本文以常用大宗药材党参原植物(Codonopsis pilosula(Franch.)Nannf.)为具体研究对象,通过野生及栽培居群遗传多样性的分析和比较研究,探讨药用植物的野生和栽培居群遗传多样性现状、过度利用和人工栽培对野生和栽培居群遗传多样性的影响及其机理,以及药用植物保存和保护策略等科学问题,为药用植物种质资源的保存、保护和可持续利用提供理论依据。
从党参的主要分布区山西、陕西和甘肃三省采集8个野生居群和8个栽培居群共463个样本,另在主产区甘肃陇西县两次取样,分别采集7个居群138个样本和5个居群150个样本。采用ISSR和RAPD分子标记技术,对野生及栽培党参居群的遗传多样性、遗传结构及其地理分布格局进行深入分析和比较研究,得出如下结论:
1.党参野生与栽培居群均具有较高遗传多样性。党参野生居群具有较高遗传多样性(Pp=96.18%,h=0.288,I=0.442),居群内遗传变异为73.2%;党参栽培居群也具有较高遗传多样性(Pp=96.18%,h=0.266,I=0.414),与野生居群明显不同的是栽培居群82%的遗传变异存在于居群内个体间。在物种水平上,党参多态位点百分率Pp高达97.0%,Nei氏基因多样性h=0.285,香农指数I=0.440,遗传变异主要存在于居群内个体间(76.7%)。说明党参遗传多样性总体仍处于较高水平,其遗传结构体现出广布种、多年生和异交物种的特性。
2.过度利用导致山西长治地区“潞党参”野生居群遗传多样性显著下降。结果表明,山西长治野生居群遗传多样性(h=0.2090,I=0.3272)显著低于其它野生居群,接近同科濒危物种裂叶泡沙参以及不同科濒危物种多样性水平。导致这一后果的直接原因是由于山西长治是“上党人参”或“潞党参”的原产地,历史上曾发生过大规模过度利用事件。这种毁灭性破坏使得山西长治“潞党参”野生种群数量锐减,居群大幅变小,从而形成了严重遗传瓶颈。
3.人工栽培有效保存了党参的遗传多样性。尽管栽培居群遗传多样性普遍低于野生居群,但山西长治地区栽培居群遗传多样性显著高于同产地野生居群(h=0.2674,I=0.4152 vs.h=0.2090,I=0.3272),说明人工栽培是保存党参遗传多样性的有效方式。这一初步结论通过甘肃陇西栽培居群的对比研究得到进一步验证。甘肃陇西栽培党参于1964年引自山西长治,目前其居群遗传多样性与原产地栽培居群及总水平基本相当。同时研究发现陇西栽培党参居群遗传多样性有随海拔升高而增加的趋势,表明陇西栽培党参在适应新环境过程中逐渐产生了新分化。可见党参的引种驯化及其农家栽培不仅不会导致遗传多样性的下降,而且能够有效保持遗传多样性。研究认为目前这种粗放的农家栽培模式,以及地理隔离和异质化生境下的自然分化,可能是栽培党参保持较高遗传多样性的主要机制。
4.党参种质资源的取样策略,既要有足够的居群数和样本量,也要考虑居群及样本的地理分布和采样范围。依据研究结果,我们提出党参种质资源的取样首先按省划分采集区域,每省分别采集至少4个野生和3个栽培居群;其次,对道地品系原产地和主产区,如山西长治和甘肃文县,要以县为单位,独立实施采集计划。然后还要注意不同生态型、农家品种及农艺性状样本的采集。每居群合理样本量为25-30个,采样中应尽量扩大取样范围。基于上述结果和取样策略分析,提出了党参种质资源原位保护和迁地保护的具体实施规划。
本文首次以广布种大宗药材党参原植物为研究对象,全面系统地研究和分析了药用植物资源利用和保护中的共性问题,揭示了过度利用会造成野生药用植物严重遗传瓶颈,使居群遗传多样性大幅下降;现行粗放药用植物栽培能够有效地保持居群遗传多样性。这些研究结果对于药用植物遗传资源的保存和保护具有重要意义,同时对于其它植物的保护生物学研究也具有重要参考和借鉴价值。
