苏宁物流的时效:生物工程技术在中药资源开发领域前景光明

　　中医药学是中华民族的瑰宝,数千年来为中华民族的繁衍昌盛和世界民族医药学的发展作出了重大贡献。中药作为中医治疗疾病的物质基础,随着人类疾病谱的改变与国际社会“回归自然”潮流的涌起,其用量逐年加大,许多品种供不应求、自然资源濒临灭绝。大力开展中药资源研究,对于保护与保存现有资源、寻找和开发新资源等以达到可持续利用的目的,具有非常重要的意义。生物技术作为一种综合了生命科学与多种现代科学理论与研究手段的高新技术,在中药资源研究领域具有广阔的应用前景。

　　1、为中药种质资源保护提供了技术保障

　　我国中药资源十分丰富,但随着环境破坏与人们乱采滥挖,许多种类濒临灭绝。如何采取有效措施对这些珍稀濒危物种进行保护,已经成为迫在眉睫的事情。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;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RFLP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℃～-196℃)下保存,建立集约化细胞库,可以作为种质保存的一种方式。

　　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。建立国家药用植物种质资源库200m2,保存药用植物种质资源600余种。此外,郑丽屏等提出了药用植物种质资源的试管保存及试管苗基因库的建立方法。

　　2、有助于对现有中药种质资源进行鉴定与优选

　　我国有道地药材约200种,进行道地药材遗传特征分析对中药资源优良品种选育意义重大。郭兰萍等用RAPD技术对南北苍术间的差异进行了分析,认为苍术的道地性是在遗传和生态两因素长期复杂作用下形成的遗传和化学成分有稳定差异的居群;李萍等将5s2rRNA基因间区序列的变异用于对金银花药材道地性的分析,也有较好效果。到目前为止,我国已对大约300种中药进行过引种栽培。

　　在进行药用植物的引种时,先在众多遗传资源中筛选最有用的遗传资源,就能在同等消耗情况下获得更多的产品。例如,红豆杉同属植物有11种(含中国4种1变种),种下又有许多地理品种和栽培品种,仅欧洲红豆杉T.baccataL.就不少于40个地理品种,有效成分紫杉醇taxol的含量通常仅有0.01%。1990年前后,美国在广泛调查的基础上,在北美栽培品种中筛选出一杂交类型T.mediaHicksii,含量为0.014%,并具有生长迅速等优良性状,于是,这一类型被大规模引种栽培。

　　3、用于选育优良品种或进行品质改良

　　随着分子生物学和基因工程技术的发展,特别是遗传图谱研究资料的积累,作物育种技术正从传统的表现型向基因直接选择的方向转变。在加强药用植物传统育种的基础上,利用RFLP、RAPD等分子遗传标记技术,构建重要药用动植物遗传连锁图,开展重要药用植物QTL的研究和实践;从野生类型筛选优良目的基因,实现药用植物杂交强优结合,将成为今后药用植物育种的重要方向之一。一些药用植物由于长期进行营养繁殖,容易感染病毒,严重影响生长发育,降低药材的产量与质量,如地黄、半夏、太子参等。通过组织培养进行脱毒,可使其药材的产量与质量得到大幅度提高。另一些药用植物对环境的适应能力差,如易遭受病虫危害等,可通过转基因技术,对其品质进行改良,提高其对环境的适应性,从而提高药材的产量与质量。

　　寻找中药活性成分生物合成关键酶及其基因与抗病基因定位、分离和克隆已成为学术界关心的热点。关键酶的确定和分离,将为利用生物技术手段操纵代谢途径及中药材品质定向调控提供科学基础。如日本科学家发现天仙子胺62B2羟基化酶是合成莨菪胺的关键酶,将此酶的基因通过Ri质粒转移到富含天仙子胺的莨菪毛状根中,莨菪胺的含量即比对照组增加了5倍。我国现已克隆出青蒿素生物合成途径中的关键酶基因,东北红豆杉中紫杉醇生物合成途径中起限速作用的紫杉烯合成酶基因。

　　4、加快药用植物繁殖

　　一些药用植物只能进行无性繁殖或种量有限,特别是对珍稀、紧缺药用植物,可通过细胞培养达到快速繁殖的目的。如欧美国家试管苗的产量在数千万株以上,且以每年7%～8%的速度增加。近年来,我国在药用植物快速繁殖的研究与应用领域,也取得了一定的成果。目前,已有金线莲、铁皮石斛、曲茎石斛、人参等名贵中药通过组织培养,实现快速繁殖的报道。百部扦插难生根,成活率低,主要用其块根来繁殖,而块根正是其药用部分,用块根繁殖不仅繁殖系数低,而且浪费药材,杨振德等进行了百部组织培养快速繁殖技术的研究,为高产、优质、抗病性强的种苗生产提供了科学依据。最近发展起来的封闭式强化快繁通风育苗系统和自动大规模培养系统,为优质药材的生产提供了强有力的保证。

　　5、加快中药次生代谢产物生产

　　中药在自然状态下,有效成分的含量往往很低。单纯依靠野生资源获得药效成分,实际收率不高,很难适应批量生产,同时也易造成资源枯竭,使生态环境恶化,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改观这种局面。人工培养药用植物细胞能进行次生代谢,其强度甚至大于原植物,从而产生与积累大量有效成分,这为提取工业的快速生产创造了条件。如紫草、人参、黄连、毛地黄、长春花、西洋参、石斛等的细胞培养都十分成功,有些已实现工业化生产。又如,刘长军等用四种真菌刺盘孢菌、间孢镰刀菌、黑曲霉、米曲霉作为诱导子处理悬浮培养的新疆紫草细胞,发现四种真菌诱导子对紫草素的合成均有促进作用,其中,以黑曲霉诱导子效果最好,而且促进细胞紫草素的外排;在蜜环菌诱导子作用下,延胡索愈伤组织细胞培养物的生物碱的合成能力,尤其是具有抗菌、消炎作用的生物碱的合成能力显著增强。

　　近年来,随着外源基因转化技术的成熟,利用发根农杆菌感染植物组织形成毛状根来获得中药活性成分,已发展成一种新的培养系统。据不完全统计,国内外目前已对23科50余种药用植物进行了毛状根培养的研究,建立了长期的毛状根培养系统和获得了次生代谢产物。转化后的毛状根生长迅速,扩增速度快,合成次生代谢产物的能力高且稳定,有些毛状根中的药物成分甚至大大高于原植株含量,并用于工业化生产。邱德有等应用发根农杆菌Ri1601菌株建立栝蒌离体培养系统,经测定,每克鲜重栝蒌发根中天花粉蛋白的含量可高达8.16mg。黄遵锡从短叶红豆杉诱导出毛状根,选育出的5株无性系20天d后生物量增加9倍,紫杉醇含量是愈伤组织的1.3～8.0倍。类似的利用Ri质粒转化植物建立发根培养体系的报道还见于青蒿、丹参、茜草、银杏、黄芪、甘草等,人参皂苷、黄连素等已通过发根培养实现工业化生产。毛状根培养系统还可使一些植物产生新的药用有效成分,赵明强、丁家宜等首次进行了利用人参毛状根生物合成熊果苷的研究。还可用根癌农杆菌感染植物组织形成畸形芽,并已在薄荷、颠茄、烟草等药用植物上取得成功。利用农杆菌作为基因工程新载体,越来越显示出其可行性与方便性,随着表达效率和受体范围的不断扩大,还可利用转入目的基因,产生具有抗逆性的毛状根和冠瘿组织,并再生出有抗逆行药用植株。

　　6、前景与展望

　　生物技术在中药资源研究中广泛而深入的应用,将使部分名贵、濒危、难于繁殖的药材从原始的、毁灭性的采挖式农业过渡到工业化生产,将使原始的中药农业步入现代经济农业产业的轨道,使中药资源得到保护和可持续利用,为中药材质量标准化和规范化提供有效的手段和可行的方法,有力地推动我国中医药事业的现代化和国际化进程。