藥用植物蒼術分類與繁殖的研究進展

段院生+王沫

摘要：藥用植物蒼術（Atractylodes）為菊科蒼術屬多年生草本植物，分布于東亞，在中國的許多地區栽培，收獲其根狀莖干燥后作藥用。蒼術的繁殖方式有種子繁殖、分株繁殖、根莖繁殖。分類依據的形態特征主要是葉、花的不同，但其形態差別有限。報道的所有蒼術屬植物的染色體數均為2n=24，除羅田亞種外均包含2對隨體染色體，且隨體很小；在染色體類型（中部著絲粒、亞中部著絲粒、亞端部著絲粒染色體）及數目上有差異。在羅田蒼術的染色體上檢測到1對染色體帶有5S rDNA位點，另外2對染色體帶有 45S rDNA位點，其中1對為隨體染色體，故1對染色體上的45S rDNA位點沒有表達而形成隨體。在核型對稱性方面，羅田蒼術為原始的2A型，而其他蒼術與白術的均為2B型。羅田蒼術在染色體上的分化為其亞種的分類地位提供了細胞學證據。DNA序列及分子標記揭示了不同蒼術類型間一定的遺傳變異，為其分類及演化提供了分子證據。羅田蒼術花粉母細胞的減數分裂過程中，染色體（2n=24）正常配對形成12個二價體，后期I均等分離，在兩次分裂的后期和末期沒有落后染色體及形成微核，最后產生較高比例的可育花粉，為其較高結實率及種子的高成活率提供了細胞學解釋。其正常的減數分裂也保證了進行有性與無性繁殖蒼術染色體數目的穩定性。

關鍵詞：蒼術（Atractylodes）；植物分類；細胞學；繁殖；減數分裂

中圖分類號：S567.21+1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）10-2309-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.002

1 蒼術的分類及形態特征

蒼術為中醫臨床常用藥材，因其根皮蒼黑，故名蒼術。《神農本草經》將蒼術列為上品，原名“術”。梁代陶弘景《名醫別錄》提到，“術”有白（即白術）赤（即蒼術）之分，故又名赤術。《本草綱目》稱其為“仙術”。

蒼術在植物分類上為菊科（Asteraceae）菜薊族（Cynareae）刺苞亞族（Carlininae）蒼術屬（Atractylodes）的多年生草本植物。該屬分布于東亞地區，大概包含8個種，但分類還有爭議 [1-4]；栽培的主要有南蒼術或茅蒼術[Atractylodes lancea （Thunb.） DC.]、北蒼術或山蒼術[Atractylodes lancea （Thunb.） DC.var.chinesis（Bunge） Kitam）]、關蒼術（A.japonicaKoidz.ex Kitam）、朝鮮蒼術[（A. koreana （Nakai）Kitam]、白術（Atractylodes macrocephala Koidz）。日本的3個種，即茅蒼術（Atractylislancea）、琴葉蒼術（Atractylis lyrata）和白術（Atractylis ovata），后經石鑄[1]考證皆為Atractylodes lancea（Thunb） DC.。另還有全葉蒼術（A. chinensis Koidz. var. simplicifolia Kitag）。

中國有5個種，1個變種和1個亞種：白術、茅蒼術、關蒼術、朝鮮蒼術、鄂西蒼術[A. carlinoides（Hands. Mass. ） Kitam]、北蒼術（變種）和蒼術羅田亞種[Atractylodes lancea （Thunb.） DC ssp. Luotianensis S. L. Hu et X. F. Feng] [1-4]。栽培作藥用的以蒼術為主，有南蒼術（或茅蒼術）和北蒼術（或山蒼術）之分。茅蒼術主要分布于河南、江蘇、湖北、安徽、浙江、江西等省，適宜生長在丘陵山區半陰半陽的荒坡地，江蘇茅山地區是茅蒼術道地藥材的產區。北蒼術主要分布于中國北方（黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古、河北、山西等省、自治區），生長于海拔300～900 m間的干山坡，稀疏的闊葉林或針闊混交林下。其根狀莖（Rhizoma areactylodis lanceae）干燥后作藥用，具有燥濕健脾、祛風散寒、明目等功效，可治療脘腹脹滿、泄瀉、水腫、風濕痹痛、風寒感冒、雀目夜盲等癥。蒼術多糖有較強的降血糖作用[5]。雖然蒼術在中國的地域分布較廣，但其形態差別有限。分類依據的形態特征主要是葉（葉裂與否及葉裂形狀、葉形狀與質地、葉大小等）、花（頭狀花序的大小及顏色等）的不同[1-3，6]。茅蒼術為多年生草本，株高多在30～60 cm，但隨環境有一定的變化。莖直立，只上部有少量分枝；花兩性與單性，多異株，雌花為單性；兩性花有羽狀長冠毛；花冠白色，細長管狀。瘦果被黃白色毛 [1-3，6，7]。開花期在8～10月，結果期9～10月。根狀莖呈不規則的連珠狀，其表皮為灰棕色或深褐色，有略粗糙的皺紋，莖痕或殘留莖基在頂端可識別；黃白色或灰白色斷面有明顯的散在棕紅色油腺，習慣稱為“朱砂點”。水濕后的切斷面能析出微細的針狀結晶，因像白霉如毛而又稱“毛蒼術”。 散發芳香氣、味微甘而后苦辛。

北蒼術與茅蒼術大致相同，其主要區別點為葉通常無柄，葉片較寬，卵形或窄卵形，一般羽狀緣深裂，莖上部葉羽狀淺裂或不裂，頭狀花序稍寬，總苞片多為5～6層，夏秋間開花 [5]。其根莖形色略與茅蒼術不同。切斷面水濕后無針狀結晶析出。香氣不及茅蒼術濃烈，味甜微辛苦。

《中國植物志》中蒼術5個種的劃分主要依據葉片的形狀、花序大小及顏色。朝鮮蒼術的葉通常披針形或卵狀披針形，質地厚，紙質或厚紙質，最寬處在葉片下部或中部；而蒼術的葉倒卵形、長倒卵形、倒披針形或長倒披針形，質地硬，硬紙質，最寬處在葉片上部或中部以上。白術與關蒼術的差異關鍵在花序大小及顏色，白術的頭狀花序大，總苞直徑3～4 cm， 小花紅紫色； 關蒼術的頭狀花序小， 總苞1.0～1.5 cm， 小花黃色或白色。 羅田蒼術與蒼術的主要區別為葉較大（長5～13 cm，寬1.5 ～5.0 cm）、 頭狀花序較大（直徑2～4 cm）。瘦果倒卵形，長5.5 ～10 .0mm[4]。對不同產地材料的研究表明，蒼術的形態與生境有關，分類標準難以把握。endprint

湖北省羅田縣和英山縣一帶的蒼術植株、葉、頭狀花序及花的各部均較大，與其他地區的蒼術有明顯的形態和地理分布差異，而且羅田蒼術含有豐富的揮發油，含量比其他產地的高（達7.3%），因此被分為茅蒼術的一個新亞種[Atractylodes lancea （Thunb.） DC ssp. Luotianensis S. L. Hu et X. F. Feng][8]，即蒼術羅田亞種。其特征是根狀莖香味濃郁、橫斷面有橙黃色或棕紅色油點，俗稱“朱砂點”，于2011年獲中國地理標志產品保護。

2 蒼術的細胞學研究

進化細胞遺傳學主要研究染色體結構和倍性改變與物種形成之間的關系。染色體核型可提供物種分類關系、遺傳變異及進化起源方面的信息。蒼術染色體數目最早由Suzua分別于1949年和1950 年報道了分布于日本的3個種，即Atractylislancea、Atractylis lyrata和Atractylis ovata；它們的染色數均為2n=24[9]。后經石鑄[1]考證，此三者皆為Atractylodes lancea （ Thunb） DC.。迄今為止報道的蒼術屬植物[包括朝鮮蒼術（A. koreana）、關蒼術（A. japonica）]的染色體數均為2n=24[10-13]。其他染色體數目（2n=20，22）可能是技術原因及統計細胞數有限所致[14，15]。所有材料的染色體為中部著絲粒染色體（Metacentric chromosomes，m）或亞中部著絲粒染色體（Submetacentric chromosomes，sm），最長染色體與最短染色體的長度比大致為2；除羅田亞種外均包含2對隨體染色體，且隨體很小，在收縮較強的染色體上不明顯[10-16]。

東北產3種蒼術屬植物的核型公式分別為：北蒼術，2n=24=12m + 6sm + 6st （4SAT）；關蒼術， 2n=24=14m + 10sm（4SAT）；朝鮮蒼術，2n=24=10m + 14sm（4SAT），三者核型對稱性均為2B型[12]。筆者獲得的羅田蒼術核型公式為2n=24=12m+12sm （2SAT），2A型[13，16]。最近報道的蒼術屬6個居群的染色體數目均為24條，核型公式分別為：湖北保康居群2n=24=10m+12sm+2st、陜西商洛居群2n=14m+10sm、安徽岳西居群2n=2x=12m+12sm、湖北英山居群2n=2x=14m+10sm、河南信陽居群2n=2x=14m+8sm+2st、湖北神農架居群2n=2x=8m+10sm+4st；除中部著絲粒染色體與亞中部著絲粒染色體外，還有少數的亞端部著絲粒染色體（Subtelocentric chromosomes，st）[17]。英山居群蒼術核型為2A型，與筆者的結果一致，其他的5個居群均為2B型。表明英山蒼術是6個居群中比較原始的類群，而其他居群進化程度較高。同時根據6個居群的核型分析和Q型聚類結果表明英山居群羅田蒼術與商洛居群北蒼術著絲粒核型相同，聚為一小類，再與信陽居群北蒼術聚為一大類，認為不宜將英山居群羅田蒼術作為一個新的變種。但該文中沒有隨體染色體的資料。白術的核型公式分別為2n=24=6m+16sm（2SAT）+2t，對稱性也是2B 型[10]。故白術的核型與蒼術的有較大差異，主要以亞中部著絲粒染色體占多數，且還有2條端部著絲粒染色體，只有1對隨體染色體，這也為不同的分類地位提供了細胞學證據。但發表的染色體圖片質量不好，值得進一步研究。雖然染色體類型（m，sm，st）的劃分受材料、技術的影響，但隨體染色體的鑒別比較確切，羅田蒼術與關蒼術和朝鮮蒼術的主要差別是少1對隨體染色體；在核型對稱性方面，羅田蒼術為最原始的2A型，而其他蒼術與白術的均為2B型，表明羅田蒼術處于更原始的進化水平。

最近筆者用熒光原位雜交（Fluorescence in situ hybridization，FISH）技術，在羅田蒼術的染色體上檢測到1對染色體帶有5S rDNA位點，另外2對染色體帶有45S rDNA位點，其中1對為隨體染色體。故1對染色體上的45S rDNA位點沒有表達而形成隨體。因此，羅田地區的蒼術可能在占據該地區后發生了染色體水平上的分化，為其亞種的分類地位提供了細胞學證據[13]。由此，建議對不同類型蒼術及白術的染色體核型包括rDNA位點作系統的研究，為其分類提供細胞學依據。

由于rRNAs（5S rRNA、18S-5.8S-25S rRNA）為核糖體的主要成分，而核糖體為合成蛋白質的場所；故一個物種必須有1對染色體攜帶5S rDNA位點、 另1對染色體載有45S rDNA位點（極少有二倍體物種二者在同一對染色體上）。用FISH技術檢測的結果也表明大多數二倍體物種只具有2個5S rDNA和45S rDNA位點（即一對染色體上的單一位點）；而一些傳統意義上的二倍體物種的多個位點有可能產生于染色體結構變異、古老的多倍體[18，19]。羅田蒼術只有1對5SrDNA位點、1對隨體染色體，可判斷為二倍體物種；鑒于蒼術屬的染色體基數x=12比大多數菊科物種的x=9高、2對染色體帶有45S rDNA位點，因而推測個別染色體發生了重復或結構變異，使蒼術的染色體基數增加。

菊科為大科（共13族1 300余屬，近2.2萬種），且染色體的數目變化很大，染色體基數從x=2到x=110～120，最普通的染色體基數是x=9，同樣非整倍性與多倍體性共存。雛菊僅有2對染色體（2n=2x=4），而還陽參屬（Crepis）的x=3，4，5。在研究與人類利用較多的菊屬中多倍體為重要的進化途徑。在自然形成的野生種主要是基數x=9的四倍和六倍體，非整倍體較少；以六倍體為基礎的栽培種則為染色體數變異較大的非整倍體類型[20]。從最低的染色體基數x=2及多數的x=9，可推測其基因組進化可能經歷了多次的多倍化才形成了x=9的物種，其是一個二倍化的多倍體；然后，由x=9的物種間雜交形成四倍體、六倍體及更高倍性的多倍體。至于蒼術屬物種的x=12的產生過程難以推測，一種可能是一個x=9的祖先與一個染色體基數較低的祖先（如x=3）雜交產生的，因為有2對染色體帶有45S rDNA位點。endprint

3 蒼術的分子系譜

DNA數據特別是DNA序列在揭示菊科植物的系統發育和進化以及分類上起到了不可替代的重要作用，尤其是對于這個科的眾多形態學特征模糊、在系統發育和分類方面都十分困難的問題屬[21]。在菊科中經常使用的DNA序列主要是rDNA的ITS和trnL-F等區域的序列。trn-F區域序列包括兩段非編碼的葉綠體DNA序列。盡管只有800bp左右長，這段序列為屬內系統發育到族的劃分都提供了重要的信息。許夢云等[22]應用ISSR（Inter-simple sequence repeats）分子標記技術對茅蒼術和北蒼術材料進行多態性分析，顯示茅蒼術比北蒼術有更高的遺傳多樣性；聚類分析表明茅蒼術具有明顯的遺傳分化，且與北蒼術有很近的親緣關系。Shiba等[23]測序分析了茅蒼術、北蒼術、朝鮮蒼術、關蒼術和白術5種蒼術屬植物的核基因組rDNA的內轉錄間隔區（Internal transcribed spacer），無法區分北蒼術和朝鮮蒼術；Mizukami等[24]分析了上述5種蒼術屬植物的葉綠體trnK序列，顯示茅蒼術與關蒼術的親緣關系較近；而且關蒼術和茅蒼術的rbcL全基因序列也一致。葛燕芬等[25]采用PCR（Polymerase chain reaction）技術對這5種蒼術屬植物的葉綠體trnL-F序列進行比較分析，可準確鑒別出朝鮮蒼術、北蒼術和白術；而茅蒼術與關蒼術因trnL-F序列完全一致而相互之間無法區分。用不同方法構建的分子系統樹有一定的差異，表明它們的物種分化不完全，序列進化不一致。RAPD（Random amplification polymorphic DNA）遺傳多樣性分析顯示南蒼術的遺傳多樣性略高于北蒼術[26]。南北蒼術的RAPD聚類分析表明蒼術傾向于以地域為界聚類，南蒼術先與關蒼術聚類后再與北蒼術聚類；該結果也顯示地理分布對遺傳分化的影響[27]。蒼術遺傳結構的RAPD分析表明，蒼術種內表現出較高的遺傳多樣性，居群內具有主要的遺傳變異，此種變異可能與無性繁殖有關；但居群間已形成一定的遺傳分化，說明各個居群較為獨立。但茅山蒼術在居群水平與個體水平的遺傳距離較小，表明其在長期適應該特定環境的過程中已經發生遺傳上的分化[28]。

4 蒼術的繁殖與栽培

由于蒼術產生兩性花或單性花，單性花一般為雌花，二者多異株[7]；兩性花植株具有一定的結實性而產生種子。茅蒼術主要依靠昆蟲傳授花粉。故蒼術的繁殖方式有種子繁殖、分株繁殖和根莖繁殖。

筆者進行的羅田蒼術的減數分裂過程觀察表明[29]，染色體（2n=24）正常配對形成12個二價體，沒有出現未配對染色體，后期Ⅰ均等分離，在兩次分裂的后期和末期沒有落后染色體及形成微核，最后產生較高比例的可育花粉。為同時型小孢子發生，在減數分裂過程中細胞質分裂一次，產生三孔花粉。所獲結果為其較高結實率及種苗的高成活率提供了細胞學解釋。其正常的減數分裂也保證了進行有性與無性繁殖蒼術染色體數目的穩定性。

雖然蒼術在自然條件下通過根莖無性繁殖，但仍同時進行較正常的種子繁殖。這與天南星科的半夏（Pinellia ternata）的情形有明顯差別，因其以珠芽和塊莖繁殖的無性繁殖為主，種子結實率低及種子發芽差而有性繁殖退化。細胞學觀察表明其為染色體數變化較大的多倍體系列群體，且減數分裂過程常出現不配對染色體、落后染色體及微核，導致花粉育性很低[30]。與此類似，三百草科的魚腥草（Houttuynia cordata）也是多倍體系列，主要以地下莖繁殖；花粉母細胞減數分裂中發生高頻率的細胞融合及異常，花粉育性極低；但可能由孤雌生殖產生較多種子，且種子萌發好[31]。故降低的花粉育性被多年生習性、營養繁殖（根莖、塊莖、珠芽等）和孤雌生殖所補償[32，33]。據此推測蒼術為傳統意義上的二倍體（2n=2x=24）或二倍體化的多倍體物種，如rDNA位點所顯示的信息，雖然其染色體基數比菊科常見的x=9的高。

表現低花粉育性、多年生習性、營養繁殖和孤雌生殖的多倍體物種，其群體間或群體內的染色體數目具有較大的變異[30，31]。可能的機制之一為花粉母細胞減數分裂過程中發生的細胞融合（Cytomixis），染色體或染色質在細胞間轉移，產生染色體數不同的配子及后代[30，31，34，35]。在羅田蒼術減數分裂前期Ⅰ的少數細線期花粉母細胞中觀察到的一個或幾個染色較深的、體積小很多的染色團，是否由細胞融合所致，還有待進一步證實[16]。不同蒼術中出現的體細胞染色體數目變異暗示其一定程度的遺傳不穩定性。

有些物種進行營養的無融合生殖，如珠芽及小鱗莖等可代替種子。無融合結子的物種主要是二倍體的配子體發育而成的無融合生殖類型或不定胚。半夏雖然以珠芽和塊莖繁殖的無性繁殖為主，但仍可產生少量種子。其花粉母細胞減數分裂異常，導致花粉育性低，因而結實率低并且種子發芽差。當然，羅田蒼術的減數分裂正常，沒有形成不減數的配子，也沒有無融合生殖的發生；故其種子的產生是由于正常的有性繁殖，即減數配子的結合和2n合子的發育。

參考文獻：

[1] 石 鑄.關于蒼術植物的學名問題[J].植物分類學報，1981，19（3）：318-322.

[2] 石 鑄.中國植物志（第78卷第1分冊）[M].北京：科學出版社，1987.23-29.

[3] 傅舜謨，方洪鉅，劉國聲，等.蒼術屬藥用植物的研究[J].植物分類學報，1981，19（2）：195-202.

[4] 胡世林.蒼術的本草考證[J].中國醫藥學報，2001，16（1）：11-13.

[5] 劉曉輝，劉顯軍，陳 靜.蒼術的性質及生物學功能[J].湖北農業科學，2010，49（6）：1476-1478.

[6] 胡世林，馮學鋒，吉 力，等.蒼術及其異域變種[J].中草藥，2000，31（10）：781-784.endprint

[7] 彭華勝，王德群.南蒼術與野生白術的開花動態研究[J].現代中藥研究與實踐，2007，22（3）：20-22.

[8] 胡世林，馮學鋒，王 玠，等.中國蒼術屬一新亞種[J].植物分類學報，2001，39（1）：84-86.

[9] DARLINGTON C D，WYLIE A P.Chromosome Atlas of Flowering Plants[M].London：George Allen & Unwin Ltd.，1955.270.

[10] 葛傳吉，李巖坤，周 月，等.白術染色體的核型分析[J].云南植物研究，1987，9（1）：116-118.

[11] 李俊英，李夢輝.東北蒼術屬三種主要核型的研究[J].沈陽農業大學學報，1988，19（4）：58-61.

[12] 王 臣，邢秀芳，王宗霞，等.東北產蒼術屬植物的細胞學研究[J].植物研究，1997，17（1）：79-84.

[13] DUAN Y S，ZHU B，SHU S H，et al.Chromosome karyotyping and FISH detection of 5s and 45s rDNA loci in Chinese medicinal plant Aatractylodes lancea ssp.luotianensis： Cytological evidence for taxonomic unit[J]. Pakistan Journal of Botany，2015，47（1）：103-107.

[14] 李俊英，楊萬青，馬大為.朝鮮蒼術染色體核型分析[J].沈陽農學院學報，1985，16（2）：70-72.

[15] 李俊英，尤文成.關蒼術染色體核型分析[J].沈陽農業大學學報，1987，18（4）：75-77.

[16] 段院生.羅田蒼術分類及繁殖的細胞遺傳學研究[D].武漢：華中農業大學，2014.

[17] 李曉玲，王雪松，程歲寒，等.蒼術屬植物6個居群的染色體核型分析[J].植物遺傳資源學報，2015，16（1）：185-191.

[18] ANSARI H A，ELLISON N W，READER S M，et al.Molecular cytogenetic organization of 5S and 18S-26S rDNA loci in white clover（Trifolium repens L.） and related species[J]. Annals of Botany，1999，83（3）：199-206.

[19] FUKUI K， KAMISUGI Y， SAKAI F. Physical mapping of 5S rDNA loci by direct-cloned biotinylated probes in barley chromosomes[J]. Genome，1994，37（1）：105-111.

[20] 李懋學，張斅方，陳俊愉.我國某些野生和栽培菊花的細胞學研究[J].園藝學報，1983，10（3）：199-206.

[21] 王玉金，劉建全.利用葉綠體DNA trnL-F序列初步探討菊科風毛菊屬的系統發育[J]. 植物分類學報，2004，42（2）：136-153.

[22] 許夢云，吳沿友，趙玉國，等.道地藥材茅蒼術的ISSR分析[J].河南農業科學，2009（7）：90-93.

[23] SHIBA M，KONDO K，MIKI E，et al.Identification of medicinalAtractylodes based on ITS sequences of nrDNA[J]. Biological Pharmacy Bulletins，2006，29（2）：315-320.

[24] MIZUKAMI H，SHIMIZU R，KOHJYOUMA M，et al.Phylogeneticanalysis of A tractylodes plants based on chlorop last trnK sequence[J]. Biological Pharmacy Bulletins，1998，21（5）：474-478.

[25] 葛燕芬，杭悅宇，夏 冰，等.5種蒼術屬藥用植物的trnL-F序列測定及種間遺傳關系分析[J].植物資源與環境學報，2007， 16（2）：12-16.

[26] 任冰如，於 虹，賀善安.蒼術DNA分離及RAPD遺傳多樣性分析[J].植物資源與環境學報，1997，6（4）：1-6.

[27] 郭蘭萍，黃璐琦，王 敏，等.南北蒼術的RAPD分析及其劃分的初步探討[J].中國中藥雜志，2001，26（3）：156-158.

[28] 郭蘭萍，黃璐琦，蔣有緒，等.蒼術遺傳結構的RAPD分析[J].中國藥學雜志，2006，41（3）：178-181.

[29] 段院生，朱 斌，舒少華，等.藥用植物湖北羅田蒼術亞種的花粉母細胞減數分裂過程[J].江蘇農業科學，2014，42（11）：273-274.

[30] LIU Y，HUI R K，DENG R N，et al.Abnormal male meiosis explains pollen sterility in the polyploid medicinal plant Pinellia ternata（Araceae）[J].Genetics and Molecular Research，2012，11（1）：112-120.

[31] GUAN J Z，WANG J J，CHENG Z H，et al.Cytomixis and meiotic abnormalities during microsporogenesis are responsible for male sterility and chromosome variations in Houttuynia cordata[J]. Genetics and Molecular Research，2012，11（1）： 121-130.

[32] MIHARA T.On the reduction division of Houttuynia cordata Thunb[J].Bot MagTokyo，1960，73：498.

[33] MABBERLEY D J.The Plant-Book.A Portable Dictionary of the Vascular Plants[M]. 2nd ed. Cambridge：Cambridge University Press，1998.

[34] SINGHAL V K，KUMAR P.Impact of cytomixis on meiosis， pollen viability and pollen size in wild populations of Himalayan poppy （Meconopsis aculeata Royle）[J]. Journal of Biosciences，2008，33（3）：371-380.

[35] MAITY S，DATTA A K.Meiosis in nine species of Jute （Corchorus）[J]. Indian Journal of Science and Technology，2009， 2（2）：27-29.endprint