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湖南农业大学 博 士 学 位 论 文 芋（Colocasia esculenta）民族植物学研究 及遗传多样性分子评价 李 庆 典 二00四年六月 DISSERTATION Submitted to Doctor Degree of Philosophy in Agronomy Studies on Ethnobotany and Molecular Appraise of Genetic Diversity of Taro（Colocasia esculenta） Candite: Li Qingdian Supervisor: Prof.Zhou Qingming June,2004 分类号 密 级 U D C 单位代码 10537 湖南农业大学 博 士 学 位 论 文 芋（Colocasia esculenta）民族植物学研究 及遗传多样性分子评价 Studies on Ethnobotany and Molecular Appraise of Genetic Diversity of Taro（Colocasia esculenta） 研究生姓名 李 庆 典 指 导 教 师 周 清 明 教 授 学 科 专 业 作物 遗 传 育 种 研 究 方 向 作 物 种 质 资 源 （民 族 植 物 学） 提交论文日期 2004年5月10日 论文答辩日期 2004年6月14日 答辩委员会主席 屈 冬 玉 研究员 论文评阅人 学位授予日期 邢 邯教授； 二00四年六月 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得湖南农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 时间： 年 月 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解湖南农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意湖南农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 时间： 年 月 日 导师签名： 时间： 年 月 日 芋(Colocasia esculenta)民族植物学研究 及遗传多样性分子评价 摘 要 芋是世界上最古老的作物之一,中国是芋的起源地之一。在中国古代唐宋时期及以前芋是主要的度荒杂粮；随着旱地粟——冬小麦和水田稻——麦轮作制的建立，南宋以后，芋便下降为一般蔬菜了。在现代社会中，芋作为一种营养保健食品，愈来愈受到消费者的青睐。本文对芋民族植物学进行了系统研究，并从形态学和DNA分子水平上对芋种质资源遗传多样性作出评价。 以中国古代主要古籍农书为研究材料,详细的论证了种芋法的渊源、历代传承关系、技术演进的脉络，并以图示表明主要古籍农书中种芋法的传承关系。研究结果表明，（1）战国时期《管子·轻重甲篇》（公元前四世纪）是最早有芋记载的古籍；（2）初载于西汉末年的《氾胜之书·种芋篇》流传应用至今，至少已有2000多年的历史；（3）公元六世纪的《齐民要术·种芋第十六》为种芋法的传承和发展起到了承上启下的重要作用；（4）明代的《种芋法》（芋经）是中国古代种芋法的经典著作；（5）历代农者在种芋实践中不断探索、改进，逐渐形成了一套完整的芋种植技术。对于当今“崇尚天然，回归自然”的有机生态农业具有重要的启示作用。 本草学考证表明：（1）距今1340多年前唐代《新修本草》和《食疗本草》是最早对芋之防病治病、食疗保健功用作较完整记载的本草学古籍。（2）自古魁芋、子芋、芋梗、芋叶等均可入药或用作食疗，现多以熟品内服用作食疗。（3）古今本草学著作记载和列举芋之经验效方，值得进一步研究。 本文重点应用民族植物学的基本原理和方法，选择我国云南（地处南方、少数民族聚居、芋资源丰富）和山东（地处北方、汉族居住地区、芋资源以多子芋为主）为试点，兼顾湖南和其它省区，开展芋民族植物学和植物资源研究。研究结果表明： ⑴在云南传统栽种芋的菜园和农地被高附加值的经济作物所代替，芋在不同民族中的地位也从传统主食变成蔬菜或杂粮。在山东已形成芋的产业化、集约化、标准化生产的格局；芋在汉族农家经济中的地位得到提升。 ⑵在云南包括芋的野生类型、半栽培种、栽培品种，种质资源丰富多彩。在山东未发现芋的野生类型，以栽培品种为主，主要是旱芋类型的多子芋品种。民间不断引进和选育新品种，有利于芋植物资源遗传多样性保护。 ⑶根据芋种质的形态学观察以及RAPD分子标记和聚类分析，结果表明：两份食用花茎的红芋类（10号材料产于湖北省，41号从云南省引种到山东省）被聚为同一类型；尽管它与叶用芋类的亲缘关系较近，但从形态上花茎用芋的叶柄细长，红色或绿色，叶片较小，近三角形；而与叶用芋类的叶柄粗壮、叶片较大相比差别较大；由于花茎用芋易抽苔开花，从植物进化分类学的观点来看，应属于芋类的高级进化类型。从花茎用芋的生态分布来看，它适应于高湿度、高海拔的南方地区，而作者将其引种到较干旱、低海拔的北方地区（山东莱阳），它生长健壮，抽苔开花正常；说明这种进化类型的适应性较强。从芋的主食器官类型不同考虑，参考芋的形态学、分子标记以及芋民族植物学民间分类的观点提出：可以考虑将云南红芋一类主食花茎的芋作为花茎用芋变种(var. Inflorescens)；与叶用芋变种和球茎用芋变种组成芋种下三个变种的园艺学分类系统； 并进一步充实了芋的亲缘关系演化图和中国芋种下园艺学分类检索表。请有关学者进一步探讨。 ⑷民间对芋的植物崇拜及植物崇拜文化对芋生物多样性保护的影响作用已显得苍白无力；特别是由于经济的发展和主流文化的影响，植物崇拜文化丢失的速度大大加剧。进一步探讨了利用传统文化进行现代生物多样性保护的可能性、必要性和可行性。 ⑸芋的叶柄、嫩叶、花茎、魁芋、子芋均可食用。在古朴的食芋传统文化中，蕴含着关于芋植物资源利用和保护丰富的传统知识，并且存在着对芋生物多样性管理和利用的朴素的科学内涵；传统的食芋文化在中外植物文化中具有重要影响。需要我们进行深入的挖掘和探讨。 ⑹为了减少和防止芋植物资源的损失，依据芋的生物学特性和种群数量的多少，可以分别采取就地保护、迁地保护和建立种质基因库这三条途径来解决。 ⑺芋的开发利用前景广阔，从商品化的角度看，芋头可加工成10种以上不同类型的食品。提取芋头淀粉，在工业上具有重要的经济价值。开展芋非淀粉多糖以及其它功能成分的研究与开发将会产生重大的经济效益和社会效益。 本文在芋植物资源研究的基础上，根据灰色系统理论中的灰色局势决策原理，利用目标赋权获得加权局势决策方法，对2001年和2002年山东芋品种区域化试验结果进行了分析，综合芋10个主要性状指标，分析列出了各参试品种的优劣次序，结果与生产实际一致。为芋品种的综合评价提供了一种较为客观的分析方法。 本研究在广泛收集国内外150多份芋资源的基础上，选择了49份有代表性的材料，进行RAPD分析，从DNA分子水平上反映了芋植物资源丰富的遗传多样性，同时也筛选出一批对芋属植物进行研究较为适宜的RAPD随机引物序列及优化的PCR程序。利用RAPD聚类分析技术不仅可验证芋种下已确定的芋资源间的亲缘关系，对尚未确定其分类地位和来源不明的资源材料的归属问题也可提供分子水平的证据。湖南著名的江永香芋（45），祁阳香芋（47）不仅来源地接近，植物学性状相似，遗传距离（1.0）也很近，我们可认为其为同一品种的不同名称；历史悠久的山东莱阳芋（2，4，7）遗传距离介于紫芋类和绿白多子芋类之间，可能是来源于南方的多子芋，由于数百年来长期栽培在较干旱的生态环境中，产生了一定的遗传变异，形成了独具特色的北方旱芋类型；还需要有更多的证据和多学科的进一步论证。应用RAPD分子评价结合芋的部分植物学性状等背景资料，有助于芋的种下分类系统的补充和调整，并能给予一定合理的解释。 关键词：芋；民族植物学；植物资源；遗传多样性；分子评价 Studies on Ethnobotany and Molecular Appraise of Genetic Diversity of Taro(Colocasia esculenta) Abstract As a crop,taro has a history that is one of the longest in the world. Major agricultural books of Chinese ancient time are studies in this thesis. To summarize the contributions of the technique and to clarify its evolution treatises .The results showed that: (1) More than 2,400 years ago, the ancient Chinese has taken notes about taro. (2) 《Book of Master Fan Shengzhi》 is a ancient work which first mentioned and recorded the technicqe to grow taro,it has been widely used even till today for at least more than 2,000years. (3)《Qi Min Yao Shu》(Important Arts for the People’s Welfare), as a important work, which take play as one’s heir for the inheritance and development of grow taro. (4)Writing by Huang Shengzheng of the Ming Dynasty in his《Planting Taro》(Taro Bible)is a classics work of grow taro in ancient China . (5)Through the continuous improvement and refinement by numerous agronomists and farmers over the years, a compete technique for planting taro finally took shape.It could enlighten us in modern-organic-ecological agriculture. Bencaological study showed that:⑴About 1340 years ago,《Xin Xiu Ben Cao》and 《Shi Liao Ben Cao》were the books that taro’s medical value was records first in Tang Dynasty.⑵The corm,stem,leaves of taro could be a medicine or food medical treatment.Cooked corms are used in food medical treatment now.⑶The prescriptions of taro in bencaological works are worth studying further. Fundamentals and methods of Ethnobotany were used emphatically in this thesis.Survey site Ⅰ，Yunnan Province(the southern part of the country,areas inhabited by the minority nationalities,rich in taro resources).SiteⅡ，Shandong Province(the northern part of the country,inhabited by han nationality,multi-cormel of taro).The main results obtained are as follows: ⑴Because of influenced by market economy,taro were getting changed from staple food to vegetable in the minorities of Yunnan Province.In Shandong Province,espcially in Jiaodong Peninsula, taro was cultivated widespread speedily,not only it was santisfied the need of local market, but it was developed into one of the major exported vegetable.The farmers’income were increased rapidly. ⑵It was concluded that rich genetic diversity of taro (include wild types,cultivatable types,cultivated varieties)was still maintained in Yunnan Province. In ⑶It was made clear from the morphology observation and RAPD analysis of taro that Yunnan Hongyu is nearer relation to petiole taro than purple and green types of taro.It was been thought that the eating inflorescences of taro as Yunan Hongyu can be classified the third variety(var. Inflorescens).And classific system of taro was readjusted and replenished. ⑷The effect and impact of taro plant worship upon conservation and management of local taro genetic diversity were getting weakened.The taro plant worship culture were facing the danger of threat or extinction due to the ongoing social-economic,policy and main trend culture. The possibility,necessity and feasibility to utilize tradition culture for modern biodiversity conservation were discussed. ⑸ The petiole,leaves,inflorescences,corms and cormels of taro have been used to produce many different types of food.Eating taro culture implicated rich Traditional knowledge that taro germplasm resources were protected and utilized.And it maintained scientific intention of taro biodiversity management. The cultural background of traditional eating taro influenced the culture of plants worship seriously .We need to exploid and study it further. ⑹ For cut down the losses of taro germplasm resources,more intensive discussions are focused on the adaptive and practical measures and need of implementing in situ , ex situ and set up the national germplasm gene pool of taro conservation approaches. ⑺There is a wide development and utilization prospect of taro,taro can be processed for 10 types different food.Taro is rich in starch,which has the characteristics of digestion easy and granule small.Taro starch has important economic value.It has recently been demonstrated that taro also contains a soluble gel which can be used as an emulsifier and bulking agent in food production,while the gel’s dietary fiber content also makes it valuable in the production of functional food. Data of taro in Laiyang region from 2001 to 2002 was studied, using objective weight to gain weighted situation,according to the grey situationtodicide policy in the grey systematic theory. Synthetic analysis was conducted on theindex of 10 main characteristics to decide the quality of trialed variety,the results was accordance with practice. It is an objective method to evaluate taro varieties. Forty nine taro materials were analysed using RAPD method,showing abundant genetic diversity at DNA level.Suitable random primer sequence and optimized PCR procedure of RAPD technique were screened out for Colocasia esculenta..It was found that the result could be preliminary classified by parts of botanic characters and The cluster analysis.The cluster analysis were helpful to the readjustment and replenishment of taro.It was useful to the types that their relation were not clear(Jiangyong Xiangyu, Laiyang Taro et al), the cluster analysis could give a evidence of DNA level. Key words: taro; ethnobotany; plant resources; genetic diversity; Molecular Appraise 本 文 缩 写 词 表 （Abbreviation）
目 录 中文摘要 ……………………………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要 ……………………………………………………………………………………Ⅲ 本文缩写词 …………………………………………………………………………………Ⅵ 第一章绪论 1 民族植物学的演进与发展 ………………………………………………………………1 2 中国的传统民族文化中包含着丰富的民族植物学内容 ………………………………2 3 民族植物学研究的重要意义、研究方向和发展前景 …………………………………2 4 芋民族植物学研究及遗传多样性分子评价的目的意义 …………………4 4.1研究的意义 …………………………………………………………………………4 4.2 研究的目的 ………………………………………………………………………… 5 5 芋的民族植物学研究的三个阶段 ………………………………………………………5 5.1 描述阶段 ……………………………………………………………………………5 5.2 解释阶段 ……………………………………………………………………………6 5.3 应用阶段 ……………………………………………………………………………7 6 芋遗传多样性研究进展 ……………………………………8 6.1 芋种质资源的分类研究 ………………………………………………………………8 6.2 RAPD分子标记在蔬菜遗传多样性及亲缘关系评价中的应用概述 ………………9 6.3 芋遗传多样性演化分布研究 …………………………………………………………10 6.4 芋种质资源保存研究 …………………………………………………………………10 6.5芋新品种选育研究 ……………………………………………………………………11 7 芋民族植物学与植物资源研究的技术路线设计 ………………………………………11 8 芋遗传多样性分子评价及种下分类研究技术路线设计 ………………… 12 参考文献 ……………………………………………………………………………………13 第二章 中国古代种芋法的技术演进及其对现代农学的贡献 1 种芋法的起源及传承关系 ………………………………………………………………19 2 种芋法的技术演进与发展 ………………………………………………………………22 2．1《氾胜之书·种芋篇》之原本技术内容 ……………………………………………23 2．2种芋法及其技术的演进与发展 ……………………………………………………23 3 种芋法对现代农业科学技术的贡献 …………………………………………………25 3.1《氾胜之书》对种芋法的理论贡献 ………………………………………………… 25 3.2 种芋法对现代农业科学的贡献 ………………………………………………………25 4 小结 …………………………………………………………………………………… 28 参考文献 ……………………………………………………………………………………29 第三章 芋本草学考证与现代食疗价值评价 1 历代本草记载 …………………………………………………………………………30 2 芋本草名实考证 ……………………………………………………………………… 31 3 产地与采制方法考证 ………………………………………………………………… 32 4 应用与功效考证 ……………………………………………………………………… 32 5 现代食疗价值与应用 ………………………………………………………………… 34 6 小结 …………………………………………………………………………………… 38 参考文献 ……………………………………………………………………………………39 第四章 芋民族植物学与植物资源研究 1 研究方法 …………………………………………………………………………………41 1.1中国云南芋民族植物学和遗传资源调查取样 ……………………………………… 41 1.2中国山东芋民族植物学调查和遗传多样性取样 …………………………………… 42 1.3芋遗传多样性比较试验设计 ………………………………………………………… 42 2 结果与分析 …………………………………………………………………………… 42 2.1芋的历史变迁 ………………………………………………………………………… 42 2.2芋民族植物学研究 …………………………………………………………………… 43 2.3芋植物资源分布和遗传多样性保护的参与性研究 ……………………………… 44 2.3．1.1 野生近缘种 ……………………………………………………………… 44 2.3．1.2 半栽培种 …………………………………………………………………… 44 2.3．1.3 栽培品种 ………………………………………………………………………45 2.4芋的形态学和民间分类与命名 ………………………………………………………48 2． 2.5 芋的植物崇拜和传统民族文化价值 …………………………………………………53 2.6 芋种质资源保存和利用 ………………………………………………………………57 2.6.l 就地保护 ………………………………………………………………………… 57 3 小结与建议 …………………………………………………………………………… 59 参考文献 ……………………………………………………………………………………60 第五章 灰色局势决策在芋品种资源筛选和评估中的应用 1 材料和方法 ………………………………………………………………………………62 2 评判方法 …………………………………………………………………………………62 2.1加权灰色局势决策原理 ……………………………………………………………… 62 2.2加权灰色局势决策分析方法 ………………………………………………………… 63 3 结果与分析 ……………………………………………………………………………… 73 4 讨论 ……………………………………………………………………………………… 64 参考文献 …………………………………………………………………………………… 66 第六章 芋种质资源遗传多样性分子评价 1 材科与方法 ………………………………………………………………………………67 1.1 材料 ……………………………………………………………………………………67 1.2 DNA的提取 ………………………………………………………………………………69 1.3 DNA产量、质量的检测 …………………………………………………………………70 1.4 PCR扩增 …………………………………………………………………………70 1.5 琼脂糖凝胶电泳 …………………………………………………………………………71 1.6 数据统计分析 …………………………………………………………………………71 2 结果与分析 ………………………………………………………………………………71 2．1 引物筛选 ………………………………………………………………………………71 2.2 PCR扩增结果 …………………………………………………………………………72 2.3 聚类分析结果 …………………………………………………………………………72 3 讨论 ……………………………………………………………………………………75 参考文献 ……………………………………………………………………………………77 第七章 结论与结语 1 结论 ……………………………………………………………………………………… 78 2 本论文的创新点 ………………………………………………………………………… 80 3 今后的研究方向与目标 ………………………………………………………………… 80 附表 1…………………………………………………………………………………………81 图版Ⅰ ……………………………………………………………………………………… 88 图版Ⅱ …………………………………………………………………………………………89 图版Ⅲ …………………………………………………………………………………………90 致谢 …………………………………………………………………………………………91 作者简历 ……………………………………………………………………………………92 在读期间的学术成果 ………………………………………………………………………93 |
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