我國(guó)紫蘇種質(zhì)資源遺傳多樣性研究進(jìn)展

許蘭杰　梁慧珍　余永亮　楊紅旗　譚政委　董薇　李磊　劉新梅

摘要 紫蘇是我國(guó)傳統(tǒng)的藥、食兼用植物，具有抑菌、抗炎、抗腫瘤、保護(hù)肝臟等多種功效。闡述了紫蘇種質(zhì)資源的分類以及關(guān)于紫蘇種質(zhì)資源表型遺傳多樣性和分子遺傳多樣性方面的研究，為紫蘇新品種培育提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 紫蘇;種質(zhì);遺傳多樣性

中圖分類號(hào) S636.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）11-0019-02

Abstract Perilla frutescens （L.） is a traditional medicinal and edible plant in China.Perilla frutescens （L.） has antibacterial，antiinflammatory，antiallergic，antipyretic antiemetic.This paper mainly expounded classification of Perilla germplasm，morphology and molecular genetic diversity.The result of this study offered theoretical basis for breeding new Perilla varieties in the future.

Key words Perilla frutescens （L.）; Germplasm; Genetic diversity

紫蘇[（Perilla frustescens （L.）Britton）]為唇形科（Labiatae）紫蘇屬一年生草本植物，具有2 000多年的栽培歷史，是我國(guó)傳統(tǒng)的藥、食兼用植物，其莖、葉、籽均可為藥用，或用作蔬菜、入茶等，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、工業(yè)和化妝品行業(yè)。紫蘇葉能發(fā)散風(fēng)寒，行氣和胃[1];紫蘇梗是紫蘇的干燥莖，可理氣安胎，止痛[2-4];紫蘇子是紫蘇的干燥成熟果實(shí)[5]，除了具有降氣消痰、平喘、潤(rùn)肺之功效[6-7]，其種子油中亞油酸含量高，是一種難得的特種食用油源[8]。同時(shí)紫蘇油具有“三高”性質(zhì)，即高碘值、高干性、高不飽和性，是一種理想的工業(yè)原料油[9-10]。

1 紫蘇種質(zhì)資源分類

據(jù)《中國(guó)植物志》記載，我國(guó)紫蘇屬植物有1種3變種，即紫蘇（原變種，包括紫蘇和白蘇）、回回蘇、耳齒紫蘇和野生紫蘇，其中耳齒紫蘇比較少見[11]。

1.1 以產(chǎn)出類型分類

按照紫蘇產(chǎn)出類型分為野生資源和栽培資源2大類，栽培資源又按主要用途分為栽培藥用資源、栽培籽用資源、栽培出口資源[10]。野生資源主產(chǎn)區(qū)有河南、四川、安徽、江西、廣西、湖南、江蘇及浙江;栽培藥用資源產(chǎn)區(qū)有河北安國(guó)、安徽亳州、重慶涪陵、廣西玉林和廣東茂名;栽培籽用資源產(chǎn)區(qū)包括甘肅慶陽、黑龍江樺南、吉林、重慶彭水及云南;栽培出口資源產(chǎn)區(qū)有浙江湖州、江蘇連云港和山東煙臺(tái)[10]。

1.2 以形態(tài)特征和揮發(fā)油成分分類

李衛(wèi)萍等[12]依據(jù)20個(gè)形態(tài)特征和葉片揮發(fā)油成分將國(guó)內(nèi)各地的不同栽培紫蘇種質(zhì)分為6種形態(tài)類型：Ⅰ，包括6個(gè)種質(zhì)，屬回回蘇變種，植株矮小，葉片薄皺、葉色以兩面紫色為主，可稱為回回蘇型，該類化學(xué)型多樣，有EK、PAPK、PA、PK 4種化學(xué)型;Ⅱ，包括6個(gè)種質(zhì)，屬回回蘇變種，株型較Ⅰ高大，葉片薄皺、葉色以兩面綠色為主，可稱為大回回蘇型，均為PA型;Ⅲ，包括17個(gè)種質(zhì)，屬紫蘇原變種，葉色多正面綠色背面淡紫色，植株較為高大，且分布廣泛，可稱為普通原變種型，均為PK型;Ⅳ，包括4個(gè)種質(zhì)，屬野生紫蘇變種，植株高大而果實(shí)小，可稱為野生紫蘇型，均為PK型;Ⅴ，包括7個(gè)種質(zhì)，屬紫蘇原變種，綠色葉，其株高和果穗長(zhǎng)度顯著長(zhǎng)于其他類型，可稱為高大長(zhǎng)穗原變種型，均為PK型;Ⅵ，包括10個(gè)種質(zhì)，為紫蘇原變種，葉片大而肥厚，表面呈淺波狀，可稱為葉大肥厚原變種型，有PK、PP、PL、PA 4個(gè)化學(xué)型。雖然揮發(fā)油化學(xué)型和種下分類及形態(tài)特征存在一定的相關(guān)性，但沒有對(duì)應(yīng)性。

1.3 紫蘇新種質(zhì)創(chuàng)制

溫春秀等[13]對(duì)二倍體紫蘇材料采用秋水仙堿誘導(dǎo)，成功獲得了紫蘇同源四倍體株系，并經(jīng)染色體鑒定、細(xì)胞流式儀檢測(cè)鑒定和進(jìn)一步的田間農(nóng)藝性狀鑒定，經(jīng)過數(shù)代選育，獲得了性狀穩(wěn)定，繁殖力正常，生產(chǎn)性能良好的多倍體品系。

2 紫蘇種質(zhì)資源遺傳多樣性分析

為了給紫蘇種質(zhì)資源調(diào)查及育種研究提供較規(guī)范的考察記載標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)興初[14]編纂了紫蘇種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，沈奇等[15]參照該標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)紫蘇資源特征及田間實(shí)際調(diào)查情況，制定了包括生育期、植株性狀、抗逆性、產(chǎn)量性狀、品質(zhì)特征等5個(gè)科目、54個(gè)性狀。

2.1 表型性狀遺傳多樣性分析

魏忠芬等[16-17]應(yīng)用聚類分析和主成分分析方法對(duì)53份貴州紫蘇種質(zhì)資源進(jìn)行分析，表明貴州紫蘇種質(zhì)資源材料存在廣泛的遺傳多樣性，紫蘇資源不同性狀間存在顯著的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)（P<0.05）;以單株總穗數(shù)的變異系數(shù)最大（66.49%），主莖節(jié)數(shù)的變異系數(shù)最小（24.12%）;經(jīng)聚類分析可分為3大類群;第Ⅰ類為晚熟型，株型傘型，葉色較深，單株籽粒重較小的觀賞型;第Ⅱ類為早熟型，株型塔型，籽粒較大;第Ⅲ類為介于早熟型和晚熟型間的中間類群，基本上反映了各類群間的親緣關(guān)系。經(jīng)主成分分析，前7個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.79%，各主成分性狀的載荷值反映了主要性狀的育種選擇潛力?；輼s奎[18]研究表明，華北、華中、華南等多個(gè)省份的26份紫蘇屬植物的植物學(xué)性狀中平均變異系數(shù)為46.41%，其中葉表面皺縮與否變異系數(shù)為89.17%，堅(jiān)果顏色變異系數(shù)為22.25%，千粒重的變異系數(shù)為65.317%，葉柄長(zhǎng)變異系數(shù)為10.90%?；谛螒B(tài)學(xué)性狀的聚類分析中，26份紫蘇材料被分成4類，第一類主要為回回蘇變種，野蘇變種多聚在第二類，第三類主要為紫蘇變種，第四類全部為白蘇。歐巧明等[19]發(fā)現(xiàn)供試159份油用紫蘇種質(zhì)主要農(nóng)藝性狀及品質(zhì)特征的變異系數(shù)介于2.60%～35.42%之間;主成分分析將主要農(nóng)藝性狀及品質(zhì)特征聚為6個(gè)主成分，即分枝數(shù)因子、α-亞麻酸因子、油酸因子、生育期因子、千粒重因子和產(chǎn)量因子，總變異貢獻(xiàn)率分別為40.943%、21.549%、12.332%、5.810%、4.486%和4243%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為89.36%;系統(tǒng)聚類將供試材料聚為5大類群，表明不同類群材料間各農(nóng)藝性狀及品質(zhì)特征存在較明顯的特異性。

2.2 品質(zhì)性狀遺傳多樣性分析

紫蘇是藥食兩用植物，我國(guó)北方以供油用為主，兼作藥用;我國(guó)南方以藥用為主，兼作香料和食用[20]。紫蘇中藥化學(xué)成分包括：迷迭香酸、揮發(fā)油成分、色素類等。食用營(yíng)養(yǎng)成分包括：氨基酸、蛋白質(zhì)成分、脂肪酸成分、β-胡蘿卜素、黃酮等。不同研究者針對(duì)紫蘇化學(xué)成分和食用營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行了研究。據(jù)研究，26種紫蘇種子的黃酮含量在0.100 0%～0.662 5%之間，平均為0.339 7%;河北保定栽培種P1-3紫蘇葉β-胡蘿卜素含量為4.32 mg/g[21];湖北莢山野生種P1-7開花期紫蘇葉中總黃酮含量高達(dá)83.9 mg/g[22];18個(gè)品種的種子含油量介于2475%～39.52%，餅粕蛋白質(zhì)含量介于25.38%～37.19%，蘇子油中不飽和脂肪酸含量約占脂肪酸總量的90%，其中亞麻酸含量介于56.14%%～64.82%[9]。

3 紫蘇種質(zhì)資源分子遺傳多樣性分析

3.1 SSR標(biāo)記

溫賀等[23]采用已報(bào)道的紫蘇及近源種中的66對(duì)SSR引物對(duì)不同來源的42份紫蘇材料進(jìn)行擴(kuò)增。結(jié)果表明：15對(duì)引物在42份材料中具有多態(tài)性，共擴(kuò)增獲得54個(gè)條帶，平均每對(duì)引物擴(kuò)增條帶3.6個(gè)，51個(gè)條帶具有多態(tài)性，占擴(kuò)增總條帶的94.4%。使用UPGMA方法進(jìn)行聚類分析，在SM=0.67處，供試紫蘇分為2個(gè)主要聚類群。類群Ⅰ為紫蘇原變種，類群Ⅱ?yàn)榛鼗靥K變種。張?zhí)炀壍萚24]利用MISA軟件對(duì)從NCBI上獲取的5 435條EST序列進(jìn)行紫蘇SSR分析，表明在1 206條EST序列中得到符合條件的SSR為22.19%;共檢出1 526個(gè)SSR位點(diǎn)，平均覆蓋深度為2887%。王仙萍等[25]利用14對(duì)SSR引物研究了13個(gè)紫蘇品種（系）的親緣關(guān)系和遺傳多樣性分析。結(jié)果表明：13個(gè)紫蘇品種（系）中共檢測(cè)出51條清晰DNA條帶，其中多態(tài)性條帶47條，占92.16%;13個(gè)紫蘇品種（系）的遺傳距離為0086～0.576，平均遺傳距離為0.336;遺傳相似性系數(shù)為0424～0.914，平均遺傳相似性系數(shù)為0.654;在遺傳距離（SM）為0.59時(shí)，13個(gè)紫蘇品種（系）可聚為2個(gè)類群。

3.2 ISSR標(biāo)記

王仕玉等[26]利用14條引物對(duì)滇產(chǎn)16份紫蘇資源的遺傳多樣性進(jìn)行ISSR分析，共擴(kuò)增出128個(gè)條帶，其中81個(gè)為多態(tài)帶，平均多態(tài)率為62.54%，表明云南紫蘇資源的遺傳多樣性程度較高;采用SPSS16.0軟件分析，16份滇產(chǎn)紫蘇資源間的Rogers-Tanimoto相似性系數(shù)界于0463～0.882之間。UPGMA法聚類將16份紫蘇資源分為5類，分別對(duì)應(yīng)紫蘇種下的5個(gè)變種。陳俊錕等[27]采用ISSR標(biāo)記對(duì)表型鑒選的10份具有典型植物學(xué)性狀、來源于不同生態(tài)區(qū)域的紫蘇屬植物種系分類進(jìn)行研究。結(jié)果表明：采用ISSR引物進(jìn)行擴(kuò)增共獲得多態(tài)性條帶266個(gè)，平均多態(tài)性比率為56.74%。10份材料間遺傳距離為0.690 4～0.975 6，遺傳一致度為0.024 7～0.3704;10份紫蘇種質(zhì)資源可分為2大類群，每個(gè)類群包括2個(gè)變種。

3.3 SNP標(biāo)記

羅玉明等[28]運(yùn)用Clustral X 1.8、MEGA 3.0進(jìn)行排序和SNP分析，紫蘇屬各變種（紫蘇、白蘇、雞冠蘇和耳齒紫蘇等）的rDNA ITS區(qū)全序列共有615～618 bp的長(zhǎng)度，ITS1為233～235 bp，5.8S為179 bp，ITS2為203～204 bp，GC含量為61.5%～61.9%;編碼區(qū)SNP（cSNP）所有的SNP均只具2個(gè)等位多態(tài)性。

3.4 SRAP標(biāo)記 蔡順順等[29]采用SRAP分子標(biāo)記方法對(duì)來自四川、重慶的10份紫蘇材料進(jìn)行遺傳多樣性分析，26對(duì)SRAP引物組合擴(kuò)增出167個(gè)條帶，多態(tài)比率（PPB）為5157，10份材料的遺傳距離變化范圍為0.098 8～0.916 3，平均為0.490 8。用籽材料中，四川和重慶地區(qū)的平均多態(tài)位點(diǎn)百分率為27.25，在2個(gè)地區(qū)間，SRAP標(biāo)記的平均H值分別為0.149 6和0.232 8;平均Ⅰ值為0.221 1和0.350 8?；輼s奎[18]利用11對(duì)SRAP引物對(duì)26份紫蘇材料進(jìn)行擴(kuò)增，共擴(kuò)增出188個(gè)條帶，其中116個(gè)條帶具有多態(tài)性，多態(tài)位點(diǎn)的百分?jǐn)?shù)（p）為61.7%，平均每對(duì)引物的多態(tài)性條帶數(shù)為10.5;26份紫蘇材料存在著較豐富的遺傳多樣性，紫蘇和白蘇在形態(tài)學(xué)和分子標(biāo)記水平上都存在較大差異，應(yīng)將白蘇單列一變種。

4 展望

紫蘇作為油料、蔬菜和中藥作物，是國(guó)家衛(wèi)生部首批頒布的藥食兼用的60種物品之一（衛(wèi)生部藥典編寫委員會(huì)，1990）。紫蘇種子含有脂肪、蛋白質(zhì)、粗纖維、非氮物質(zhì)和灰分。紫蘇油富含a-亞麻酸。隨著人民生活水平的提高和食品結(jié)構(gòu)的變化，紫蘇籽油將成為我國(guó)人民a-亞麻酸的主要來源，紫蘇種子應(yīng)用前景廣闊。目前關(guān)于紫蘇種質(zhì)資源方面的研究較少，要加強(qiáng)紫蘇分子水平方面的研究。

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