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GAP概论教程第三章种质和繁殖材料
第三章种质和繁殖材料
第一节物种和物种鉴定
一、种质和种质资源
从遗传学观点,种质(gennplasm)是指“决定生物种性,并将其丰富的遗传信息从亲代传递给后代的遗传物质总体”,它是决定药材品质的内在因素。
种质学说是新达尔文主义的创始人魏斯曼(Weismann,A.1834一1914)提出,以后得到许多科学家的修正和发展,现在认识到,种质并不单指生殖细胞,而是包括所有细胞核里的染色体和载在它上面的基因。
种质资源(gemlplasmresources)是指“能够繁殖后代并保持稳定的遗传性状的(动)植物材料的统称,如孢子、种子及供繁殖用的细胞和组织等”。
各种药材其性味功能不同,含有的活性成分不同,都与其具有的不同种质有关。
对于各种不同种质来源,必须用科学的方法加以区分,才能避免药材品种的混淆,保证其真实性和有效性。
目前普遍应用的方法是(动)植物分类学方法。
二、物种概念
物种(species)是生物分类的基本单位,是实际存在的生物种群。
一个种的成员具有相似的形态特征,共同的祖源,在通常情况下生殖隔离,即不与他种杂交,在地球上占有一定的分布区(现时的或历史的)。
物种既是进化的单位,又是生态系统中的功能单位。
每一物种都由若干分散的、不连续居住场所形成大大小小的群体所组成,这些群体叫居群(population)或叫种群(spedespopuladon)。
个体组成居群,居群组成物种,每个居群所有成员共有一个基因库。
区分物种的标准:
1.形态学标准即物种的表型特征。
同种植物具有相似的形态特征,特别是那些遗传保守性很强的部位如花器、种子等繁殖器官。
2.遗传学标准同一种物种共有一个基因库,可互相交配繁殖。
异种间具有生殖隔离,即不交配或交配后代的不育等,这就揭示了物种遗传学的特征,但这一标准不适用于无性生殖的生物。
3.生态学标准每一物种都占有一个生态位,在生态系统中都处于它所能达到的最佳适应状态,就像在适应场上,占据一个适应峰。
近年来,在物种分类上出现了一些新观点和新方法。
如分子分类学和化学分类学等。
从可操作性上考虑,物种可以简单地理解为:
形态上可与其他种区分;遗传上可与其他种有效隔离;地理上占有一定分布区。
现举例蒙古黄芪与膜荚黄芪为例说明(表3-1):
表3-1蒙古黄芪与膜荚黄芪的比较
蒙古黄芪
膜荚黄芪
AstragalusmongolicusBge.
A.mernbranceus(P\sch)Bge.
植株地上部分较纤弱
植株地上部分较健壮
小叶小,每复叶有15~30对小叶
小叶较大,每复叶有16—21对小叶
深根性明显,通常无二级分枝
深根性较弱,易产生分枝
花大,排列疏松,花期6月中旬至7月上旬(沈阳),每花序有花5—18朵;子房无毛,果期7—8月
花较小,排列紧密,花期8月初至9月初(沈阳);每花序有花15~30朵;子房有毛;果期8~10期
分布于我国华北;半干旱过渡地区,降水量及相对湿度较低,土壤贫瘠,缺水
分布于我国东北、西北部;中生地区,降水量及相对湿度较高,土壤肥力较高,水分相对充足
注:
两种在胚胎学、染色体及游离氨基酸等项也有差异。
三、种下等级的分类
自然界里的生物由于种种因素,内在因素(遗传变异)或外在因素(环境改变)均可导致生物变异,产生亚种、变种、变型等等。
1.亚种(subspecies)是指种内地理分布上有其不同的区域,在形态上又有一定区别的类群。
它的区分主要强调种内分化的地理因素,故又称为地理亚种,如柴黄姜DioscoreanipponicaMakinosubsp.Rosthoenii(PrainetBurkill)C.T.Ting是穿龙薯蓣D.nipponica的地理亚种,前者分布于秦岭以南,植物健壮,染色体(4x=40),根茎无剥落栓皮,薯蓣皂苷含量较低,平均为1.25%;后者分布秦岭以北地区(西北、东北及至俄罗斯),植株相对纤弱,染色体2x=20,根茎具剥离栓皮,薯蓣皂苷含量较高,平均为1.5%~2.0%。
2.变种(varietas)形态上与原来的种已有区别,甚至已有较大的区别,但基本特性仍未超出原种范围的一群个体。
如大果山楂CrataegusponnatifidaBungevar.majorN.E.Br.是山楂CrataeguspinnatifidaBunge的变种。
3.变型(forma)植物变种下的一个分类等级。
指植物形态性状变异较小,如毛的有无、花色不同等。
重齿当归AngelicapubescensMaxim.f.6iserrataShanetYuan是毛当归AngelicdpubescensMaxim.的变型。
4.化学型(chemotype,chenlofomla)种内化学成分变化的植物类群,是由于遗传因子的多态现象或地理生态因子形成的,它们在形态上可能无明显差异,但在化学成分的组成、含量或结构上有差异,如亚洲薄荷(Menthaasiaticaboriss)有两个化学型:
产于高海拔地区(新疆阿勒泰)的种群(Ⅰ型)含有薄荷酮和薄荷醇,而产于低海拔地区(乌鲁木齐、吐鲁番)的种群(Ⅱ型)含较多的氧化胡椒酮和氧化胡椒烯酮。
又如黄樟〔Cinnamomumparthenoxylen(Jack.)Nees〕富含挥发油,存在多种化学型:
chf.Ⅰ(大叶芳樟):
主含d—芳樟醇(d—linal01),94.29%;chf.Ⅱ(姜樟):
主含Q—柠檬醛43.34%,β—柠檬醛28.79%;chf.Ⅲ主含松油醇25.21%,Q蒎烯22.46%,chf.(大叶油樟)主含1—8—桉叶油素62.43%;chf.V(大叶脑樟)主含樟脑86.66%;chf。
Ⅵ(青味樟)主含丁香酚甲醚71.48%等等。
目前,有关中药原植物的化学型研究尚少,但对药用植物的栽培与利用具有重大意义。
5.栽培品种(cultivar.或cv.cultivatedvariety)这一术语属于栽培范畴,它是指人们在一定生态条件和经济条件下,根据需要经过选择、培育创造出的某种生物的新群体,这一群体应具有相对稳定的遗传性、性状的一致性和适应的地域性,并应满足人类的某种需要。
因此它具有农学的和经济学的双重概念。
如宁夏枸杞(LychiumbarbarumL.)新品种宁杞l号和宁杞2号等。
四、植物鉴定与命名
GAP要求对栽培的或采集的药用植物准确进行物种鉴定,并记录其中文名和学名。
(一)鉴定工作准备
1.采集与制作供鉴定用的标本(凭证标本)要求采集不同时期,主要应是花果期的标本,最好带有药用部分。
标本应具有代表性与典型性,并应附有植物性状、生境、产地、采集时期,采集人等记录,特别对容易变化的性状如气味、颜色、毛被等应记录。
凭证标本,应压制3~5份,供鉴定及保存之用。
2.要追溯栽培植物的来源及原产地的地理、气候、植被、区系成分等资料如果是从外地引进的种子、种苗,可以进行种子、幼苗鉴定,还可以进行播种、栽培试验,争取拿到发育成熟植株的标本,以供鉴定。
(二)鉴定方法
根据植物特征,查阅《中国高等植物科属检索表》,《中国植物志》,各省区的植物志或中药志,进行比较核对。
各种植物都有其可识别的特征,一种植物的特征性状往往不只是一个,而是一组,即特征组合,组内特征互相关联,具有相关差异性(Correlativediffe-fences)。
如桔梗有蓝花、白花两个类型。
蓝花茎高,根瘦小;白花茎矮,根肥厚,这两组特征是不会交差出现的。
鉴定标本也可去有关植物研究所,如中国科学院植物研究所标本馆,南京中山植物园标本馆(华东)、昆明植物所标本馆(西南)、华南植物所标本馆(华南)、武汉植物所标本馆(华中)、西北植物所标本馆(西北)、应用生态研究所标本馆(东北)核对标本。
但标本的鉴定非一日之功,必须有一定的分类学基础及专科专属研究的经验,因此,物种的鉴定除查阅有关书籍和标本外,还可以委托有关单位或专家协助鉴定,一定要做到确切无误。
这里简单介绍植物检索表的查阅方法:
检索法(Key)是植物分类学者选定植物某些明显而具有可比较的特点,排列成有次序的表,以供鉴定未知植物之用。
鉴定未知植物时,可以依据检索表所指出的特点,详细观察植物,并逐条进行检索,最后就可以查出该植物所属的类别或种名。
植物分类检索表有大范围的分门、分纲或分目检索表,也有小范围的分科、分属、分种检索表,现将小檗科分属检索表列下,以供学习。
小檗科Berberidaceae分属检索表
l花蜜腺存在,多年生草本或灌木。
2 灌木;果为浆果。
3花药直裂;叶为2~3次3出复叶(1种,在我国产自河北、山东至福建、云南)…………………………………………………南天竹属NandinaThunb.
3花药以外卷裂瓣开裂;叶为单叶或羽状复叶。
4叶为单叶(约500种;我国约200种,主产西部和西南部)…………………………………………………小檗属BerberisL.
4叶为羽状复叶(约100种;我国约50种,主产西南 部)…………………………………………………十大功劳属MahoniaL.
2 多年生草木;果为蒴果或膜质。
5胚珠多数;果为蒴果;小叶不分裂(约20余种;我国13种,产吉林、辽宁、山西、河南、陕西、甘肃、四川、云南、贵州、广西、湖南、江西、安徽、浙江、福建)……………………………谣羊藿属EpimediumL.
5胚珠少数;果膜质;小叶2—3裂。
6根状茎横生;果植易开裂,花成顶生圆锥花序;小叶不分裂(2种;我国1种,产东北、陕西、甘肃、四川、湖北、浙江、安徽)………红毛七属CaulophyllumMichx.
6 根状茎块状;果不开裂或在顶端不规则开裂;花成总状花序(约12种;我国3种,产东北、新疆、内蒙古、安徽、浙江)……………·牡丹草属LeonticeL.
1 花蜜腺不存在;多年生草本。
7种子多数。
8果为浆果;种子无假种皮。
9花单生;雄蕊6~18枚,花药向外开裂;无花柱,柱头盾状(约2种;我国1种,产甘肃、湖北、四川、西藏)………………………鬼臼属PodophyllumL.
9伞形花序;雄蕊4.-~6枚;花药向内开裂;有花柱,柱头球形(约7种,产我国西南、华中、华东、华南等省份)………角莲属DysosmaR.E.Woodson
8果为革质蒴果;种子有假种皮(2种;我国1种,产东北)……………………鲜黄连属JeffersoniaBarton
7 种子少数;花萼与花瓣存在;花成伞形花序或呈伞房状;叶为单叶,深2裂(3种;我国1种,产陕西、甘肃、湖北、云南)…………山荷叶属DiphyUeiaMichx.
除上述经典方法鉴定外,还可以借助一些现代方法:
花粉观察:
显微镜下观察花粉的形状、大小、纹饰、孔沟等。
染色体:
采集植物的幼嫩生长细胞(通常用根尖细胞)或花粉母细胞,染色后制片,观察染色体的数目、核型等。
分子生物学方法:
①蛋白质比较,可以进行血清免疫学比较(原理近似于人的血型鉴定),也可以进行各类酶的比较(电泳法等)。
②DNA比较,目前使用较多的如RAPD方法和ITS方法。
在进行上述方法时,通常需要从活体、采样,并应考虑到可能有个体差异的存在,也应考虑到物种进化的连续性。
因此,在设计试验时,要注意样本的大小;处理研究结果资料时,要尽可能进行全面的综合分析,谨慎做出结论。
(三)植物命名中药或其原植物往往有多个名称,如中文名、地方名或通俗名以及外文名等,有的十分混乱,张冠李戴,影响文化交流与科学研究。
国际上植物名通常用拉丁文命名,叫拉丁学名或学名,它通常是由三部分组成:
属名、种加词(种名)、命名人。
如黄连CoptischinensisFranch.
属名 种加词命名人
在命名人部分,有时出现以下情况,所表示的意义分别说明如下
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