现代生物技术在中药材生产中的应用

高等植物细胞培养 高等植物细胞具有全能性。从高等植物的幼胚、根、茎、叶、花 和果实等不同器官的组织中分离的单个细胞，经过特殊培养形成 愈伤组织，并可进一步诱导生成完整的植株。
高等植物细胞培养
原生质体融合
细胞融合是将不同种类 的两种细胞经过特殊处 理后放在一起，在某些 促融因子作用下发生融 合，形成杂种细胞。
毛状根培养


毛状根培养是20 世纪80 年代发展起来的基因工程和细 胞工程相结合的一项技术，通过将发根农杆菌 ( Agrobacterium rhizogenes) 中Ri 质粒含有的T-DNA 整合 到植物细胞的DNA上，诱导植物细胞产生毛状根。毛状根属 于激素自养型，具有有效成分含量高、生理生化和遗传性稳 定、易于进行操作控制等特点，可在离体培养条件下表现出 次生代谢产物的合成能力，还能够合成许多悬浮细胞培养所 不能合成的物质，某些产物的产量甚至高于正常植物及悬浮 细胞培养。 毛状根培养系统无论在生物量的增加，药用有效成分的积累 还是生产稳定性方面，都显示了其独特的优越性，使得利用 毛状根培养生产植物次生代谢产物具有极大的生产潜力。

发酵的主体设备
发酵工程生产产品的流程图
（三）细胞工程
细胞工程又称细胞融合技术，是指人为促使两种不 同的生物细胞在同一培养基中，通过无性的方法进行 人工的直接融合，形成能够同时表达两个亲本细胞有 益性状的杂交细胞的技术。由于该技术是在细胞水平 上进行操作，也称为细胞融合技术，为细胞水平的生 物工程。
限制 酶
提取目的基因
限制酶
DNA连 接酶
从大肠杆菌 中提取质粒
目的基因与 运载体结合 目的基因导 入受体细胞 目的基因的 表达与检测
种植业中的应用
用携带外源基因的农杆菌Ti质粒转化植物原生质体，使外源DNA与 植物染色体DNA整合，通过原生质体的培养分化成愈伤组织，最后 发育成具有新性状的完整植株—转基因植物
现代生物技术在中药材生产中的应用

第一节现代生物技术的概念和特点 一、现代生物技术的概念 现代生物技术是利用生物体及其体系或其衍生物来 制造人类所需要的各种产品的一门新型的跨学科技 术体系。这个综合性技术体系包括基因工程、细胞 工程、酶工程、发酵工程等。其中，基因工程和发 酵工程是现代生物技术的核心，前者提供优良的 “种子”，后者是取得优良性状表达产物和实现其 商品化的重要环节。

（一）基因工程
基因工程是通过基因水平上的操作，改
变生物遗传性的技术，也就是按照人们的 需要，用类似工程设计的方法将不同生物 的基因进行基因操作（如基因分离、剪切、 拼接），并通过载体（如质粒、k噬菌 体等）转入适宜的受体细胞中而获得复 制和表达的一种分子生物学技术。
基因工程操作的基本步骤
从细胞中分 离出DNA

一、转基因工程 起步相对较晚，在药用植物中的应用主要体 现为利用毛状根培养能在较短的时间内得到 大量的活性成分。

目前国内外已在银杏、红豆杉、长春花、烟草、何 首乌、紫草、人参、曼陀罗、颠茄、毛地黄、绞股 蓝、半边莲、罂粟、露水草、桔梗、丹参、黄芪、 决明、大黄、黄连、甘草、茜草和青蒿等26科100 多种药用植物建立了毛状根培养系统。应用毛状根 培养生产的许多重要药物次生代谢产物有生物碱类 (如吲哚类生物碱、喹啉生物碱、莨菪烷生物碱、托 品烷生物碱、喹嗪生物碱等)、苷类(如人参皂苷、 甜菜苷等)、黄酮类、酪类(如紫草宁等)、噻吩、蒽 醌以及蛋白质(如天花粉蛋白)等。（冀玉良等， 2008）

第二节现代生物技术在中药材生产中 的应用

现代生物技术对现代社会产生了深刻影响。作为社 会主要产业的工业、农业、医药、环保等领域都因 为现代生物技术出现而有了突飞猛进的发展，作为 农业、医药的一个结合点，作为中医药发展的物质 基础，中药材生产也在现代生物技术的应用热潮中 发生了革命性的变化，其应用主要表现在以下几方 面
胰岛素从猪、牛等动物的 胰腺中提取，100Kg胰腺只能 提取4-5g的胰岛素，其产量之 低和价格之高可想而知。
将合成的胰岛素基 因导入大肠杆菌，每 2000L培养液就能产 生100g胰岛素！使其 价格降低了30%-50%!

干扰素治疗病毒感染简直是 “万能灵药”！过去从人血 中提取，300L血才提取1mg！ 其“珍贵”程度自不用多说。
通过基因工程的方 式创造了能合成人干扰 素的大肠杆菌，每1Kg的 培养液可提取20—4０ mg干扰素。
基因工程人干扰素α-2b（安达芬） ，是我国第一个 全国产业化基因工程。安达芬具有抗病毒，抑制肿瘤细胞 增生，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治 疗和多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗 的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。
（四）酶工程
酶工程是通过将生物体内具有特定催化作用的酶类分离出来， 在体外进行催化反应。 酶反应的特点是:在常温、常压下，专一性地快速进行催化反应； 但酶不稳定，容易失活，为了提高酶的稳定性和适于连续作 业，发展了酶的固定化技术，将酶固定在特定的载体 上，当反应物通过固定化酶时，即可快速催化生成相应的产物。 当前酶制剂的生产，主要依靠微生物发酵技术，自微生物发酵 液或细胞中提取用的酶类
发根农杆菌

发根农杆菌 (Agrobacterium rhizogenes)是一种革兰氏阴 性菌，能侵染大多数的双子叶植物、少数单子叶植物及个别 的裸子植物，诱发被感染植物的受伤部位长出毛状根。发根 农杆菌之所以具有这种致根性，是因为它具有能诱导毛状根 产生的Ri质粒。Ri质粒是发根农杆菌染色体外的一个约 250kb的大质粒，带有冠瘿合成酶基因。在Ri质粒上，存在 与转化有关的两个主要功能区，即T-DNA (转移区)和Vir (致 病区)。Vir区基因并不发生转移，但它对T-DNA的转移非常 重要。当发根农杆菌感染植物时Ri质粒上的T-DNA可以转化 并插入到植物细胞基因组中，其整合和表达的结果导致了大 量毛状根的产生。处理菌株后可提高Vir区的表达并明显提高 药用植物外植体的转化率。
（二）发酵工程
发酵工程即利用某些微生物及其特定功能，通过现 代工程技术手段（主要是发酵罐或生物反应器的自动 化、高效化、大型化）生产各种特定的有用物质；或 者把微生物直接用于某些工业化生产的一种生物技术 体系。


பைடு நூலகம்
发酵工程
现代发酵工程主要指利用利用微生物、动植 物细胞和基因工程菌在在人工生物反应器（ 发酵罐）中培养而获得产物的工业过程。 现代发酵工程是生物代谢、微生物生长动力 学、大型发酵罐或生物反应器研制、化工原 理等密切结合和应用的结果。