生物技术在中药中的应用_李文龙

第25卷第2期农业与技术 V ol.25No.2 生物技术在中药中的应用李文龙 1 王 强 2 张松玲 2（ 1 吉林农业大学中药材学院 130118； 2 吉林省生物研究所 130012 ）【摘 要】本文综述了生物技术应用于中药领域 , 可以保护传统珍稀濒危的药材 , 并大量地生产高品质的地道药材和药用活性成分、提高药用活性成分含量、稳定药材和药品的质量 , 进一步阐明药效物质基础。

同时在中药材种质保存、鉴定、育种、种苗与活性成分工业化生产等领域也有广泛应用。

【关键词】生物技术 ; 中药中图分类号：Q819 文献标识码：B21 世纪，随着生物技术在中药领域的广泛应用，有效的解决了传统中药领域中出现的抑制中药发展的诸多问题。

进而推动了中药现代化和与国际接轨的步伐。

本文仅从以下几个方面进行综述。

1 生物技术在中药种质资源方面的应用随着植物药深层次开发和研究的不断深入 ,如何保护药用植物的生物多样性和持续开发利用药用植物的问题变得越来越重要。

1.1 用于中药材种质资源的保护中药是我国制药工业的重要组成部分。

我国拥有世界上最丰富的天然药用资源。

中药的应用已有悠久历史 , 形成了独特的理论体系和积累了丰富的临床经验。

近年来 , 随着环境的污染、资源的破坏自然资源濒临灭绝，为了实现中药的可持续利用，必须保护种质资源，保护这些种质资源的途径大致有两方面 , 一是进行人工栽培与饲养 , 用以保证物种，可是优良种质在长期栽培中仍会退化 ; 二是利用生物技术建立基因库 , 在低温条件下保存药用动植物的基因组、克隆的基因、组装好的质粒和 RFL P 探针即使在某种药用动植物灭绝的情况下 , 其基因也可以得到保存并加以利用。

利用生物技术手段建立种质库是保存药用植物的又一有效手段 , 将离体培养的药用植物器官、组织和细胞在低温和超低温 ( -150 ℃～ - 19 6 ℃ ) 下保存 , 建立集约化细胞库 , 可以作为种质保存的一种方式[1]。

目前 , 全国已建成了 2 座长期种质库 ( - 10 ℃以下 ) , 10 多座中期 ( 0 ～ 10 ℃ ) 种质库 , 保存种质资源。

1.2 用于中药育种利用生物高新技术，从野生类型筛选优良目的基因，实现药用植物强优杂交，可以达到提高产量和质量的目的。

1.2.1 抗性育种 其主要包括（ 1 ）抗病毒基因工程育种；（ 2 ）抗线虫基因工程育种；（ 3 ）抗细菌病害基因工程育种；（ 4 ）抗真菌病害基因工程育种；（ 5 ）抗虫；（ 6 ）抗除草剂基因工程育种。

通过基因工程可以极大的提高中药材的品质。

1.2.2 高成分含量育种。

一些活性成分，如生物碱，皂苷，黄酮等，再药用植物体内含量往往很低，通过改良可以提高活性成分的含量。

1.3 中药材种苗与种子工业化生产中的应用1.3.1 外植体培养和试管繁殖：从 60 年代开始的我国中药离体培养和试管繁殖研究 , 到目前为止已有 100 多种药用植物经离体培养获得试管植株。

其中有的还利用试管繁殖技术生产用于栽培种植的药材 , 如苦丁茶、芦荟、怀地黄、枸杞、金线莲等。

1.3.2 液体培养和大规模生产我国科学工作者已经建立了三七、三分三、人参、西洋参、三尖杉、紫草、洋地黄、长春花、丹参、红豆杉等十几种药用植物的液体培养系统 , 经过对培养基和培养条件的操作已使有效成分达到或超过原植株。

在此基础上 , 并对长春花、三七、三分三、人参、紫草、红豆杉等进行大规模培养的探索。

中国药科大学组培室进行了人参的 10 升体积的大规模培养并对其培V ol.25 No.2 农业与技术 2005年4月·116·养细胞进行化学成分 ( 皂甙 , 灰分 , 金属离子 , 氨基酸 ) 和药理活性 ( 急性毒性 , 镇静作用 ,抗疲劳作用 , 抗高温作用 , 吞噬机能 ) 比较分析 , 结果与种植人参无明显差异 , 目前已作为美容保健品投放市场 , 这是我国中药生物技术产物第一个商品化的例子。

1.3.3 毛状根培养和增殖技术已在甘草、丹参、黄芪、青蒿等多种中药建立了农杆菌转化器官培养系统 , 进一步拓宽了生物技术在中药中应用的范围。

我们对黄芪毛状根的大规模培养技术和化学成分与药理活性进行了深入的研究并获得可喜成绩。

在3 、 5 和 10 Ｌ培养容器中成功地培养了黄芪毛状根 , 经过 21 天培养产量可达 10 ｇ干重 / Ｌ , 并证实黄芪毛状根具有增强动物免疫功能 , 促进骨髓造血 , 抗自由基 , 改善记忆和抗衰老、保护肾功能等作用 , 其作用的效价基本上与药用黄芪类似。

黄芪毛状根中皂甙、黄酮、多糖、氨基酸等含量类似于药用黄芪 , 而且粗皂甙和可溶性多糖含量稍高于药用黄芪。

丹参毛状根的研究也证实七种丹参酮化合物不仅存在于毛状根组织中 , 约40% 分泌到培养基中 , 而且丹参毛状根也具有形成水溶性酚酸类化合物的能力 , 其中丹酚酸Ａ的含量是原植物的 2. 7 倍。

2 生物技术在中药鉴定上的应用中药鉴定是保障中药用药安全，确定中药质量优劣，寻找、扩大和发展新的中药材资源的一项重要工作。

传统的鉴定方法都有其局限性，已不适应中药的快速发展。

为了适应中药的发展，生物技术在中药鉴定中逐渐得到应用。

2.1DNA 遗传标记技术的应用ＤＮＡ作为某个特定种群的生物体细胞中的遗传物质 , 其染色体的形态、组型、带型是稳定不变的 , 代表着该种群的基本遗传特征。

对其进行标记 , 根据其特征 , 可以确定药材种属[1]; 也可制定出正品的标准ＤＮＡ指纹图谱 , 找出其中特异的ＤＮＡ片段 , 制备探针来检测相应的药材[2]; 或者对药用植物进行染色体数目及核型研究 , 以进行分类 [3]。

使用这些方法可有效解决传统中药鉴别的难点―――对破碎中药材的鉴定 , 为中药鉴定提供更便捷、准确、可靠的鉴定方法 , 也为药用植物的分类利用提供更多的参考依据。

目前 , 常用的方法有三种。

一种是随机引物ＰＣＲ技术 ( ＲＡＰＤ ) , 是以待测的ＤＮＡ作模板 , 用一组随机序列的寡核苷酸引物 , 进行ＰＣＲ , 由于模板与随机引物的结合位点不同 , 扩增后得到一组数目和长度不同的ＤＮＡ片段。

经过凝胶电泳后得到电泳图谱 , 图谱给出ＤＮＡ多态性的信息 , 根据这一信息进行中药的分类和鉴定。

这一方法已用于乌梢蛇和金钱白花蛇[4]等的鉴别。

ＲＡＰＤ技术不需探针 , 但ＲＡＰＤ技术却存在外源ＤＮＡ易污染等缺点。

改进的ＲＡＰＤ技术 , 即对ＲＡＰＤ分析产物进行ＰＣＲ扩增后 , 用限制性内切酶消化 , 进行酶切位点分析 , 获得种属特异性的酶切图谱[1],可以提高ＲＡＰＤ的效率。

改进后的方法也已用于人参等的分析。

还有一种限制性片段长度多态性分析技术 ( ＲＥＬＰ ) , 将药材ＤＮＡ先用限制性内切酶消化后 , 进行限制性片段多态性分析 , 确定其基因的种属特异性。

运用此法测定了羽扇豆属药用植物 , 找出了其植物的亲缘关系与所含生物碱类成分的相关性 [4] 。

使用此法时 , 如果样品的ＤＮＡ分子量大 , 则需采用Ｓｏｕｔｈｅｒｎ杂交。

所以ＲＦＬＰ技术在应用上有其不足 , 费时费力 , 且仅限于作探针的基因长度 ; 同时ＲＦＬＰ要求新鲜的材料 , 可是中药材的加工和储藏过程极不利于ＤＮＡ的保存 , 所以用此技术较难适用于干燥药材的鉴别。

另外一种ＰＣＲ直接测序技术 , 它对被扩增的样品要求不严 , 只要样品中含有极微量目的ＤＮＡ即可 ; 而且 , 它既可对新鲜组织或陈旧样品 , 也可对完整的ＤＮＡ或高度降解的ＤＮＡ样品进行分析 , 尤适用于干燥药材鉴别 ,有较宽阔的应用前景。

具体步骤是 : 直接对某基因片段的ＰＣＲ扩增产物进行测序 , 找出其种属特异性来鉴别中药。

其中常用的基因片段包括线粒体细胞色素ｂ基因和ｒＲＮＡ基因等。

目前应用于鉴定人参及其相关药材、鸡内金、鹿鞭等。

2.2 电泳技术用于中药鉴别ＳＤＳ - 聚丙烯酰胺凝胶电泳可望解决胶类中药材难以鉴定的棘手问题 , 李峰等用此种电泳除对阿胶、鹿角胶、龟甲胶进行鉴别外 , 还用于对杂皮胶、龟版胶、鳖甲胶、海龙胶及鱼鳔胶进行比较 , 并可予以区别。

2.3 免疫技术用于中药鉴别研究免疫鉴别法是一种特异性很强的鉴别方法。

它以不同的动植物药材含有的特异蛋白为抗原 , 制备出特异的抗体 , 再与检验品中的特异抗原结合产生沉淀反应 , 据此鉴别药材真伪的。

丁培贤等利用虎 , 豹等骨骼中的特异抗原成分制备虎、豹骨等多种动物骨骼的抗体 , 还能将豹骨进一步鉴别为雪豹、云豹或金钱豹。

吴谦等采用酶免疫技术对金牡蛎胶囊中的特征蛋白进行专属鉴别和含量测定 , 使检测水平提高到 10～8 克。

而且此法的特异性很强 , 线性、重现性及回收率等方法学考察效果 , 已接近理化分析的要求。

3 生物技术在中药次生代谢产物研究中的应用利用细胞培养和微生物发酵法生产药用成分，探索中药生产工业化在很大程度上可以缓解单纯依靠野生资源获得药效成分，很难适应批量生产的不利局面3.1 次生代谢产物的生产药用植物的有效成分大多是属于植物次生代谢产物。

生代谢产物的生产主要是通过植物组织和细胞培养及毛状根组织培养得以实现的。

无论是植物组织、细胞还是毛状组织培养，在人工培养条件下仍能进行次生代谢，其强度甚至大于原植物，从而产生大量的活性成分为其快速生产创造了有利条件。

3.2 活性成分的促进合成和转化在人工生产过程中，采取措施促进活性成分的合成与转化可以提高产量。

活性成分是植物长期适应环境的产物，当受外界条件的影响时，植物本身就合成一些活性成分。

可以根据这一现象在进行组织或细胞培养时，采取一定的措施刺激活性成分的生成和积累。

如用蜜环菌作为诱导子，可使延胡索愈伤组织培养物中的生物碱的合成能力显著增强。

通过生物技术手段，可找出活性成分的合成途径及限速步骤通过基因工程克隆此关键步骤的催花酶的基因然后高效表达，也可以提高含量。

培养的植物细胞具有酯化、氧化、还原化等多种生物转化能力，利用游离细胞、固定细胞和酶提取物进行生物转化，可获得活性更高、毒性更小或价值更大的先导化合物，如利用毛叶曼陀罗、长春花、蛇根木培养细胞进行氢醌转化为熊果苷的研究已经获的成功。

4 生物技术在中药机理研究中的应用中药的活性成分和其作用机理不清楚是中药未能在国际上得到广泛承认、应用的原因。

近年来不少学者应用生物技术对中药单味或复方药的作用机理进行了研究。

结果证明中药可能对调控、修饰疾病的相关基因表达及表达产物发挥重要作用。

如采用生物技术研究中药进入体内后的代谢过程 , 由此了解中药结构的改变以及所形成的各种化学成分 , 这对于解释某些中药的作用机理具有十分重要的意义。

我国科研人员从分子生物学及基因水平上揭示了中药吡霜对急性早幼粒细胞诱导分化 ,促使癌细胞凋亡的机理 , 为古老中药登上世界舞台奠定了理论基础 , 并得到了世界血液学界的公认 , 并且所研究出的制剂已获得国家新药专利。