远志论文

1历史与综述

1.1多倍体的概念

一般所讲的多倍体（ppolyploid）是指染色体的数目在3（3x）或3以上（>3x）的个体。多倍体在生物界广泛存在,常见于高等植物中,由于染色体组来源不同,可分为同源多倍体和异源多倍体。前者指增加的染色体来源于同一物种，在植物界中常见，如马铃薯、西瓜、长山药、葡萄等；后者则是不同的种杂交产生的杂种后代,经过染色体加倍形成的多倍体，常通过人工方法进行培育，如红花、苹果、梨、樱桃、菊、水仙、郁金香等等。植物界中多倍体是极为常见的，藻类和真菌中都掌握了存在多倍体的例证。在高等植物中，苔藓植物53%是多倍体，蕨类植物约97%是多倍体，裸子植物约5%是多倍体，被子植物约70%是多倍体。自1937年Blakelee和Avery发现秋水仙素（colchicine）诱导染色体加倍的效果后，掀起了植物诱变多倍体的热潮，1937年也被称为“多倍体新时代的开始”。杂交和多倍化是高等植物物种形成和进化的最重要途径之一，约70%的被子植物在其进化过程中曾经经历过一次或多次多倍化事件，而多倍化育种是植物育种的新途径。

1.2多倍体诱导方法

多倍体诱导就是利用人工的方法使植物的染色体加倍的方法。因为多倍体植株的一些特性对生产有利，而自然界产生多倍体的过程相当漫长，因此人们经常需要通过人工诱导的方法来获得多倍体植株。人工诱导方法目前大致可分为以下三种:

(1) 物理诱变：最早是通过打顶来实现的，后来让人们相继采用高温、低温、γ—射线、β—射线、中子、激光等辐射获得了多倍体。

(2) 化学诱变：它是以化学药剂如秋水仙素、萘骈乙烷、异生花素、氧化亚氮(N20)、甲基黄酸乙酯等处理植物组织最活跃、最旺盛的部分。这种方法具有经济方便、诱导作用专一性强等优点，成为目前应用最普遍的方法。

化学诱变处理方法有浸渍、涂抹、滴液和注射等。其中，以秋水仙素诱导效果最好。因其在浓度适宜时具有诱导频率高、所得性状稳定、对植物材料及染色体损伤相对较小，对染色体结构无显著影响等优点。秋水仙素（colchicine），一种生物碱，最初从百合科植物秋水仙（Colchicum autumnale）中提取出来。纯秋水仙素呈黄色针状结晶，熔点157℃，易溶于水、乙醇和氯仿。味苦，有毒。秋水仙素能抑制有丝分裂，破坏纺锤体，使染色体停滞在分裂中期。这种由秋水仙素引起的不正常分裂，称为秋水仙素有丝分裂（C-mitosis）。在这样的有丝分裂中，染色体虽然纵裂，但细胞不分裂，不能形成两个子细胞，因而使染色体加倍。另外，秋水仙素由于诱导率较高，常被应用于细胞学、遗传学的研究和植物育种的工作中。

(3) 生物诱导主要；利用胚乳培养、体细胞杂交等技术产生多倍体。这一技术尚处于

探索阶段，有待进一步研究。因此，目前人工诱导让白色体加倍仍然以化学诱变为主。

1.3多倍体的形态及生理特征

一般而言，同源多倍体与二倍体比较具有下列形态特征：

（1）植株粗壮，生长势强，生育期延长

多倍体植物由于染色体加倍，其外部形态特征和二倍体有明显的差别。主要表现在根、茎、叶的形态和大小上。一般而言，同源多倍体植株高大，生长势强，茎粗、叶厚，叶片长度、宽度增长率大，叶面积增加，生活力增强，分枝数和叶片数减少，生长期延长。如西瓜同源四倍体、同源三倍体与二倍体叶片保卫细胞叶绿体数目之比为4：3：2。黄瓜四倍体植株保卫细胞平均叶绿体数（17.8）是二倍体（9.7）的 1.8倍（Compton 和Gray,1999）。

（2）多倍体植株的花器增大，育性降低

多倍体植株的花器、花粉粒增大，花粉萌发孔增多，种子增大，结实率降低，种子萌发率弱，三倍体介于二倍体和四倍体之间，几乎全不育。如荞麦、梨、桃、葡萄、板栗、菠萝等四倍体的花粉粒直径都比二倍体的花粉粒增大20%～30%，体积增大73%～120%。多倍体常常育性降低，但降低的程度却因不同的基因型差异而差别很大，如同源四倍体玉米的育性一般下降85%～95%，同源四倍体柑桔花粉育性仅为二倍体的60%，同源四倍体草棉则几乎不育。奇倍数的同源多倍体育性更低，如三倍体完全不育。植物多倍体植株育性降低或完全不育。

（3）抗性增强

多倍体(特别是异源多倍体)等位基因杂合性提高了它们的遗传多样性和适应能力。因此，多倍体对不良环境的抵抗力也比二倍体强。如三倍体和四倍体西瓜对枯萎病有较强的抗性，四倍体萝卜对普通根肿病的抗性比二倍体高，不结球白菜四倍体较二倍体的抗寒性、抗热性及抗病性有明显的提高。

（4）有机营养物质成分及其含量变化

由于生长缓慢，代谢强度改变，多倍体的化学成分如氮、碳化合物，植物碱等有机物含量增加。如不结球白菜四倍体较二倍体氨基酸总量增加4.14%，还原糖增加24%，粗纤维却减少12.7%。三倍体甜菜比二倍体含糖量增加4.9%，杭白芷多倍体药用成分欧前胡素含量比原植物高出近2倍。

（5）维生素及矿物质也有增加

多倍体一般含有较多的维生素和矿物质,如四倍体番茄和甘蓝的维生素C含量均比相应的二倍体含量高。如不结球白菜四倍体较二倍体维生素C增加30%，而且Ca、P、Fe 3种矿质元素成倍或数倍的增加。

1.4药用植物及其多倍体的发展应用与意义

药用植物是一类具有特殊用途的经济植物。在我国，药用植物经过几千年的应用发

展，已经形成了具有悠久历史的传统中医药，是中草药药材的主要组成部分（约占80%），其质量的优劣直接影响中药系列产品的质量和疗效。近年来，由于生态环境的不断恶化和人类的过度采挖，造成了药用植物资源的严重不足，因而药用植物的多倍体育种在实践中具有重要的意义。

药用植物多倍体的人工诱变几乎是同把秋水仙碱应用于多倍体诱变工作的同一时刻出现的，1937年Blakeslee和Avery用秋水仙素诱导植物多倍体最成功的材料曼佗罗在我国便是一味中药。在以后的发展中，国外学者把我们称之为药材的植物在其国家是作为香料植物、观赏植物和蔬菜作物等来进行多倍体诱变的，在我国，虽然对中草药的利用有千百年的历史了，中草药可以说是我国的国粹之一，然而我们对中草药的利用主要还是其野生资源，或者是对部分野生中草药进行人工栽培，而对药用植物的育种工作则相对较少。与粮食、蔬菜、果树等作物相比较，我国的药用植物育种工作起步较晚，药用植物育种学还是一门新的学科。多倍体在自然界植物中的普遍存在和巨大成功以及多倍体植株所具有的一些相对于二倍体的优势，引起了育种家的极大兴趣，并开始了药用植物人工诱导多倍体。据不完全统计，目前染色体加倍已在多种药用植物中获得成功，这些植物包括：黄花蒿、鬼针草、菊花脑、牛蒡、白术、芫荽、当归、川白芷、杭白芷、黄芩、丹参、南丹神、桔梗、芦荟、库拉索芦荟、药用百合、川贝母、黄花菜、红千层、生姜、芜菁、刺果甘草、黄芪、杜仲、枸杞、金荞麦、盾叶薯蓣等27种，除此之外，张汉明等在一篇综述中提到在党参、宁夏枸杞、向日葵、三叉蝶豆、杂交碧冬茄、莨菪、胜红蓟、具苞罂粟、茼蒿、鹰嘴豆、牛膝、飞燕草、菘蓝等药用植物中也都获得成功，它们主要分布于伞形科、菊科、唇形科、百合科等13个科，20多个属，其中包括芦荟、当归、川贝母、鬼针草、菊花脑、黄芩等珍稀药用植物。多倍体药用植物不但具有许多优良特征，还蕴育着丰富的遗传变异潜力，所以，目前许多国内外育种专家有目的地进行药用植物多倍体诱变育种。

1.5远志简介

远志（Polygala tenuifolia Willd.）为远志科(P. tenuifolia secco)远志属(P. tenuifolia genera)植物，别名五瓣莲、日日草、雁来红、日日新、四时春、三万花。有7种原产于马达加斯加，1种原产于印度。性喜高温高湿，耐半荫。

远志为多年生草本植物，高20-40厘米。根圆柱形，长达40厘米，肥厚，淡黄白色，具少数侧根。茎直立或斜上，丛生，上部多分枝。叶互生，狭线形或线状披针形，长1-4厘米，宽1-3毫米，先端渐尖，基部渐窄，全缘，无柄或近无柄。总状花序长约2-14厘米，偏侧生与小枝顶端，细弱，通常稍弯曲；花淡蓝紫色，长6毫米；花梗细弱，长3-6毫米；苞片3，极小，易脱落；萼片的外轮3片比较小，线状披针形，长约2毫米，内轮2片呈花瓣状，成稍弯些的长圆状倒卵形，长5-6毫米，宽2-3毫米；花瓣的2侧瓣倒卵形，长约4毫米，中央花瓣较大，呈龙骨瓣状，背面顶端有撕裂成条的鸡冠状附属物；雄蕊8，花丝连合成鞘状；子房倒卵形，扁平，花柱线形，弯垂，柱头二裂。蒴