浅议植物组织培养技术在药用植物生产上的应用

浅议植物组织培养技术在药用植物生产上的应用

罗春梅张良彪

（云南省楚雄农业学校云南楚雄675000）

[摘要] 本文针对药用植物在生产中存在的问题，阐述了植物组织培养技术在药用植物的快速繁殖、无病毒苗生产、选育新品种、种质资源保存、次生代谢物的生产等几个领域中的应用。

[关键词] 植物组织培养技术；药用植物；生产；应用

中国是药用植物资源最丰富的国家之一。据记载，我国可供药用的植物有5000多种，其中较常用的有500多种，且需要量大，主要依靠人工栽培的有250多种。由于长期以来盲目采挖，严重破坏了生态环境；人工栽培品种又面临品种退化、农药和重金属污染以及种子带病、繁殖和栽培技术落后等原因，严重影响了药材品质，有许多重要的药用植物的天然生产量极少，故供应已十分困难，如天麻、杜仲、贝母等。有100多种中药已被国家列为濒危、稀有植物，如海南大枫子、药用野稻、见血封喉等[1]。

由于植物组织培养具有：研究材料来源单一，遗传背景一致；经济方便、效率高；条件可控误差小；生长周期短、重复性强；可周年试验或生长等优点。在药用植物日渐减少的情况下,人们逐渐把注意力转向植物组织培养技术。我国的药用植物组织培养的研究是在20世纪70年代以后迅猛发展起来的。目前药用植物组织培养的应用主要在：快速繁殖、无病毒苗生产、选育新品种、种质资源保存、次生代谢物的生产几个领域。

1药用植物快速繁殖

在人工栽培药用植物中，有不少名贵药用植物，如：人参、黄连、黑节草等，生产周期很长，如果常规方法育种或育苗，则需要花费很长时间；另一些药用植物则繁殖系数小，耗种量大，严重影响了发展速度并增加了生产成本，如；贝母、番红花等；还有一些药用植物，如：地黄、太子参等，由于病毒为害而退化，严重影响了产量和品质；一些进口南药因种苗奇缺而影响扩大生产，如：乳香等。而药用植物生产需求大量规格统一、性状优良的苗木，这一目标可以通过组织培养手段实现。利用组织培养法每年可繁殖出几万至数百万倍的小幼苗，如：苦丁茶每株试管苗每次继代培养繁殖5倍，按平均每40天切割继代一次计算，每年可继代9次，每株苗理论上可繁殖出将近200万株苗。因此，组织培养对于因病毒病害严重影响产量和质量的药用植物、靠有性繁殖提供种子而种子发育不完善或种子成本高的药用植物、靠无性繁殖提供“种子”而无性繁殖系数低且种子需求量大的药用植物、濒危或濒危药用植物的引种驯化以保护植物资源等具有重要的科研和生产意义。

目前，通过组织培养成功的药用植物至少有200种。培养的药用植物从常见的到珍稀濒危植物、民族植物，如云南黑节草、延龄草、高山红景天，藏药——川西獐芽菜、莪术、水母雪莲、星花乡线菊、溪黄草、玉叶金花、辽东葱木等。从生产常用药的植物到具有抗癌、抗病毒等有效成分的植物，如红豆杉、艾黄杨、狼毒、大戟属、长春花、米仔兰、狗牙花和香榧等。

培养用的材料也有提高。开始以草本、木本或藤本植物的根、茎、叶、花、胚、果实、种子、髓、花药等组织或器官进行培养，发展到从器官诱导到愈伤组织、细胞培养，再发展为用冠瘿组织、毛状根进行培养[2]。

植物组织培养技术不断提高，从固体、液体静态、悬浮培养，到深层大罐发酵、液体连续培养和细胞固定化培养等。最近人们对植物组织培养电刺激效应进行了探讨，应用诱导剂、稀土和体外胁迫等对植物组织培养产生药物成份进行了研究。在组织培养过程中也建立了一些相应的技术，如放射免疫测定法、复制平板技术、微滴试验、荧光显微镜术和高效液相色谱法，对筛选和获得高产细胞株非常重要。

目前，药用植物种苗的快速繁殖途径主要有以下两种：

1．1无性植株的再生

无性植株的再生是植物通过组织培养和遗传工程进行品种改良的一个先决条件,也是实现获得大量人工种苗的重要途径。目前我国药用植物用组织培养技术繁殖的无性系可概括为以下几个方面：（1）带节茎段扦插快繁，即由带节茎段在无菌条件下扦插，可以进行快速无性繁殖，如黄芩、罗布麻、款冬等；（2）器官发生，细胞或愈伤组织培养通过不定芽形成植株，如枸杞、雪莲花、西洋参、延胡索、毛地黄、丹参、黄连、川白芷、栝楼、中麻黄、西红花、枳壳、长春花等已通过这种方式建立了无性繁殖系，得到了人工种苗；（3）类胚体途径，细胞或愈伤组织通过胚状体途径，即经过球形胚期、心形胚期、鱼雷胚期、子叶胚期经成熟胚的类胚体上，还能继续不断地形成新的胚状体，如西洋参、人参、甘草、三七、黄连、刺五加等；（4）原球茎，细胞或组织培养经过原球茎途径分化形成植株，如铁皮石斛、百合等[3]。

1．2胚的离体培养获得人工种苗

胚培养可以克服有性杂交中的胚乳败育、早期胚败育和珠心胚干扰等获得杂种苗，此项技术已进入实用阶段，西洋参、红花、枳壳、长春花、鼓槌石斛、银杏等植物的胚培养已获成功。王丽[4]等对香雪兰离体胚培养研究表明，离体胚培养不仅可打破种子的休眠，而且可以解决远缘杂种不能正常发育的难题。李志良[5]对中国红豆杉和短叶红豆杉的离体胚培养特性进行了研究，发现适宜的条件下两种胚萌发率与成苗情况没有明显的差异，离体胚培养是实现大规模种植的一条快捷途径。2药用植物无病毒苗的生产

1952年，Morel和Martin首次证实，通过茎尖分生组织的离体培养，可以获得无病毒的大丽菊植株，证实了组织培养技术对于植物脱病毒的优异作用。

采用茎尖培养脱毒的原理是：在感染病毒植物体内，病毒分布并不均等。在生长点病毒含量最低，侵染的病毒使寄主代谢异常，因此造成植物生长的抑制，或形成畸变，产生皱缩、花叶、杂斑等到许多症状，导致产量大幅度下降，以及花变小，色泽暗淡，产量少等品种退化的现象。如唐菖蒲、百合、地黄、太子参等都存在这样的问题。采用茎尖培养支病毒后，植株生长势强，抗逆能力提高，品质和产量均明显增强。例如，唐菖蒲侵染了黄瓜花叶病毒（CMV）后，植物叶面形成斑纹，而黄色花叶病毒（BYMV）则使侵染后的植物花带斑点，并扭曲畸变。王慧芳[6]（1991）报道将带有CMV和BYMV病毒的唐菖蒲球茎切取茎尖0.5mm,经愈伤组织的培养，脱分化，分化出根、芽后，获得完整植株，经鉴定，成株不带CMV和BYMV病毒。据研究资料表明，去病毒苗的比例高低取决于病毒种类，植物种类及操作技术。例如，百合经处理后，去病毒的百合比例为16%～25%，唐菖蒲花瓣组织培养去烟草花叶病毒的比例为30%～50%[7]。

3药用植物新品种的培育

植物组织培养技术已成为培育新种质的新手段之一。在药用植物上研究和应用的方向主要有三个方面。

3.1 单倍体和多倍体培养

单倍体经染色体加倍后成为纯系，使突变性状易于表现出来。而且基因重新组合对于的药用植物而言，可以通过酶的作用影响到一系列蛋白质合成及其各种性状，通常具有较高含量的药用成分，同时增强了植株的生态适应性及对逆境的抗耐性。因此单倍体和多倍体培养技术，对于品种选育，改良及遗传分析有重要意义。攀映汉[8]对宁夏枸杞含单核晚期花粉的花药培养，得到来自花粉的单倍体植株。曹有龙[31]等用枸杞花粉愈伤组织悬浮培养产生胚状体也获得了单倍体植株。而以宁夏枸杞未受粉的子房为材料，可获得四倍体和非整倍体植株，其中诱导出的同源四倍体枸杞表现出花和果实大、种子少的特点，充分显示出其潜在价值。高山林[9]等研究多倍体性状与药材质量，发现不同类型丹参多倍体根中丹参酮的含量不同，丛根类型的丹参多倍体品系不仅产量增加，而且丹参酮含量平均比对照增加79%，这样使多倍体巨大性和药用成分含量两个方面得以较理想的组合和统一。目前利用单倍体和多倍体培养技术培育得到新品种的药用植物有党参、黄芪、丹参、枸杞、薄荷等[10]，其中部分品种已产生了可观的经济效益。