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药用植物种内变异丰富,在不同层次上表现出不同的适应性,对于广泛分布的物种来说,形态变化可能更为多样,影响因素错综复杂。对药用植物种内变异的系统研究,不仅有助于了解药用植物种内分化定型的过程和原因,可以为研究其进化、种下等级的划分、筛选优良变异类型提供理论依据,可以有目的、有方向地改良培育新的药用植物栽培品种。甘草、黄芩均为我国常用大宗药材,野生资源匮乏,人工栽培面积不断扩大,栽培的药材已经成为临床及中成药生产的主要原料,但是栽培的药材质量参差不齐,制约着药材的生产和开发利用。到目前为止,甘草、黄芩还没有优良的栽培品种,无法满足生产上的需要,因此,培育出优良的甘草、黄芩栽培品种是目前亟待解决的关键问题。本文以甘草、黄芩为材料,运用形态分类学、中药化学、植物光合生理学、分子生物学等学科的方法,从生长性状、有效成分含量、光合生理特性、特异基因表达、遗传多样性等方面对甘草、黄芩种内变异进行了系统的研究,对优良的形态变异类型进行了遴选。主要研究结果如下:1、对甘草、黄芩形态变异分化的研究表明,甘草、黄芩种内形态变异丰富甘草在茎皮颜色、茎附属物(刺毛)、叶片边缘形状等形态特征上均存在较大幅度的变异。在此基础上,以人工栽培甘草为系统研究对象,划分了8个形态变异类型;人工栽培黄芩群体在茎分枝数、茎皮颜色、叶片大小、花色等形态特征上存在丰富的变异。在此基础上划分8个形态变异类型。2、甘草、黄芩形态变异类型在生长性状以及有效成分含量方面均存在不同程度的变异(1)对原产地和迁地种植后甘草形态变异类型生长性状指标、有效成分含量等进行分析,结果表明,绿茎叶片皱褶类型、绿茎茎光滑结果类型、绿茎茎光滑类型的甘草表现出较强的生长优势。在四种有效成分指标中,绿茎茎光滑类型甘草的总黄酮、甘草苷、甘草酸含量显著高于其他形态变异类型,分别为6.90%、2.45%、3.69%。紫红茎茎光滑类型、紫红茎基茎光滑类型多糖含量最高,分别为11.32%、10.84%。相关分析结果表明,原产地甘草形态变异类型主根重除与横生茎数、侧根数没有显著相关性外,与其它生长性状指标均具有显著或极显著相关性;总黄酮含量与任何一个生长性状之间均无显著的相关性;多糖、甘草苷、甘草酸含量与株高、D芦头、D20、主根重之间均具有极显著的相关关系,与其他生长性状有不同程度的相关关系;迁地种植后,甘草形态变异类型的生物量与生长性状间均呈不同程度的正相关。对原产地及迁地种植后甘草形态变异类型的形态特征分析结果表明,甘草形态特征的变异为可遗传,不受环境条件的改变而变化。(2)黄芩形态变异类型生长性状、有效成分含量差异显著。除侧根数之间没有显著差异外,其他生长性状均呈显著或极显著差异;各类型间黄芩苷含量差异显著,绿茎大叶多分枝紫色花类型、紫红茎大叶多分枝淡紫色花类型黄芩苷含量均显著高于其他类型,分别为15.82%、15.46%;相关分析结果表明,主根重与株高、地茎、主根直径之间呈极显著的正相关,与茎分枝数及小叶宽之间呈显著相关关系;黄芩苷的含量与主根直径之间呈极显著正相关,与地茎、茎分枝数、主根重呈显著的正相关,而与株高没有显著的相关性;3、对甘草、黄芩形态变异类型光合生理特性的研究表明,类型间光合生理参数、光合日变化等特征差异显著(1)甘草形态变异类型在Pn、光合能力、叶绿素含量、AQY、CE、LSP、LCP、CCP、SC、WUE、EU以及对高温的响应等生理指标均表现出较大的差异;Pn日变化均呈双峰曲线,午后出现光合“午休”现象,通过对光合生理参数及环境因子的分析,Pn午后降低出现光合“午休”是气孔非限制因素引起的。不同类型甘草对高温的响应差异显著。在生育期内,甘草形态变异类型Pn呈单峰曲线,绿茎茎光滑类型、绿茎叶片皱褶类型、绿茎茎光滑结果类型的Pn总体上高于其他类型。相关性分析结果表明,生物量与Pn之间呈显著的相关性。(2)黄芩形态变异类型在光合生理特性方面差异显著。绿茎大叶多分枝紫色花类型、紫红茎大叶多分枝淡紫色花类型在Pn、AQY、CE、LSP、CCP、EU、WUE等光合生理指标以及对高温的响应,均表现出较高的优势,紫红茎小叶多分枝紫色花类型的LCP、SC二个光合生理指标较低;不同类型黄芩Pn日变化呈双峰曲线,午后出现明显的光合“午休”现象,通过分析,午后Pn降低是由非气孔限制因素导致Pn午间降低。4、cDNA-AFLP分析结果表明,甘草形态变异类型在基因表达水平上存在差异,差异表达基因参与多种生理代谢活动共筛选出22条差异表达条带,其中16个条带为差异表达,6个条带为增量表达。克隆测序14条差异表达基因片段,BLAST分析结果表明,14条序列均有与其同源的基因序列,其中6个片段编码的蛋白功能未知,为假设性蛋白,可能为新的基因,1个片段基因序列没有发现同源性基因,7个片段编码的蛋白参与了植物的抗菌,细胞正常的生理功能、调节生物体内的代谢,增加植物的抗热(高温)性,提高植物体固氮能力等生物过程。5、AFLP分析结果表明,黄芩形态变异类型遗传多样性丰富选用9对引物进行多态性检测,共扩增出2834个DNA条带,多态性条带为1332个,多态性位点平均为47.8%。其中紫红茎大叶多分枝淡紫色花类型的特异位点数最多,产生34条单态带,其次是绿茎小叶少分枝紫色花类型、绿茎大叶多分枝紫色花类型,单态性条带分别为30条和26条;各个类型黄芩的遗传相似系数在0.72-0.84之间。6、筛选出了具有高产、优质潜质的甘草、黄芩形态变异类型经过对原产地及迁地种植后各个类型甘草的生长性状、有效成分含量,光合生理特性等综合分析,绿茎叶片皱褶类型、绿茎茎光滑结果类型、绿茎茎光滑类型的甘草具有高产、优质的特性,为优良的形态变异类型,可以作为育种材料进一步研究。紫红茎茎光滑类型、紫红茎基茎光滑类型可以作为多糖型甘草的育种材料进一步研究;经过对各个类型黄芩的生长性状、有效成分含量,光合生理特性、遗传多态性等综合分析,绿茎大叶多分枝紫色花类型、紫红茎大叶多分枝淡紫色花类型,具有高产、优质的特性,为优良的形态变异类型,可以作为育种材料进一步研究。本论文特色与创新:(1)从形态特征、有效成分含量、光合生理特性、特异基因表达、遗传多样性等方面多角度、多层次系统而深入的研究了甘草、黄芩种内变异与分化,并筛选出了具有高产、优质潜质的甘草、黄芩形态变异类型,为这两种药用植物的品种选育奠定了坚实基础,也为其他药用植物优良品种选育提供了借鉴及参考;(2)首次将cDNA-AFLP技术应用于变异类型甘草特异基因表达研究,拓宽了该方法的应用领域;(3)从甘草形态变异类型中克隆出14条差异表达的EST序列,并进行了注册,这些EST参与了甘草抗病、耐热、正常生理代谢等生命活动,为甘草功能基因组的研究,积累了基因资源,奠定了基础。(4)较系统的研究了黄芩形态变异类型的光合生理特性,类型间光合生理参数差异显著,日变化呈双峰曲线,由非气孔限制因素导致光合“午休”。