丹参的杂种优势研究

时间：2024-05-28

何治学

丹参的杂种优势研究

何治学

（西华师范大学生命科学学院四川南充637001）

丹参（Bunge）是唇形科鼠尾草属多年生草本，是我国传统中药材之一，主要分布于中国山西、河北、四川、安徽、山东等省份。文章通过山东丹参（母本）与白花丹参（父本）的杂交实验得到F1杂交后代，并对杂交F1代在根的农艺性状和根中的主要活性成分含量上的杂种优势进行了分析。研究结果：（1）杂交F1代在主根长度、主根直径、鲜根重量等方面普遍优于亲本；（2）杂交F1代的有效成分含量与母本和父本在隐丹参酮、丹参酮Ⅰ与丹参酮ⅡA的含量上差异显著。结论：丹参的杂交F1代与亲本相比具有更好的性状、更优质的成分含量。

农艺性状；有效成分；杂种优势；丹参

丹参（Bunge）是双子叶植物唇形科鼠尾草属多年生草本植物，根系肥厚，外红色，内白色，肉质，叶常为奇数羽状复叶，顶生或腋生为总状花序或轮伞花序；花冠为紫蓝色，苞片多为披针形，花萼为钟形，紫色，果实为坚果，黑色，大多为椭圆形，于4月—8月开花。

丹参是我国传统的中药，其干燥的根及根茎主要用于治疗心脑血管疾病、慢性肾衰竭、月经不调等[1-2]。丹参疗效显著，药理作用广泛，需求量逐年增加。目前，丹参育种方式以引种和选种为主，但由于其表型受环境的影响较大，从而造成育种效率低、育种进程缓慢。选育高产品种是丹参的一个重要目标，但由于产量和有效成分含量等农艺性状都是数量性状，其遗传机理复杂，阻碍了育种效率的提高。本研究旨在通过对丹参形态特征的分析、药用活性成分的测定，探讨丹参的杂种优势，以期为丹参质量性状和有效成分含量的研究提供理论指导，为丹参高产性状的潜在利用与遗传改良奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

本次实验材料为母本山东丹参（SDDS）、父本白花丹参（BHDS）以及杂交F1代。山东丹参根为圆柱形，茎直立，为四棱柱形，具有槽，多分枝，密被多细胞长柔毛；白花丹参根肥厚，茎高400 mm～800 mm。山东丹参具小叶3片～5片，小叶片卵状披针形，先端渐尖，基部偏斜或楔形，边缘具有整齐或不整齐锯齿；白花丹参小叶1片～3片，卵形或椭圆状卵形，两面有毛。山东丹参花萼钟形，长约10 mm，外面下部被具腺柔毛及短柔毛，花冠紫色，较小，长15 mm～18 mm[3]；白花丹参花萼白色，有11条脉纹，花冠为白色，长约20 mm～27 mm。在有效成分含量上，与白花丹参相比，山东丹参的总丹参酮含量要更高，最明显的是丹酚酸B、隐丹参酮、丹参酮ⅡA的含量差距。由此可见，材料在性状和有效成分含量上差异显著，适合用于杂交育种实验。其中母本山东丹参与父本白花丹参种植于实验基地中，其生长趋势较好；杂交后代则种植于种植盆之中，具有优良的生长条件，生长趋势良好。

1.2 方法

1.2.1 根条农艺性状统计

将栽培在种植盆中的杂交F1代丹参按编号刨土取出，去除小的无用须根，然后数出主要根段数，再用游标卡尺量出主要根段的长度和直径并算出平均值，放入已编号的样品袋中，最后用天平称量鲜根重。将种于地里的亲本丹参挖出，并选取优良的根段样本，然后将剩余的根段重新编号后种回实验基地中。

1.2.2 有效成分含量测定

（1）丹参根段阴干/烘干

2019年12月28日将挑选出的优良根段样本编号放置袋中后放入烘干箱中5 d～7 d。

（2）丹参根段打粉过筛

2020年1月2日将烘干箱中的样本取出，按编号分别用打粉机与筛子（40目）对样本进行打粉过筛处理，然后分别放入编号袋中。注意事项：打粉时要右手拿住打粉机的盖子，左手拿握把，斜拿于空中顺时针摇晃。

（3）丹参根段成分提取

2020年1月3日对编号袋中的丹参粉进行成分提取，用电子天平分别从各个编号袋中称量约0.15 g的丹参粉末3份放入已编好号的试管中，然后各加入25 mL 80％的乙醇。最后将试管放入超声波提取器中进行2次超声波提取，每次15 min左右，2次超声波提取中间间隔3 min～5 min。超声波是一种频率在20 khz～50 mhz的机械波，它需要一个能量载体来传输。在超声波传播过程中，存在着正压和负压的交替周期。在正相中，压缩介质的分子以增加介质的原始密度。在负相中，介质分子稀疏、离散，介质密度降低。

注意事项：第一，电子天平称量每个样本时，取完样后更换称量纸，擦净取量勺，调整标准天平；第二，称量样品放在称量纸中心位置；第三，加入乙醇后运用食指旋转放气法定量。

（4）过滤

用针管及过滤网对已进行过超声波提取的试管进行过滤，每支样品只取1 mL左右放入液相分析专业检测瓶中。

（5）HPLC测定含量

高效液相色谱仪系统由储液器、泵、进样器、柱、检测器和记录器组成。储层中的流动相由高压泵泵入系统，样品溶液通过注射器进入流动相，然后进入色谱柱。由于样品溶液中各组分在两相中的分布系数不同，当两相相对运动时，它们被重复吸附，在解吸分布过程中，各组分在运动速度上存在较大差异，被分离成一个个单独的组件，然后依次从柱中流出。当它通过检测器时，样品浓度被转换成电信号并传输到记录器上，数据以图形的形式被打印出来[4]。将放有样品的检测瓶按顺序放入超高效液相色谱检测器中检测样品中各成分的含量，其中，超高效液相色谱检测器的优点包括高分离度、高速度、高灵敏度、方法转换简便、易于质谱串联。

其技术特点：第一，新型色谱填料及可填装技术；第二，超高压的输液泵的使用；第三，高速采样的灵敏检测器；第四，使用低扩散、低交叉污染自动进样器；第五，仪器整体系统优化设计。

注意事项：第一，流动相为过滤后的水和乙腈；第二，样品要按顺序放置以及洗针的甲醇放在100号的位置；第三，先检查检测器；第四，选择方法“DANSHEN2019.M”并核对洗脱参数；第五，加流动相大于等于1 L，系统修改参数为“1.00”（超出实际需要的量）；第六，换柱子/流动相后要冲洗约5 min；第七，接柱前流动相更改为B（100％）冲洗1 min以免柱子进水损坏。

1.2.3 数据统计与分析

运用Excel软件来记录与分析比较数据，运用到的主要公式：（1）中亲优势（Hm）和中亲优势率（RHm）可以用来表示杂种优势，每个性状用平均值分别计算中亲值（mid-parentsvalue, MPV）、中亲优势、中亲优势率。首先中亲值是指父、母本某一性状的平均值；其次中亲优势是指杂种F1代平均值（Fm）与中亲值的差值，即Hm=Fm-MPV；中亲优势率是指中亲优势与中亲值的比值，即RHm=[(Fm-MPV)/MPV]×100％。（2）丹参各有效成分的含量（mg/g）=该有效成分峰面积×25/该丹参质量。

1.2.4 含水量测量

为保证有效成分数据的准确性。将打粉过筛编号的剩余样品各称量约0.2 g的粉末1份，并按对应编号放入样品盛放瓶中，再将盛放瓶放入干燥箱中静置4 h～5 h后取出称量重量，然后第二次放入干燥箱0.5 h再取出称量，之后第三次放入干燥箱0.5 h再取出称量。

2 结果与分析

2.1 根条农艺性状比较

根据表1～表4的结果，通过将杂交后代各项生物性状的均值同双亲比较，在主根的根条数上，杂交后代优于母本与父本，由中亲优势的计算结果可知其优势非常明显，中亲优势率高达119.07％。在主根的根长度上杂交后代均劣势于亲本，又由中亲优势率计算结果可知，杂交后代对于亲本并无杂种优势，中亲优势率为负值。在主根的直径上，杂交后代都优于母本与父本，由中亲优势的计算结果可知，杂交后代杂交优势明显，中亲优势率达到31.47％。在主要根的鲜重上，杂交后代优于母本，由中亲优势的计算结果可以看出其优势并不明显，中亲优势率仅为9.80％。丹参的杂种优势非常普遍，它可以提高丹参的有效成分含量和质量。少数杂交后代对逆境具有较好的适应能力，其正向杂种优势表现优良[5]。丹参根产量杂种优势的遗传基础非常复杂，通过合理选择双亲可以有效地获得较好的根产量杂种优势。

表1BHDS（父本）根条性状测量结果

样品主根条数主根长度/mm主根直径/mm鲜重/kg BHDS1558～1608.57～23.790.30 212145～1959.61～15.910.27 38175～2708.81～15.430.26 44170～2358.99～24.740.29 55170～2008.34～18.230.28 均值717413.60.28

表2SDDS（母本）根条性状测量结果

样品主根条数主根长度/mm主根直径/mm鲜重/kg SDDS118240～2955.95～13.810.13 214170～2206.94～16.260.23 318215～2356.74～16.110.33 430180～2306.90～7.520.20 523200～2059.12～13.910.26 均值212169.60.23

表3SDDS×BHDS的F根条性状测量结果

样品主根条数主根长度/mm主根直径/mm鲜重/kg SDXBH 12389.417.270.24 SDXBH 23094.215.280.26 SDXBH 34587.813.750.34 SDXBH 428101.010.550.18 SDXBH 527137.818.620.36 SDXBH 63188.416.040.29 均值30.6799.815.250.28

表4SDDS×BHDS杂交F性状的杂种优势

性状SDDSBHDS中亲值中亲优势中亲优势率主根条数/条2171416.67119.07％主根长度/mm216174195-95.2-48.82％主根直径/mm9.613.611.63.6531.47％主根鲜重/kg0.230.280.2550.0259.80％

2.2 药用活性成分比较

通过表格对比方式对亲本与杂交后代的有效成分含量进行比较，可知杂交后代的有效成分总丹参酮的含量与母本和父本差异较大。尤为突出的是隐丹参酮、丹参酮Ⅰ与丹参酮ⅡA的含量，其中母本分别为2.19 mg/g、0.51 mg/g、2.27 mg/g，父本分别为0.71 mg/g、0.34 mg/g、1.76 mg/g，杂交后代分别为2.11 mg/g、0.78 mg/g、2.86 mg/g，可见在隐丹参酮、丹参酮Ⅰ与丹参酮ⅡA的含量上，杂交后代对于两亲本有着优良的杂种优势。而在迷迭香酸与丹酚酸B的含量上，杂交后代仅分别含1.5 mg/g、36.19 mg/g，母本分别含2.26 mg/g、64.67 mg/g，父本分别含2.19 mg/g，54.58 mg/g，在迷迭香酸与丹酚酸B含量上杂交后代明显劣于母本与父本。同时，在丹酚酸A的含量上杂交后代与亲本无明显差异。

3 结论

杂种优势的形成机理复杂，目前还没有得到非常清晰的阐述[6]。本实验对丹参在生物性状和有效成分含量上进行了杂交比较的尝试，为加快丹参高产品系的遗传改良进程和新品种培育提供了重要依据[7]。由于丹参属于异花授粉植物，其遗传基础是高度杂合型，亲本间的异质性在很大程度上决定了杂种优势。杂种优势表现的程度常因不同杂交组合而异，而选择遗传差异大的亲本进行杂交，其杂交后代才能产生较强的杂种优势[8-11]。

由上述研究结果可知：（1）杂交后代对于亲本在性状上存在较大的杂种优势，在主根条数的比较上杂交后代全优于父本；在主根平均直径的比较上杂交后代优于亲本；在鲜重的比较上杂交后代优于母本。（2）杂交后代的药用活性成分总丹参酮含量优于亲本，杂交后代有着更好的品种质量。因此山东丹参与白花丹参的杂交后代有着较为明显的杂种优势，可通过杂交培育出更加优良的丹参品种。总之，研究丹参性状和有效成分的含量的杂交遗传机制，将为丹参育种提供重要的遗传信息，并能有效地指导相关性状和有效成分的改良，为进一步挖掘优良丹参品种奠定重要基础，从而加快丹参育种进程。

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10.3969/j.issn.2095-1205.2022.05.04