全 文 ：湖 北 农 业 科 学 2009 年
第 48 卷第 10期
2009年 10月
湖北农业科学
Hubei Agricultural Sciences
Vol． 48 No.10
Oct．，2009
收稿日期：2009－07－15
基金项目：湖北省农业科技创新中心资助项目（2007－620－001－03）
作者简介：廖朝林（1953－），男，湖北恩施人，研究员，从事药用植物研究工作，（电话）13986856464（电子信箱）zrj631123＠163．com。
当归属（Angelica L．）隶属于伞形科（Umbellif-
erae）芹亚科（Apioideae）前胡族（Peucedaneae）当归
亚族（Angelicinae），由林奈建立于 1753 年。 全世界
约 80 种，我国 26 种，分布于南北各地，主产西南、
东北和西北地区［1］。 国内外学者对该属植物进行了
系统而深入的研究， 在各方面取得了一定的进展，
尤其随着分子生物学和克隆技术的不断发展，分子
标记技术已广泛地应用于当归属植物种质资源的
鉴定和遗传多样性分析，为当归属植物的开发和利
用提供了理论基础。
1 当归属植物资源
当归属多种植物民间常做药用，包括常用中药
当归、白芷和独活等［2－5］。另外，有些种类可以食用和
作饲料。 我国当归属植物资源见表 1（命名以《中国
植物志》为准）。
中药当归，药典品种为当归。 主要含藳本内酯、
正丁烯肤内酯、阿魏酸、氨基酸等多种化学成分，具
有补血活血、调经止血、润肠通便等功效［6，7］。
中药独活，药典品种为重齿毛当归。 主要含当
归醇、当归素、挥发油、植物甾醇等多种化学成分，
具有祛风除湿、通痹止痛等功效［6，7］。
中药白芷，药典品种为白芷和杭白芷。 杭白芷
主要含 6 种呋喃香豆精，川白芷含香豆精类化合物
及白芷毒素等化学成分，具有散风除湿、通窍止痛、
消肿排脓等功效［6，7］。
另外，在欧洲栽培的 A． archangelica 成为园艺
当归，被用作香料和蛋糕的装饰品 ［8］；在日本，明日
叶（A． keiskei Koidz）被用作食品添加剂［9］。
2 分子标记在当归属植物遗传多样
性研究中的应用
分子标记是以个体间遗传物质内核苷酸序列
变异为基础的遗传标记， 是 DNA 水平遗传多态性
的直接反映。 已广泛应用于遗传育种、基因组作图、
基因定位、物种亲缘关系鉴别、基因库构建、基因克
隆等方面。 最早运用分子标记对中药材品种鉴别的
报道是香港中文大学 Cheung 等［10］用 AP－PCR 方法
分子标记在当归属植物遗传多样性研究中的应用
廖朝林 1，王 华 1，廖璐婧 1，由金文 2，何美军 2，张 宇 1，何银生 2
（1．湖北省农业科学院中药材研究所，湖北 恩施 445000；2．恩施济源药业科技开发有限公司，湖北 恩施 445000）
摘要：介绍了我国当归属植物资源，并系统阐述了 RAPD、ISSR 及 ITS 等分子标记在当归属植物种质资
源鉴定及遗传多样性研究中的应用进展。同时指出，应用分子标记研究当归属植物的遗传多样性对当归
属的科学分类及新品种选育等具有指导意义。
关键词：当归属；分子标记；遗传多样性
中图分类号：Q949．763．3；S567．23＋9 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2009）10－2598-05
Application of Molecular Markers in the Research on Genetic Diversity of Angelica
LIAO Chao－lin1，WANG Hua1，LIAO Lu－jing1，YOU Jin－wen2，HE Mei－jun2，ZHANG Yu1，HE Yin－sheng2
（1． Institute of Chinese Herbal Medicine， Hubei Academy of Agricultural Sciences，Enshi 445000，Hubei，China；
2． Enshi Jiyuan Pharmacological Scientific and Technological Development Co. Ltd，Enshi 445000，Hubei，China）
Abstract： This review discussed the plant genetic resources， and application of molecular markers in the research on genetic
diversity of Angelica L． It has guiding significance for scientific classification and breeding of Angelica．
Key words： Angelica L.；molecular marker；genetic diversity
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2009.10.026
第 10 期
对西洋参、人参的鉴别研究。 随着分子生物学和分
子克隆技术的发展，应用于当归属植物遗传多样性
分析的分子遗传标记主要有 RFLP、RAPD、AFLP、
ISSR、ITS等。
2．1 限制性片段长度多态性（RFLP）
1974 年 Grodzicker 等创立了限制性片段长度
多态性 （Restriction fragment length polymorphism，
RFLP）技术，它是一种以 DNA－DNA 杂交为基础的
第一代遗传标记。 利用特定的限制性内切酶识别并
切割不同生物个体的基因组 DNA，得到大小不等的
DNA片段， 通过琼脂糖凝胶电泳分离不同的片段，
然后与克隆 DNA 探针进行 Southern 杂交和放射显
影 ， 即获得反映个体特异性的 RFLP 图谱 ［11］。
Watanabe 等用 10 个不同的限制性内切酶对 A．
sinensis、A． acutiloba Kitagawa 和 A． acutiloba
Kitagawa var． sugiyamae Hikino 3 个品种之间作
RFLP 分析发现：A． sinensis 与 A． acutiloba 的两个
品种之间存在显著差异， 但是 A． acutiloba 两个品
种之间无 RFLP差异［12］。 由此，我们认为 RFLP在种
质鉴定中主要用于种属间鉴别， 而不能用于亚种、
品种、生态型、细胞系的鉴定。
表 1 我国当归属药用植物资源及其功效
中文名
东当归
黑水当归
狭叶当归
阿坝当归
骨缘当归
青海当归
白芷
杭白芷
祁白芷
台湾白芷
朝鲜当归
疏叶当归
峨眉当归
隆萼当归
拐芹
紫茎独活
毛当归
重齿毛当归
林当归
当归
拉丁学名
Angelica acutiloba
A． amurensis
A． anomala
A． apaensis
A． Cartilaginomar－
ginata var． foliata
A． chinghaiensis
A．dahurica（Fisch．）
A． dahurica （Fisch．）
cv． Hangbaizhi
A． dahurica （Fisch．）
cv． Qibaizhi
A． dahurica （Fisch．）
var．formacaana（Boiss）
A． gigas
A． laxifoliata
A． omeiensis
A． oncosepala
A． polymorpha
A． porphyrocaulis
A． pubescens
A． pubescens
A． silvestria
A． sinenesis
别名
延边当归、 日本当
归、大和当归
朝鲜白芷、阿穆尔独活
白山独活、异形当归
法罗海、红独活、
小独活等
山藁本、长鞘独活
麻母、独活、白芷
大活、走马芹、兴安白芷
浙白芷、香白芷
禹白芷
大独活、野当归等
红果当归、猪独活
羌活、野当归、当归等
土当归
拐芹当归、白根独活等
雾灵独活、兴隆独活等
独活、香独活、羌活等
独活
灰绿叶当归、新疆羌活
云归、秦归等
产地
原产日本，现产于吉林延边
黑龙江、辽宁、吉林和内蒙古
黑龙江、辽宁、吉林和内蒙古
川西北和滇东北
华东及东北各省
青海东南部、 四川北部
和甘肃南部
分布于我国北方各省
台湾、福建有野生，浙江
等地栽培
河南、河北等地
台湾
于台湾及东北各省
陕西、湖北、四川、甘肃等地
四川
云南西北部
东北及华东等地区
辽宁、河北
安徽、浙江、湖北、江西
和广西等省区
四川、湖北、陕西等省
新疆
栽培于甘肃、云南、四川等省
功效
调经、止痛、润燥等
镇痛、抗炎等
发汗、祛风、止痛、活血
宽胸理气，健脾止痛
治风寒头痛等症
补血、活血、润肠
祛风散寒、消肿止痛等
祛风散寒、消肿止痛等
祛风散寒、消肿止痛等
祛风散寒、消肿止痛等
除风活血
祛风除湿、散寒止痛
用于治疗难产
活血调经、补血润燥
祛风散寒、消肿止痛等
解痉镇痛
祛风除湿、散寒止痛
祛风除湿、散寒止痛
祛风发汗解表
补血活血、调经止痛等
说明
日本的药用当归
在吉林延边地区称“当
归”，黑龙江、辽宁称“大活”
黑龙江省依兰县曾称
“香大活”作为独活 ，也有
文献误定其“川白芷”
史载于《滇南本草》
在青海门源称 “独
活”，在甘肃玛曲称“白芷”
首载于 《神农本草
经》，为药典中药白芷来源
为药典中药白芷来源
在山东做“白芷”用
在河北做“独活”用
史载于《神农本草经》
史载于《神农本草经》，
为药典中药独活的来源
用作“羌活”入药
史载于《神农本草经》
廖朝林等：分子标记在当归属植物遗传多样性研究中的应用 2599
湖 北 农 业 科 学 2009 年
2．2 随机扩增多态性 DNA（RAPD）
RAPD 即随机扩增多态性 DNA （Random am-
plified polymorphic DNA）， 是美国的 Williams 与
Welsh 两个研究小组于 1990 年同时提出的一种
DNA分子标记技术［13，14］。 RAPD技术建立在 PCR技
术基础上，用一系列（通常数百个）不同的随机排列
碱基序列的寡核昔酸单链（一般为 10bp）作为引物，
对所研究的基因组 DNA 进行单引物扩增。 但对于
任一引物， 它同基因组 DNA 序列有特定的结合位
点，如符合 PCR 扩增的反应条件下，在特定的结合
位点一定浓度范围的模板 DNA 上有与引物互补的
反相重复序列时，就可扩增出特异 DNA 片段，扩增
产物片段的多态性反映了基因组 DNA的多态性。
RAPD具有以下优点：①适应性广。 RAPD法对
受试基因组无特定要求 （不需要知道受试基因组
DNA的背景材料）。 ②简便、快速。 用 RAPD技术鉴
定中药材时只需要目的基因组 DNA 的提取、PCR
扩增和扩增产物片段的电泳等步骤即可得出结论，
不需要进行杂交、基因克隆、测序等步骤。 ③灵敏度
高 。 RAPD 分析所需样品基因组 DNA 的量仅为
10ng就能完成一次反应。
基于以上优点，可将 RAPD 广泛应用于当归属
种质资源鉴定及遗传多样性等研究工作中。 Kohjy-
ouma等最先用 RAPD方法研究了当归及其变种，表
明该方法是鉴别当归及变种的有效方法［15］。 盛丽等
用 7 个随机引物对来自甘肃省不同产区的 20 个当
归样品的基因组 DNA 进行了 RAPD 分析， 多态性
位点占 70．7％；通过聚类分析，发现甘肃省当归栽培
群之间亲缘关系的远近与栽培地的地理位置分布
距离有一定的相关性，地理分布距离较近的样品遗
传距离较近，但在同一分布区域内生态条件对当归
遗传差异亦有影响［16］。 对野生白芷、杭白芷、川白芷
基因组 DNA 进行 RAPD 分析发现，祁白芷、杭白芷
应属同一类群，与野生白芷有一定的区别，而产地
的差异是遗传变异的主要影响因素［17，18］。 该技术对
揭示当归属道地药材与非道地药材之间的地理—
生态—遗传的差异也是一种十分有效的手段，从而
为分子生物学角度研究当归属药材道地性提供了
新的启示［19，20］。
但是，RAPD 对 DNA 模板质量要求较高， 而常
用的中药材一般是干品，新鲜材料比较少，有的药
材是经过多道工序加工处理过的，其内部的遗传物
质 DNA存在一定程度的损伤，丧失了完整性。 即使
新鲜材料也因自身含次生代谢产物， 如生物碱、酚
类等物质而导致获得的基因组 DNA 质量较差，影
响 RAPD 反应结果，重现性较差，其鉴别标准在不
同的实验室难以稳定地重复，在药材鉴别的应用上
有一定的局限性［21，22］。
2．3 扩增片段长度多态性（AFLP）
扩增片段长度多态性 （Amplified Fragment
Length Polymorphism，AFLP） 技术作为一项分子标
记技术 ， 是 1992 年由荷兰 Keygene 公司科学家
Zabeau 和 Vos 发明并发展起来的一种选择扩增限
制性酶切片段的方法 ［23］。 AFLP 是基于 RFLP 和
PCR 相结合的 DNA 分析技术， 它结合了 RFLP 和
RAPD的优点，既具有前者的可靠性，又具有后者的
方便性。 现已被广泛应用于生物多样性、指纹图谱
构建、遗传图谱构建、基因克隆等诸多领域［24］。 陈要
臻等建立了白芷的扩增片段长度多态性的反应体
系，并筛选出了适合白芷的引物，构建了白芷种质
资源的 AFLP指纹图谱，扩增带多，多态性强。 为今
后利用 AFLP标记技术进行白芷鉴定及种质遗传多
样性分析提供了标准化程序［25］。 郝明干等提出通过
绘制不同产地中药材的 AFLP 指纹图谱， 确定道地
性产区药材的特异性差异带， 从而区分道地药材。
在此基础上 ， 将 AFLP 标记转换成简单实用的
SCAR （特征性片段扩增区域，Sequence character-
ized amplified region）标记。将 SCAR标记片段进行
胶回收、PCR 或克隆测序， 然后根据序列特点设计
特异性引物，通过简单的 PCR，即可鉴别道地性产
地中药材［26］。
尽管基因组的不完全酶切会影响试验结果，对
DNA 纯度和内切酶的质量要求较高，但是 AFLP 高
效可靠的特点仍将使它在当归属植物基因组研究
中有广阔的应用前景。
2．4 简单序列重复区间 （Inter－simple sequence
repeats，ISSR）
简单序列重复区间 （Inter－simple sequence re-
peats，ISSR） 技术由加拿大蒙特利尔大学的 Zi-
etkiewicz 等 ［27］于 1994 年提出，它是在 SSR 序列的
3’端或 5’端加上 2～4 个随机核苷酸，在 PCR 反应
中，锚定引物可以引起特定位点退火，导致与锚定
引物互补的间隔不太大的重复序列间 DNA 片段进
行 PCR扩增。 ISSR分子标记因具有操作简单、快速
高效、遗传多态性高、重复性好等特点，已被广泛应
用于植物遗传多样性分析、DNA 指纹图谱绘制及分
子生态学研究等方面［24］。
郭丁丁等 ［28］首次进行了白芷 ISSR 反应体系优
化的研究，建立了重复性好、结果清晰而稳定的白
芷 ISSR 反应体系和扩增程序， 为进一步利用该标
记技术进行白芷鉴定、种质资源遗传多样性分析及
构建遗传图谱奠定了基础。 侯凯等对主要来自川白
2600
第 10 期
芷道地主产区（四川遂宁）的川白芷材料进行 ISSR
分析，多态性条带占 38％，材料间 ISSR 标记遗传相
似性系效（GS）在 0．821～0．994 之间，各供试材料间
遗传差异不大。 基于 ISSR 标记的聚类结果也表明
尽管聚类结果与地理分布有一定关系，但杭白芷与
部分川产白芷材料仍聚在一起［29］。 这在一定程度上
支持了潘泽惠等 ［30］的细胞学，王年鹤等 ［31］的形态
学、基原分析及杨滨等 ［32］的 RAPD 和 ITS 测序等所
表明的川白芷、杭白芷归为同一类群的结果。
2．5 内转录间隔区（ITS）
18S－26S 核 rRNA 基因的内转录间隔区（Inter-
nal transcribed spacer，ITS）， 成为被子植物系统与
进化研究中的重要分子标记。 核 rDNA 是高度重复
的串联序列，由于同步进化的力量，绝大多数物种
中这些重复单位间已发生纯合或接近纯合； 核 rD-
NA的内转录间隔区（ITS）包含被 5．8S rDNA 所分
隔的 ITS1 和 ITS2 两个片段， ITS1 的长度为 187～
298bp，ITS2 为 187～252 bp， 经 PCR 扩增后可以方
便地对这两个片段进行直接测序或克隆测序。 ITS
序列变异较快，可以提供较丰富的变异位点和信息
位点，可用于解决科、亚科、族、属、组内的系统发育
和分类问题，但是不适应于科以上水平的系统发育
研究。 目前研究中所用的引物是 White等在真菌系
统学研究中设计的引物［33－35］。 Mizukami［36］1995 年成
功克隆出东当归的 5S 核糖体基因， 可以根据其设
计当归属高度特异性引物。
薛华杰等采用 PCR直接测序法，测定了东亚地
区狭义当归属（Angelica s．s．）及其近缘共 7 个属 40
种代表植物的 rDNA ITS序列， 并结合 GenBank 中
相关植物的 ITS 序列（含外类群 3 种），应用遗传距
离与系统树分析法对东亚地区狭义当归属植物内
部以及当归属与其近缘属植物之间的亲缘关系进
行了分析，发现在 3 个系统树中，当归总是与当归
属的另一植物（A． tenuissima Nakai）以及藁本属的
川芎、L． jeholense 之间空间距离较近 ［37］，这几种植
物具有一个共同特点， 即不含有香豆素类成分，却
含有大量的苯酞内酯类成分［38］。
赵国平等 ［39］结合药用植物的功效对中日当归
属药用植物进行 ITS序列分析并构建系统树， 系统
树将当归属药用植物分为两组，以独活、白芷为代
表分别聚类， 甘肃产岷当归不与上述任何一组聚
类，却与欧当归遗传距离相对较小。 这一结果与当
归属药用植物功效差异基本吻合，启示药用植物亲
缘演化关系可能是研究药用植物功效规律的一条
重要途径。
3 分子标记在当归属植物遗传多样
性研究中的应用前景
3.1 分子标记在当归属植物科学分类上的应用前景
迄今为止， 当归属所含的某些分类群的分与
合，不同国家的学者持有不同的观点，至今仍有广
义当归属与狭义当归属两个概念之争。 狭义当归属
也仍然不是一个单起源的自然分类群。 随着分子标
记技术应用于当归属植物资源的种质鉴定及遗传
多样性分析， 根据分子标记所构建起来的系统树，
并结合形态学与化学等分类依据，探讨当归属植物
之间的分类关系，以期初步建立当归属植物的分类
学基本框架，并为世界当归属植物的科学分类奠定
基础。
3.2 分子标记在当归属植物种质资源遗传多样性
评价中的应用前景
近年来人们开始重视当归属植物的新品种选
育工作，种质资源遗传多样性评价是新品种选育工
作的基础， 能为品种选育工作提供一定的科学指
导。 当归属植物长期以来主要是农户自选、自留、自
繁，种质退化严重，如主产于湖北恩施的窑归，其香
气浓、质柔无柴性，并含有 16 种氨基酸和硒等多种
微量元素，曾被誉为“归中上品”，但是由于窑归基
本上是自生自灭的野生类型，加上农户“采大留小”
不科学的留种方式，导致种质退化严重，商品品质
下降，使得种植面积锐减。 我们拟应用 RAPD 标记
技术开展窑归的种质资源遗传多样性检测，旨在从
分子水平上了解其资源遗传多样性状况，以期指导
窑归主根系新品种的选育，对恢复窑归这一名优品
牌打下良好的基础。
3.3 分子标记在当归属植物新品种改良中的应用
前景
当归属植物药材生产长期处于自由发展的状
态，良种选育工作处于起步阶段，品种混杂，质量差
异较大。 近几年来，当归属植物的品种改良工作已
引起了有关专家的重视。 并随着分子生物学特别是
当归属植物遗传图谱研究资料的积累，一种全新的
育种方法——基于分子连锁图与育种技术相结合
的分子标记辅助选择技术（MAS）应运而生，并广泛
应用于药用植物的品种改良工作中。 因此，在加强
当归属植物传统育种的基础上，利用 RAPD、AFLP、
ISSR等分子标记技术对其进行遗传多样性分析，构
建其遗传连锁图谱，并进行 QTL 研究和分析，从野
生类型筛选优良目的基因，对其进行改良，逐渐成
为当归属植物育种的重要趋势之一。
廖朝林等：分子标记在当归属植物遗传多样性研究中的应用 2601
湖 北 农 业 科 学 2009 年
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（责任编辑 昌炎新）
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