赵盼　李明　董闪

摘要：以广藿香[Pogostemon cablin（Blanco）Benth]二倍体及其人工诱导的同源四倍体为材料，研究比较了广藿香二倍体与四倍体植株的生长和生理特性。结果表明，广藿香四倍体的株高、茎粗、叶片长宽、叶厚、叶面积、气孔大小均比广藿香二倍体高，多数性状在二者间均达到显著差异水平（P<0.05）；同时四倍体叶片中的叶绿素含量及POD、CAT、SOD、PAL活性均高于二倍体，且四倍体的挥发油总含量高于二倍体。这个结果为广藿香优良品种的选育提供了科学依据。

关键词：广藿香[Pogostemon cablin（Blanco）Benth]；二倍体；四倍体；生长特性；生理特性

中图分类号：S567.23+9；S335.1；Q945 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）22-5442-04

广藿香[Pogostemon cablin（Blanco）Benth]为唇形科（Lamiaceae）刺蕊草属（Pogostemon Desf.）植物，以干燥的地上部分入药，是我国常用的芳香化湿中药；具有芳香化浊、开胃止呕、发表解暑之功效[1]。广藿香原产于菲律宾、马来西亚、印度等国，目前在广东省的肇庆市、湛江市、广州市等地及海南省均有栽培，生产上主要以无性繁殖为主。长期采用无性繁殖会出现广藿香植株生长缓慢、抗逆性减弱和单位产量低等问题，甚至可能导致其后代种质退化、病虫害严重等现象发生[2]。多倍体药用植物具有根、茎、叶等营养器官上的巨大性，并且抗逆性增强、药用成分增加、产量提高等特点[3]。鉴于多倍体的特点，开展药用植物多倍体诱导及品质评价研究，对于培育优良品种和提高药材产量、质量具有重要的意义。以往课题组已成功培育了广藿香多倍体，经染色体鉴定为广藿香四倍体[4]。试验对广藿香二倍体与四倍体植株进行了生理生化特性比较研究，旨在为广藿香四倍体品质评价及其相关机制的研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用材料经广东药学院中药学院李明教授鉴定，确认为唇形科刺蕊草属植物广藿香。

广藿香二倍体材料采自广东药学院药圃，经鉴定，染色体数2n=2x=28；广藿香四倍体材料为本课题组通过秋水仙素化学诱导二倍体广藿香获得的植株[4]，经鉴定，染色体数4n=4x=56。

1.2 方法

1.2.1 田间处理 试验在2013年实施，田间试验采用随机区组设计，于9月24日进行田间直播，小区面积8 m2，每小区20株，3次重复。生长期间进行常规管理，11月28日进行形态学性状的测定。

1.2.2 植物形态学性状测定 2013年11月于田间随机选取长势一致、健壮的广藿香二倍体与四倍体植株各10株，观察其长势，按常规方法测量株高、分枝数，用游标卡尺测量茎粗、叶长、叶宽、叶厚（同一叶多点测量，重复3次，取平均值）。

1.2.3 气孔器特征的测定 在2013年11月选择晴朗的天气，于上午8：00～10：00时在田间取样，随机选取广藿香（二倍体、四倍体）植株同一部位的新鲜叶片各10片，用镊子撕取叶中部的下表皮，置于载玻片上，制作临时玻片。使用ML11生物显微镜测量开度最大的气孔及保卫细胞的长度、宽度，每个叶片随机测量10个气孔，取平均值；并观察每个视野中的气孔数目（30个不同视野），统计单位面积内的气孔数量，求平均值，再计算出气孔密度（个/视野）。

1.2.4 植物生理指标测定 在2013年11月选择晴朗的天气取样，各采广藿香二倍体、四倍体植株5株，取第3片真叶，剪碎后充分混合，分别制成各测试项目样品，并重复3次。叶绿素含量按照文献[5]的方法测定；过氧化物酶（Peroxidase，POD）活性按照文献[6]的方法测定；过氧化氢酶（Catalase，CAT）活性按照文献[6]的方法测定；超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase， SOD）活性按照文献[7]的方法测定；苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanin ammo nialyase，PAL）活性按照文献[7]的方法测定。

1.2.5 样品挥发油含量的测定 广藿香挥发油总含量依据文献[1]和文献[8]的方法测定。

1.3 数据分析

试验所得数据应用SPSS19.0软件进行差异显著性分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 广藿香二倍体、四倍体植株主要形态学性状比较

广藿香植株形态见图1。观察结果表明，广藿香二倍体植株分枝较少，节略膨大，节间长约3～5 cm，茎表面灰褐色，有的略带紫色；叶片浅绿色。四倍体植株分枝较多，节膨大，节间长约1～3 cm，茎表面灰褐色，多呈紫色；叶片颜色较二倍体深，部分叶片卷曲。广藿香二倍体和四倍体植物形态学性状比较结果见表1。从表1可知，广藿香四倍体植株的株高、茎粗、叶长、叶宽、叶厚分别比二倍体增加了55.3%、19.6%、59.2%、52.8%、33.3%，之间的差异达到了显著水平（P<0.05）。可见，四倍体在株高、叶长、叶宽等形态学特征方面表现出了巨大性。

2.2 广藿香二倍体、四倍体植株叶片气孔器特征的比较

对广藿香二倍体和四倍体植株的气孔器观察发现（图2、图3），四倍体的气孔形状与二倍体的气孔形状没有太大的变化，但四倍体的气孔明显比二倍体大；而气孔密度则相反，二倍体气孔密度较四倍体大。广藿香二倍体、四倍体植株叶片的气孔器规格比较结果见表2。从表2可见，四倍体的气孔长、宽分别比二倍体增加了59.5%和28.1%，之间的差异达到显著水平（P<0.05）。

2.3 广藿香二倍体、四倍体植株生理指标的比较

2.3.1 二倍体、四倍体植株叶片叶绿素含量的比较 广藿香植株叶片叶绿素含量的测定结果见表3，由表3可知，广藿香四倍体植株叶片的叶绿素a和叶绿素b含量都高于二倍体，分别增加了44.3%和21.4%，四倍体的叶片叶绿素总量约为二倍体的1.4倍，之间的差异达到了显著水平（P<0.5）。

2.3.2 二倍体、四倍体植株叶片相关酶活性的比较 广藿香植株叶片酶活性的测定结果见表4，从表4可知，广藿香四倍体叶片中POD、CAT、SOD和PAL活性分别比二倍体增加了2.28倍、1.33倍、2.59倍、5.72倍，之间的差异达到了显著水平（P<0.05）。说明倍性变化对广藿香叶片中的POD、CAT、SOD和PAL活性的影响较大。

2.3.3 二倍体、四倍体植株叶片挥发油含量的比较 广藿香植株叶片挥发油总含量的测定结果见表4，从表4可知，广藿香四倍体的挥发油总含量比广藿香二倍体高出77.2%，之间的差异达到了显著水平（P<0.05）。

3 讨论

多倍体育种是促进植物遗传变异、改良作物特性的重要手段。多倍体植株一般表现为外部形态的巨大性、抗性的增强[9]、化学成分含量的相应增加[10]等优良性状。在国内，应用组织培养技术已对百合[Lilium davidii var. willmottiae（Wilson）Roffill][11]、宁夏枸杞[Lycium barbarum L.][12]、丹参[Salvia miltiorrhiza Bge.][13]、党参[Codonopsis pilosula（Franch.）Nannf. ][14]等药用植物进行了多倍体诱变育种，并取得了较好效果。药用植物大多以其根、茎、叶等器官为收获对象，且大部分可通过营养繁殖方式生产药材；多倍体植株具有营养器官的巨大性，能较好地满足药材生产的要求。尽管多倍体植株往往具有育性下降、不能结子或较少产生种子等缺陷，但对于以营养繁殖为主的药用植物来说影响不大；相反，由于营养物质集中于营养体，反而会使中药材成品产量与品质都得到提高。试验也发现在同一生长期内，广藿香四倍体植株的形态特征与二倍体的差异明显，比二倍体植株高出55.3%，并且茎粗、叶长、叶宽、叶厚分别比二倍体增加了19.6%、59.2%、52.8%、33.3%，同时四倍体的气孔长、宽分别比二倍体增加了59.5%和28.1%。

研究表明，多倍体植株由于染色体加倍，使得体内的酶有所增加，这些生理指标常用于评价植物抗逆性的强弱[15]。SOD、POD、CAT是植物细胞膜保护系统的组成部分，能够清除植物体内的·O2-、H2O2等物质，维持体内的活性氧代谢平衡，保护膜结构，减轻有毒物质对活细胞的毒害，从而使植物在一定程度上忍耐、抵抗逆境胁迫。试验结果显示，广藿香四倍体叶片中的POD、CAT、SOD和PAL活性均比二倍体大幅增加。另外，植物染色体倍性的变化往往会导致次生代谢产物含量的增加，这就有可能获得有效成分含量较高的药用植物新品种，例如，杭白芷[Angelica dahurica（Fisch. ex Hoffm.） Benth. et Hook. f. ex Franch. et Sav. var. dahurica cv. Hangbaizhi Yuan et Shan，Umbelliferae]多倍体的药用成分欧前胡素（Imperatorin）含量比原植物高出近2倍[16]；怀牛膝（Achyranthes bidentata Blume）同源四倍体中蜕皮激素（Ecdysterone）含量较原植物高出了10倍之多[10]。本试验中，广藿香四倍体的次生代谢产物挥发油（药用有效成分）总含量比二倍体高出77.2%，进一步证明植物染色体倍性的变化对中药材品质的提高意义重大。有关广藿香二倍体与四倍体植株之间的抗性及遗传差异等研究将作进一步报道。

参考文献：

[1] 国家药典委员会.中华人民共和国药典（一部）[M].北京：中国医药科技出版社，2010.

[2] 伍 彧，李 明.广藿香组织培养的研究概述[J].中国现代中药，2012，14（4）：22-24.

[3] 乔传卓，崔 熙.药用植物多倍体的应用[J].中药材科技，1981， 4（4）：401.

[4] YU W， MING L. Induction of tetraploid plants of Pogostemon cablin Blanco and its quality evaluation[J]. Pharmacognosy Journal， 2013，5：281-285.

[5] 夏 兰.长春花离体快繁和多倍体新种质的培育[D].重庆：西南大学， 2008.

[6] 张志良，瞿伟菁.植物生理学实验指导[M].第二版.北京：高等教育出版社，2004.

[7] 郝建军，康宗利.植物生理学实验技术[M].北京：化学工业出版社，2007.

[8] 栾淑华.广藿香挥发油提取工艺研究[J].辽宁中医药大学学报， 2006，8（4）：127.

[9] 颜志明，张蜀宁，汤伟华，等.二倍体和四倍体扬花萝卜的品质特性及抗寒性比较研究[J].西北植物学报，2007，27（7）：1405-1410.

[10] 吕世民，梁可钧，葛传吉，等.怀牛膝多倍体育种的研究[J].中药通报，1988，13（7）：395-396.

[11] 贾敬芬，谷祝平，郑田昌.百合花丝组织培养及其细胞学观察[J].植物学报，1981，23（1）：17-21.

[12] 秦金山，王 莉，牛德水，等.枸杞同源四倍体新物种类型的建立[J].遗传学报，1985，12（3）：200-203.

[13] 高山林，徐德然，蔡朝晖，等.丹参同源四倍体新物种的培育[J]. 中国药科大学学报，1992，23（4）：224-228.

[14] 陈素萍，王 莉，宋秀清.党参多倍体育种的研究[J].中草药，1991，22（5）：224-227.

[15] 王园园，尹翠翠，王广东.高温胁迫对二倍体和四倍体杂交兰相关生理生化特征的影响[J].西北植物学报，2013，33（4）：735-740.

[16] 彭 菲，张 胜，刘塔斯，等.四倍体白芷药材中欧前胡素的含量测定[J].中国中药杂志，2002，27（6）：426-428.

（责任编辑 王 珞）

2.3.2 二倍体、四倍体植株叶片相关酶活性的比较 广藿香植株叶片酶活性的测定结果见表4，从表4可知，广藿香四倍体叶片中POD、CAT、SOD和PAL活性分别比二倍体增加了2.28倍、1.33倍、2.59倍、5.72倍，之间的差异达到了显著水平（P<0.05）。说明倍性变化对广藿香叶片中的POD、CAT、SOD和PAL活性的影响较大。

2.3.3 二倍体、四倍体植株叶片挥发油含量的比较 广藿香植株叶片挥发油总含量的测定结果见表4，从表4可知，广藿香四倍体的挥发油总含量比广藿香二倍体高出77.2%，之间的差异达到了显著水平（P<0.05）。

3 讨论

多倍体育种是促进植物遗传变异、改良作物特性的重要手段。多倍体植株一般表现为外部形态的巨大性、抗性的增强[9]、化学成分含量的相应增加[10]等优良性状。在国内，应用组织培养技术已对百合[Lilium davidii var. willmottiae（Wilson）Roffill][11]、宁夏枸杞[Lycium barbarum L.][12]、丹参[Salvia miltiorrhiza Bge.][13]、党参[Codonopsis pilosula（Franch.）Nannf. ][14]等药用植物进行了多倍体诱变育种，并取得了较好效果。药用植物大多以其根、茎、叶等器官为收获对象，且大部分可通过营养繁殖方式生产药材；多倍体植株具有营养器官的巨大性，能较好地满足药材生产的要求。尽管多倍体植株往往具有育性下降、不能结子或较少产生种子等缺陷，但对于以营养繁殖为主的药用植物来说影响不大；相反，由于营养物质集中于营养体，反而会使中药材成品产量与品质都得到提高。试验也发现在同一生长期内，广藿香四倍体植株的形态特征与二倍体的差异明显，比二倍体植株高出55.3%，并且茎粗、叶长、叶宽、叶厚分别比二倍体增加了19.6%、59.2%、52.8%、33.3%，同时四倍体的气孔长、宽分别比二倍体增加了59.5%和28.1%。

研究表明，多倍体植株由于染色体加倍，使得体内的酶有所增加，这些生理指标常用于评价植物抗逆性的强弱[15]。SOD、POD、CAT是植物细胞膜保护系统的组成部分，能够清除植物体内的·O2-、H2O2等物质，维持体内的活性氧代谢平衡，保护膜结构，减轻有毒物质对活细胞的毒害，从而使植物在一定程度上忍耐、抵抗逆境胁迫。试验结果显示，广藿香四倍体叶片中的POD、CAT、SOD和PAL活性均比二倍体大幅增加。另外，植物染色体倍性的变化往往会导致次生代谢产物含量的增加，这就有可能获得有效成分含量较高的药用植物新品种，例如，杭白芷[Angelica dahurica（Fisch. ex Hoffm.） Benth. et Hook. f. ex Franch. et Sav. var. dahurica cv. Hangbaizhi Yuan et Shan，Umbelliferae]多倍体的药用成分欧前胡素（Imperatorin）含量比原植物高出近2倍[16]；怀牛膝（Achyranthes bidentata Blume）同源四倍体中蜕皮激素（Ecdysterone）含量较原植物高出了10倍之多[10]。本试验中，广藿香四倍体的次生代谢产物挥发油（药用有效成分）总含量比二倍体高出77.2%，进一步证明植物染色体倍性的变化对中药材品质的提高意义重大。有关广藿香二倍体与四倍体植株之间的抗性及遗传差异等研究将作进一步报道。

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[7] 郝建军，康宗利.植物生理学实验技术[M].北京：化学工业出版社，2007.

[8] 栾淑华.广藿香挥发油提取工艺研究[J].辽宁中医药大学学报， 2006，8（4）：127.

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[10] 吕世民，梁可钧，葛传吉，等.怀牛膝多倍体育种的研究[J].中药通报，1988，13（7）：395-396.

[11] 贾敬芬，谷祝平，郑田昌.百合花丝组织培养及其细胞学观察[J].植物学报，1981，23（1）：17-21.

[12] 秦金山，王 莉，牛德水，等.枸杞同源四倍体新物种类型的建立[J].遗传学报，1985，12（3）：200-203.

[13] 高山林，徐德然，蔡朝晖，等.丹参同源四倍体新物种的培育[J]. 中国药科大学学报，1992，23（4）：224-228.

[14] 陈素萍，王 莉，宋秀清.党参多倍体育种的研究[J].中草药，1991，22（5）：224-227.

[15] 王园园，尹翠翠，王广东.高温胁迫对二倍体和四倍体杂交兰相关生理生化特征的影响[J].西北植物学报，2013，33（4）：735-740.

[16] 彭 菲，张 胜，刘塔斯，等.四倍体白芷药材中欧前胡素的含量测定[J].中国中药杂志，2002，27（6）：426-428.

（责任编辑 王 珞）

2.3.2 二倍体、四倍体植株叶片相关酶活性的比较 广藿香植株叶片酶活性的测定结果见表4，从表4可知，广藿香四倍体叶片中POD、CAT、SOD和PAL活性分别比二倍体增加了2.28倍、1.33倍、2.59倍、5.72倍，之间的差异达到了显著水平（P<0.05）。说明倍性变化对广藿香叶片中的POD、CAT、SOD和PAL活性的影响较大。

2.3.3 二倍体、四倍体植株叶片挥发油含量的比较 广藿香植株叶片挥发油总含量的测定结果见表4，从表4可知，广藿香四倍体的挥发油总含量比广藿香二倍体高出77.2%，之间的差异达到了显著水平（P<0.05）。

3 讨论

多倍体育种是促进植物遗传变异、改良作物特性的重要手段。多倍体植株一般表现为外部形态的巨大性、抗性的增强[9]、化学成分含量的相应增加[10]等优良性状。在国内，应用组织培养技术已对百合[Lilium davidii var. willmottiae（Wilson）Roffill][11]、宁夏枸杞[Lycium barbarum L.][12]、丹参[Salvia miltiorrhiza Bge.][13]、党参[Codonopsis pilosula（Franch.）Nannf. ][14]等药用植物进行了多倍体诱变育种，并取得了较好效果。药用植物大多以其根、茎、叶等器官为收获对象，且大部分可通过营养繁殖方式生产药材；多倍体植株具有营养器官的巨大性，能较好地满足药材生产的要求。尽管多倍体植株往往具有育性下降、不能结子或较少产生种子等缺陷，但对于以营养繁殖为主的药用植物来说影响不大；相反，由于营养物质集中于营养体，反而会使中药材成品产量与品质都得到提高。试验也发现在同一生长期内，广藿香四倍体植株的形态特征与二倍体的差异明显，比二倍体植株高出55.3%，并且茎粗、叶长、叶宽、叶厚分别比二倍体增加了19.6%、59.2%、52.8%、33.3%，同时四倍体的气孔长、宽分别比二倍体增加了59.5%和28.1%。

研究表明，多倍体植株由于染色体加倍，使得体内的酶有所增加，这些生理指标常用于评价植物抗逆性的强弱[15]。SOD、POD、CAT是植物细胞膜保护系统的组成部分，能够清除植物体内的·O2-、H2O2等物质，维持体内的活性氧代谢平衡，保护膜结构，减轻有毒物质对活细胞的毒害，从而使植物在一定程度上忍耐、抵抗逆境胁迫。试验结果显示，广藿香四倍体叶片中的POD、CAT、SOD和PAL活性均比二倍体大幅增加。另外，植物染色体倍性的变化往往会导致次生代谢产物含量的增加，这就有可能获得有效成分含量较高的药用植物新品种，例如，杭白芷[Angelica dahurica（Fisch. ex Hoffm.） Benth. et Hook. f. ex Franch. et Sav. var. dahurica cv. Hangbaizhi Yuan et Shan，Umbelliferae]多倍体的药用成分欧前胡素（Imperatorin）含量比原植物高出近2倍[16]；怀牛膝（Achyranthes bidentata Blume）同源四倍体中蜕皮激素（Ecdysterone）含量较原植物高出了10倍之多[10]。本试验中，广藿香四倍体的次生代谢产物挥发油（药用有效成分）总含量比二倍体高出77.2%，进一步证明植物染色体倍性的变化对中药材品质的提高意义重大。有关广藿香二倍体与四倍体植株之间的抗性及遗传差异等研究将作进一步报道。

参考文献：

[1] 国家药典委员会.中华人民共和国药典（一部）[M].北京：中国医药科技出版社，2010.

[2] 伍 彧，李 明.广藿香组织培养的研究概述[J].中国现代中药，2012，14（4）：22-24.

[3] 乔传卓，崔 熙.药用植物多倍体的应用[J].中药材科技，1981， 4（4）：401.

[4] YU W， MING L. Induction of tetraploid plants of Pogostemon cablin Blanco and its quality evaluation[J]. Pharmacognosy Journal， 2013，5：281-285.

[5] 夏 兰.长春花离体快繁和多倍体新种质的培育[D].重庆：西南大学， 2008.

[6] 张志良，瞿伟菁.植物生理学实验指导[M].第二版.北京：高等教育出版社，2004.

[7] 郝建军，康宗利.植物生理学实验技术[M].北京：化学工业出版社，2007.

[8] 栾淑华.广藿香挥发油提取工艺研究[J].辽宁中医药大学学报， 2006，8（4）：127.

[9] 颜志明，张蜀宁，汤伟华，等.二倍体和四倍体扬花萝卜的品质特性及抗寒性比较研究[J].西北植物学报，2007，27（7）：1405-1410.

[10] 吕世民，梁可钧，葛传吉，等.怀牛膝多倍体育种的研究[J].中药通报，1988，13（7）：395-396.

[11] 贾敬芬，谷祝平，郑田昌.百合花丝组织培养及其细胞学观察[J].植物学报，1981，23（1）：17-21.

[12] 秦金山，王 莉，牛德水，等.枸杞同源四倍体新物种类型的建立[J].遗传学报，1985，12（3）：200-203.

[13] 高山林，徐德然，蔡朝晖，等.丹参同源四倍体新物种的培育[J]. 中国药科大学学报，1992，23（4）：224-228.

[14] 陈素萍，王 莉，宋秀清.党参多倍体育种的研究[J].中草药，1991，22（5）：224-227.

[15] 王园园，尹翠翠，王广东.高温胁迫对二倍体和四倍体杂交兰相关生理生化特征的影响[J].西北植物学报，2013，33（4）：735-740.

[16] 彭 菲，张 胜，刘塔斯，等.四倍体白芷药材中欧前胡素的含量测定[J].中国中药杂志，2002，27（6）：426-428.

（责任编辑 王 珞）