[目的]研究湖北黄精花部形态结构特征和大小孢子发生及雌雄配子体发育过程,以丰富黄精属植物的生殖生物学理论,为进一步开展湖北黄精的品种选育提供依据.[方法]以不同发育时期的湖北黄精花芽为试验材料,用显微观察法观察花部形态结构特征,石蜡切片技术对单花雌雄蕊进行切片观察.[结果]湖北黄精的花被为白色或淡黄绿色,花被筒近喉部稍缢缩;具6枚雄蕊,花丝下端与花被合生,花药开裂方式为纵裂;雌蕊子房上位,3心皮,花柱与子房等长.湖北黄精花药壁由4层细胞组成,成熟的绒毡层具多核,绒毡层发育类型为分泌型;小孢子母细胞减数分裂为连续型,四分体呈左右对称型排列,成熟花粉粒为2-细胞型;存在小孢子发育不同步的现象.雌蕊胚珠具双珠被、厚珠心;四分体呈直线型排列,胚囊发育类型为蓼型;存在双胚囊胚珠现象.在雄蕊的花药壁和雌蕊的子房壁都观察到有束状草酸钙针晶.[结论]湖北黄精雌雄蕊具有较原始的发育特征,虽然在发育过程中都存在异常现象,但雄蕊最终能形成正常的雄配子体,雌蕊低频率的双胚囊现象对总体受精结果影响很小.湖北黄精杂交育种可以选择花药开裂前一时期的花粉,花药壁和子房壁观察到的束状草酸钙针晶无法作为湖北黄精物种鉴定的依据.

目的:研究不同产地多花黄精生药材中挥发性物质组成和相对含量,并进行差异性分析.方法:对湖北赤壁、湖北随州、湖北恩施、湖南岳阳、湖南邵阳、湖南娄底、安徽金寨、安徽青阳和安徽霍山所产多花黄精生药材挥发性物质进行GC-MS分析并结合NIST 11数据库进行检索比对,通过主成分分析法进行PCA得分图和PCA载荷图分析.结果:从9个不同产地的多花黄精中鉴定出67个化合物.不同产地多花黄精挥发性物质组成差异性较大,但湖北赤壁、湖北随州、湖北恩施和湖南岳阳所产多花黄精挥发性物质较为一致,湖南邵阳和湖南娄底所产多花黄精挥发性物质较相似;安徽金寨、安徽青阳和安徽霍山所产多花黄精挥发性物质区分度不大.结论:产地区域和环境影响多花黄精生药材挥发性物质生成和积累.

目的 揭示多花黄精遗传多样性及地理分布特征.方法 采用ISSR分子标记技术,对来自浙江、安徽、江西、福建、湖南、湖北6省20个种源118株多花黄精进行综合分析.结果 16条引物共扩增出130条清晰条带,其中多态性条带123条,平均多态百分率(PPL)为94.62％,种源内遗传多样性在33.85％～60.00％,平均Nei's基因多样度(He)为0.183 8,Shannon信息指数(I)为0.267 4,遗传分化系数(Gst)为0.529 3.UPGMA聚类分析显示,同一种源的种质基本上聚在一起,说明种源间的遗传分化大于种源内不同个体间的基因遗传分化;在遗传相似系数值等于0.61时可将118份种质聚为武夷山脉、武陵山脉和罗霄山脉、大别山脉、洞宫山脉和天目山脉4类.结论 多花黄精具有丰富的遗传多样性,遗传变异与山脉密切相关,山脉之间的平原、水域隔离可能是导致群体间遗传分化的主要原因之一.研究结果对黄精种质资源保护、品种选育具有重要的理论价值与现实意义.

利用多花黄精在中国的260个地理分布记录,结合53项环境因子,应用最大熵模型(MaxEnt)研究影响多花黄精适宜性分布的生态因子,结合ArcGIS软件预测多花黄精全国潜在适生分布区.用受试者工作特征曲线(ROC曲线)检测模型精度、刀切法(Jackknife test)筛选主导环境变量.研究结果显示,MaxEnt模型预测结果较好(AUC＞0.9);基于当前情景构建的多花黄精地理分布模型的AUC(area under curve)均达到“极好”的标准,说明模型预测结果可用于该研究.研究发现影响多花黄精适宜性生长的主要环境因子为11月份、3月份、2月份、4月份、5月份和10月份月降水量、最湿月降水量、年均温变化范围和土壤类型共9项环境因子;多花黄精在我国的潜在适生性分布区域较广,主要集中在湖南、湖北西部、广东、广西东北部、贵州东南部、江西、安徽西南部、福建、浙江、陕西、河南西南部和重庆等地区.该研究对多花黄精潜在分布区进行了生长等级划分,生成了多花黄精生长适宜性区划图.通过基于MaxEnt的潜在分布范围与文献资料记载分布范围对比分析,拓展了人们对多花黄精分布范围的认识.

目的:开发适用于区分黄精属主要药用植物的DNA条形码序列,分析物种间亲缘关系.方法:设计黄精属专用的matK和rps16基因扩增引物,扩增得到多花黄精、长梗黄精、黄精、滇黄精、玉竹、湖北黄精的相应序列,比较序列的种内和种间变异、条形码序列间隔,构建系统发育树,分析38份样品的系谱关系.结果:matK基因的种内变异度高于rps16,rps16基因的种间变异度高于matK,结合matK和rps16基因序列可以应用于区分黄精属的主要药用植物.结论:结合matK和rps16基因序列的信息可以用于区分黄精属的主要药用植物.

目的:采用显微红外成像光谱对不同产地多花黄精和不同种黄精进行鉴别.方法:在波数为1018 cm–1的条件下,使用显微红外成像光谱对7个不同产地多花黄精和5种黄精属植物的切片进行扫描,以糖类含量高低及分布情况作为鉴别的判断依据.结果:不同产地及不同种黄精显微图像有明显区别,表明其化学成分存在差异.不同产地多花黄精中,贵州省铜仁市样品中糖类成分含量较高,其次是黄山市祁门县和湖北省赤壁县样品,浙江省天目山、湖南省怀化市、江西省瑞昌市样品中糖类成分含量相对较低,贵州省六盘水市样品中糖类成分含量最低;5种黄精属药材中多糖类成分由高到低的顺序为黄精、长梗黄精、轮叶黄精、滇黄精、多花黄精.结论:采用显微红外成像光谱技术能够有效区分不同产地多花黄精和不同种黄精.与传统红外光谱相比,显微红外成像光谱可研究各扫描微区的组分分布情况,使其含量分析表达更加直观,具有可视性、高灵敏度等特点.

目的:研究不同产地多花黄精品质形成与生态因子的相关性,为黄精药材的规范化种植布局、引种栽培及资源可持续利用提供参考.方法:分析浙江、福建、安徽、江西、湖南、湖北6个产区31个产地的多花黄精的形态特征和有效成分含量,应用单因素方差分析,评价不同产地多花黄精质量与生态因子的相关性.结果:不同产地多花黄精形态和有效成分含量差异较大,纬度、海拔、年均温、7月均温、日照时数及无霜期对多花黄精质量有较大的影响.纬度和年均温对多花黄精有效成分含量影响较大,纬度和叶宽呈显著正相关,海拔和株高、叶长、叶宽及根茎鲜质量呈显著负相关,年均温与叶宽呈负相关,7月均温和多糖含量呈显著正相关,叶片数量和日照时数、积温及无霜期呈显著性负相关,土壤中有效磷、速效钾有利于黄精株高、根茎和叶片的生长,水解性氮含量与叶长呈显著负相关,地上部分与地下根茎产量呈显著正相关.结论:在进行多花黄精规范化种植过程中,应注意海拔、温度、无霜期、土壤酸性、生长期温度、磷肥及钾肥施用等对药材质量的影响.

黄精属(Polygonatum)的许多物种具有重要的药用价值,但目前缺乏能够准确、高效地鉴定黄精属药用植物的DNA条形码.本研究通过对ITS、trnK-matK、rbcL、psbA-trnH和psbK-psbl序列进行扩增和测序,并从ITS序列中提取ITS2序列,共获得黄精属7个药用物种23份样品的138条序列.进一步比较6个DNA条形码对黄精属药用植物的鉴定效率,并验证所筛选条形码的可靠性.结果显示:trnK-matK的种内和种间变异重合少且有较明显的条形码间隙,其他5个序列的种内和种间变异重合多且无条形码间隙;BLAST结果表明trnK-matK的鉴定效率最高(85.7％),系统发育树显示trnK-matK的鉴定能力最强,能将全部12个多花黄精样品聚在一支,并能区分黄精、滇黄精、玉竹、点花黄精和湖北黄精;AMOVA分析结果揭示trnK-matK的群体遗传分化指数(Fst)最高,适用于区分黄精属物种间差异.因此,trnK-matK最适用于黄精属药用植物的分子鉴定.

目的:基于psbA-trnH序列,运用DNA条形码技术对辽宁省12个地区及省外2个地区黄精药材样本进行鉴别分析,为辽宁省黄精药材的鉴别和遗传多样性分析提供参考.方法:利用DNA试剂盒提取法,从38个黄精样本的药用部位中提取DNA,对psbA-trnH部分进行聚合酶链式反应(PCR)扩增及双向测序,并从GenBank下载药用植物黄精的不同来源和外群序列,运用SeqMan软件对测序结果进行拼接,使用MEGA软件对数据进行分析比对,计算K2P(Kimura 2-parameter)遗传距离,并采用邻接法(NJ)建立系统发育树进行分析.结果:根据NJ系统发育树结果可知,不同来源的所有黄精样品聚为一大支,外群猪牙花聚为一支,区别较明显;辽宁省、湖北省及贵州省黄精与美国国家生物技术信息中心(NCBI)所下载的黄精聚为一支,并且结合变异位点与遗传距离可知,辽宁省、湖北省及贵州省的黄精物种为黄精Polygonatum sibiricum Red.,种间差异较小,辽宁省所收集的黄精有4个样品出现了变异位点,其余样本碱基序列均相同.结论:使用psbA-trnH序列DNA条形码技术能够对黄精药材不同的基原植物进行区分鉴别且成功率较高,可用于对黄精属物种进行种内和种间鉴别,为保障辽宁省黄精药材来源的准确鉴定提供参考.

目的:通过湖北黄精、滇黄精、多花黄精根茎的转录组学分析,对影响不同品种黄精多糖含量的关键酶基因进行筛选和验证,并进行氨基酸序列的深入分析,丰富黄精属植物的转录组数据并为其多糖生物合成机制和遗传改良提供参考.方法:使用了 Illumina NovaSeq高通量测序平台对黄精转录组进行测序分析,根据Nr、基因本体(GO)、京都基因与基因组百科全书(KEGG)数据库的注释分析比较3种黄精转录组的差异,筛选出多糖代谢途径中的关键酶,对关键酶基因表达量进行聚类分析并与多糖含量进行相关性分析,然后对筛选出的8个关键酶基因进行实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time PCR)验证,结合测序结果进一步筛选出多糖生物合成关键酶基因进行同源基因序列分析,构建系统进化树,预测模体(motif)、保守结构域、蛋白序列等电点与相对分子质量,并使用同源建模法构建三维蛋白结构.结果:通过Nr数据库的注释发现3种黄精与芦笋的基因同源性最高,GO数据库注释结果表明这3种黄精在结合功能、催化活性、代谢过程和细胞组分上差异显著,而KEGG通路注释结果说明这3种黄精在淀粉与蔗糖代谢通路和半乳糖代谢通路上差异显著,根据聚类分析、相关性分析、Real-time PCR验证实验、表达量情况与氨基酸序列的结构与功能预测推测出显著影响不同品种黄精多糖含量的关键酶为β-果糖苷酶(sacA).结论:sacA可能是黄精多糖含量差异的主要影响因素,也是黄精多糖主要为果聚糖的重要原因.