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目的:以巫山淫羊藿、粗毛淫羊藿为研究对象,从植物学表型特征、生态因子、遗传分化、有效成分含量及指纹图谱等不同层面对淫羊藿种质资源多样性进行系统评价,通过多因素的相关性分析,阐明影响巫山淫羊藿、粗毛淫羊藿品质形成的主导因子,建立淫羊藿药材多元化、综合性的评价模式,为淫羊藿药材品质评价、野生抚育、资源保护等提供理论和技术依据。
方法:(1)前往贵州(黔东南、黔东、黔西、黔西南、黔北、黔中等)及四川、重庆、湖南、广西等地进行巫山淫羊藿和粗毛淫羊藿种质资源的野外调查及收集、分子材料及品质分析样品收集;并详细记录采集时间、气候条件、土壤类型、生长方式、植被状况等;对不同种质资源样品进行准确鉴定。
(2)对不同种源样本株高,花序长,基生叶的中叶及侧叶的叶长、叶宽,茎生叶的中叶及侧叶的叶长、叶宽进行观察测量,对单株地上部分、地下部分鲜重、干重、折干率等进行观察检测。再将所有性状均值采用数值分类学等方法进行科学的比较和评价,分析原植物形态聚类情况等。
(3)运用中药资源生态学的研究手段,综合分析不同取样区气象数据、土壤样本及植被、海拔、经纬度、地形地貌特征等生态因子。
(4)采用高效液相色谱法建立粗毛淫羊藿、巫山淫羊藿药材化学指纹图谱,对不同产区淫羊藿药材中4种有效成分(朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C、淫羊藿苷)进行定量分析,比较不同产地4种有效成分含量的差异,并基于相似度评价、主成分分析和聚类分析,比较不同种源药材指纹图谱差异。
(5)运用GBS技术对各居群进行基因组测序,开发全基因组范围内的SNP分子标记,基于SNP分子标记进行淫羊藿药材样品的群体遗传学和全基因组关联研究,完成遗传多样性评估,系统进化分析、群体结构分析等。
(6)将各居群植物性状观测值均值、朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C、淫羊藿苷含量分别与相应生态环境因子进行灰色关联度分析,确定影响粗毛淫羊藿、巫山淫羊藿药材品质的主导因素。
(7)将每个居群已测的植物学性状均值、生态环境因子、4种有效成分含量等数据用Mantel检验来进行分析,评价淫羊藿各居群的IBD(距离隔离)和IBE(环境隔离),检测各种因素对不同居群间遗传分化程度的影响。
结果:(1)101批淫羊藿样品水分、灰分、浸出物含量均符合2015年版《中国药典》标准要求。性状聚类分析,在欧式距离为5时,101个产地淫羊藿聚为10类,以第10类为最大群,包括22个巫山淫羊藿和60个粗毛淫羊藿居群。
(2)GBS基因组测序分析结果:101批样品经过DNA纯度检测、DNA浓度检测、DNA完整性检测,筛选出90批样品进行后续实验,通过进化树分析可以看出,贵州产巫山淫羊藿(WS)与重庆产的巫山淫羊藿(CQWS)存在一定的隔离。而粗毛淫羊藿群体(CM)大部分聚类到一起,只有小部分与WS更相近,而所有的样品可能来自于4个原始的祖先。使用psmc软件分析两个种群(CM和WS)的群体分化时间,没有检测到明显分化时间。
(3)计算峰面积比值,每个样品的非共有峰面积占总峰面积的比值均小于20%,符合指纹图谱要求。相似度计算结果,59个不同产地粗毛淫羊藿中,与对照图谱(CM-28)相似度在0.031~0.96之间。重庆巫山淫羊藿(10批)与对照图谱(CQWS-01)相似度在0.707~0.956之间,贵州产巫山淫羊藿(23批)与对照图谱相似度在0.832~0.969之间。
(4)灰色关联度分析结果:气候因子为影响淫羊藿药材品质的主导因子,以无霜期、7月均温、年均降水量、年均日照时数对淫羊藿植株生长性状和4种有效成分含量的影响较大;地理因子为次要因子,海拔、经度、纬度对淫羊藿植物性观测值状及含量测定结果均有较大影响;土壤因子为非主要因子,其中以土壤pH值、水分、速效磷对淫羊藿植物性状生长量和浸出物、朝藿定A、朝藿定B、淫羊藿苷含量影响较强,而pH值、铵态氮、有效钾对朝藿定C含量影响较强;淫羊藿药材中淫羊藿苷、朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C的含量差异主要受淫羊藿植物叶片的影响。
(5)Mantel分析结果:遗传分化研究的影响因素,植物性状均值因子中,影响最大的是单个植株地下部分鲜重,其次为株高、单个植株地上部分鲜重;样品内在质量因子中,影响较大的有淫羊藿苷、朝藿定B及浸出物含量。环境因子以土壤因子为主导因子,其中影响最大的是土壤铵态氮含量,其次为土壤水分含量、土壤速效磷含量;气候为次要因子,影响最大的是7月均温,其次为无霜期、年均日照时数;地理因子为非主要因子,其中影响最大的为经度,其次为海拔。
结论:(1)产地相近的样品在性状聚类图中也较相近,可能是因为聚为小类的居群,其中有一个是原居群,而另外的居群则是它的子居群,在相对短的时间里,小环境未能引起其原植物性状改变。而22批巫山淫羊藿和60批粗毛淫羊藿聚为一大类,说明粗毛淫羊藿和巫山淫羊藿的性状没有显著差异。因此,引起巫山淫羊藿和粗毛淫羊藿药材性状微小差异的可能是产地因素。
(2)性状聚类与遗传聚类结果不一致,且植物性状与环境因子的相关性明显低于遗传因子,表明粗毛淫羊藿、巫山淫羊藿形态的多样性,以及与遗传关系之间的复杂性。
(3)粗毛淫羊藿指纹图谱相似度较低,共有峰峰面积的RSD值较大,说明不同产地产粗毛淫羊藿所含化学成分种类及含量均有一定差异;巫山淫羊藿指纹图谱相似度较高,共有峰峰面积的RSD值较大,说明不同巫山淫羊藿的化学成分种类无显著差异,而共有有效成分含量有一定差异。
(4)指纹图谱聚类分析较好地对不同居群的淫羊藿进行分类,粗毛淫羊藿除了少部分产地,大部分相近产地被聚为一类;贵州产巫山淫羊藿聚为一类,重庆产巫山淫羊藿聚为一类,由于环境气候的影响,不同产地的淫羊藿在品质上也存在一定差异,但相近产地之间质量较一致。
(5)初步认为,粗毛淫羊藿样品质量较好的批次有CM-61(贵州贵定县治山镇)、CM-59(贵州麻江县)、CM-01(贵州省植物园)、CM-12(贵州贵阳市乌当新场镇)、CM-14(贵州贵阳市乌当新场镇)、CM-24(贵州安龙县普坪镇)、CM-52(贵州印江县峨岭镇)、CM-04(贵州龙里县湾寨乡)、CM-51(贵州松桃县)等;巫山淫羊藿以重庆市巫山县产的质量优于贵州龙里、凯里两个产地。因此,粗毛淫羊藿药材道地性以贵州贵定县、凯里市、麻江县、贵阳市乌当区、安龙县等产地较优,巫山淫羊藿药材道地性仍保留为重庆市巫山县为优。
(6)粗毛淫羊藿中1号共有峰(朝藿定A)、2号共有峰(朝藿定B)、3号共有峰(朝藿定C)、5号共有峰(淫羊藿苷)、6号、7号、8号共有峰(未知成分)可作为其质量评价指标成分;巫山淫羊藿中1号峰(朝藿定A)、2号共有峰(朝藿定B)、4号共有峰(淫羊藿苷)及5号共有峰(未知成分)可作为其质量评价指标成分。
(7)淫羊藿的植株性状、4种有效成分含量与环境因子的关联度具有一致性,说明其内外质量具一致性。无霜期、年降水量、年均日照时数、7月均温、海拔、经度、纬度是影响原植物性状、化学成分含量、遗传分化的重要因素,土壤pH值、水分、速效磷为影响淫羊藿药材品质(性状、化学成分含量)的重要因素,铵态氮含量为影响居群间遗传分化的主导因子;植物遗传分化易引起淫羊藿药材浸出物、淫羊藿苷、朝藿定B含量及单个植株地下部分鲜重、株高、地上部分鲜重等生物量的累积,对朝藿定A、C含量及植物叶片变化影响较弱。叶片与化学成分含量的关联度大,因此药用部位选择叶片较为合理。
(8)在粗毛淫羊藿、巫山淫羊藿的质量控制、野生抚育、优良品种选育、GAP生产基地合理布局等过程中应重点考虑产地的气候问题(无霜期、年均日照时数、7月均温、年均气温、年均降水量),其次是产地海拔、经纬度的信息和产地土壤酸碱度、水分、速效磷、铵态氮等因素的影响。
方法:(1)前往贵州(黔东南、黔东、黔西、黔西南、黔北、黔中等)及四川、重庆、湖南、广西等地进行巫山淫羊藿和粗毛淫羊藿种质资源的野外调查及收集、分子材料及品质分析样品收集;并详细记录采集时间、气候条件、土壤类型、生长方式、植被状况等;对不同种质资源样品进行准确鉴定。
(2)对不同种源样本株高,花序长,基生叶的中叶及侧叶的叶长、叶宽,茎生叶的中叶及侧叶的叶长、叶宽进行观察测量,对单株地上部分、地下部分鲜重、干重、折干率等进行观察检测。再将所有性状均值采用数值分类学等方法进行科学的比较和评价,分析原植物形态聚类情况等。
(3)运用中药资源生态学的研究手段,综合分析不同取样区气象数据、土壤样本及植被、海拔、经纬度、地形地貌特征等生态因子。
(4)采用高效液相色谱法建立粗毛淫羊藿、巫山淫羊藿药材化学指纹图谱,对不同产区淫羊藿药材中4种有效成分(朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C、淫羊藿苷)进行定量分析,比较不同产地4种有效成分含量的差异,并基于相似度评价、主成分分析和聚类分析,比较不同种源药材指纹图谱差异。
(5)运用GBS技术对各居群进行基因组测序,开发全基因组范围内的SNP分子标记,基于SNP分子标记进行淫羊藿药材样品的群体遗传学和全基因组关联研究,完成遗传多样性评估,系统进化分析、群体结构分析等。
(6)将各居群植物性状观测值均值、朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C、淫羊藿苷含量分别与相应生态环境因子进行灰色关联度分析,确定影响粗毛淫羊藿、巫山淫羊藿药材品质的主导因素。
(7)将每个居群已测的植物学性状均值、生态环境因子、4种有效成分含量等数据用Mantel检验来进行分析,评价淫羊藿各居群的IBD(距离隔离)和IBE(环境隔离),检测各种因素对不同居群间遗传分化程度的影响。
结果:(1)101批淫羊藿样品水分、灰分、浸出物含量均符合2015年版《中国药典》标准要求。性状聚类分析,在欧式距离为5时,101个产地淫羊藿聚为10类,以第10类为最大群,包括22个巫山淫羊藿和60个粗毛淫羊藿居群。
(2)GBS基因组测序分析结果:101批样品经过DNA纯度检测、DNA浓度检测、DNA完整性检测,筛选出90批样品进行后续实验,通过进化树分析可以看出,贵州产巫山淫羊藿(WS)与重庆产的巫山淫羊藿(CQWS)存在一定的隔离。而粗毛淫羊藿群体(CM)大部分聚类到一起,只有小部分与WS更相近,而所有的样品可能来自于4个原始的祖先。使用psmc软件分析两个种群(CM和WS)的群体分化时间,没有检测到明显分化时间。
(3)计算峰面积比值,每个样品的非共有峰面积占总峰面积的比值均小于20%,符合指纹图谱要求。相似度计算结果,59个不同产地粗毛淫羊藿中,与对照图谱(CM-28)相似度在0.031~0.96之间。重庆巫山淫羊藿(10批)与对照图谱(CQWS-01)相似度在0.707~0.956之间,贵州产巫山淫羊藿(23批)与对照图谱相似度在0.832~0.969之间。
(4)灰色关联度分析结果:气候因子为影响淫羊藿药材品质的主导因子,以无霜期、7月均温、年均降水量、年均日照时数对淫羊藿植株生长性状和4种有效成分含量的影响较大;地理因子为次要因子,海拔、经度、纬度对淫羊藿植物性观测值状及含量测定结果均有较大影响;土壤因子为非主要因子,其中以土壤pH值、水分、速效磷对淫羊藿植物性状生长量和浸出物、朝藿定A、朝藿定B、淫羊藿苷含量影响较强,而pH值、铵态氮、有效钾对朝藿定C含量影响较强;淫羊藿药材中淫羊藿苷、朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C的含量差异主要受淫羊藿植物叶片的影响。
(5)Mantel分析结果:遗传分化研究的影响因素,植物性状均值因子中,影响最大的是单个植株地下部分鲜重,其次为株高、单个植株地上部分鲜重;样品内在质量因子中,影响较大的有淫羊藿苷、朝藿定B及浸出物含量。环境因子以土壤因子为主导因子,其中影响最大的是土壤铵态氮含量,其次为土壤水分含量、土壤速效磷含量;气候为次要因子,影响最大的是7月均温,其次为无霜期、年均日照时数;地理因子为非主要因子,其中影响最大的为经度,其次为海拔。
结论:(1)产地相近的样品在性状聚类图中也较相近,可能是因为聚为小类的居群,其中有一个是原居群,而另外的居群则是它的子居群,在相对短的时间里,小环境未能引起其原植物性状改变。而22批巫山淫羊藿和60批粗毛淫羊藿聚为一大类,说明粗毛淫羊藿和巫山淫羊藿的性状没有显著差异。因此,引起巫山淫羊藿和粗毛淫羊藿药材性状微小差异的可能是产地因素。
(2)性状聚类与遗传聚类结果不一致,且植物性状与环境因子的相关性明显低于遗传因子,表明粗毛淫羊藿、巫山淫羊藿形态的多样性,以及与遗传关系之间的复杂性。
(3)粗毛淫羊藿指纹图谱相似度较低,共有峰峰面积的RSD值较大,说明不同产地产粗毛淫羊藿所含化学成分种类及含量均有一定差异;巫山淫羊藿指纹图谱相似度较高,共有峰峰面积的RSD值较大,说明不同巫山淫羊藿的化学成分种类无显著差异,而共有有效成分含量有一定差异。
(4)指纹图谱聚类分析较好地对不同居群的淫羊藿进行分类,粗毛淫羊藿除了少部分产地,大部分相近产地被聚为一类;贵州产巫山淫羊藿聚为一类,重庆产巫山淫羊藿聚为一类,由于环境气候的影响,不同产地的淫羊藿在品质上也存在一定差异,但相近产地之间质量较一致。
(5)初步认为,粗毛淫羊藿样品质量较好的批次有CM-61(贵州贵定县治山镇)、CM-59(贵州麻江县)、CM-01(贵州省植物园)、CM-12(贵州贵阳市乌当新场镇)、CM-14(贵州贵阳市乌当新场镇)、CM-24(贵州安龙县普坪镇)、CM-52(贵州印江县峨岭镇)、CM-04(贵州龙里县湾寨乡)、CM-51(贵州松桃县)等;巫山淫羊藿以重庆市巫山县产的质量优于贵州龙里、凯里两个产地。因此,粗毛淫羊藿药材道地性以贵州贵定县、凯里市、麻江县、贵阳市乌当区、安龙县等产地较优,巫山淫羊藿药材道地性仍保留为重庆市巫山县为优。
(6)粗毛淫羊藿中1号共有峰(朝藿定A)、2号共有峰(朝藿定B)、3号共有峰(朝藿定C)、5号共有峰(淫羊藿苷)、6号、7号、8号共有峰(未知成分)可作为其质量评价指标成分;巫山淫羊藿中1号峰(朝藿定A)、2号共有峰(朝藿定B)、4号共有峰(淫羊藿苷)及5号共有峰(未知成分)可作为其质量评价指标成分。
(7)淫羊藿的植株性状、4种有效成分含量与环境因子的关联度具有一致性,说明其内外质量具一致性。无霜期、年降水量、年均日照时数、7月均温、海拔、经度、纬度是影响原植物性状、化学成分含量、遗传分化的重要因素,土壤pH值、水分、速效磷为影响淫羊藿药材品质(性状、化学成分含量)的重要因素,铵态氮含量为影响居群间遗传分化的主导因子;植物遗传分化易引起淫羊藿药材浸出物、淫羊藿苷、朝藿定B含量及单个植株地下部分鲜重、株高、地上部分鲜重等生物量的累积,对朝藿定A、C含量及植物叶片变化影响较弱。叶片与化学成分含量的关联度大,因此药用部位选择叶片较为合理。
(8)在粗毛淫羊藿、巫山淫羊藿的质量控制、野生抚育、优良品种选育、GAP生产基地合理布局等过程中应重点考虑产地的气候问题(无霜期、年均日照时数、7月均温、年均气温、年均降水量),其次是产地海拔、经纬度的信息和产地土壤酸碱度、水分、速效磷、铵态氮等因素的影响。