湖北麦冬种植优化和遗传多样性研究
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摘要
湖北麦冬L. spicata(Thunb.)Lour, var. prolifera Y. T. Ma是中药“山麦冬”的主要植物来源,以块根入药,具有养阴生津,润肺清心之功效,是湖北省的道地药材。为了更好的利发展和利用湖北麦冬种质资源,本文对其资源品质与遗传多样性进行了研究,为优化种植及品种改良提供理论依据和应用基础,对于提高湖北麦冬的产量和质量,提升湖北麦冬产业,具有重要的理论和实际意义。主要的研究成果如下：
1.不同种苗的湖北麦冬品质评价
为了进一步规范湖北麦冬的种植,将种苗分为四种,并从质量和产量两个方面进行综合评价,同时考察了药材和土壤中多效唑的残留情况。其中产量最高的3号种苗的每亩鲜重达到1151.30kg,与1号种苗的862.92kg存在显著性差异,但与2、4号种苗无显著性差异。种苗和每亩干重、每亩鲜重的相关系数为0.714和0.645,相关性强,说明不同的种苗直接影响麦冬的产量,并且对干重的影响要大于鲜重的影响。从湖北麦冬有效成分检测结果看,多糖含量均在20%左右,山麦冬皂苷B的含量在2.00-2.93×10-2%之间,多糖含量和山麦冬皂苷B的含量,不同种苗间无显著差异。在施用过多效唑的土地上,再次种植麦冬,不同种苗间无论是土壤还是麦冬中多效唑的残留都无显著性差异。综合比较湖北麦冬的产量、质量和多效唑残留含量多方面数据,选择具有粗根和新生芽或同时具有粗、细根和新生芽的植株为麦冬的最佳种苗。
2.湖北麦冬土壤因子研究
通过对湖北麦冬的产量、活性成分、土壤理化性质和微生物的变化规律等指标相关性研究,了解土壤因子对连作和非连作湖北麦冬产量和质量的影响。结果显示,湖北麦冬种植地块的重金属和农残指标,均在国家一级土壤标准范围。连作一年和非连作的地块的差别主要表现在产量上,其他方面差距不大。麦冬的鲜重和干重与土壤理化性质有较强的相关性,其中影响大的指标是有机质、pH值和速效钾,相关系数分别达0.751、0.817和0.616,说明湖北麦冬产量与土壤肥力有密切的联系。有效成分方面,多糖含量与有效磷和pH值相关系数为0.419和0.516呈显著性相关,山麦冬皂苷B含量与有效磷和全钾相关系数为0.648和0.435呈显著性相关,但二者与大多数理化性质相关性不大。麦冬的连作使土壤的微生物菌群种类和数量都发生变化,表现为总真菌数量和所占比例上升、总细菌数下降,呈现出从细菌性土壤向真菌型土壤转化的趋势,
3.湖北麦冬体细胞胚的发生及植株再生体系研究
以湖北麦冬叶片为外植体,对影响湖北麦冬体细胞胚的诱导,分化及成熟的条件就行了研究,建立高效、稳定的湖北麦冬体细胞胚胎发生及植株再生体系。作为其中关键的愈伤组织分化诱导培养基,优化的培养基是MS+BA2.0mg·L-1+NAA0.5 mg·L-1 +AgNO31.5 mg·L-1,获得了高达84.3%的诱导率,随后将分化的芽转接到含1/2MS+NAA 0.3 mg·L-1生根培养基中,最后将生根的小苗移栽于含珍珠岩、蛭石和腐殖土的营养钵中,成活率达91.2%。另外,通过组织学观察证实了体细胞胚胎结构的形成。
4.湖北麦冬遗传多样性分析
利用ISSR和RAPD分子标记对湖北麦冬的遗传多样性和居群遗传结构进行了分析。筛选出的引物一共扩增产生215条DNA片段,其中116条谱带具有遗传多态性,占53.95%,湖北麦冬全部样本的观测等位基因数(Na)为1.4465,有效等位基因数(Ne)为1.3344,Shannon信息指数为0.316,Nei's基因多样度指数为0.217,居群总基因多样性(Ht)为0.1910,居群内基因多样性(Hs)为0.0815,居群间的遗传分化系数(Gst)为0.5731,表明居群间变异是湖北麦冬遗传多样性的主要来源。聚类分析表明遗传多样性的与地理距离呈很强的相关性,其中来自宜城郑集和老河口,再和襄阳欧庙聚到一起,另外钟祥和宜城王集聚到一起。
5.湖北麦冬的分类地位
用ISSR标记对全部山麦冬属植物及部分沿阶草属植物的遗传多态性和亲缘关系进行分析,比较属内的遗传差异。从遗传距离看,湖北麦冬和山麦冬最近,特别是和当地的山麦冬,遗传系数为0.7左右,和其他地区的山麦冬为0.5左右,而距离栽培的麦冬最远,遗传系数不到0.1,而和野生的庐山麦冬关系较近,遗传系数为0.23左右。三倍体湖北麦冬可能是山麦冬属内或山麦冬属与沿阶草属植物自然杂交后形成的。
L. spicata (Thunb.) Lour. var. prolifera Y. T. Ma is one main original plants of the traditional Chinese materia medica "Shanmaidong". Its tuberous roots are used medicinally, with effects of nourishing Yin to promote the production of body fluid and moistening the lung to clear away heart-fire. L. spicata var. prolifera is one geoherb from Hubei province. In this paper, In order to develop and utilize the resource of L. spicata var. prolifera, the resource-quality and the genetic diversity were studied.It provides available data and theoretical foundation for breeding. Our findings have important practical significance for increasing production and quality and raising industry of L. spicata var. prolifera. The results were as following.
1.Quality evaluation of different Seedling from L. spicata var. prolifera
To provide the scientific basis for standard operating procedure,we study the effect of different seedling on the growth and active constituents of L. spicata var. prolifera.There were significant differences between the no.3 seedling and the no.1 seedling.their fresh weigh is 1151.30 kg per acre and 862.92 per acre respectively, but 2,4 seedlings were no significant differences, the correlation coefficient is 0.714 and 0.645 between Seedlings、dry weight and fresh weight, It show that the different seedling directly affects production, and the influence of dry weight than that of fresh weight. There were no significant differences between the Content of polysaccharide and L.sides B, they are at 20% and 2.00-2.93×10-2% respectively.The same as between soil and maidong of paclobutrazol residue. Taken together,the fine seedling:seedling with coarse roots and newborn buds, seedling with coarse roots, rootlets and newborn buds
2.The influence of soil factors on L. spicata var. prolifera.
The growth status of L. spicata var. prolifera. is closely related to environmental conditions.And the quality of Maidong is determined by many factors including microbe and soil.the content of pesticide residue and heavy metal was lower under GAP,The results showed that continuous cropping had no significant effect compared with the virgin soil except yield,the relationship among the dry weight and fresh weight of maidong and Soil physical and chemical properties has strong correlation, especially organic, pH value and available potassium. correlation coefficient is0.751、0.817and 0.616.in, it was significantly that correlation coefficien between Polysaccharide、effective phosphorus and pH value c is 0.419 and 0.516 in effective component aspects,The content of L.sides B and effective phosphorus and total potassium is 0.648 and 0.435. it have nothing to do withthe most physical and chemical properties.because of continuous cropping, the quantity and variety of Soil microbial has changed, it presents that bacterial soil translate into fungi soil.
3.Somatic embryogenesis and plantlet regeneration of L. spicata var. prolifera.
Somatic embryogenesis and regeneration plantlets were successfully induced from leaves of L. spicata var. prolifera. by tissue culture.The effects of Various factors to growth speed of calli and somatic embryogenesis were investigated. Up to 84.3% of explants produced embryogenic callus and embryogenic structures on MS medium supplemented with BA 2.0mg·L-1+NAA 0.5 mg·L-1+AgNO31.5 mg·L-1 the regeneration plantlets and somatic embryogenesis were rooted on MS medium with BA 2.0 mg·L-1+NAA 0.3 mg·L-1. The plantlets with root were successfully transplanted to the medium with vermiculite and ruby mica and humous and the survival rate could be up to 94.12%. Histological observation proved that the somatic embryo structure formation.
4.Studies on the genetic diversity of Liriope spicata Lour. var. prolifera
The genetic diversity and genetic structure of L. spicata var. prolifera were analyzed by RAPD (Random amplified polymorphic DNA) and ISSR (inter-simple sequence repeat).primers were screened and a total of 215 DNA fragments were amplified, among which 116 were polymorphic, i.e. the percentage of polymorphic bands (PPB) was 53.95%.The observed number of alleles (Na) and effective number of alleles (Ne) were 1.5364 and 1.3891, respectively. The average values of Nei's genetic diversity index (He) and Shannon polymorphism information index were0.2179 and 0.3174.
The total genetic diversity (Ht) was 0.1910, and the population gene diversity (Hs) was 0.0815. The coefficient of gene differentiation among populations within species (Gst) was 0.5731, suggesting that intra-population variation is the main source of the genetic diversity of L. spicata var. prolifera.the cluster analysis showed that the genetic sibship among populations was correlated with geographical location. The zhognxiang and yicheng populations showed the highest diversity, while the oumiao population had the lowest diversity.
5.The systematic position of L. spicata var. prolifera
The study chose Lriope and Ophiopogon to analyze genetic diversity and sibship by ISSR, in order to compare genetic differences within a genus. the genetic coefficient of L. spicata var. prolifera and L. spicata in local is about 0.7, relative to L. spicata in other areas is about 0.5.the relative relationship of L. spicata var. prolifera, between L. spicata and wild Ophiopogon japonicus was more near.It is possible that L. spicata var. prolifera, as triploid, could hybridize naturally between Lriope and Ophiopogon or with in Liriope.
1.不同种苗的湖北麦冬品质评价
为了进一步规范湖北麦冬的种植,将种苗分为四种,并从质量和产量两个方面进行综合评价,同时考察了药材和土壤中多效唑的残留情况。其中产量最高的3号种苗的每亩鲜重达到1151.30kg,与1号种苗的862.92kg存在显著性差异,但与2、4号种苗无显著性差异。种苗和每亩干重、每亩鲜重的相关系数为0.714和0.645,相关性强,说明不同的种苗直接影响麦冬的产量,并且对干重的影响要大于鲜重的影响。从湖北麦冬有效成分检测结果看,多糖含量均在20%左右,山麦冬皂苷B的含量在2.00-2.93×10-2%之间,多糖含量和山麦冬皂苷B的含量,不同种苗间无显著差异。在施用过多效唑的土地上,再次种植麦冬,不同种苗间无论是土壤还是麦冬中多效唑的残留都无显著性差异。综合比较湖北麦冬的产量、质量和多效唑残留含量多方面数据,选择具有粗根和新生芽或同时具有粗、细根和新生芽的植株为麦冬的最佳种苗。
2.湖北麦冬土壤因子研究
通过对湖北麦冬的产量、活性成分、土壤理化性质和微生物的变化规律等指标相关性研究,了解土壤因子对连作和非连作湖北麦冬产量和质量的影响。结果显示,湖北麦冬种植地块的重金属和农残指标,均在国家一级土壤标准范围。连作一年和非连作的地块的差别主要表现在产量上,其他方面差距不大。麦冬的鲜重和干重与土壤理化性质有较强的相关性,其中影响大的指标是有机质、pH值和速效钾,相关系数分别达0.751、0.817和0.616,说明湖北麦冬产量与土壤肥力有密切的联系。有效成分方面,多糖含量与有效磷和pH值相关系数为0.419和0.516呈显著性相关,山麦冬皂苷B含量与有效磷和全钾相关系数为0.648和0.435呈显著性相关,但二者与大多数理化性质相关性不大。麦冬的连作使土壤的微生物菌群种类和数量都发生变化,表现为总真菌数量和所占比例上升、总细菌数下降,呈现出从细菌性土壤向真菌型土壤转化的趋势,
3.湖北麦冬体细胞胚的发生及植株再生体系研究
以湖北麦冬叶片为外植体,对影响湖北麦冬体细胞胚的诱导,分化及成熟的条件就行了研究,建立高效、稳定的湖北麦冬体细胞胚胎发生及植株再生体系。作为其中关键的愈伤组织分化诱导培养基,优化的培养基是MS+BA2.0mg·L-1+NAA0.5 mg·L-1 +AgNO31.5 mg·L-1,获得了高达84.3%的诱导率,随后将分化的芽转接到含1/2MS+NAA 0.3 mg·L-1生根培养基中,最后将生根的小苗移栽于含珍珠岩、蛭石和腐殖土的营养钵中,成活率达91.2%。另外,通过组织学观察证实了体细胞胚胎结构的形成。
4.湖北麦冬遗传多样性分析
利用ISSR和RAPD分子标记对湖北麦冬的遗传多样性和居群遗传结构进行了分析。筛选出的引物一共扩增产生215条DNA片段,其中116条谱带具有遗传多态性,占53.95%,湖北麦冬全部样本的观测等位基因数(Na)为1.4465,有效等位基因数(Ne)为1.3344,Shannon信息指数为0.316,Nei's基因多样度指数为0.217,居群总基因多样性(Ht)为0.1910,居群内基因多样性(Hs)为0.0815,居群间的遗传分化系数(Gst)为0.5731,表明居群间变异是湖北麦冬遗传多样性的主要来源。聚类分析表明遗传多样性的与地理距离呈很强的相关性,其中来自宜城郑集和老河口,再和襄阳欧庙聚到一起,另外钟祥和宜城王集聚到一起。
5.湖北麦冬的分类地位
用ISSR标记对全部山麦冬属植物及部分沿阶草属植物的遗传多态性和亲缘关系进行分析,比较属内的遗传差异。从遗传距离看,湖北麦冬和山麦冬最近,特别是和当地的山麦冬,遗传系数为0.7左右,和其他地区的山麦冬为0.5左右,而距离栽培的麦冬最远,遗传系数不到0.1,而和野生的庐山麦冬关系较近,遗传系数为0.23左右。三倍体湖北麦冬可能是山麦冬属内或山麦冬属与沿阶草属植物自然杂交后形成的。
L. spicata (Thunb.) Lour. var. prolifera Y. T. Ma is one main original plants of the traditional Chinese materia medica "Shanmaidong". Its tuberous roots are used medicinally, with effects of nourishing Yin to promote the production of body fluid and moistening the lung to clear away heart-fire. L. spicata var. prolifera is one geoherb from Hubei province. In this paper, In order to develop and utilize the resource of L. spicata var. prolifera, the resource-quality and the genetic diversity were studied.It provides available data and theoretical foundation for breeding. Our findings have important practical significance for increasing production and quality and raising industry of L. spicata var. prolifera. The results were as following.
1.Quality evaluation of different Seedling from L. spicata var. prolifera
To provide the scientific basis for standard operating procedure,we study the effect of different seedling on the growth and active constituents of L. spicata var. prolifera.There were significant differences between the no.3 seedling and the no.1 seedling.their fresh weigh is 1151.30 kg per acre and 862.92 per acre respectively, but 2,4 seedlings were no significant differences, the correlation coefficient is 0.714 and 0.645 between Seedlings、dry weight and fresh weight, It show that the different seedling directly affects production, and the influence of dry weight than that of fresh weight. There were no significant differences between the Content of polysaccharide and L.sides B, they are at 20% and 2.00-2.93×10-2% respectively.The same as between soil and maidong of paclobutrazol residue. Taken together,the fine seedling:seedling with coarse roots and newborn buds, seedling with coarse roots, rootlets and newborn buds
2.The influence of soil factors on L. spicata var. prolifera.
The growth status of L. spicata var. prolifera. is closely related to environmental conditions.And the quality of Maidong is determined by many factors including microbe and soil.the content of pesticide residue and heavy metal was lower under GAP,The results showed that continuous cropping had no significant effect compared with the virgin soil except yield,the relationship among the dry weight and fresh weight of maidong and Soil physical and chemical properties has strong correlation, especially organic, pH value and available potassium. correlation coefficient is0.751、0.817and 0.616.in, it was significantly that correlation coefficien between Polysaccharide、effective phosphorus and pH value c is 0.419 and 0.516 in effective component aspects,The content of L.sides B and effective phosphorus and total potassium is 0.648 and 0.435. it have nothing to do withthe most physical and chemical properties.because of continuous cropping, the quantity and variety of Soil microbial has changed, it presents that bacterial soil translate into fungi soil.
3.Somatic embryogenesis and plantlet regeneration of L. spicata var. prolifera.
Somatic embryogenesis and regeneration plantlets were successfully induced from leaves of L. spicata var. prolifera. by tissue culture.The effects of Various factors to growth speed of calli and somatic embryogenesis were investigated. Up to 84.3% of explants produced embryogenic callus and embryogenic structures on MS medium supplemented with BA 2.0mg·L-1+NAA 0.5 mg·L-1+AgNO31.5 mg·L-1 the regeneration plantlets and somatic embryogenesis were rooted on MS medium with BA 2.0 mg·L-1+NAA 0.3 mg·L-1. The plantlets with root were successfully transplanted to the medium with vermiculite and ruby mica and humous and the survival rate could be up to 94.12%. Histological observation proved that the somatic embryo structure formation.
4.Studies on the genetic diversity of Liriope spicata Lour. var. prolifera
The genetic diversity and genetic structure of L. spicata var. prolifera were analyzed by RAPD (Random amplified polymorphic DNA) and ISSR (inter-simple sequence repeat).primers were screened and a total of 215 DNA fragments were amplified, among which 116 were polymorphic, i.e. the percentage of polymorphic bands (PPB) was 53.95%.The observed number of alleles (Na) and effective number of alleles (Ne) were 1.5364 and 1.3891, respectively. The average values of Nei's genetic diversity index (He) and Shannon polymorphism information index were0.2179 and 0.3174.
The total genetic diversity (Ht) was 0.1910, and the population gene diversity (Hs) was 0.0815. The coefficient of gene differentiation among populations within species (Gst) was 0.5731, suggesting that intra-population variation is the main source of the genetic diversity of L. spicata var. prolifera.the cluster analysis showed that the genetic sibship among populations was correlated with geographical location. The zhognxiang and yicheng populations showed the highest diversity, while the oumiao population had the lowest diversity.
5.The systematic position of L. spicata var. prolifera
The study chose Lriope and Ophiopogon to analyze genetic diversity and sibship by ISSR, in order to compare genetic differences within a genus. the genetic coefficient of L. spicata var. prolifera and L. spicata in local is about 0.7, relative to L. spicata in other areas is about 0.5.the relative relationship of L. spicata var. prolifera, between L. spicata and wild Ophiopogon japonicus was more near.It is possible that L. spicata var. prolifera, as triploid, could hybridize naturally between Lriope and Ophiopogon or with in Liriope.
引文
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