吳文嬙++王曉倩++翟李楠

摘 要 我國(guó)蘊(yùn)藏著豐富的薯蕷種質(zhì)資源，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)薯蕷種質(zhì)資源開展了大量遺傳多樣性的研究。主要從形態(tài)水平、細(xì)胞染色體水平、生化水平和分子水平4個(gè)方面綜述大薯、山藥、黃獨(dú)、盾葉薯蕷等物種遺傳多樣性的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，簡(jiǎn)要介紹薯蕷屬植物的經(jīng)濟(jì)和育種價(jià)值，為薯蕷種質(zhì)的開發(fā)和利用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 薯蕷屬 ；遺傳多樣性 ；研究進(jìn)展

分類號(hào) S632.1

薯蕷屬（Dioscorea）是薯蕷科（Dioscoreaceae）單子葉植物，多年生纏繞藤本，其地下塊莖具有重要的食用和藥用價(jià)值[1]。薯蕷屬主要分布在熱帶和亞熱帶地區(qū)，溫帶地區(qū)也有部分種的分布。我國(guó)僅有薯蕷屬一屬，約55個(gè)種，11個(gè)亞種，1個(gè)變種，在長(zhǎng)江以南各省均有種植，以西南和華南分布的種類最多[2-4]。普遍認(rèn)為我國(guó)薯蕷植物有49種，劃分為6個(gè)自然組：根狀莖組、T字形毛組、頂生翅組、基生翅組、復(fù)葉組和周生翅組[5]。目前，研究較多的藥食兼用的種有大薯（Dioscorea alata）、山藥（Dioscorea opposita）、甘薯（Dioscorea esculenta）、山薯（Dioscorea fordii）、褐苞薯蕷（Dioscarea persimilis）、日本薯蕷（Dioscorea japonica）等，藥用的薯蕷物種主要有盾葉薯蕷（Dioscorea zingiberensis）、穿龍薯蕷（Dioscorea nipponica）、黃獨(dú)（Dioscorea bulbifera L.）、菊葉薯蕷（Dioscorea camposita）、叉蕊薯蕷（Dioscorea collettii）、粉背薯蕷（Dioscorea collettii var.）等，其中以大薯、山藥種質(zhì)的研究居多。大薯在國(guó)際上特別是在非洲國(guó)家主要作為糧食作物，山藥是我國(guó)傳統(tǒng)的中藥材。除山藥為傳統(tǒng)的補(bǔ)氣藥材外，盾葉薯蕷、穿龍薯蕷、菊葉薯蕷等含有豐富的薯蕷皂苷。薯蕷皂苷具有廣泛的藥用價(jià)值，不僅可用于治療心血管病疾病，還是甾體激素的前體。

目前，薯蕷栽培作物較少通過人工雜交進(jìn)行育種，生產(chǎn)上栽培的薯蕷主要是經(jīng)過長(zhǎng)期馴化和有針對(duì)性的選種得來。大部分種質(zhì)資源遺傳背景復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外研究主要集中在薯蕷屬植物的農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀的測(cè)量以及遺傳多樣性的分析方面。遺傳多樣性的研究為揭示不同國(guó)家和地理區(qū)域的薯蕷種質(zhì)資源的變異類型、居群遺傳結(jié)構(gòu)和進(jìn)化特點(diǎn)以及分類提供了科學(xué)依據(jù)，也為進(jìn)一步的薯蕷雜交育種和品種改良奠定了基礎(chǔ)。

1 薯蕷屬植物形態(tài)性狀的遺傳多樣性研究

薯蕷屬葉片的基本性狀有：?jiǎn)稳~或掌狀復(fù)葉，葉中脈和側(cè)脈由葉基發(fā)出，有掌狀脈或網(wǎng)脈，葉序主要為葉互生。大薯、山藥等對(duì)生和互生兼有，大薯、山藥、褐苞薯蕷、黃獨(dú)等部分物種的葉腋內(nèi)有珠芽（即零余子）。大部分薯蕷屬的物種花單性，雌雄異株，但是目前在山薯、盾葉薯蕷等物種中發(fā)現(xiàn)有雌雄同株乃至雌雄同序[6]。薯蕷屬植物中的雄花序常為穗狀，難以完全開放，自然條件下往往靠蟲媒進(jìn)行授粉；大部分種類的雌花具有退化雄蕊。蒴果三棱形，開裂為3個(gè)果瓣，種子有膜質(zhì)翅。薯蕷屬植物大多具有地下根狀莖或塊莖，其薯塊形狀、內(nèi)外表皮的顏色、薯肉的顏色、結(jié)薯的數(shù)量、入土的深度、化學(xué)成分因種類而不同[7]。目前主要根據(jù)薯蕷屬植株的葉片大小、葉型、葉色、葉脈、薯塊形狀、薯肉色等進(jìn)行形態(tài)學(xué)遺傳多樣性的研究，為植物分類提供一定的理論依據(jù)。

1.1 山藥種質(zhì)形態(tài)性狀的遺傳多樣性研究

山藥又名薯蕷、懷山藥等，目前國(guó)內(nèi)有關(guān)山藥形態(tài)學(xué)遺傳多樣性的報(bào)道較多。蔡金輝等[8]通過對(duì)山藥的莖蔓、棱翼等22項(xiàng)植物學(xué)性狀和塊莖皮層、肉質(zhì)等8項(xiàng)感官品質(zhì)性狀進(jìn)行鑒別，將山藥分為普通山藥與田薯2個(gè)種以及長(zhǎng)山藥、棒山藥、長(zhǎng)柱形、圓筒形和扁塊形山藥5個(gè)變種，再進(jìn)一步細(xì)分為10個(gè)品種群，包含了長(zhǎng)山藥3個(gè)品種群、棒山藥1個(gè)品種群、長(zhǎng)柱形山藥、圓筒形山藥和扁塊形山藥各2種品種群，并編制了山藥種-變種-品種群的分類檢索表。王飛等[9]在形態(tài)學(xué)水平上對(duì)山藥的分類作了初步研究，對(duì)4個(gè)山藥栽培品種太谷山藥、鐵棍山藥、花籽山藥、日本白山藥和1個(gè)野生山藥資源進(jìn)行了農(nóng)藝性狀調(diào)查，結(jié)果表明：花籽山藥生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，產(chǎn)量最高；其次是日本山藥；太谷山藥生長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量水平中等；嵩縣野山藥產(chǎn)量水平居中等，生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)；鐵棍山藥生長(zhǎng)勢(shì)較弱，產(chǎn)量水平最低。梁任繁等[10]對(duì)12份來自廣西不同地區(qū)的山藥種質(zhì)資源進(jìn)行了12個(gè)農(nóng)藝性狀的調(diào)查，按葉長(zhǎng)、葉寬、葉裂深度、葉柄長(zhǎng)、莖蔓直徑、出苗天數(shù)分別聚類可將材料分為5、7、5、6、3、3個(gè)類群，根據(jù)全部表型性狀，可將12份山藥種質(zhì)分為北方山藥、南方山藥、野生山藥、田薯型4個(gè)類群。吳志剛等[11]對(duì)溫州山藥的表型性狀進(jìn)行多樣性研究，結(jié)果顯示，6個(gè)所測(cè)表型性狀平均變異系數(shù)為13.46%～72.15%，其中塊莖形狀和顏色特征的變異最為豐富。華樹妹等[12]用系統(tǒng)聚類法研究了山藥的15個(gè)農(nóng)藝性狀，并構(gòu)建遺傳距離樹狀圖，結(jié)果表明：根據(jù)地上部長(zhǎng)勢(shì)的強(qiáng)弱可將34份山藥資源劃分成2大類；當(dāng)絕對(duì)值距離在9～13時(shí)，生長(zhǎng)勢(shì)較弱的一類又可分為2個(gè)亞類，一類為分枝具黃褐皮色的長(zhǎng)狀山藥，另一類為棒狀山藥及參薯；絕對(duì)距離在8左右時(shí)，又可將棒狀山藥和參薯分開。Norman等[13]對(duì)來自塞拉利昂的52份山藥種質(zhì)的28個(gè)表型性狀進(jìn)行主成分分析和聚類分析，研究發(fā)現(xiàn)，其種內(nèi)變異較大，52份材料可依據(jù)塊莖的形狀分為長(zhǎng)圓形、橢圓形、長(zhǎng)方形、圓形和圓柱形，其廣泛的遺傳多樣性可在山藥的高產(chǎn)和其它所需性狀，如抗病蟲害等育種中發(fā)揮巨大作用。黃玉仙等[14]對(duì)薯蕷植株進(jìn)行定性觀察和定量測(cè)定，主成分分析和聚類分析結(jié)果顯示，94份薯蕷種質(zhì)在24個(gè)測(cè)定的性狀上變異非常豐富，葉片大小和根莖變異均較大，并將之分為4個(gè)類群，分別屬于山藥、褐苞薯蕷、山薯和參薯。覃維治等[15]對(duì)收集的44份淮山藥種質(zhì)資源的19個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查，其中12個(gè)質(zhì)量性狀中遺傳多樣性指數(shù)最高為葉形，7個(gè)數(shù)量性狀中遺傳多樣性指數(shù)最高為薯塊長(zhǎng)度，單株產(chǎn)量變異系數(shù)最大，各種質(zhì)間的農(nóng)藝性狀差異顯著，種質(zhì)間的親緣關(guān)系呈現(xiàn)一定地域生態(tài)環(huán)境規(guī)律。以上研究表明，山藥含有豐富的形態(tài)學(xué)變異，形態(tài)學(xué)性狀的遺傳多樣性為山藥與薯蕷屬其它種的分類提供了一定的理論依據(jù)。

1.2 大薯種質(zhì)形態(tài)性狀的遺傳多樣性研究

大薯又名參薯，其塊莖野生的多為圓柱形或棒形，栽培的變化較大，由于大薯其產(chǎn)量潛力較大，在非洲一些國(guó)家是僅次于木薯的第二大糧食作物，國(guó)外對(duì)其形態(tài)學(xué)研究也較多。Shiwachi[16]對(duì)從日本收集的36份大薯種質(zhì)進(jìn)行了形態(tài)學(xué)、生態(tài)學(xué)及綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)葉柄與塊莖表皮顏色相關(guān)程度為90%，而與塊莖肉只有40%的相關(guān)性，塊莖干重與其生長(zhǎng)周期密切相關(guān)。Nagashima等[17]對(duì)從巴布亞新幾內(nèi)亞收集的15份大薯地方品種的特性和種內(nèi)塊莖淀粉的差異進(jìn)行了研究， 并且與懷山藥Nagaimo進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，在淀粉粒徑、最大吸收波長(zhǎng)、膨潤(rùn)力、溶解度等特性上，大薯種內(nèi)存在顯著差異。Amlnah等[18]對(duì)馬來西亞當(dāng)?shù)氐拇笫矸N質(zhì)在2種不同土壤類型環(huán)境下的形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，基于葉片、莖干、薯塊上的差異分成3組。第1組種質(zhì)塊莖表皮為紅色，薯肉紫色，淀粉致密；第2份種質(zhì)塊莖表皮為白色，薯塊肉質(zhì)為白紫色；第1組和第2組種質(zhì)剛展開的嫩葉和莖干均為淡紅色，葉片成熟后變綠，葉柄兩端為淡紅色，這與莖干和葉片相關(guān)；第3組種質(zhì)薯塊表皮為白色，薯肉為白色，剛展開的新葉和成熟葉均為綠色。這3組種質(zhì)的莖干橫截面均為正方形，葉片心形，塊莖的分支和融合在莖基部。程文杰等[19]對(duì)133份大薯材料12個(gè)農(nóng)藝性狀（葉尖類型、葉色、葉片對(duì)/互生情況、莖棱數(shù)情況、自旋程度、自旋方向、纏繞方向、莖有無棱、感病情況、莖基部直徑、葉長(zhǎng)寬比、單株平均產(chǎn)量）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在歐式距離為1.2時(shí)，可以將材料分為6個(gè)大類。以上研究表明，大薯存在豐富的種內(nèi)變異，表型性狀的差異為進(jìn)一步分類提供依據(jù)，也為大薯的生產(chǎn)應(yīng)用提供一定理論基礎(chǔ)。

1.3 盾葉薯蕷種質(zhì)形態(tài)性狀的遺傳多樣性研究

盾葉薯蕷俗稱黃姜，為多年生植物，隸屬于薯蕷科薯蕷屬根狀莖組，為我國(guó)特有種。盾葉薯蕷富含薯蕷皂苷，是生產(chǎn)上主要提煉薯蕷皂苷的植物。目前盾葉薯蕷在遺傳背景、親緣關(guān)系及基因組的遺傳多樣性方面的研究報(bào)道較少，主要集中在生物學(xué)特性方面的研究。李朝陽等[20]對(duì)收集自湖北武當(dāng)山、湖南南部和西北部的12個(gè)盾葉薯蕷居群的生長(zhǎng)狀況及葉色、葉形、葉寬、葉長(zhǎng)、葉基、葉張角等12個(gè)形態(tài)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查研究，結(jié)果將它們分為長(zhǎng)葉形和寬葉形兩大類型。杭悅宇等[21]對(duì)來自11個(gè)居群的82個(gè)盾葉薯蕷單株進(jìn)行了葉片的7個(gè)形態(tài)特征值的測(cè)量，研究發(fā)現(xiàn)各個(gè)特征值變異很大，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差均超過0.2；采用UPGMA將82份單株聚為三大類群：長(zhǎng)葉型、寬葉型和普通型。薛炎等[22]對(duì)盾葉薯蕷形態(tài)結(jié)構(gòu)的多樣性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同居群盾葉薯蕷的葉片、地上莖、地下塊莖、花和果實(shí)在形態(tài)上有較大差異，研究表明以上形態(tài)差異可能與其皂苷含量有一定關(guān)系。

1.4 薯蕷屬其它植物形態(tài)性狀的遺傳多樣性研究

薯蕷屬其它作物也有相關(guān)形態(tài)性狀遺傳多樣性方面的研究報(bào)道，可根據(jù)零余子、花藥、脈序等性狀進(jìn)行分類。Prain等[23]最早在1936年根據(jù)黃獨(dú)零余子的形態(tài)、大小、根莖和葉片形態(tài)等性狀，將亞洲黃獨(dú)定為原變種，種下分9個(gè)變種；非洲黃獨(dú)為變種；中國(guó)黃獨(dú)除原變種外，還存在雷公薯、黃金山藥等變種。中國(guó)植物志[24]記載叉蕊薯蕷藥隔寬度約為花藥的1～2倍，粉背薯蕷蒴果兩端平截，藥隔寬度約為花藥的1/2，蒴果上段稍寬。而Burkill[25]曾根據(jù)藥隔分叉程度和蒴果形狀將叉蕊薯蕷和粉背薯蕷劃分為2個(gè)種。裴鑒等[26]認(rèn)為，二者外部形態(tài)差別并不大，應(yīng)定為原變種與變種。方玉霖等[27]通過觀察來自福建的薯蕷屬14個(gè)種的葉脈特征，根據(jù)脈序的差異將它們分為羽狀脈和弧形脈2種類型。不同種在一級(jí)脈的數(shù)目、方式，二級(jí)脈的夾角、走向，三級(jí)脈的類型、網(wǎng)眼發(fā)育情況等方面存在差異，且這些性狀相對(duì)穩(wěn)定，表明脈序?qū)κ硎殞俚闹参飳W(xué)分類具有參考價(jià)值，并建立了薯蕷屬植物葉脈序分種的檢索表。

2 薯蕷屬植物細(xì)胞染色體的遺傳多樣性研究

薯蕷屬植物的染色體數(shù)目變異較大，且倍性復(fù)雜。在薯蕷屬植物中，通過顯微鏡觀察染色體數(shù)目是倍數(shù)評(píng)估的傳統(tǒng)方法[28-29]，但薯蕷屬植物的染色體非常小，這對(duì)于染色體數(shù)目的統(tǒng)計(jì)以及進(jìn)一步核型分析來說顯得比較困難。流式細(xì)胞術(shù)（FCM）只需要少量的植物組織就能準(zhǔn)確、快速、大規(guī)模地分析物質(zhì)細(xì)胞核[30]，該技術(shù)已經(jīng)成功地運(yùn)用在大薯的倍性分析和基因組大小的評(píng)估上[31-33]。Baquar[34]對(duì)尼日利亞薯蕷屬9個(gè)種的染色體進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，種間和種內(nèi)的染色體數(shù)目存在較大的變異。其中參薯薯蕷染色體倍數(shù)較高；毛薯染色體較??；阿比尼西亞薯蕷有4種不同的染色體數(shù)目，分別為36、40、45和54，36條染色體的品種塊莖為白色，54條染色體的品種塊莖為黃色。裴鑒等[26]對(duì)薯蕷屬植物的體細(xì)胞染色體倍數(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，非洲、美洲薯蕷植物的染色體基數(shù)分別為9和10，中國(guó)根狀莖組薯蕷的染色體倍性基數(shù)為10。我國(guó)薯蕷作物根狀莖組除福建薯蕷、柴黃姜、粉背薯蕷、黃山藥為四倍體外，大部分為二倍體；復(fù)葉組的五葉薯蕷染色體倍數(shù)為4或8，頂翅組的毛膠薯蕷和粘山藥的染色體倍數(shù)為6，黃獨(dú)組的黃獨(dú)染色體倍數(shù)為4、8和10，這幾組染色體倍性復(fù)雜，大部分為多倍體，且倍數(shù)普遍較高。Baquar[35]從尼日利亞可食用山藥中選取33份隸屬于5個(gè)種的栽培山藥以及26份本土的山藥進(jìn)行染色體數(shù)目的研究，其染色體數(shù)目分別為：D. alata 2n=40、50、80；D. cayanensis 2n=54，80；D. rotundata 2n=40、60；D. dumetorum 2n=40；D.esculenta 2n=40；D. bulbifera 2n=40；D. preussii 2n=40；D. schimperana 2n=40。研究結(jié)果表明，部分種的染色體數(shù)目比較一致，染色體數(shù)目也存在種內(nèi)變異。秦慧珍等[36]對(duì)黃獨(dú)染色體進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)其種內(nèi)存在染色體倍性變異，甚至出現(xiàn)非整倍性，表現(xiàn)出其作為世界廣布種具有的較高多樣性程度。秦慧貞等[37]對(duì)中國(guó)薯蕷屬的39種和1亞種的染色體數(shù)進(jìn)行研究，認(rèn)為薯蕷屬染色體基數(shù)為10，根據(jù)染色體數(shù)目的演化，認(rèn)為薯蕷屬二倍體種類（根狀莖組）是原始的類群，塊莖的形成與多倍體種類的產(chǎn)生有關(guān)。王麗霞[38]利用根尖壓片法觀察山藥的染色體，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的染色體呈點(diǎn)狀或短棒狀，極小，很難數(shù)清，認(rèn)為佛手山藥、焦作長(zhǎng)山藥和恩施長(zhǎng)山藥的染色體數(shù)目約為40條，利用流式細(xì)胞儀進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)被檢測(cè)的山藥DNA含量是盾葉薯蕷的2倍。陳瑞陽[39]對(duì)薯蕷屬一些種的染色體進(jìn)行數(shù)目統(tǒng)計(jì)以及核型分析，其中大薯2n=80；野山藥2n=122；穿龍薯蕷2n=2x=20，2n=6x=60；薯蕷2n=122，2n=144，但可以進(jìn)行核型分析的物種卻很少?？梢娛硎殞僦参锶旧w在大小和形態(tài)上的問題阻礙了其進(jìn)一步的研究。李俏等[40]對(duì)收集自我國(guó)南方地區(qū)的20份懷山藥和19份大薯種質(zhì)進(jìn)行了形態(tài)特征的調(diào)查與染色體數(shù)目的研究，結(jié)果顯示，懷山藥和大薯形態(tài)特征豐富，染色體數(shù)目為40條或60條，形態(tài)特征與染色體數(shù)目存在一定的相關(guān)性。黃賢蘭等[41]對(duì)薯蕷屬4個(gè)種進(jìn)行了核型分析，結(jié)果顯示，小花盾葉薯蕷的核型公式K（2n）=20=8 m+12 sm；盾葉薯蕷野生種的核型公式K（2n）=20=14 m+6 sm；盾葉薯蕷栽培株系的核型公式K（2n）=40=20 m+18 sm+2 st；黃獨(dú)的核型公式K（2n）=80=34 m+46 sm；山藥的核型公式K（2n）=144=57 m+84 sm+3 st；該數(shù)據(jù)也表明，薯蕷屬植物是染色體數(shù)目和倍性復(fù)雜且存在多倍體的植物群，核型存在豐富的變異。Marie等[42]對(duì)來自喀麥?。ò⑦_(dá)馬瓦區(qū)、中部和西南部）3個(gè)地區(qū)采集的59份大薯栽培種的染色體DNA進(jìn)行流式細(xì)胞染色和測(cè)量，結(jié)果顯示，基因組大小在山藥種內(nèi)差異不大，可根據(jù)4種不同倍性水平的DNA含量將之分為4個(gè)種類，除了D. dumetorum是類二倍體外，倍性差異在所有材料中均可觀察到[43]。上述研究報(bào)道表明，薯蕷屬內(nèi)不同種的染色體數(shù)目有較大的變異，同一個(gè)種內(nèi)存在不同倍性的材料，說明薯蕷種質(zhì)的遺傳背景復(fù)雜，這對(duì)后續(xù)的雜交育種、基因工程育種都極為重要。

3 薯蕷屬植物生化同工酶的遺傳多樣性研究

同工酶技術(shù)可應(yīng)用于研究植物的種質(zhì)資源，有助于研究種的起源、演變與分類等，其在探索薯蕷屬植物資源與分類以及品種鑒定方面也有廣泛應(yīng)用。顧中之等[44]對(duì)來自我國(guó)不同省份的38份山藥種質(zhì)的塊莖淀粉酶同工酶進(jìn)行研究，在塊莖的休眠末期發(fā)現(xiàn)該同工酶酶譜組成有15種（不計(jì)分區(qū)帶）至18種類型（計(jì)算分區(qū)帶），說明了山藥塊莖淀粉酶同工酶具有多型性。不同山藥種質(zhì)的塊莖在不同的成熟期、不同的休眠階段以及取材部位的差異，都會(huì)影響酶的帶型，認(rèn)為可利用山藥塊莖淀粉酶同工酶的多型性特點(diǎn)以及山藥塊莖不同貯藏期的特異酶譜作為山藥種質(zhì)鑒別的生理生化依據(jù)。Dansi等[45]對(duì)來自貝寧的467份幾內(nèi)亞山藥進(jìn)行7個(gè)酶系統(tǒng)（AAT、EST、G6PDH、IDH、PGM、PGI、SKDH）的同工酶多態(tài)性分析，不同帶型組合分析將其中227份材料分辨出來，進(jìn)一步說明了該地區(qū)山藥種質(zhì)的遺傳多樣性。鄭曉琴等[46]對(duì)來自重慶城口的四倍體和云南期納的二倍體、三倍體盾葉薯蕷的嫩葉進(jìn)行酯酶（EST）和超氧化物歧化酶（SOD）的同工酶檢測(cè)，研究結(jié)果表明：3種類型的盾葉薯蕷之間存在相關(guān)性，由于倍性和地理分布的不同，其同工酶酶譜又表現(xiàn)出明顯的差異，但是多倍體同工酶酶帶條數(shù)較二倍體少，酶帶著色也較淺。李娟等[47]對(duì)田間農(nóng)藝性狀表現(xiàn)差異較大的6種形態(tài)類型的盾葉薯蕷進(jìn)行過氧化物酶（POD）同工酶測(cè)定，結(jié)果表明：在不同類型的盾葉薯蕷材料間存在過氧化物酶同工酶的差異，再根據(jù)酶帶分布的差異進(jìn)一步將6種盾葉薯蕷類型劃分為三大類，第一類為有花紋和無花紋大三角葉型；第二類為葉型心形，兼無花紋和有花紋小三角、無花紋小三角；第三類為有花紋心形葉型。由此證明同工酶電泳分析法可以用于薯蕷植物遺傳多樣性的研究。Eduardo等[48]通過對(duì)里貝拉島大薯商業(yè)化品種和本地種進(jìn)行同工酶標(biāo)記和集群分析，35個(gè)大薯品種被分成六大組，地方種和商業(yè)種之間存在很明顯的差異，且商業(yè)種多樣性低，地方種多樣性高。

4 薯蕷屬植物分子水平的遺傳多樣性研究

由于物種基因組在DNA分子水平上的研究不受地理環(huán)境、季節(jié)變化的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加穩(wěn)定可靠，該技術(shù)在薯蕷屬基因組的遺傳多樣性方面的研究應(yīng)用較多。

4.1 薯蕷屬植物基于RAPD技術(shù)的遺傳多樣性研究

RAPD技術(shù)以其操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快，對(duì)于遺傳基礎(chǔ)研究較薄弱的作物來說非常適用，在薯蕷屬植物種質(zhì)資源遺傳多樣性研究、品種指紋圖譜繪制、基因連鎖圖構(gòu)建等方面都有應(yīng)用。

Ramser等[49]最早運(yùn)用10個(gè)RAPD引物分析了來自非洲、亞洲、波利尼西亞的7個(gè)黃獨(dú)及變種，共擴(kuò)增出375個(gè)位點(diǎn)，僅8條共有譜帶，條帶的多態(tài)性高達(dá)97.8%，表明了黃獨(dú)種內(nèi)存在豐富的遺傳多樣性。賴宏亮等[50]用18條RAPD引物分析了18個(gè)不同產(chǎn)地的山藥（Dioscorea spp.）樣品，獲得237個(gè)多態(tài)性的標(biāo)記位點(diǎn)，其中4個(gè)引物能將全部樣品鑒別開，并通過聚類分析將它們歸為5個(gè)類群。Mignouna等[51]首次利用RAPD技術(shù)對(duì)大薯炭疽病抗性O(shè)PI71700 和OPE6950 DNA進(jìn)行標(biāo)記，對(duì)抗性的TDa 95/00328命名為 Dcg-1，OPI71700 與 Dcg-1定位密切耦合，這種耦合在58個(gè)抗性F1中均出現(xiàn)，而在13個(gè)易感F1中只出現(xiàn)1個(gè)（遺傳距離2.3 cM）；OPE6950標(biāo)記在58株OPE6950抗性F1出現(xiàn)56株，只有1株易感F1出現(xiàn)（6.8 cM），分子標(biāo)記為大薯炭疽病抗性基因篩選和擴(kuò)增提供了巨大的價(jià)值策略。薛焱等[52]應(yīng)用19個(gè)RAPD引物對(duì)11個(gè)盾葉薯蕷居群進(jìn)行遺傳差異的研究，共擴(kuò)增出153條帶，其中113條為多態(tài)帶，條帶的多態(tài)率為73.86%，初步認(rèn)為，云南小花盾葉薯蕷與其它材料間存在較大的遺傳差異，可進(jìn)一步用于雜交育種。薛焱等[52]利用RAPD分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)14種不同皂苷元含量的盾葉薯蕷進(jìn)行多態(tài)性分析，共擴(kuò)增出73條片段，其中多態(tài)性片段為64條，多態(tài)性條帶占87.67%，顯示出盾葉薯蕷存在明顯的多態(tài)性，表明DNA的遺傳多樣性差異與盾葉薯蕷皂苷元含量的差異具有相關(guān)性，說明盾葉薯蕷的遺傳基礎(chǔ)對(duì)皂苷元的形成和積累有顯著影響。蔣道松等[53]利用RAPD標(biāo)記技術(shù)對(duì)不同來源的盾葉薯蕷進(jìn)行遺傳多樣性分析，研究表明，盾葉薯蕷特異條帶較多，遺傳分化較大，能有效地標(biāo)識(shí)薯蕷皂苷元含量及塊莖產(chǎn)量等數(shù)量性狀，這對(duì)于構(gòu)建這些經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳連鎖圖譜，定位其數(shù)量位點(diǎn)，以及這些優(yōu)良性狀的早期選擇和分子輔助育種奠定了基礎(chǔ)。劉娟等[54]對(duì)不同產(chǎn)地的穿龍薯蕷、盾葉薯蕷，山藥種質(zhì)進(jìn)行RAPD分析，不同居群穿龍薯蕷之間的遺傳相似系數(shù)達(dá)0.655～0.875，表現(xiàn)出一定的遺傳多樣性，并發(fā)現(xiàn)穿龍薯蕷與山藥的遺傳距離小于其與盾葉薯蕷的遺傳距離，可能穿龍薯蕷與山藥的親緣關(guān)系較近。華樹妹等[55]利用RAPD技術(shù)對(duì)來自福建不同地區(qū)的34份山藥種質(zhì)進(jìn)行遺傳多樣性分析，共獲得182個(gè)條帶，其中多態(tài)性條帶為161條，多態(tài)性比例為88.5%，經(jīng)過聚類分析表明，當(dāng)遺傳相似系數(shù)為0.66時(shí)，34份資源可分成4類：普通山藥、扁山藥、田薯和福建大薯；當(dāng)遺傳相似系數(shù)為0.68時(shí)，普通山藥又可進(jìn)一步分為長(zhǎng)山藥和棒山藥2個(gè)亞類，這與經(jīng)典的形態(tài)學(xué)分類相符，支持了按薯塊類型對(duì)山藥種質(zhì)進(jìn)行分類的觀點(diǎn)。孫小芹等[56]采用RAPD分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)6個(gè)叉蕊薯蕷居群及5個(gè)粉背薯蕷居群進(jìn)行遺傳多樣性的分析，共擴(kuò)增出170條帶，其中多態(tài)性條帶161條，多態(tài)性條帶百分率高達(dá)94.71%，聚類分析結(jié)果表明，二者間的遺傳相似系數(shù)為0.922 3，遺傳距離為0.080 9，表明了這2個(gè)類群之間為原變種和變種關(guān)系，并存在著變種水平上的分化不完全。

4.2 薯蕷屬植物基于AFLP的遺傳多樣性研究

AFLP分子標(biāo)記技術(shù)可以在短期內(nèi)獲得較多的多態(tài)性條帶，其結(jié)果快速可靠，其在薯蕷屬植物遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建、種群多樣性及遺傳結(jié)構(gòu)等方面均有應(yīng)用。Mignouna等[57]利用AFLP標(biāo)記對(duì)大薯進(jìn)行分子遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建，469個(gè)標(biāo)記涵蓋1 233 cM，20個(gè)連鎖群。QTL定位分析顯示，其中定位在連鎖群2的AFLP標(biāo)記E-14/M52-307與抗炭疽病有關(guān)，該研究為大薯數(shù)量性狀的定位提供了參考。MalaPa等[58]用AFLP標(biāo)記對(duì)大薯及9個(gè)其它薯蕷屬植物的相關(guān)性進(jìn)行了研究，研究表明，大薯與D. nummularia Lam.和D. transversa Br之間是近緣關(guān)系，在遺傳上D. alata與‘langlang，‘maro，‘netsar和‘wael相近，但與D. persimilis則較遠(yuǎn)。李勇慧等[59]應(yīng)用AFLP標(biāo)記研究了我國(guó)5個(gè)盾葉薯蕷居群30個(gè)植株的遺傳多樣性和群體的遺傳結(jié)構(gòu)，標(biāo)記的條帶多態(tài)性比率85.92%，遺傳分化系數(shù)為0.482 7，表明其群體間存在一定的遺傳分化，且遺傳距離與地理位置有較大的相關(guān)性，表明5個(gè)盾葉薯蕷種間基因交流貧乏，遺傳交換不高。Sonibare等[60]對(duì)來自西非和中非6個(gè)國(guó)家53份灌叢薯蕷種質(zhì)的葉綠體DNA進(jìn)行AFLP標(biāo)記，12個(gè)引物擴(kuò)增出1 052條AFLP片段，多態(tài)性為94.1%，而尼日利亞和多哥地區(qū)薯蕷種質(zhì)具有較高的遺傳多樣性，可能是灌叢薯蕷的起源中心。許云等[61]采用AFLP標(biāo)記方法對(duì)收集于6省的111份大薯種質(zhì)進(jìn)行遺傳多樣性分析和聚類分析，遺傳相似性系數(shù)平均值為0.58，表明所收集的大薯材料個(gè)體存在較大的遺傳差異，大薯種質(zhì)遺傳資源比較豐富，聚類分析結(jié)果顯示，不同地區(qū)來源的大薯材料界限不明顯，可能是日趨發(fā)達(dá)的信息和交通使不同地區(qū)之間的大薯種質(zhì)交流頻繁。郭文等[62]對(duì)小花盾葉薯蕷、盾葉薯蕷、黃獨(dú)、山藥4種薯蕷屬植物進(jìn)行了AFLP多態(tài)性分析，22份種質(zhì)材料種間及種內(nèi)多態(tài)率分別為100%、84.06%、99.08%、72.87%和98.79%，表明4種薯蕷屬植物種間種內(nèi)均存在較大差異，并利用918個(gè)AFLP標(biāo)記片段組合構(gòu)建了指紋圖譜數(shù)據(jù)庫，為追蹤薯蕷屬植物血緣在野生種及栽培株系種的傳遞情況提供科學(xué)依據(jù)。

4.3 薯蕷屬植物基于SSR及以SSR為基礎(chǔ)的遺傳多樣性研究

SSR標(biāo)記重復(fù)性高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠，也能獲得一定的多態(tài)性位點(diǎn)，伴隨著對(duì)薯蕷屬作物基因組及轉(zhuǎn)錄組的研究深入，SSR標(biāo)記的數(shù)量將不斷提高，目前在薯蕷屬上的主要應(yīng)用是遺傳多樣性的分析。Terauchi等[63]最先對(duì)薯蕷屬植物山萆薢（Dioscorea tokoro）的微衛(wèi)星序列位點(diǎn)多態(tài)性進(jìn)行了報(bào)導(dǎo)，確定的6個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)在日本山萆薢23份材料中均表現(xiàn)出多態(tài)性，表明山萆薢富含微衛(wèi)星位點(diǎn)且多態(tài)性較高。微衛(wèi)星位點(diǎn)是植物種群遺傳研究的理想標(biāo)記，科學(xué)家基于微衛(wèi)星序列，先后將SSR、ISSR、EST-SSR技術(shù)應(yīng)用于薯蕷屬植物研究。周延清等[64]用ISSR標(biāo)記分析了28個(gè)山藥品種的遺傳多樣性，其多態(tài)性條帶比率為83.01%，shannon多樣性指數(shù)為0.319 1，可將28個(gè)山藥品種分為4組，第一組含有日本白、花山藥和日本園3個(gè)品種；第二組為小葉山藥；第三組為高野1號(hào)；其余23個(gè)品種歸入第四組。鄭玉紅等[65]采用ISSR技術(shù)對(duì)我國(guó)的14個(gè)黃獨(dú)樣品遺傳多樣性進(jìn)行研究，擴(kuò)增出70條帶，其中67條多態(tài)性帶，多態(tài)性比率為95.71%，聚類分析表明，來自海南省和臺(tái)灣省的樣品與我國(guó)內(nèi)陸的樣品較早分離，并將來自我國(guó)內(nèi)陸的樣品分為5組，該結(jié)果與形態(tài)水平上黃獨(dú)的分類一致，同時(shí)也表明，云南可能是黃獨(dú)在我國(guó)的分化中心。吳志剛等[66]收集20個(gè)參薯樣品進(jìn)行ISSR分析和UPGMA聚類，結(jié)果20個(gè)樣品分別被鑒定為參薯、褐苞薯蕷、山薯。參薯與另外兩者差異較大，且種內(nèi)差異十分顯著，遺傳相似性系數(shù)為0.672 9～0.990 7，參薯種內(nèi)豐富的遺傳多樣性可為山藥分類鑒定提供分子生物學(xué)依據(jù)，也為新品種選育奠定理論基礎(chǔ)。Arnau等[67]對(duì)72個(gè)大薯當(dāng)?shù)仄贩N和17個(gè)商業(yè)品種進(jìn)行SSR微衛(wèi)星標(biāo)記，11對(duì)引物分析到0.92的差異值，具有高度多態(tài)性。區(qū)域內(nèi)差異占總差異的95.9%，而區(qū)域間的僅為4.1%，表明大薯遺傳多樣性與其區(qū)域分布無關(guān)。郭文[68]采用SSR技術(shù)研究4種薯蕷屬植物的親緣關(guān)系，共擴(kuò)增出138條帶，其中多態(tài)性比率為98.55%；聚類結(jié)果顯示，盾葉薯蕷和山藥、小花盾葉薯蕷、黃獨(dú)的平均相似系數(shù)分別為0.56、0.53和0.47，表明盾葉薯蕷與山藥親緣關(guān)系最近，依次是小花盾葉薯蕷、黃獨(dú)。

4.4 薯蕷屬植物基于SRAP的遺傳多樣性研究

SRAP標(biāo)記是建立在AFLP和RAPD標(biāo)記基礎(chǔ)上的技術(shù)，試驗(yàn)結(jié)果更為穩(wěn)定可靠，可重復(fù)性高[69]。近年來，SRAP標(biāo)記在辣椒、花生、玉米和桂花等植物的遺傳多樣性研究中取得較好效果[70-73]，但在薯蕷屬植物種質(zhì)資源上的研究較為鮮見。周生茂等采用SRAP標(biāo)記對(duì)山藥的6種基因型進(jìn)行分類鑒定，認(rèn)為SRAP標(biāo)記適合山藥品種的分類研究和遺傳多樣性分析，但僅6種山藥基因型無法有力證明，SRAP標(biāo)記對(duì)大量種質(zhì)資源分析的可行性有待進(jìn)一步深入研究。黃玉仙等[74]以國(guó)內(nèi)94份山藥種質(zhì)資源為材料，同樣采用SRAP標(biāo)記和聚類分析，擴(kuò)增出754 DNA條帶，其中多態(tài)性條帶占81.7%； 94份材料可根據(jù)0.882的遺傳相似系數(shù)歸入薯蕷、褐苞薯蕷、山薯、山藥、參薯五大類，說明山藥種質(zhì)資源遺傳多樣性豐富且群體遺傳分化高，利于新品種的選育。吳志剛等[75]采用SRAP技術(shù)對(duì)8個(gè)山藥栽培居群的21個(gè)山藥品種的親緣關(guān)系，共檢測(cè)到309條清晰條帶，其中多態(tài)性條帶289條，表明山藥居群間具有很高的多樣性；種間基因分化系數(shù)為0.865 8，基因流為0.077 5，揭示山藥遺傳變異種間大于種內(nèi)；8個(gè)居群間的遺傳距離在0.049 8～0.487 9 ，21個(gè)山藥品種分別歸屬到薯蕷、參薯、褐苞薯蕷、山薯種內(nèi)。

4.5 薯蕷屬植物基于其它技術(shù)的遺傳多樣性研究

Terauchi等[76]運(yùn)用一種改良的TALL-PCR分子技術(shù)，成功地離析出黃獨(dú)的苯丙核酸解氨酶（Pal）基因和山萆薢的磷酸葡萄糖異構(gòu)酶（Pgi）基因，為薯蕷植物分類提供了分子生物學(xué)方面的依據(jù)。劉玉萍等[77]采用PCR直接測(cè)序技術(shù)對(duì)薯蕷、日本薯蕷、褐苞薯蕷和參薯的18SrRNA序列進(jìn)行測(cè)序和同源性分析，發(fā)現(xiàn)參薯與其他三者差異顯著，褐苞薯蕷和薯蕷的遺傳距離為0，而薯蕷和黃獨(dú)間的遺傳距離相對(duì)較大，并推測(cè)褐苞薯蕷是薯蕷種內(nèi)的一個(gè)多倍體變異類型（栽培品種）。鄭玉紅等[78]用相同方法對(duì)山藥原植物薯蕷及其近緣種的trn-F和rbcL序列進(jìn)行測(cè)定和系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建，基于trn-F序列的研究表明，山薯與麗葉薯蕷，參薯與光葉薯蕷，無翅參薯和褐苞薯蕷遺傳距離較小，其親緣關(guān)系較近，可聚為一類；基于rbcL序列的研究結(jié)果與前者一致，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)薯莨與其變種（異塊莖薯莨）遺傳距離較小，仍可聚成一類，但二者與其它種距離較遠(yuǎn)。這些技術(shù)的應(yīng)用揭示了薯蕷屬不同種在保守序列上的變異特點(diǎn)，對(duì)薯蕷屬的分類及發(fā)育進(jìn)化提供了依據(jù)。

5 展望

薯蕷作物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值決定了它們?cè)谖覈?guó)未來的發(fā)展不可忽視。薯蕷屬植物許多不同的種在我國(guó)大江南北均有分布，種質(zhì)資源含有豐富的變異。經(jīng)過國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的研究證明，薯蕷種質(zhì)資源在形態(tài)學(xué)水平、細(xì)胞染色體水平、生化水平、分子水平上均存在有豐富的遺傳多樣性。對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的遺傳多樣性研究有利于遺傳分類和進(jìn)一步了解不同種質(zhì)之間的遺傳特性，為薯蕷作物的品種改良、雜交育種、引種栽培奠定理論基礎(chǔ)，對(duì)培育出高產(chǎn)、高抗、高品質(zhì)的可食用薯蕷品種以及藥用成分含量高的藥用薯蕷具有不可估量的價(jià)值。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)薯蕷屬的遺傳多樣性已有一定理論研究，但由于薯蕷屬作物大部分為多倍體，遺傳背景復(fù)雜，常伴有雜交不育、種子萌發(fā)率低等特點(diǎn)，因此深入的理論研究會(huì)比較困難。針對(duì)主要以無性繁殖為主的薯蕷作物，伴隨著大規(guī)模的基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)等新興研究技術(shù)的廣泛應(yīng)用，薯蕷屬作物的功能基因的開發(fā)將逐步展開。

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