药用保护植物黄连种子萌发生理及遗传多样性研究

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黄连(Coptis chinensis Franch.)隶属于毛莨科(Ranunculaceae),黄连属(Coptis),为多年生草本植物,具有较大的药用价值。野生黄连在重庆主要分布于石柱、巫山、巫溪和黔江等地区,在四川主要分布在成都周边县市和峨眉地区。目前国内外对黄连的研究主要集中在其药用方面,如化学成分、药理及临床等方面。在当前中医药迅速发展的背景下,对野生药用植物资源的需求量与日俱增,黄连也不例外。为保证黄连药用资源的可持续发展,就不得不对野生资源进行居群遗传学等基础研究。本文以黄连为研究对象,对其种子萌发生理及野生居群遗传多样性进行了研究,旨在探讨野生黄连生存现状与渐危的的主要原因。种子萌发生理方面的研究旨在找到打破种子休眠,促进种子萌发的合理方法,为大面积的种植提供理论依据。采用ISSR分子标记技术对黄连居群的遗传多样性研究,探讨野生黄连日益减少的内在原因,从而为其野生资源的保护、药材的道地性和合理开发利用提供科学依据,具体的结果表明: 1)野生黄连种子的含水量约为14.52%,最高吸水率达到24.50%,吸水饱和时间为6 h,种皮透性良好,不可能是制约种子萌发的因素。生活力测定结果显示有生活力的种子占56%,空粒和无生活力种子占44%,其中空粒种子占28%,说明黄连种子中有很大一部分没有发育完全。 2)萌发实验显示:22℃是野生黄连种子较为适宜的萌发温度,发芽率可达到52.9%。5.0mg·L-1的GA3处理后的萌发率提高最为显著,可达71.2%,但是过高浓度(7.5mg·L-1)的GA3则对种子萌发有一定的抑制效应。通过以上实验,可以得出适度的温度(22℃)和GA3浓度(5.0 mg·L-1)可以显著提高发芽率。黄连的种子生活力低,且种子长期处于休眠,可能是导致黄连致危的重要原因之一。应用正交设计实验研究外源植物激素GA3、NAA、6—BA对黄连种子胚率、裂口率、发芽率的影响;结果表明5号处理组合(5.0 mg/L GA3,0.5 mg/L6—BA,2.5 mg/L NAA)能显著提高胚率、裂口率及发芽率,是促进黄连种子后熟与萌发的最优激素组合。并且用50mmol/L Cacl2处理后其效果要明显优于25 mmol/L Cacl2处理后的效果。 3)通过筛选引物并设定影响黄连ISSR—PCR反应诸因子的不同梯度,检测其不同反应体系的扩增效果,分析非特异性条带的产生原因并进行条件优化,建立黄连ISSR—PCR稳定可靠的反应体系。建立了可用于黄连ISSR—PCR分析的最适宜的反应体系:25μL PCR反应体系中,内含10xPCR Buffer2.5μL,1.5 mmol/LMg2+,200μmol/L dNTP,0.3μmol/L,引物,40 ng模板,1.0 UTaq DNA聚合酶。扩增程序为94℃预变性5 min,然后进行35个循环:94℃变性30 s,(据不同引物退火温度)复性60 s,72℃延伸90 s,循环结束后72℃延伸7 min,4℃保存。所建立的ISSR反应体系具有标记位点清晰、反应系统稳定、检测多态性能力强、重复性好等特点。可以较好地应用于黄连的遗传多样性研究。 4)从ISSR的分析结果来看,野生黄连居群间存在着较为丰富的遗传多样性,多态性检出率为67.92%,这表明黄连具有较高的遗传多样性,并且各居群间的遗传多样性明显低于种水平的遗传多样性,最低的为42.35%,最高的为52.21%。黄连7个居群的Neis遗传一致度(I)为0.8321~0.9127,遗传距离(D)为0.0894~0.1846。Neis基因多样性指数(H)范围为0.1619~0.2486,Shannons多态性信息指数范围(I)为0.2647~0.3021。根据Neis遗传分化指数估算的7个居群间的遗传分化系数为0.6815,说明居群间遗传变异占总的基因多样性的68.15%,居群内只占31.85%。遗传分化的分析结果显示出:大量的变异主要存在于居群之间,只有少量的变异存在于居群内部。 5)从群落类型与环境条件的综合状况和遗传多样性的角度来看,引起野生黄连日益减少的原因主要不在遗传上,很主要的原因是人为的干扰破坏。为切实保护好国家保护药用植物黄连,实现其资源的可持续利用:建议在人为活动较强的地区,加大宣传力度,有效控制对黄连的采挖;实行就地或迁地活体保存;利用现有的种质资源库或新建专用的药用植物种质资源库,进行种质的低温保存;在种质资源分布集中的地域,建立黄连自然保护区(点),禁止破坏性利用,防止各种人为干扰,充分发挥黄连群落的生态和经济效益。
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