薯蕷屬植物遺傳多樣的研究進展①

吳文嬙++王曉倩++翟李楠

摘 要 我國蘊藏著豐富的薯蕷種質資源，國內外研究學者對薯蕷種質資源開展了大量遺傳多樣性的研究。主要從形態水平、細胞染色體水平、生化水平和分子水平4個方面綜述大薯、山藥、黃獨、盾葉薯蕷等物種遺傳多樣性的國內外研究進展，簡要介紹薯蕷屬植物的經濟和育種價值，為薯蕷種質的開發和利用提供依據。

關鍵詞 薯蕷屬 ；遺傳多樣性 ；研究進展

分類號 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值[1]。薯蕷屬主要分布在熱帶和亞熱帶地區，溫帶地區也有部分種的分布。我國僅有薯蕷屬一屬，約55個種，11個亞種，1個變種，在長江以南各省均有種植，以西南和華南分布的種類最多[2-4]。普遍認為我國薯蕷植物有49種，劃分為6個自然組：根狀莖組、T字形毛組、頂生翅組、基生翅組、復葉組和周生翅組[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（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、山藥種質的研究居多。大薯在國際上特別是在非洲國家主要作為糧食作物，山藥是我國傳統的中藥材。除山藥為傳統的補氣藥材外，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行育種，生產上栽培的薯蕷主要是經過長期馴化和有針對性的選種得來。大部分種質資源遺傳背景復雜，國內外研究主要集中在薯蕷屬植物的農藝性狀、品質性狀的測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家和地理區域的薯蕷種質資源的變異類型、居群遺傳結構和進化特點以及分類提供了科學依據，也為進一步的薯蕷雜交育種和品種改良奠定了基礎。

1 薯蕷屬植物形態性狀的遺傳多樣性研究

薯蕷屬葉片的基本性狀有：單葉或掌狀復葉，葉中脈和側脈由葉基發出，有掌狀脈或網脈，葉序主要為葉互生。大薯、山藥等對生和互生兼有，大薯、山藥、褐苞薯蕷、黃獨等部分物種的葉腋內有珠芽（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現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個果瓣，種子有膜質翅。薯蕷屬植物大多具有地下根狀莖或塊莖，其薯塊形狀、內外表皮的顏色、薯肉的顏色、結薯的數量、入土的深度、化學成分因種類而不同[7]。目前主要根據薯蕷屬植株的葉片大小、葉型、葉色、葉脈、薯塊形狀、薯肉色等進行形態學遺傳多樣性的研究，為植物分類提供一定的理論依據。

1.1 山藥種質形態性狀的遺傳多樣性研究

山藥又名薯蕷、懷山藥等，目前國內有關山藥形態學遺傳多樣性的報道較多。蔡金輝等[8]通過對山藥的莖蔓、棱翼等22項植物學性狀和塊莖皮層、肉質等8項感官品質性狀進行鑒別，將山藥分為普通山藥與田薯2個種以及長山藥、棒山藥、長柱形、圓筒形和扁塊形山藥5個變種，再進一步細分為10個品種群，包含了長山藥3個品種群、棒山藥1個品種群、長柱形山藥、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]在形態學水平上對山藥的分類作了初步研究，對4個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個野生山藥資源進行了農藝性狀調查，結果表明：花籽山藥生長勢強，產量最高；其次是日本山藥；太谷山藥生長勢和產量水平中等；嵩縣野山藥產量水平居中等，生長勢強；鐵棍山藥生長勢較弱，產量水平最低。梁任繁等[10]對12份來自廣西不同地區的山藥種質資源進行了12個農藝性狀的調查，按葉長、葉寬、葉裂深度、葉柄長、莖蔓直徑、出苗天數分別聚類可將材料分為5、7、5、6、3、3個類群，根據全部表型性狀，可將12份山藥種質分為北方山藥、南方山藥、野生山藥、田薯型4個類群。吳志剛等[11]對溫州山藥的表型性狀進行多樣性研究，結果顯示，6個所測表型性狀平均變異系數為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]用系統聚類法研究了山藥的15個農藝性狀，并構建遺傳距離樹狀圖，結果表明：根據地上部長勢的強弱可將34份山藥資源劃分成2大類；當絕對值距離在9～13時，生長勢較弱的一類又可分為2個亞類，一類為分枝具黃褐皮色的長狀山藥，另一類為棒狀山藥及參薯；絕對距離在8左右時，又可將棒狀山藥和參薯分開。Norman等[13]對來自塞拉利昂的52份山藥種質的28個表型性狀進行主成分分析和聚類分析，研究發現，其種內變異較大，52份材料可依據塊莖的形狀分為長圓形、橢圓形、長方形、圓形和圓柱形，其廣泛的遺傳多樣性可在山藥的高產和其它所需性狀，如抗病蟲害等育種中發揮巨大作用。黃玉仙等[14]對薯蕷植株進行定性觀察和定量測定，主成分分析和聚類分析結果顯示，94份薯蕷種質在24個測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個類群，分別屬于山藥、褐苞薯蕷、山薯和參薯。覃維治等[15]對收集的44份淮山藥種質資源的19個農藝性狀進行調查，其中12個質量性狀中遺傳多樣性指數最高為葉形，7個數量性狀中遺傳多樣性指數最高為薯塊長度，單株產量變異系數最大，各種質間的農藝性狀差異顯著，種質間的親緣關系呈現一定地域生態環境規律。以上研究表明，山藥含有豐富的形態學變異，形態學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。

1.2 大薯種質形態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，由于大薯其產量潛力較大，在非洲一些國家是僅次于木薯的第二大糧食作物，國外對其形態學研究也較多。Shiwachi[16]對從日本收集的36份大薯種質進行了形態學、生態學及綜合評價，發現葉柄與塊莖表皮顏色相關程度為90%，而與塊莖肉只有40%的相關性，塊莖干重與其生長周期密切相關。Nagashima等[17]對從巴布亞新幾內亞收集的15份大薯地方品種的特性和種內塊莖淀粉的差異進行了研究， 并且與懷山藥Nagaimo進行對比，結果表明，在淀粉粒徑、最大吸收波長、膨潤力、溶解度等特性上，大薯種內存在顯著差異。Amlnah等[18]對馬來西亞當地的大薯種質在2種不同土壤類型環境下的形態學特征進行評價，基于葉片、莖干、薯塊上的差異分成3組。第1組種質塊莖表皮為紅色，薯肉紫色，淀粉致密；第2份種質塊莖表皮為白色，薯塊肉質為白紫色；第1組和第2組種質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；第3組種質薯塊表皮為白色，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133份大薯材料12個農藝性狀（葉尖類型、葉色、葉片對/互生情況、莖棱數情況、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、葉長寬比、單株平均產量）進行統計分析，在歐式距離為1.2時，可以將材料分為6個大類。以上研究表明，大薯存在豐富的種內變異，表型性狀的差異為進一步分類提供依據，也為大薯的生產應用提供一定理論基礎。

1.3 盾葉薯蕷種質形態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，為我國特有種。盾葉薯蕷富含薯蕷皂苷，是生產上主要提煉薯蕷皂苷的植物。目前盾葉薯蕷在遺傳背景、親緣關系及基因組的遺傳多樣性方面的研究報道較少，主要集中在生物學特性方面的研究。李朝陽等[20]對收集自湖北武當山、湖南南部和西北部的12個盾葉薯蕷居群的生長狀況及葉色、葉形、葉寬、葉長、葉基、葉張角等12個形態學指標進行調查研究，結果將它們分為長葉形和寬葉形兩大類型。杭悅宇等[21]對來自11個居群的82個盾葉薯蕷單株進行了葉片的7個形態特征值的測量，研究發現各個特征值變異很大，相對標準誤差均超過0.2；采用UPGMA將82份單株聚為三大類群：長葉型、寬葉型和普通型。薛炎等[22]對盾葉薯蕷形態結構的多樣性進行了研究，發現不同居群盾葉薯蕷的葉片、地上莖、地下塊莖、花和果實在形態上有較大差異，研究表明以上形態差異可能與其皂苷含量有一定關系。

1.4 薯蕷屬其它植物形態性狀的遺傳多樣性研究

薯蕷屬其它作物也有相關形態性狀遺傳多樣性方面的研究報道，可根據零余子、花藥、脈序等性狀進行分類。Prain等[23]最早在1936年根據黃獨零余子的形態、大小、根莖和葉片形態等性狀，將亞洲黃獨定為原變種，種下分9個變種；非洲黃獨為變種；中國黃獨除原變種外，還存在雷公薯、黃金山藥等變種。中國植物志[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個種。裴鑒等[26]認為，二者外部形態差別并不大，應定為原變種與變種。方玉霖等[27]通過觀察來自福建的薯蕷屬14個種的葉脈特征，根據脈序的差異將它們分為羽狀脈和弧形脈2種類型。不同種在一級脈的數目、方式，二級脈的夾角、走向，三級脈的類型、網眼發育情況等方面存在差異，且這些性狀相對穩定，表明脈序對薯蕷屬的植物學分類具有參考價值，并建立了薯蕷屬植物葉脈序分種的檢索表。

2 薯蕷屬植物細胞染色體的遺傳多樣性研究

薯蕷屬植物的染色體數目變異較大，且倍性復雜。在薯蕷屬植物中，通過顯微鏡觀察染色體數目是倍數評估的傳統方法[28-29]，但薯蕷屬植物的染色體非常小，這對于染色體數目的統計以及進一步核型分析來說顯得比較困難。流式細胞術（FCM）只需要少量的植物組織就能準確、快速、大規模地分析物質細胞核[30]，該技術已經成功地運用在大薯的倍性分析和基因組大小的評估上[31-33]。Baquar[34]對尼日利亞薯蕷屬9個種的染色體進行了研究，結果表明，種間和種內的染色體數目存在較大的變異。其中參薯薯蕷染色體倍數較高；毛薯染色體較小；阿比尼西亞薯蕷有4種不同的染色體數目，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]對薯蕷屬植物的體細胞染色體倍數進行了研究，結果表明，非洲、美洲薯蕷植物的染色體基數分別為9和10，中國根狀莖組薯蕷的染色體倍性基數為10。我國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；復葉組的五葉薯蕷染色體倍數為4或8，頂翅組的毛膠薯蕷和粘山藥的染色體倍數為6，黃獨組的黃獨染色體倍數為4、8和10，這幾組染色體倍性復雜，大部分為多倍體，且倍數普遍較高。Baquar[35]從尼日利亞可食用山藥中選取33份隸屬于5個種的栽培山藥以及26份本土的山藥進行染色體數目的研究，其染色體數目分別為：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。研究結果表明，部分種的染色體數目比較一致，染色體數目也存在種內變異。秦慧珍等[36]對黃獨染色體進行觀察，發現其種內存在染色體倍性變異，甚至出現非整倍性，表現出其作為世界廣布種具有的較高多樣性程度。秦慧貞等[37]對中國薯蕷屬的39種和1亞種的染色體數進行研究，認為薯蕷屬染色體基數為10，根據染色體數目的演化，認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生有關。王麗霞[38]利用根尖壓片法觀察山藥的染色體，發現大多數的染色體呈點狀或短棒狀，極小，很難數清，認為佛手山藥、焦作長山藥和恩施長山藥的染色體數目約為40條，利用流式細胞儀進行檢測，發現被檢測的山藥DNA含量是盾葉薯蕷的2倍。陳瑞陽[39]對薯蕷屬一些種的染色體進行數目統計以及核型分析，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，但可以進行核型分析的物種卻很少。可見薯蕷屬植物染色體在大小和形態上的問題阻礙了其進一步的研究。李俏等[40]對收集自我國南方地區的20份懷山藥和19份大薯種質進行了形態特征的調查與染色體數目的研究，結果顯示，懷山藥和大薯形態特征豐富，染色體數目為40條或60條，形態特征與染色體數目存在一定的相關性。黃賢蘭等[41]對薯蕷屬4個種進行了核型分析，結果顯示，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；該數據也表明，薯蕷屬植物是染色體數目和倍性復雜且存在多倍體的植物群，核型存在豐富的變異。Marie等[42]對來自喀麥隆（阿達馬瓦區、中部和西南部）3個地區采集的59份大薯栽培種的染色體DNA進行流式細胞染色和測量，結果顯示，基因組大小在山藥種內差異不大，可根據4種不同倍性水平的DNA含量將之分為4個種類，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]。上述研究報道表明，薯蕷屬內不同種的染色體數目有較大的變異，同一個種內存在不同倍性的材料，說明薯蕷種質的遺傳背景復雜，這對后續的雜交育種、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

同工酶技術可應用于研究植物的種質資源，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用。顧中之等[44]對來自我國不同省份的38份山藥種質的塊莖淀粉酶同工酶進行研究，在塊莖的休眠末期發現該同工酶酶譜組成有15種（不計分區帶）至18種類型（計算分區帶），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，都會影響酶的帶型，認為可利用山藥塊莖淀粉酶同工酶的多型性特點以及山藥塊莖不同貯藏期的特異酶譜作為山藥種質鑒別的生理生化依據。Dansi等[45]對來自貝寧的467份幾內亞山藥進行7個酶系統（AAT、EST、G6PDH、IDH、PGM、PGI、SKDH）的同工酶多態性分析，不同帶型組合分析將其中227份材料分辨出來，進一步說明了該地區山藥種質的遺傳多樣性。鄭曉琴等[46]對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行酯酶（EST）和超氧化物歧化酶（SOD）的同工酶檢測，研究結果表明：3種類型的盾葉薯蕷之間存在相關性，由于倍性和地理分布的不同，其同工酶酶譜又表現出明顯的差異，但是多倍體同工酶酶帶條數較二倍體少，酶帶著色也較淺。李娟等[47]對田間農藝性狀表現差異較大的6種形態類型的盾葉薯蕷進行過氧化物酶（POD）同工酶測定，結果表明：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，再根據酶帶分布的差異進一步將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]通過對里貝拉島大薯商業化品種和本地種進行同工酶標記和集群分析，35個大薯品種被分成六大組，地方種和商業種之間存在很明顯的差異，且商業種多樣性低，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境、季節變化的影響，實驗結果更加穩定可靠，該技術在薯蕷屬基因組的遺傳多樣性方面的研究應用較多。

4.1 薯蕷屬植物基于RAPD技術的遺傳多樣性研究

RAPD技術以其操作簡單、檢測速度快，對于遺傳基礎研究較薄弱的作物來說非常適用，在薯蕷屬植物種質資源遺傳多樣性研究、品種指紋圖譜繪制、基因連鎖圖構建等方面都有應用。

Ramser等[49]最早運用10個RAPD引物分析了來自非洲、亞洲、波利尼西亞的7個黃獨及變種，共擴增出375個位點，僅8條共有譜帶，條帶的多態性高達97.8%，表明了黃獨種內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個不同產地的山藥（Dioscorea spp.）樣品，獲得237個多態性的標記位點，其中4個引物能將全部樣品鑒別開，并通過聚類分析將它們歸為5個類群。Mignouna等[51]首次利用RAPD技術對大薯炭疽病抗性OPI71700 和OPE6950 DNA進行標記，對抗性的TDa 95/00328命名為 Dcg-1，OPI71700 與 Dcg-1定位密切耦合，這種耦合在58個抗性F1中均出現，而在13個易感F1中只出現1個（遺傳距離2.3 cM）；OPE6950標記在58株OPE6950抗性F1出現56株，只有1株易感F1出現（6.8 cM），分子標記為大薯炭疽病抗性基因篩選和擴增提供了巨大的價值策略。薛焱等[52]應用19個RAPD引物對11個盾葉薯蕷居群進行遺傳差異的研究，共擴增出153條帶，其中113條為多態帶，條帶的多態率為73.86%，初步認為，云南小花盾葉薯蕷與其它材料間存在較大的遺傳差異，可進一步用于雜交育種。薛焱等[52]利用RAPD分子標記技術對14種不同皂苷元含量的盾葉薯蕷進行多態性分析，共擴增出73條片段，其中多態性片段為64條，多態性條帶占87.67%，顯示出盾葉薯蕷存在明顯的多態性，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性，說明盾葉薯蕷的遺傳基礎對皂苷元的形成和積累有顯著影響。蔣道松等[53]利用RAPD標記技術對不同來源的盾葉薯蕷進行遺傳多樣性分析，研究表明，盾葉薯蕷特異條帶較多，遺傳分化較大，能有效地標識薯蕷皂苷元含量及塊莖產量等數量性狀，這對于構建這些經濟性狀的遺傳連鎖圖譜，定位其數量位點，以及這些優良性狀的早期選擇和分子輔助育種奠定了基礎。劉娟等[54]對不同產地的穿龍薯蕷、盾葉薯蕷，山藥種質進行RAPD分析，不同居群穿龍薯蕷之間的遺傳相似系數達0.655～0.875，表現出一定的遺傳多樣性，并發現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系較近。華樹妹等[55]利用RAPD技術對來自福建不同地區的34份山藥種質進行遺傳多樣性分析，共獲得182個條帶，其中多態性條帶為161條，多態性比例為88.5%，經過聚類分析表明，當遺傳相似系數為0.66時，34份資源可分成4類：普通山藥、扁山藥、田薯和福建大薯；當遺傳相似系數為0.68時，普通山藥又可進一步分為長山藥和棒山藥2個亞類，這與經典的形態學分類相符，支持了按薯塊類型對山藥種質進行分類的觀點。孫小芹等[56]采用RAPD分子標記技術對6個叉蕊薯蕷居群及5個粉背薯蕷居群進行遺傳多樣性的分析，共擴增出170條帶，其中多態性條帶161條，多態性條帶百分率高達94.71%，聚類分析結果表明，二者間的遺傳相似系數為0.922 3，遺傳距離為0.080 9，表明了這2個類群之間為原變種和變種關系，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分子標記技術可以在短期內獲得較多的多態性條帶，其結果快速可靠，其在薯蕷屬植物遺傳連鎖圖譜的構建、種群多樣性及遺傳結構等方面均有應用。Mignouna等[57]利用AFLP標記對大薯進行分子遺傳連鎖圖譜的構建，469個標記涵蓋1 233 cM，20個連鎖群。QTL定位分析顯示，其中定位在連鎖群2的AFLP標記E-14/M52-307與抗炭疽病有關，該研究為大薯數量性狀的定位提供了參考。MalaPa等[58]用AFLP標記對大薯及9個其它薯蕷屬植物的相關性進行了研究，研究表明，大薯與D. nummularia Lam.和D. transversa Br之間是近緣關系，在遺傳上D. alata與‘langlang，‘maro，‘netsar和‘wael相近，但與D. persimilis則較遠。李勇慧等[59]應用AFLP標記研究了我國5個盾葉薯蕷居群30個植株的遺傳多樣性和群體的遺傳結構，標記的條帶多態性比率85.92%，遺傳分化系數為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性，表明5個盾葉薯蕷種間基因交流貧乏，遺傳交換不高。Sonibare等[60]對來自西非和中非6個國家53份灌叢薯蕷種質的葉綠體DNA進行AFLP標記，12個引物擴增出1 052條AFLP片段，多態性為94.1%，而尼日利亞和多哥地區薯蕷種質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標記方法對收集于6省的111份大薯種質進行遺傳多樣性分析和聚類分析，遺傳相似性系數平均值為0.58，表明所收集的大薯材料個體存在較大的遺傳差異，大薯種質遺傳資源比較豐富，聚類分析結果顯示，不同地區來源的大薯材料界限不明顯，可能是日趨發達的信息和交通使不同地區之間的大薯種質交流頻繁。郭文等[62]對小花盾葉薯蕷、盾葉薯蕷、黃獨、山藥4種薯蕷屬植物進行了AFLP多態性分析，22份種質材料種間及種內多態率分別為100%、84.06%、99.08%、72.87%和98.79%，表明4種薯蕷屬植物種間種內均存在較大差異，并利用918個AFLP標記片段組合構建了指紋圖譜數據庫，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依據。

4.3 薯蕷屬植物基于SSR及以SSR為基礎的遺傳多樣性研究

SSR標記重復性高，實驗結果可靠，也能獲得一定的多態性位點，伴隨著對薯蕷屬作物基因組及轉錄組的研究深入，SSR標記的數量將不斷提高，目前在薯蕷屬上的主要應用是遺傳多樣性的分析。Terauchi等[63]最先對薯蕷屬植物山萆薢（Dioscorea tokoro）的微衛星序列位點多態性進行了報導，確定的6個微衛星位點在日本山萆薢23份材料中均表現出多態性，表明山萆薢富含微衛星位點且多態性較高。微衛星位點是植物種群遺傳研究的理想標記，科學家基于微衛星序列，先后將SSR、ISSR、EST-SSR技術應用于薯蕷屬植物研究。周延清等[64]用ISSR標記分析了28個山藥品種的遺傳多樣性，其多態性條帶比率為83.01%，shannon多樣性指數為0.319 1，可將28個山藥品種分為4組，第一組含有日本白、花山藥和日本園3個品種；第二組為小葉山藥；第三組為高野1號；其余23個品種歸入第四組。鄭玉紅等[65]采用ISSR技術對我國的14個黃獨樣品遺傳多樣性進行研究，擴增出70條帶，其中67條多態性帶，多態性比率為95.71%，聚類分析表明，來自海南省和臺灣省的樣品與我國內陸的樣品較早分離，并將來自我國內陸的樣品分為5組，該結果與形態水平上黃獨的分類一致，同時也表明，云南可能是黃獨在我國的分化中心。吳志剛等[66]收集20個參薯樣品進行ISSR分析和UPGMA聚類，結果20個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，且種內差異十分顯著，遺傳相似性系數為0.672 9～0.990 7，參薯種內豐富的遺傳多樣性可為山藥分類鑒定提供分子生物學依據，也為新品種選育奠定理論基礎。Arnau等[67]對72個大薯當地品種和17個商業品種進行SSR微衛星標記，11對引物分析到0.92的差異值，具有高度多態性。區域內差異占總差異的95.9%，而區域間的僅為4.1%，表明大薯遺傳多樣性與其區域分布無關。郭文[68]采用SSR技術研究4種薯蕷屬植物的親緣關系，共擴增出138條帶，其中多態性比率為98.55%；聚類結果顯示，盾葉薯蕷和山藥、小花盾葉薯蕷、黃獨的平均相似系數分別為0.56、0.53和0.47，表明盾葉薯蕷與山藥親緣關系最近，依次是小花盾葉薯蕷、黃獨。

4.4 薯蕷屬植物基于SRAP的遺傳多樣性研究

SRAP標記是建立在AFLP和RAPD標記基礎上的技術，試驗結果更為穩定可靠，可重復性高[69]。近年來，SRAP標記在辣椒、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資源上的研究較為鮮見。周生茂等采用SRAP標記對山藥的6種基因型進行分類鑒定，認為SRAP標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標記對大量種質資源分析的可行性有待進一步深入研究。黃玉仙等[74]以國內94份山藥種質資源為材料，同樣采用SRAP標記和聚類分析，擴增出754 DNA條帶，其中多態性條帶占81.7%； 94份材料可根據0.882的遺傳相似系數歸入薯蕷、褐苞薯蕷、山薯、山藥、參薯五大類，說明山藥種質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技術對8個山藥栽培居群的21個山藥品種的親緣關系，共檢測到309條清晰條帶，其中多態性條帶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；8個居群間的遺傳距離在0.049 8～0.487 9 ，21個山藥品種分別歸屬到薯蕷、參薯、褐苞薯蕷、山薯種內。

4.5 薯蕷屬植物基于其它技術的遺傳多樣性研究

Terauchi等[76]運用一種改良的TALL-PCR分子技術，成功地離析出黃獨的苯丙核酸解氨酶（Pal）基因和山萆薢的磷酸葡萄糖異構酶（Pgi）基因，為薯蕷植物分類提供了分子生物學方面的依據。劉玉萍等[77]采用PCR直接測序技術對薯蕷、日本薯蕷、褐苞薯蕷和參薯的18SrRNA序列進行測序和同源性分析，發現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，而薯蕷和黃獨間的遺傳距離相對較大，并推測褐苞薯蕷是薯蕷種內的一個多倍體變異類型（栽培品種）。鄭玉紅等[78]用相同方法對山藥原植物薯蕷及其近緣種的trn-F和rbcL序列進行測定和系統發育樹構建，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，其親緣關系較近，可聚為一類；基于rbcL序列的研究結果與前者一致，同時也發現薯莨與其變種（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。這些技術的應用揭示了薯蕷屬不同種在保守序列上的變異特點，對薯蕷屬的分類及發育進化提供了依據。

5 展望

薯蕷作物的經濟價值決定了它們在我國未來的發展不可忽視。薯蕷屬植物許多不同的種在我國大江南北均有分布，種質資源含有豐富的變異。經過國內外研究學者的研究證明，薯蕷種質資源在形態學水平、細胞染色體水平、生化水平、分子水平上均存在有豐富的遺傳多樣性。對其進行系統的遺傳多樣性研究有利于遺傳分類和進一步了解不同種質之間的遺傳特性，為薯蕷作物的品種改良、雜交育種、引種栽培奠定理論基礎，對培育出高產、高抗、高品質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值。目前，國內外對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，遺傳背景復雜，常伴有雜交不育、種子萌發率低等特點，因此深入的理論研究會比較困難。針對主要以無性繁殖為主的薯蕷作物，伴隨著大規模的基因組學、轉錄組學、代謝組學等新興研究技術的廣泛應用，薯蕷屬作物的功能基因的開發將逐步展開。

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