药用植物辐射育种研究进展【文献综述】
- 格式:doc
- 大小:28.50 KB
- 文档页数:5
UV—B辐射对药用植物次生代谢的影响研究进展[摘要]平流层臭氧稀薄导致到达地面的中波紫外辐射(UVB,280~320 nm)增加。
受UVB辐射影响,药用植物的基因表达、酶活性及次生代谢发生改变,导致多种药用活性成分含量变化从而影响临床疗效。
该文综述了近10年来国内外学者对UVB辐射与植物次生代谢产物积累方面的研究成果,为药用植物的栽培和开发提供参考。
[关键词]UVB辐射;药用植物;次生代谢1酚类酚类物质是一类重要的植物次生代谢产物,具有清除自由基、抗氧化、抗衰老、抗菌、抗肿瘤等多种药理活性[15]。
酚类物质主要分布于植物体上表皮、表皮毛、蜡质层、液泡中,多对紫外光敏感,像一个天然的UV过滤器,保护着植物体。
大量研究证明,紫外线能诱导许多植物产生酚类物质,能够屏蔽UVB辐射,利于损伤DNA的修复,提高植物抗氧化、抗食草动物的能力,并影响着物质的分解[1617]。
1.1黄酮类黄酮类化合物广泛存在于植物界,具有防癌抗癌、抗肿瘤、抗心血管疾病、抗骨质疏松、清除自由基、抗氧化、雌激素样与抗雌激素样、镇痛等作用,是一类重要的天然有机化合物[18]。
20世纪70年代以来,UVB辐射对于黄酮类成分积累的影响有大量报道。
UVB辐射会导致植物DNA损伤和脂质过氧化,而黄酮类物质通过吸收和屏蔽UVB对植物(尤其是高等植物)起到重要保护作用,是一道理想的天然屏障,而具有附加羟基的类黄酮、黄酮醇及黄酮更是很有效的自由基淬灭剂和还原剂。
Fiscus等[19]发现鼠耳芥Arabidopsis thaliana(L)Heynh突变体tt5不仅影响UV屏蔽化合物的数量和必要保护位点产生UV屏蔽化合物的能力,还影响相应的次生代谢过程。
研究证明,增加UVB辐射可刺激查尔酮合成酶(CHS)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)等黄酮生物合成途径中关键酶的转录和表达[2021],可刺激植物合成黄酮类物质[4,22]。
但也有相反情况,如Reay等发现遮阴处理组成熟苹果比UVB 辐射组更易积累花青素和槲皮素,这与UVB辐射时间长短及植物种属有关,且不同黄酮对植物的保护力也不同[2324]。
植物辐射效应的应用及研究进展目前植物辐射主要应用在观赏植物、农作物及食品的方面。
目前用到的诱变源主要有:X、γ射线、中子、带电粒子、离子束、紫外线和激光。
早期用于诱变的材料一般以种子为处理对象,近几年近几年来几乎所有植物器官和繁殖体都有用于诱变的, 如休眠种子、萌动种子、杂合种子、种子胚、花粉、多倍体、不定芽、根芽、枝条、球茎、愈伤组织等。
不同照射材料对射线的敏感性不一, 对射线的敏感性大小依次为:愈伤组织> 试管苗> 田间苗>根芽> 插条> 种子。
目前辐照后植物生物学效应研究侧重于研究照射后植物的发芽率、成活率、生长量、目标性状变异情况等, 或探索适宜的照射剂量及辐射敏感性报道较多, 而对深入探讨辐照后植物形态解剖、生理生化、分子水平变化以及对损伤生理、诱变机理等研究报道较少辐射产生诱变的主要原因包括两方面: 一是辐射后引起遗传物质的突变, 如染色体的畸变DNA 分子的变异。
二是RNA、蛋白质的生物合成受到抑制, 生长素及酶等生理活性物质的代谢受到破坏, 表现出细胞死亡、细胞突变。
射线与被照射物质直接发生作用, 使生物大分子发生电离或激发所引起的原发反应。
1927年Muller[1]发现x射线对果蝇产生多种突变以来, 在20世纪40年代初, Frejeben 和Lein利用诱变剂在植物上又获得有益突变体, 世界各国育种科学家开展了大量关于辐射诱发突变和植物育种的研究工作。
20世纪60年代以后, 核技术应用研究有了较大的发展, 诱变育种的方法也更趋成熟, 辐射诱发突变技术在农作物育种中逐步显示出其独特的作用。
MilssonEhle.H等用X射线处理大麦不仅获得了茎秆坚硬、穗型紧凑的直立型突变体, 并在辐射的适宜剂量、处理条件、突变频率和突变谱等方面进行了较系统的基础性研究。
这些基础性研究对提高射诱变育种的研究水平和推进辐射诱变良种应用起了很大的作用。
到90年代, 辐射诱变育种在观赏植物中得到了应用,荷兰和巴西等国家用r 射线处理菊花材料培育了新的菊花品种[2]。
学士学位论文(设计) 文献综述题目辐射育种技术发展现状姓名漆群学号200107159专业园林指导教师胡惠蓉职称副教授中国·武汉二○○五年五月辐射育种技术发展现状摘要:辐射诱变作为一种有效的变异手段,在花卉品种培育与改良中显示了极为重要的作用和十分诱人的前景。
本文阐述了辐射育种技术发展简史、主要特点、发展趋势、取得的成就以及植物材料经过射线处理后的当代和第一代的各种效应,以及其他相关的技术,为花卉的辐射育种技术提供参考。
关键词:辐射育种;辐射效应;发展现状辐射育种技术(radioactive breeding techniques),是利用射线诱发生物遗传性的改变,经人工选择培育新的优良品种的技术。
具有打破性状连锁、实现基因重组、突变频率高、突变类型多、变异性状稳定和方法简便等特点(华北农业大学等,1976)。
X射线能引起生物遗传性的变异,最早是1927年美国人姆勒用X射线处理果蝇做试验发现的。
与此同时,这个新发现也在应用射线进行大麦辐射引变的实验中得到证实。
1934年托尼尔在印度尼西亚用X射线的方法育成了一个烟草品种“赫罗里纳”,这是第一个用辐射诱变育成的品种。
1936年,德莫尔用X射线处理郁金香,经过10多年时间育成“法蜡迪”突变品种(黄善武和葛红,1994)。
50年代用辐射育种育成的有百合、葱兰、香石竹、唐菖蒲、菊花、杜鹃花、仙客来。
60年代育成的有大丽菊13个品种、菊花11、扶桑5、蔷薇2、杜鹃花2、香石竹1,共计40个突变品种。
70年代,由于辐射技术改进,活体辐射不定芽技术、离体培养技术的发展和应用,辐射诱变品种激增至196个,80年代育成的品种有238个。
根据联合国粮农组织和国际原子能机构的统计,1977至1980年全世界辐射成功的植物215种,其中花卉的128个中,占59.5%。
截至1988年12月,全球已育成30种观赏植物的突变品种379个,其中以菊花最多(162个),其他依次为大丽菊、月季、秋海棠、六出花、香石竹、杜鹃花,这些品种先后作为商品推广(程金水,2000)。
辐射诱变应用于植物育种中的技术综述作者:安欣,李杨军来源:《种子科技》 2019年第2期综述我国进行辐射诱变育种开始于20世纪中期,并在70年代逐渐开始迅速发展。
从70年代开始,我国进行了较大规模的植物辐射育种研究,育成了大批农作物新品种,并在农业生产中得到了大面积的推广种植,灵活利用植物自身的品种突变,增强植物的成活率、产量、育成数量以及经济效益,以满足当前时代的需求。
1 常用诱变剂种类1.1 X射线X射线又称阴极射线、伦琴射线,是一种不带电荷的中性射线,波长范围0.01~0.001 nm,并具有较强的穿透力,对种子进行适当照射,促使种子发生基因突变,甚至引导染色体出现变异、结构重组或者染色体断裂等情况。
与此同时,其产生的诱变具有明显的累积性,可以实现合理的诱变累积,加强对诱变的控制。
1.2 γ射线实际上,γ射线属于高能电磁波,并且其波长较短,范围在0.001~0.000 1 nm之间,同样具有较强的穿透力,并且射程较远,可以进行广泛的均匀照射,应用最为广泛。
辐射诱变育种获得的新产品中约有50%是利用当前的γ射线照射产生的,其效率较高。
在应用过程中,γ射线方法主要有两种:一种是慢照射,另一种是急性照射。
通常采用急性处理方式,利用固定的辐射源进行处理,以满足实际的需求。
1.3 激光激光也是当前常用的手段,其自身与γ射线存在较大的相似之处,属于电磁波的一种,但其特点不同,自身的波长也较长,呈现出能量低、方向好等特点。
与此同时,电磁波在应用过程中还存在其他明显的效应,如电磁场效应、热效应以及压力效应等,属于当前新型的技术,在诱变育种中的应用正在逐步加大。
2 常用诱变处理材料种子照射通常情况下,种子照射常被应用在有性繁殖的植物中,灵活利用其运输方便、处理及时以及简单便捷的优势进行高效处理。
因为种子中具有多细胞结果,经处理后容易产生嵌合体,可引起生长点细胞的突变。
待处理的种子形态不限,可以为干种子、湿种子和萌动种子。
药用植物引种研究进展摘要:在我国快速发展的过程中,药用植物的资源是十分紧缺的主要是因为其极高的经济价值和药用价值。
引种保护是目前行之有效的保护方法,引种分为就地引种、相似生态环境引种和不同生态环境引种。
关键词:药用植物;引种;中药;质量比较引言植物的引种驯化是指通过人工栽培、自然选择和人工选择,使野生植物、外地或国外的植物适应本地自然环境和栽培条件,成为能满足生产需要的本地植物。
引种与驯化是一个过程的两个不同阶段。
引种是将野生植物移入人工栽培条件下种植或将一种植物从一个地区移种到另一地区;驯化则是通过人工措施使引入的植物适应新的生活条件。
一般而言,植物引种驯化的主要目的是通过栽培实现植物资源量扩增,以满足人类的需要,其引种驯化成功的一般标志是从种子到种子。
药用植物是人类用于防病、治病的植物,它的全株或一部分可供药用或作为制药工业原料使用。
药用植物与普通植物的主要区别在于药用植物具有防病治病的功能,这是在长期的医学实践检验中被人类赋予的特殊属性。
因此,药用植物的引种驯化与普通植物的引种驯化既有相似的地方,也存在许多不同之处。
药用植物的引种驯化过程中强调原有药效成分是否能够维持或提高,以确保药用功效不减弱或不丧失,其引种驯化成功的标志是从“药效”到“药效”。
为此药用植物的引种驯化更强调对引种材料、引种地点的选择,驯化条件的营造等以充分促进药用植物药效成分的形成与积累,维持或提升其原有药效。
因此,药用植物的引种驯化成功的评价标准除了需要满足从种子到种子的标准外,还需要进行引种驯化后的药效成分的定性定量分析,并通过生物实验和临床效果判断药效,实现从“药效”到“药效”的目的。
现有的引种驯化理论大多建立在农作物、园林植物等引种驯化的经验上,它们对药用植物的引种驯化并不完全适用。
一些药用植物驯化后药效出现剧烈变化,难以作为原有药材使用。
造成这种现象的主要原因在于现有药典对药用植物要求的指标成分不完全是真正的药效成分,大多数药用植物的药效成分不清楚,导致缺乏即时反应药效的明确指标,需要经过长期的临床检验才能确认药效的好坏,在驯化中难以按药效去选择药用植物。
辐射诱变应用于植物育种中的技术综述作者:安欣李杨军来源:《种子科技》2019年第02期摘 ; 要:当前的辐射诱变育种实际上是利用现有的X射线、γ射线等手段对其进行诱导处理,促使植物发生遗传性变异,并逐渐向有利的方向生长,获得高品质植物的一种基因突变育种技术。
通过辐射诱变育种,可以获得具有优良性状的植物新品种,也可以丰富植物种质资源库,基于这些优点,该技术自问世以来一直保持快速发展,重大成果频出,现已成为植物育种领域的一项重要手段。
针对辐射诱变应用于植物育种的主要技术进行了梳理。
文章编号: 1005-2690(2019)02-0047-02 ; ; ; 中图分类号: S335 ; ; ; 文献标志码: A关键词:辐射诱变;植物育种;技术分析综述我国进行辐射诱变育种开始于20世纪中期,并在70年代逐渐开始迅速发展。
从70年代开始,我国进行了较大规模的植物辐射育种研究,育成了大批农作物新品种,并在农业生产中得到了大面积的推广种植,灵活利用植物自身的品种突变,增强植物的成活率、产量、育成数量以及经济效益,以满足当前时代的需求。
1 ; 常用诱变剂种类1.1 ; X射线X射线又称阴极射线、伦琴射线,是一种不带电荷的中性射线,波长范围0.01~0.001 nm,并具有较强的穿透力,对种子进行适当照射,促使种子发生基因突变,甚至引导染色體出现变异、结构重组或者染色体断裂等情况。
与此同时,其产生的诱变具有明显的累积性,可以实现合理的诱变累积,加强对诱变的控制。
1.2 ; γ射线实际上,γ射线属于高能电磁波,并且其波长较短,范围在0.001~0.000 1 nm之间,同样具有较强的穿透力,并且射程较远,可以进行广泛的均匀照射,应用最为广泛。
辐射诱变育种获得的新产品中约有50%是利用当前的γ射线照射产生的,其效率较高。
在应用过程中,γ射线方法主要有两种:一种是慢照射,另一种是急性照射。
通常采用急性处理方式,利用固定的辐射源进行处理,以满足实际的需求。
本文经王琳清研究员审阅修改,谨致谢意。
综述与专论辐射促成植物异源基因转移的研究与进展李 桂 英(中国农业科学院原子能利用研究所 北京 100094) 远缘杂交是转移植物异源种属内有益基因的常规方法。
辐射对克服远缘杂交不亲和性,诱导异源染色体易位具有独特作用。
此外,辐照花粉可实现异源基因转移。
本文综述了辐射的上述作用及促成植物异源基因转移的研究进展。
关键词:辐射 远缘杂交 异源基因转移 植物异源基因转移是作物遗传改良中最活跃的研究课题之一。
转移异源基因的方法很多,大致可分为三大类,即载体转移法、直接导入DN A 法和远缘杂交法。
其中远缘杂交是最常用的方法,利用这一方法已将不少近缘植物的有益基因转移到栽培种中,创造了许多新种质,在育种中发挥了很大作用。
众所周知,辐射可以诱导染色体易位。
研究发现,辐射对克服杂交不亲和性,促成远缘杂交具有独特作用[1]。
利用低剂量射线处理亲本或父本花粉,促成了某些用一般方法未能成功的远缘杂交,如番茄栽培种×野生种[2],箭胡毛杨×卢甜毛杨[3]。
自70年代发现辐照花粉可以实现基因转移以来,利用辐射促成植物远缘杂交,实现异源基因转移的研究,逐渐引起植物育种学家的重视。
现将这方面的研究进展作一综述。
辐射克服植物杂交不亲和性不亲和性是指在有性过程中,由于生物个体细胞或组织水平上的不协调而使受精不能正常进行,或者受精后不能产生后代的现象[4],包括自交不亲和性和杂交不亲和性。
远缘杂交不亲和性主要是由于双亲基因组差异过大而引起的。
这种不亲和性是稳定物种的重要机理之一,但却是通过远缘杂交实现异源基因转移的最大障碍。
为了克服这一障碍,人们采用了很多办法,如重复授粉、激素处理、染色体加倍、花粉蒙导、改变环境以及辐射处理等等。
而辐射处理被认为是最有希望的方法之一[5]。
70年代日本小川[2]用γ射线慢照射有效地促成了番茄栽培种和野生种的杂交,育成了具有栽培种丰产和野生种抗萎蔫病性状的新品种。
综述:我国生物药用资源的开发和可持续利用邹娜(常熟理工学院,江苏常熟,215500)前言:随着生命科学的发展和全球经济一体化进程加快,中医药资源和中医药产业越来越受到全世界的睛睐。
中药资源能否实现可持续利用,是21世纪中药产业生存与发展的前提。
但是,由于国际市场上大量的药用植物提取物的贸易和人类的工业化活动加速,诱发过度地采挖和利用野生动植物资源,造成了大量的动、植物种类濒临灭绝。
致使我国野生药用资源逐步匮乏,药用濒危资源的供求矛盾愈加突出,严重制约了中医药产业的发展。
因此,采取积极的对策和措施,实施药用濒危资源的开发和可持续利用战略,保护濒危野生资源,对促进中医药产业的可持续发展具有重要意义。
一、我国生物药用自然资源的现状1.药用自然资源的种类及分布我国药用自然资源由植物、动物和矿物三大类构成。
一是药用植物:约占全部中药资源的87%,其中有国家重点保护植物药材、二级保护植物药材、三级保护植物药材;二是药用动物:约占全部中药资源的12%,其中有国家重点保护野生动物药材、一级保护动物药材、二级保护动物药材;三是药用矿物占全部中药资源不到1%。
我国药用自然资源有规律地分布在三大生态型区:东部季风区域分布的药材种类以喜温喜湿为主要特征,栽培药材的种类多,产量大,是全国的传统主产区,如人参、浙八味、四大怀药等;西北干旱区域的药材分布特点是以旱生植物药材为主,面积较广泛,分布的野生药材如甘草、麻黄、黄芪、黄芩等,栽培药材如党参、当归、枸杞等;青藏高原区域分布的药材具有耐旱耐寒的特点,是藏药产区,特产品如高山红景天、冬虫夏草、麝香等。
2. 药用资源种养业的基本情况目前,我国已建立较多的中药材生产基地,许多珍稀濒危药用植物经过系统研究,具有成熟的人工栽培技术,其中许多濒危植物已实现了大规模生产,能基本满足甚至超过市场需求。
药用濒危动物的养殖业也有很大进展。
通过调查研究,人工养殖的鹿产品、熊产品等已经能够满足国内市场需求,而且还有剩余。
红豆草的辐射生物学特性及辐射防护研究红豆草(Trifolium pratense)是一种常见的草本植物,也被称为红花三叶草。
它是一种耐寒的多年生植物,广泛分布于欧洲、亚洲和北美洲。
红豆草具有许多药用和营养价值,同时也是一种重要的牧草和土壤改良植物。
辐射生物学是研究生物体对辐射的生理和生化反应的学科。
辐射对植物生长和发育的影响已成为科学家们关注的热点问题。
红豆草作为一种重要的草本植物,在辐射生物学中也具有一定的研究价值。
首先,红豆草具有辐射抗性的特点。
研究表明,红豆草能够在辐射环境中存活和生长,而且对辐射的抗性较强。
这主要归功于红豆草特殊的生理机制和抗氧化系统。
红豆草中的一些生理代谢物质,如酚类物质和类黄酮化合物,具有辐射防护作用。
此外,红豆草还能够通过增加叶片厚度和修复DNA损伤等方式来抵御辐射的伤害。
其次,红豆草在辐射退化环境中的适应能力也是研究的重点之一。
辐射退化环境是指受到放射性物质污染导致植物数量和生物多样性减少的地区。
研究表明,红豆草在辐射退化环境中能够保持生物多样性和生态系统的稳定。
红豆草的根系能够吸收和减少土壤中的放射性物质,起到净化环境的作用。
此外,红豆草还能够与一些菌根真菌共生,提高根系吸收放射性物质的能力。
除了对红豆草自身的辐射生物学特性进行研究,人们还在努力寻找辐射防护的方法。
一种常见的方法是利用植物的辐射吸收作用进行防护。
研究表明,红豆草在一定程度上可以吸收空气中的放射性物质,起到净化空气的作用。
此外,红豆草还可以作为生物指示器,通过监测红豆草中的放射性物质含量来评估环境中的辐射污染程度。
另外,红豆草的营养价值也受到关注。
红豆草含有丰富的蛋白质、维生素和矿物质,对于满足人体对营养的需求具有重要意义。
研究表明,红豆草中的一些抗氧化物质,如黄酮类物质能够减少辐射对人体造成的伤害。
总之,红豆草作为一种常见的草本植物,在辐射生物学中具有一定的研究价值。
红豆草的辐射抗性特点和在辐射退化环境中的适应能力为科学家们提供了研究的线索。
中药材生物光子辐射的实验条件优化及初步探索的
开题报告
本文介绍了中药材生物光子辐射实验的研究背景、目的和方法,以
及初步的实验结果和数据分析。
中药材中的生物光子辐射是指在中草药样品表面产生的微弱光信号。
这种光信号是由于光敏化化合物在辐射激发下发出的。
因此,中药材的
生物光子辐射可以用来研究中草药内部的活性成分及其含量、生长条件
等方面的信息。
本研究的目的是探究不同实验条件下中药材生物光子辐射的优化方法,建立合适的实验方法,提高实验数据的可靠性和准确性。
研究方法
主要包括样品处理方法的优化、实验室环境的优化以及数据分析方法的
建立等。
我们进行了一系列实验,主要包括不同光照时间、不同温度和不同
湿度条件下中药材生物光子辐射的测量。
通过对比实验数据,可以得出
以下初步结论:
1、光照时间的增加能够显著提高中药材生物光子辐射的强度。
2、温度的升高对中药材生物光子辐射的影响不明显。
3、湿度对中药材生物光子辐射影响较小。
最后,我们还建立了一个数据分析方法,通过分析不同实验条件下
的光谱图像,可以有效识别不同中药材的生物光子辐射特征。
这一方法
有望在中药材质量控制、品种鉴定等方面发挥重要作用。
综上所述,本研究通过对中药材生物光子辐射实验条件的优化和初
步探索,为其在药物研究和质量控制中的应用提供了技术支持和理论基础,并为其未来的深入研究提供了一定的参考。
抗辐射中药的研究现状及进展发表时间:2014-10-14T10:13:20.327Z 来源:《医药前沿》2014年7月第21期供稿作者:曾颂[导读] 大豆皂苷、大豆异黄酮以及银杏叶黄铜可以有效提升受辐射小鼠的恢复能力,也可以减少由于辐射导致的骨髓有核细胞与外周雪白细胞的下降,起到一定的防护效果曾颂(桂林医学院附属医院 541001)【摘要】近年来,随着核技术、核能在科学研究、医疗卫生以及农业生产中的应用,人们受的辐射量也越来越大,很多国内外的专家学者已经开始从天然药物角度来研究抗辐射药物,我国传统的中草药也逐渐成为研究热点,取得了丰硕的研究成效。
关于中药抗辐射的研究还集中在单味补气层面上,其中,黄芪、人参、枸杞、当归是研究热点,还有部分学者开始将研究的焦点转移到雪莲、绿茶、红景天等中药材上,本文主要分析抗辐射中药的研究现状及进展。
【关键词】抗辐射中药研究现状进展【中图分类号】R28 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752(2014)21-0035-02在人们生活水平的提升之下,辐射在人们的生活与生产中也变得越来越常见,特别是随着核技术、核能在科学研究、医疗卫生以及农业生产中的应用,人们受的辐射量也越来越大,辐射对于人们的影响也是不容忽视的。
近年来,国内外的专家学者已经开始从天然药物角度来研究抗辐射药物,我国传统的中草药也逐渐成为研究热点,取得了丰硕的研究成效。
下面就针对抗辐射重要的研究现状与研究进展进行综述性分析。
1 关于复方中药抗辐射的研究1.1 四物汤Humphery-Smith I[1]对当归、熟地、川穹、白芍组成的四物汤对于辐射大鼠造血功能的保护作用进行了研究和分析,结果显示,四物汤可以显著改善辐射大鼠血小板与血白细胞的功能,从而起到一定的防辐射作用。
1.2 养胃方刘健[2]等对于养胃方的防辐射作用进行了研究,其药方组成为黄芪、麦冬、厚朴、茯苓、北沙参、炒扁豆,研究结果显示,养胃方可以有效降低小鼠肝组织MDA含量,提升其脾脏淋巴细胞活动,减小辐射对于小鼠机体的影响。
文献综述
生物工程
药用植物辐射育种研究进展
摘要:药用植物辐射育种是提高中药材产量和质量的重要途径,在中药现代化中发挥着相当重要的作用。
本文简述了近年来辐射育种技术的发展,以及辐射诱变技术在药用植物中的应用。
总结了药用植物辐射育种的现状及问题,并探讨了药用植物辐射育种的发展方向及前景。
关键词:药用植物;辐射育种;应用概况
随着21世纪生命科学研究的深入和仪器分析的发展,全球对药用植物的开发与利用迅速加强。
在我国,药用植物经过几千年的应用与发展,已经形成了具有悠久历史的传统中医药。
到目前为止,我国已报道并应用的药用植物有11000多种[1]。
随着中药的现代化推进,药用植物的大量使用,野生药用植物资源已急剧减少,而栽培的药用植物,由于大量的栽培,导致了品质退化、产量下降、病虫害发生日益突出[2]。
为了保证和不断提高药用植物的质量和产量,药用植物的辐射育种得到了广泛关注和重视。
在我国,药用植物的育种工作曾长期停留在以移植和应用农作物传统常规育种技术为主的初级阶段。
但近年来,随着生物技术的发展,药用植物的辐射育种工作取得了较大的进展,加速了药用植物新品种选育和良种繁育的进程。
本文着重从辐射育种方面介绍目前我国药用植物育种的研究进展。
1 常规育种技术
在我国,药用植物的育种工作曾长期停留在以移植和应用农作物传统常规育种技术为主的初级阶段。
随着生物技术的快速发展,通过结合常规育种技术,药用植物的育种工作取得了较大进展,加速了药用植物新品种选育和良种繁育的进程[3]。
目前我国的育种方法有:选择育种、杂交育种、诱变育种和生物技术育种。
诱变育种是人为地利用物理诱变因素和化学诱变剂,对植物的种子、器官、细胞以及DNA等进行诱变处理,能在较短时间内获得有利用价值的突变体,可根据育种目标选育新品种[4]。
辐射诱变育属于物理诱变育种的其中一种,是利用
x、γ、β、中子流等高能电离辐射处理植物,从变异种直接选择,或利用突变体杂交,培育出新品种。
我国的辐射育种开始于1987年,所育成的品种抗病、耐贮藏,且早熟。
四川省中药研究所用二氧化碳激光照射薏苡种子,育成四激薏78-l 号新品种,具有植株矮,分蘖多,千粒重大等优点[5]。
药用植物人参、元胡等的辐射育种已经开始。
大多数微波辐射处理是针对提高种子发芽率而开展的,利用家用微波炉即可实现,简单方便。
其作用机理为将高频辐射波转化为种子内的分子动能,激活种子内部处于休眠状态的成分从而在一定程度上解除休眠;另外微波穿透力大,使种子内部温度升高,加快细胞分裂和生长,因而有促进生长和缩短发芽时间的作用[6]。
但是不同类型的植物种子,是否存在着一个共同范围内的最佳微波辐射量,即种子质量与辐射量的关系还需进一步实验研究。
2 辐射育种技术的发展
随着对辐射理论研究的深入,诱变手段也在不断改进。
除了最初的X射线外,β射线、γ射线、中子、质子等辐射源均被广泛应用于生物诱变,其中γ射线作为最主要的诱变因子应用于植物辐射育种[7]。
20世纪80年代后,随着原子能事业的发展,微波、激光、紫外线、离子束以及空间诱变技术等均在植物新品种培育研究中得到广泛的应用。
2.1 射线诱变技
γ射线是目前最常用的辐照射线,由放射性同位素60Co或37Cs产生,是一种高能电磁波,波长短、穿透性强、射程远。
γ射线辐照处理简单、快捷,但是与其他诱变因素比较,其对植物的辐射损伤较大,生物学效应的有益突变效率相对较低。
2.2 离子束诱变技
离子束是元素的离子经高能加速器加速后获得的放射线,可精确控制其入射深度和部位,在电场、磁场的作用下被加速或减速以获得不同的能量;对其可进行高精度的控制,从而获得平行束,也可被聚焦成微细束[8]。
20世纪80年代中期,余增亮等首先将离子注入技术应用到水稻诱变育种上,发现低能离子注入水稻等植物种子会产生遗传修饰,表现出生理损伤小、突变谱广、突变频率高并有一定的重复性和方向性等特点。
2.3 空间诱变技术
与常规辐射育种相比,空间诱变育种具有变异频率高、变异辐度广、变异性状稳定等特性。
“空间诱变育种”是指利用返回式卫星、高空气球以及高空模拟试验搭载生物种质材料,在近地空间物理和化学因素影响下,使生物后代发生变异,经地面选育培育新品种的方法[9]。
空间诱变能够在较短的时间内创造出目前地面诱变育种方法难以获得的罕见突变种质材料和基因资源,因此把空间诱变作为农作物遗传育种的新途径,已受到国内外遗传育种界的广泛重视[10]。
3 辐射育种技术在药用植物中的应用
3.1 对药用植物农艺性状的影响
植物辐射后的农艺性状主要包括种子发芽率、株高、分枝数、出苗率、根长度以及开花、结籽数等方面研究。
一般随着γ射线辐射剂量的增大,药用植物辐射后的各生长指标的抑制效应也逐渐增大,如黄花草木樨、细齿草木樨和白花草木樨植株的发芽率、株高、分枝数等指标均不同程度地受到抑制;菘蓝种子的出苗率、幼苗生长、开花和可育株率、单株结籽量等均逐渐的减少。
3.2 对药用植物生长发育的影响
辐射诱变技术同样对药用植物的生长与发育具有双重影响,既可以促进生长,提高产量,又具有负面效应[11]。
白桦种子经航天搭载后,植株均表现矮化现象,苗木叶片叶绿素量有降低的趋势,净光合速率略有提高。
而用γ射线处理圆叶决明的5个供试品种后,发现其现蕾期、初花期、盛花期,初荚期、盛荚期、成熟期改变等均表现为双向性,既有提早,也有推迟。
这说明辐射诱变处理具有不确定性,应该加强不同诱变技术的定向育种研究,以提高育种效率。
3.3 药用植物细胞学的影响
辐射诱变的细胞学效应主要表现在植物细胞和染色体结构方面的变异。
用60Co-γ射线处理木槿的愈伤组织后,其细胞膜透性和膜脂过氧化水平随射线剂量的增加而增加。
3.4 对药用植物生理生化特性的影响
植物辐射后会产生一系列的生理生化反应,酶蛋白活性、光合色素量的检测和酯酶同工酶谱的分析就成为检验辐射诱变生理生化效应的主要指标[12]。
不同药用植物对辐射诱变的反应差异显著,多数植物的酶活性升高,表现出一定的抗性特征。
烟草种子经离子注入后在烟草花叶病毒、黄瓜花叶病毒侵染时发现,超
氧化化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等内源保护酶在病毒侵染后能长时间保持较高活性,这对烟草抗病性的提高十分重要。
3.5 对药用植物分子生物学特性的影响
通过对诱变材料的分子生物学分析,不仅可以对不同诱变剂的育种机制进行系统研究,也可能获得可用于辅助育种和图谱制作的分子标记,从而更好地运用辐射诱变技术进行植物的育种。
应用RAPD技术分析N+离子注入后甜叶菊幼苗基因组变化,从DNA水平确定低能离子注入对甜叶菊的生物学效应。
4 药用植物辐射育种存在的问题及展望
药用植物的辐射诱变明显的存在着缺陷,主要体现在以下几个方面:(1) 药用植物辐射遗传育种方面的工作明显不足,未能深入系统的进行良种选育研究;
(2) 我国中药资源丰富,但是进行辐射诱变研究的药用植物种类较少;(3)大多数研究仅停留在对药用植物田问农艺性状的观察上,有待进行深入探讨;(4)对药用植物辐射处理后的生长发育动态及其次生代谢物质变化规律的研究不多[13]。
针对药用植物诱变育种存在的问题,可对以下几方面进行研究:(1)扩大药用植物进行辐射诱变的范围,尽快形成诱变育种的技术体系;(2)加强辐射诱变技术对药用植物的生物学效应和次生代谢物质变化规律的研究;(3)从各个方面深入探讨不同诱变因素对药用植物遗传改良的机制研究;(4)要特别重视低能重离子注入技术在药用植物上的定向诱变研究,提高药用植物诱变育种的整体水平。
总之,当今世界辐射诱变研究广泛,应继续发挥辐射诱变育种的创新优势,并与现代生物技术相结合,为创造生长周期短、有效成分高的药用植物种质资源做出贡献[14]。
参考文献
[1] 秦民坚,王峥涛.药用植物种质资源与中药材的优良品种选育中[J].中药研究与信
息,1999,l(6):17-20.
[2] 董静洲,易自力.我国药用植物资源研究[J].药学研究杂志,2006,35(1):67-69.
[3] 高山林.药用植物遗传育种的现状与展望[J].世界科学技术-中药现代化,2001,3(6):58-62.
[4] 庄文庆.药用植物育种学[M].北京:农业出版社,1995:10-15.
[5] 申志英,李春香.微波辐射对药用植物生长发育的影响[J].生物磁学,2005, 5(4):265-268.
[6] 范长生,邱书.核辐射新技术对延胡索生物效应初探[J].中药通报,1981,6(2):3-4.
[7] 唐宁.白术辐射诱变育种研究[J].安徽农学通报,2007,13(23):84-85.
[8] 甄卫军,孙月华.低能离子注入麻黄种子生物效应初步研究[J].种子,2003, (2):
26-27.
[9] 王侠礼.一种新的作物诱变育种方法-航天育种[J].种子,2004,23(9):94-98.
[10] 文远.空间环境对红花-生理状况的影响[J].中国中药杂志,1999,24(2):7-11.
[11] 刘昌效.药用植物诱变育种方法方法初探[J].药学通报,1981,16(6):49-52.
[12] 张志良,瞿伟菁编著.植物生理学实验指导[M].北京:高等教育出版社,2004,120-123.
[13] 周志军,武晓阳.药用植物育种研究进展[J].时珍国医国药,2008,19(7):1694-1699.
[14] 罗光明,邓子超,杨世林,等.药用植物优良品种选育研究现状[J].中药研究与信
息,2003,5(9):15-18.。