生物技术在药用植物开发与保护中的应用

收稿日期作者简介庄　云(),女,吉林省敦化市人,副教授,从事生物技术教学与研究工作。

生物技术在药用植物开发与保护中的应用

庄　云1,孙长宝2

(1.吉林农业科技学院中药学院,吉林132101;2.磐石市吉昌镇农业技术推广站,磐石132316)

摘　要:生物技术的发展为药用植物的研究和中药现代化的发展提供了重要机遇。本文综述了近几年来生物技术在我国药用植物研究中的应用进展,包括药用植物优良品种的培育,提高药用植物有效成分的生物技术,D NA 分子标记、生物反映器在药用植物研究中的应用及药用植物快速繁殖、多倍体育种等技术。并提出了药用植物生物工程研究领域今后的发展方向,旨在用现代分子生物学技术加速中药现代化发展步伐。

关键词:生物技术;药用植物;应用中图分类号:S567 文献标识码:A

Application o f Biological Technology in Medicinal P lant Development and P r otection

ZHUANG Y un 1,SUN Changbao 2

(1.Jilin Agricultural Scien ce and Technology Co llege Co llege o f Chinese Traditional Medicine Science ,Jilin132101,Ch ina ;

2.Pan shi City Jichang Town Agricultural Techno log y Exten sion Station ,Pan shi 132316,China )

A bstract :The development of biological technology has brought impor tant opportunities to the research of medici 2nal plants and the m odernization development of Chi nese medicine.This thesis gives an overview of the status quo of China ’s application in recent years of biological techn ology to researches of medicinal plants ,i ncluding t he breeding of superior var ieties of medicinal plants ,the biological technology for increasing the effective element s of medicinal plants ,the application of DN A m olecular marks ,application of biological re flection in m edicinal plant resear ch and techn ologies for rapid reproduction of medicinal plants ,polyploidy breeding ,etc.F urther ,this thesis presents the development direction of biological engineering of medicinal plants for the pur pose of accelerating the modernization of traditional chinese medicine by means of modern molecular biological technology.

K ey w or ds :biological techn ology;medici nal plant ;application 生物技术又称为生物工程,包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程和海洋生物工程六大方面,随着生物科学的发展和完善,生物技术在药用植物育种领域已有广泛的应用,其中基因工程和细胞工程在药用植物生产中也发挥着越来越重要的作用。药用植物目前除了采用传统的开发和保护对策,以快速繁殖人工种子、多倍体育种、DN A 重组技术、D N A 分子标记技术为标志的生物技术也越来越多地被应用到药用植物的开发和保护中。

1　我国药用植物资源现状

我国拥有世界上最丰富的中草药资源,其中药用植物383科2309属11146种,占中药资源种类的87%[1]。近年来,随着中药材G AP 工作的开展,中药材品种的种植面积、产量都有了较大幅度的变化。但是,随着中药产业的发展,在市场的刺激下,药用植物资源的破坏还是比较严重,野生药材数量普遍下降,特别是某些珍稀物种已濒临灭绝。在《中国植物红皮书》第一卷中,有近100余种药用植物被列为珍稀濒危植物,其中包括临床应用价值很高的冬虫夏草、人参、天麻、杜仲、肉从蓉、黄芪、平贝母、黄连等。另外,还有药用部位为茎皮、根皮或茎杆的木本植物,采收药材基本上都是以整株植物的死亡为代价,由此造成了野生资

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源的急剧减少,如杜仲、刺五加、红豆杉等。许多全草类药材的采收期正是植物的花期,直接影响了植物的有性繁殖。生物技术的兴起为解决这一系列问题提供了有效途径。近几十年来,生物技术在许多领域取得了巨大的进展,在传统药用植物研究开发中也取得了相当的成果[2]。生物技术目前在药用植物资源开发,优良药作植物品种的培育及生产,濒危珍稀药用植物资源的保护和利用中的应用愈来愈广泛。

2　生物技术在药用植物研究与开发中的应用现状

2.1　利用组织培养技术进行药用植物快繁和脱毒种苗的生产

由于植物细胞全能性的发现和证实,为植物组织细胞的培养工作开辟了广阔前景,组织培养技术可在人工控制的条件下周年进行,故其繁殖速度和繁殖系数均大大超过常规的繁殖方法。特别是植物茎尖分生组织,由于其分裂速度快,通常不含或少含植物病毒,结合热处理,用分生组织可以进行大量生产汰除病毒的试管苗。同时由于药用植物一般为多年生,且人工栽培驯化时间短,存在着生长速度慢,对栽培技术要求严格等多种因素。在生产上利用组织培养技术显得更为重要。到目前为止已有100多种药用植物经过离体培养获得试管植株[3];我国在药用植物快繁及无毒苗研究、生产方面取得了可喜成绩。先后研究成功人参、西洋参、贝母、元胡、枸杞、唐菖蒲、芦荟等快繁技术。

2.2　应用生物技术进行药用植物品种选育

药用植物新品种选育工作,是更好地利用和保护这些植物资源,提高经济效益的有效手段。目前我国已运用杂交、诱变、多倍体、原生质体融合、花药培养、DN A重组等生物技术,获得药用植物优质新品种150余种。如将植物的Rnase基因导入其他药用植物中,使其在花药绒毡层中表达,该基因破坏绒毡层细胞的mRN A,使其过早退化,造成花粉败育,形成雄性不育株[4]。

2.3　生物技术在药用植物次生代谢产物生产中的应用

传统药用植物含有的有效成分绝大部分是次生代谢产物,它们的合成途径非常复杂,往往有几个或十几个酶参与,找到特定产物的关键酶是提高药用植物有效成分的关键,同时寻找关键酶的基因,适用合适的载体和受体部位的正确表达也是十分关键的内容。如控制植物次生代谢产物合成酶的合成基因的导入,获得有效成分含量高的植株。将天仙子胺62-β-22羟化酶基因转移到富含天仙子胺的莨菪毛状根中,与对照组比较,莨菪胺含量增加了5倍[5]。

2.4　利用生物技术提高药用植物的品质

改良药用植物品质,目前主要集中在提高抗性和改善品质两个方面。药用植物的抗性涉及范围很大,如抗旱、抗涝、抗盐、抗病等,目前,科学家从仙人掌中分离出来的抗旱基因准备转入药用植物中,提高其抗旱能力,增强药用植物对不良环境的抵抗能力。

在众多的药用植物中,其氨基酸的含量和成分相差很大,其中大多数双子叶植物中赖氨酸含量较高,而单子叶植物缺乏赖氨酸,致使这些植物营养价值降低,如果将缺少的氨基酸给予弥补,使其不仅有药用功能,而且营养价值也会大大提高。

2.5　利用生物技术超低温保存药用植物种质资源

传统的药用植物种质资源保存是采用原地保存和非原地的野外保存,占用大量场地和浪费人力、物力和财力。目前利用植物组织细胞离体系统超低温(-196℃)保存药用植物种质资源获得成功的已达40多种,如浙贝母、银杏、杜仲等,包括体细胞胚、花粉胚、悬浮培养细胞和愈伤组织的超低温保存。该技术不仅能长期保存无性繁殖植物的优良品种和育种工作中所需要的纯系,还可以解决组织细胞继代培养中的变异问题[6]。

3　生物技术在药用植物研究与开发中的应用前景

3.1　药用植物天然微量活性成分和有效成分的生产

从药用植物中提取的活性成分在疾病的防治方面起到了相当重要的作用,但有些药用植物由于过度采挖,已出现了资源枯竭现象,因此通过工业化手段来生产某些重要的药用植物及其活性成分受到了重视。但对于中药材中活性强、含量低、化学方法无法合成的天然次生产物,其增殖效率不高、产量不稳定是制约多数药用植物不能通过该技术商品化的主要瓶颈。

3　药用植物D N分子标记技术

D N分子作为生物遗传信息的直接载体,同.2A

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