡，陈美君，胡全德，李宜平.吉林省临江市老岭南麓不同海拔款冬主要性状的遗传参数及性状间的相关性［J］.吉林中医药，2014，34（2）：174-176.

［13］陈宇航，郭巧生，王澄亚，马长青，刘涛，孙维广.夏枯草形态学性状的遗传变异、相关及主成分分析［J］.中国中药杂志，2009，34（15）：1886-1889.

［14］胡苏莹，何刚，陈蓓，崔浪军，杨建雄.秦巴山区华细辛遗传多样性与挥发油成分分析［J］.中药材，2012，35（2）：188-194.

［15］郭靖，王志清，邵财，许世泉，于营.东北铁线莲主要数量性状遗传参数及性状间的相关研究［J］.特产研究，2011，33（4）：23-24.

［16］魏云洁，王志清，孔祥义，赵亚会.糙龙胆生长关键期主要性状的遗传参数及相关性研究［J］.特产研究，2011，33（3）：38-40.

［17］陈英，吴友根，张军锋，杨东梅，林尤奋.广藿香生物活性和遗传多样性研究进展［J］.热带生物学报，2013，4（3）：276-288.

［18］韩琳娜，孔浩.紫锥菊的形态学性状、分布高度与质量相关性研究［J］.中国药房，2014，25（7）：659-662.

［19］韩琳娜.不同表型紫锥菊的形态学标记研究［J］.山东农业科学，2014，46（6）：79-81.

［20］程磊，郭伟娜，牛倩.药用紫菀数量性状遗传变异及主成分聚类分析［J］.齐齐哈尔医学院学报，2014，35（1）：8-9.

［21］郑玉忠，席嘉宾，杨中艺.中国竹节草野生种植资源调查及生物学特征研究［J］.草业学报，2005，14（3）：117-122.

［22］褚盼盼，呼凤兰，王晓晶.分子标记技术在黄瓜遗传育种中的研究应用［J］.蔬菜，2012，（8）：42-45.

［23］郭瑞星，刘小红，荣廷昭，孙东发，谭振波.植物SSR标记的发展及其在遗传育种中的应用［J］.玉米科学，2005，13（2）：8-11.

［24］王毅.分子标记开发及其在水稻病原微生物和烟草中的应用［D］.泰安：山东农业大学，2014.

［25］罗兵，徐港明，孙海燕，杨志刚，沈宗根，高阳，王小虎，端木银熙.利用简单重复序列（SSR）标记分析太湖稻区现代粳稻品种的遗传多样性［J］.农业生物技术学报，2014，（12）：1502-1513.

［26］陈明亮，熊焕金，胡兰香，罗世友，刘志辉，肖叶青.水稻产量相关数量性状基因研究进展［J］.江西农业学报，2014，26（12）：16-20.

［27］任旭，朱振东，李洪杰，段灿星，王晓鸣.轮枝镰孢SSR标记开发及在玉米分离群体遗传多样性分析中的应用［J］.中国农业科学，2012，45（1）：52-66.

［28］石海春，袁昊，李东波，余学杰，柯永培.82份玉米自交系遗传多样性分析［J］.华北农学报，2014，29（6）：84-93.

［29］管俊娇，张建华，张惠，马芙蓉，杨晓洪，王江民.辣椒杂交种纯度鉴定的SSR核心引物筛选［J］.生物技术通报，2014，（9）：97-101.

［30］黎蓉，姚家玲.用SSR分子标记分析无融合生殖龙须草的遗传多样性［J］.华中农业大学学报，2013，32（6）：1-7.

［31］吴生援秦岭地区五味子属植物SSR遗传多样性分析［D］.西安：陕西师范大学，2012.

［32］徐敏，吴生，刘小霞，张维，顾蔚.秦岭地区华中五味子SSR遗传多样性分析［J］.中药材，2013，36（8）：1215-1218.

［33］张金渝，杨维泽，崔秀明.三七栽培居群遗传多样性的EST-SSR分析［J］.植物遗传资源学报，2011，12（2）：249-254.

［34］邓科君，张勇，熊丙全.药用植物丹参EST-SSR标记的鉴定［J］.药学学报，2009，44（10）：1165-1172.

［35］袁英惠.利用微卫星标记分析球花石斛的遗传多样性并鉴定其药材的地理来源［D］.南京：南京师范大学，2011.

［36］蔡小彦.运用SRAP和SSR分子标记研究粉花石斛的遗传多样性和居群遗传结构［D］.南京：南京师范大学，2011.

［37］黄海燕，杜红岩，乌云塔娜，朱高浦.基于SSR分子标记的杜仲遗传多样性体系建立［J］.林业科学研究，2013，26（6）：795-799.

［38］李亚慧，黄丛林，董然.菊花SSR-PCR反应体系的建立和优化［J］.北方园艺，2012，（13）：127-131.

Application of Plant Morphological and SSR Marker in Genetic Analysis of Medicinal Plant

SU Wei-min，JIN Ya-hui，YANG Ni，WANG Jian*
（College of Pharmacy，Guangxi University of Chinese Medicine，Nanning 530001，China）

Plant morphology has the traits of direct and simple in genetic diversity analysis，it can direct原ly reacted the genetic variation coefficient.And SSR based on PCR is a new type of DNA molecular marker，which has advantages of rich content，high polymorphism，codominance and simple detection method，and it with a broad application prospect in genetic analysis of medicinal plants.In the paper，the definition and research methods of genetic diversity，application of plant morphology and SSR molec原ular markers in genetic diversity analysis of medicinal plant were summarized briefly.

Plant morphology；SSR；Medicinal plants；Genetic diversity

S314

A

1008-1631（2016）02-0048-03

2015-08-03

国家自然科学基金项目（811605001）

苏伟敏（1988-），女，广西藤县人，硕士研究生在读，主要从事优势中药资源的开发与利用研究。E-mail：549036202@qq.com。

王建（1957-），女，广西南宁人，教授，主要从事药用植物研究。E-mail：2606343393@qq.com。