现代生物技术在扩大中药新药源的运用

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毛状根培养系统
毛状根是农杆菌中根诱导(root-indu-cing, Ri) 质粒的一段DNA嵌入植物基因组中并表达的结果,因 此毛状根培养又被称为转基因器官培养。科学家们 认为亲本植物能够合成的次生代谢产物都可用毛状 根培养来生产,因而这是一条利用生物技术生产次生 代谢产物的新的有效途径。
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植物体细胞杂交
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原生质体融合 去掉细胞壁
植物体细胞杂交过程
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植物体细胞杂交在扩大中药新药源的应用
杂交育种
传统的突变育种和有性杂交育种历时长， 同时突变育种随机性大，而采用植物体细胞 杂交技术融合育种，可以克服远缘杂交存在 有性不亲合现象，大大的缩短育种时间。
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植物体细胞杂交在扩大中药新药源的应用
毛状根培养优点:
1、生长迅速 毛状根具有大量的分枝和根毛,生长快速,具有
激素自养性,可用于大量培养。 2、次生产物合成能力强且稳定
毛状根次生代谢物含量一般比愈伤组织和悬浮 培养的细胞高,并且能够合成某些愈伤组织和悬浮 培养细胞不能合成的次生代谢物。
现代生物技术在扩大中药新药源的运用
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目录
概述 现代生物技术
⑴ 基因工程 ⑵ 细胞工程 ⑶ 生物转化技术
小结
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概述:
中药是中华民族的瑰宝，是我国劳动人民 长期与疾病作斗争的宝贵经验总结，随着生活 水平的提高，人们对生命质量日趋关注，而化 学合成药物产生的不良反应越来越明显，药源 性疾病不断增加，回归自然已成为必然趋势， 人们对天然药物有了极高的重视与需求。中药 产品逐渐显出其巨大的潜在优势。但传统中药 材却面临许多问题。
原理: 基因重组 操作水平：DNA分子水平
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基因工程在扩大中药资源中的应用
（1）植物次生代谢途径的基因工程 （2）转基因生物技术
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植物次生代谢途径的基因工程
利用次生代谢产物合成过程的关键酶来提高次生 代谢物的产量。
传统药材含有的有效成分绝大部分是次生代谢产 物，合成途径非常复杂，往往有几个或十几个酶参 与，因而找出形成特定产物的关键酶就成为利用基 因工程技术生产传统药材有效成分的关键步骤之一。
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概述:
为了应对目前严峻的中药资源压力, 我国 采取了中药材栽培和野生抚育等多种手段, 但 这些不能完全解决中药资源紧缺问题。近几十 年来，生物技术在许多领域取得了巨大的进展， 已渗透到中药的各个研究领域，在扩大中药新 药资源研究中也发挥着重要的作用。
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（一）基因工程
定义:
首先克隆或合成目的基因，再按照预先的设计， 将目的基因和载体重组在一起，以一定的方式导入生 物体内，让受体生物的遗传性状发生预期的改变，产 生出人类所需要的基因产物的方法。
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概述:
根据普查资料，我国共有12807种中药材， 其中动物药有1581种，矿物药80种，植物药占 了绝大多数，有 1l146 种。 常用的中药400500种，其中80％来自野生资源，但传统的中草 药获取方法是以采集和消耗大量的野生植物资 源为代价的，当采集和消耗量超过自然资源的 再生能力时，必然会导致物种濒危甚至灭绝。 据统计资料显示，我国平均每年都会有20％的 药材短缺。
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植物次生代谢途径的基因工程
目前许多类型的次生代谢产物的生物合成途径 已经清楚，采用生化手段找出形成此类成分的关 键酶，确定其基因结构，在进行克隆、表达或基 因重组以提高酶活性，快速合成所需次生代谢产 物。
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植物次生代谢途径的的应用
中国科学院植物研究所叶和春研究员课题组 已克隆出青蒿素生物合成途径中4个关键酶基因， 构建了不同启动子下的Cad和FPP基因已整合到青 蒿发状根和愈伤组织的基因组中，并在转录水平 上已有表达，转基因材料青蒿素的含量有显著提 高。
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植物组织培养过程
脱分化
再分化
离体植 物细胞
愈伤组织
胚状体
根芽
（外植体）
繁殖速度快 不受季节限制 工厂化生产 幼苗无毒 保持优良性状
优势？
植物体
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植物组织培养过程
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植物组织培养在扩大中药新药源的运用
利用生物技术将药用植物进行组织培养，建 立无性繁殖体系并诱导分化为植株，应用此方 法可对重要药用植物进行品种纯化和快速繁殖。
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植物组织培养在扩大中药新药源的运用
成功的例子如丹参、枸杞、紫杉、百合等。
也可以用此方法对一些珍稀濒危药用植物种质
进行保存。
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植物体细胞杂交
定义：
用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细 胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。
优势：（与有性Βιβλιοθήκη Baidu交方法比较）
打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展 了可用于杂交的亲本组合范围。
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细胞工程
植物细胞技术
（1） 植物组织培养 （2） 植物体细胞杂交
器官培养技术
（1） 毛状根培养系统 （2） 畸形芽培养系统
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植物组织培养
基本思路：
根据植物细胞具有全能性理论， 利用植物离体的器官，如根、 茎、叶、茎尖、花、果实等或 组织、细胞，在适宜的人工条 件下，可以再生出不定芽、不 定根，最后形成完整的植株。
利用植物体细胞杂交技术将西洋参的基因转入 胡萝卜中，使细胞内遗传物质重新组合，得新型体 细胞杂交品种。此外，此种技术在丹参、天麻等多 种药用植物中已得到运用，不仅能产生新型优良品种， 并对原有品种作出超水平的突破。
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植物器官培养技术
定义：
指对植物某一器官的全部或部分或器官原基 进行离体培养的技术。 目前主要有毛状根培养系统和畸形芽培养系统。
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转基因生物技术
定义：
指用基因工程技术在基因水平对生物体遗传 特性进行改造的过程，因此，转基因生物也称为遗 传改良生物。
利用转基因生物体，人们可以获得药用动物、 植物中的药用活性物质，也可以获得药材中的蛋白 和多肽活性成分等。
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转基因生物技术的应用
利用转基因生物技术人工定向改变药用植物的 遗传性状，可培养出一些抗病毒、抗虫害、抗除草 剂的新型中药。
转基因生物技术的发展使利用转基因动物获得 像麝香、牛黄、犀牛角等一些动物性中药成为可能, 从而大大节约资源,保护了这些濒危的动物。
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（二） 细胞工程
定义:
细胞工程属于广义的遗传工程,是将一种生物 细胞中携带的全套遗传信息的基因或染色体整个导 入另一种生物细胞, 从而改变细胞的遗传性, 创造 新的物种或品系。