明党参(Changium smyrnioides Wolff)是我国特有的伞形科明党参属单种属多年生草本植物,以根入药,药材名明党参,为珍稀名贵药材之一。主要分布于浙江西北部,江苏西南部和安徽东南部,为伞形科特有属中唯一的华东分布型古老种。1984年被列为国家三级濒危保护植物。人工栽培对保护明党参种质资源和满足用药需求均有重大意义,但由于种质退化与栽培技术的限制,栽培明党参质量较差、产量较低,经济效益不高,生产难以发展。本研究通过野生种质资源调查,收集整理了明党参主要分布区苏、浙、皖三省10个居群的种质材料,系统地进行植物形态、花粉形态、生物学特性、抗逆生理、化学成分及遗传多样性分析,对明党参种质资源作出综合评价；同时分析了明党参植株内干物质积累与活性成分的动态变化,以及有益、有害成分在植株体内的分布,探索明党参质量与产量形成机制；最后通过发芽实验、田间施肥和遮荫处理,研究了明党参种子特性、需肥规律和光强要求,形成合理的种苗繁殖、肥水管理与光照调控措施。主要内容与结果如下：1.明党参种质资源基础生物学研究对明党参主要分布区苏、浙、皖3省9个野生居群和1个栽培居群的群落生态环境、物候期、植物形态学特征分析和种质资源现状调查。结果表明明党参野生资源正日趋减少,居群年龄老化,处于濒危状态；栽培明党参物候期比野生居群早20～30d,年生长期比野生居群短；植株形态存在多样性,根据叶裂和根形各有3种类型,这些外观性状较为稳定,可以作为明党参种质资源评价的依据。通过光学显微镜(LM)和扫描电子显微镜(SEM)观察,对10个居群明党参的花粉形态特征进行比较,讨论花粉形态的多态性。结果表明不同居群的明党参花粉粒大小存在显著性差异,其中花粉粒最大的为红山栽培居群21.99μmx15.51μm大小指数SQRT (PxE)为18.46,最小的为九华山居群。各居群P/E值均大于1,大龙山居群P/E值最大,相对狭长；南高峰居群P/E值最小,相对较宽。居群间表面纹饰差异明显,表面纹饰的相似性与居群分布的地理位置无相关。表面纹饰的典型特征是条纹状结构,各居群间有纹理深浅和空隙有无的差异。红山栽培居群的花粉粒中发现有四孔沟的花粉变异特征,属于首次发现。对光温胁迫下的10个居群进行生理生化特性和光合特性分析,间接评价种质资源的抗逆性。结果表明居群间主要抗逆生理指标值差异显著。综合评价认为,紫金山和茅山2个居群抗光温胁迫能力较强,青龙山、南高峰和大龙山3个居群较弱。2.不同居群明党参化学成分分析对10个居群明党参根中水溶性成分、多糖、甘露醇、胆碱和茎叶挥发油成分进行分析,评价种质资源的内在质量。结果表明居群间化学成分含量和比例均具有显著性差异；九华山居群水溶性浸出物含量最高,大龙山和浮山2个居群水溶性浸出物含量低于《药典》(一部,2005)标准；根中水溶性成分的HPLC图谱差异明显,水溶性成分存在丰富的多样性；GC-MS分析表明干茎叶挥发油中主要成分为乙酸小茴香酯和香橙烯,居群间总峰数差异很大,红山栽培居群最少,不到茅山居群和南高峰居群的1/2；青龙山居群根中多糖和胆碱含量最高,大龙山居群甘露醇含量最高；南高峰居群根中水溶性成分和干茎叶中挥发油成分的比例均最为均衡,可以作为参照居群进行种质资源色谱评价；综合评价认为,紫金山、青龙山和南高峰3个居群明党参内在质量较好。3.明党参遗传多样性分子标记研究对明党参居群间遗传多样性进行RAPD、ISSR和SRAP3种分子标记分析,结果表明居群间存在较高的遗传多样性,种质资源选择的物质基础丰富,居群间亲缘关系与其地理分布有一定的相关性。RAPD标记检测的多态性位点比率为83.01%,总基因多样性指数Ht为0.2858,居群间遗传相似系数在0.5026-0.8301之间,紫金山和青龙山2个居群遗传相似性最大；ISSR标记检测的多态性位点比率为83.03%,总基因多样性指数Ht为0.2806,居群间遗传相似系数在0.5494-0.8150之间,浮山和红山2个居群的遗传相似性最大；SRAP标记检测的多态性位点比率为86.50%,总基因多样性指数Ht为0.3254,居群间遗传相似系数在0.4959-0.8182之间,青龙山和紫金山2个居群的遗传相似性最大；3种标记的聚类图上,茅山居群的位置不稳定,可能是老山、红山和浮山3个居群系统演化的中间体；Mantel检验,3种标记相似系数两两之间相关性均在0.8以上,匹配性良好,所得结果具有较高的一致性。4.明党参质量与产量形成规律的研究采用ICP-AES法测定明党参及其土壤中22种矿质元素的含量,分析明党参植株内矿质元素积累与分布规律。结果表明主要分布区土壤微量元素含量高,但P、K 2种常量元素偏低；根对Se、P、K3种元素有强富集性,茎叶对Se、P、Mg、Ca、K5种元素有强富集性,茎叶的富集能力比根强；根内不同部位中矿质元素含量差异显著,横向部位从内向外呈递增趋势,纵向部位从上向下呈递增趋势,横向部位间差异大于纵向部位间。根中As和Pb、Mn、Na、K和Cd、Ni、V、Ti,Cu和Se、Hg, Zn和Cr显著相关；Ba和Ca、K, Mo和Ni,Fe和Cu极显著相关。运用HPLC、GC-MS和分光光度法分析对明党参根中干物质积累与活性成分年动态变化和生长期动态变化,结果表明不同生长时间的明党参根中活性成分含量差异显著。甘露醇、矿质元素和多糖含量成年株高于幼年株；水溶性成分和胆碱含量幼年株含量高于成年株。水溶性成分种类幼年株高于成年株,随株龄增长,主要成分越来越突出；茎叶挥发油成分的总量和种类均随株龄增长而下降。在整个生产周期内干物质积累量与多糖含量呈“S”型曲线上升,产量形成主要在移栽后第二年,1年内干物质积累量与多糖含量均以6月份最高,12月份最低,质量与产量主要来自于6月份倒苗之前的光合作用,最佳采收期在6月下旬。运用HPLC和分光光度法分析明党参植株内活性成分的分布规律,结果表明植株内不同部位间活性成分差异显著。根部胆碱与多糖的含量高于茎叶,胆碱含量是茎叶的2.01倍；茎叶中水溶性浸出物和矿质元素的含量高于根部,矿质元素总含量是根的3.09倍。根表皮矿质元素总含量是中柱的4.91倍；茎叶中水溶性成分HPLC总峰面积是根的2.81倍,但根中水溶性成分的总峰数显著大于茎叶；中柱中水溶性成分总峰面积是皮层的2.74倍,是表皮的2.30倍。活性成分含量在根的纵向上呈自上而下递减的趋势；横向上甘露醇、多糖和水溶性浸出物的含量呈自内向外递减的趋势,矿质元素总含量与之相反,向外递增；横向部位间差异大于纵向部位。中柱与皮层水溶性成分的种类较为相似,而皮层和表皮间成分的比例较为相似,总峰数自内向外递减。运用光合测定仪和分光光度计测定不同光强下明党参叶片中光合参数和生理生化指标值,分析光照强度对明党参生长发育的影响。结果表明,保护酶与PAL酶活性随光强增加而升高,直射光下叶片中超氧化物岐化酶(SOD)活性是10%透光率下的3.01倍；可溶性糖、脯氨酸和抗坏血酸3个非酶保护物质及丙二醛含量也随光强增加而增高,直射光下叶片中脯氨酸含量是10%透光率下的3.25倍；直射光下叶绿素含量最低,Chla/b值最高；60%透光率下叶片净光合速率(Pn)最大,光合性能最佳,10%和100%透光率下光合性能差,明党参生长发育最适宜的透光率在60%左右。运用气相色谱法、ICP法和原子荧光光谱法检测栽培明党参的土壤和药材中有机氯农药残留及重金属含量,分析栽培条件下有害物质在明党参植株内的积累规律。结果表明药材中六六六主要以y-HCH异构体形式存在,表皮中有机氯农药残留和重金属含量最高。5.明党参质量与产量栽培调控研究对明党参种子采收、种子贮藏、发芽预处理、发芽条件及种苗选择等繁殖技术进行研究,制订明党参种子种苗质量标准。结果表明种子适宜贮藏温度为4-15℃,贮藏期限5个月左右；湿砂层积预处理的最适温度为5℃,层积时间45d；最适发芽温度10-15℃；优质种子千粒重为3.8-5.3 g；优质种苗单株根鲜重要求大于0.3 g。对栽培明党参肥料配比、施肥时间、施肥量、施肥深度和施肥次数等关键施肥技术进行研究,制订合理的施肥方案。结果表明最佳肥料元素为磷,平衡施肥策略为“重磷、补钾、控氮”,最佳施肥时间为11月下旬-1月下旬的冬季,最佳肥料用量为亩施20-30kg全氮、20-30kg K20和20～35kg P205,分2-3次施肥,施肥深度为10～15cm。运用HPLC和分光光度法检测明党参根中活性成分,并结合根形、根重测量,分析光照强度对明党参质量与产量的影响。结果表明田间遮荫有利于栽培明党参中柱增粗,质量与产量提高；60%透光率下明党参增产近1倍,且根中水溶性成分比例最为均衡；30%透光率下明党参根中活性成分含量最高；随光强增加,根中水溶性成分含量呈减少趋势,种类呈增多的趋势。栽培明党参田间遮荫最适宜的透光率为30%～60%,可以依此合理安排间作与套作。