玄参化学多样性及其与遗传变异和环境因子之间的关系研究

玄参为玄参科植物玄参(Scrophularia ningpoensis Hemsl.)的干燥根,为传统的“浙八味”中的一种,其性微寒,味甘、苦、咸,具有凉血滋阴,泻火解毒等功效,其中主要的活性化学成分为环烯醚萜类和苯丙苷素类。作为传统中药,玄参在中国有着1000多年的栽培历史,然而对于玄参次生代谢的研究并不多,尤其是综合研究其与遗传变异因素和环境因子关系尚无人报道。基于此,本研究从遗传和环境两个方面入手,对玄参的化学多样性开展了相关研究,分析各因素对药材化学多样性的贡献率,探讨玄参品质的成因,为玄参质量评价和品种选育提出科学的建议,为玄参药材的可持续发展奠定研究基础。主要研究结果如下： (1)利用HPLC-DAD分析技术和多变量数据处理方法构建了玄参化学指纹图谱与四种主要活性成分(即毛蕊花糖苷、安格洛苷C、哈巴俄苷和肉桂酸)定量分析相结合的化学多样性评价体系,为本文后续研究及玄参药材质量评价提供了技术手段。 (2)基于ISSR标记的玄参的种质遗传分析揭示了玄参栽培群体和野生群体之间已经出现了明显的遗传分化,栽培群体的遗传多样性远低于野生群体,而且栽培群体内的遗传分化较大。认为造成该现象的原因在于栽培群体长期的人工选育和克隆繁殖,群体间缺乏基因流。同质园实验揭示了玄参的栽培群体和野生群体之间在营养生长、生物量分配和化学多样性上均出现了明显的分化,野生群体普遍在地上部分的生长上要优于栽培群体,在地下部分根的生物量分配上要小于栽培群体,在花果器官上的生物量分配较大,认为与其在自然环境中的繁殖方式有一定的关系。野生玄参的化学多样性受遗传因素的影响较大,而栽培玄参则受环境的影响较大,作者认为这是野生和栽培群体的遗传多样性不同造成的。江西冷水(WJX)、湖南平江(WHN)和浙江磐安(WPA)的野生玄参群体在同质园下表现出茎秆粗壮,抗倒伏性好,地下部分产量较高,与栽培群体相对比较接近,因此从生产的角度来看,可作为品种选育和杂交的优选野生种质。 (3)对于栽培玄参来说,温度和海拔是影响其化学多样性最主要的原因,其中环烯迷萜苷类成分哈巴俄苷的含量与温度因子呈正相关。对浙玄参四种活性成分季节变化的研究也证实了安格洛苷C、哈巴俄苷对温度存在一定的响应。建议在规范化栽培中选择较低的海拔或温度适宜的地区作为玄参种植地区有利于高含量活性成分的玄参的生产。 (4)对来自五个主产地的栽培玄参药材样品进行了化学多样性评价后发现浙玄参已经在化学组成上形成了一个比较特殊的群体,并且相似度分析也表明了浙江磐安产区的玄参药材在化学指纹相似度基本上大于95%,揭示其化学成分较稳定。并且相对于其他四个栽培群体来讲,浙玄参在哈巴俄苷和安格洛苷C的平均含量上也是最高的,支持传统认为浙产玄参为道地玄参的观点。结合种质遗传分析和同质园实验结果,作者认为在长期的人工栽培过程中,浙玄参已经适应了浙江地区的气候环境特点,形成了一个具有一定遗传基础的化学型。但浙玄参药材道地性的形成与浙江产地特殊的地理气候环境(如较低的海拔高度、较高的月均和年均温度、较长的日照时数等)有着更为密切的关系。 (5)通过对浙玄参的生长、生物量分配规律及活性成分的季节变化研究,确定了11月中下旬为浙玄参的最佳采收期。发现去花去果农艺操作对浙玄参的生长、生物量分配以及药用部位的化学多样性影响不大,而不同的加工处理方法则会极大地影响玄参的化学成分组成和含量,认为在传统药材加工的过程中,玄参根部本底水平的次生代谢物可能经历了一些降解和转化,而加工温度则是一个关键的因素。建议以毛蕊花糖苷、安格洛苷C、哈巴俄苷和肉桂酸四种成分为主要活性目标物的情况下,推荐优先采用鲜材切片烘干的加工处理方法。