生物技術(shù)在藥用植物研究與開發(fā)中的應(yīng)用和前景

王馨冉

【摘 要】隨著藥用植物研究和開發(fā)工作的不斷深入，在創(chuàng)造出多種高新技術(shù)和產(chǎn)品的同時(shí)，也面臨著十分嚴(yán)峻的問(wèn)題，因此本文針對(duì)藥用植物的研究和開發(fā)工作進(jìn)行了研究。在簡(jiǎn)單了解藥用植物研究開發(fā)工作中常見的生物技術(shù)后，從現(xiàn)階段藥用植物研究開發(fā)工作中存在的問(wèn)題入手，針對(duì)具體的應(yīng)用方法和應(yīng)用方面展開分析。以期為從事藥用植物研究的相關(guān)人員提供參考，從而推動(dòng)藥用植物可持續(xù)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】組織培養(yǎng)技術(shù)；基因工程；藥用植物基因

中圖分類號(hào)： Q943 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）02-0201-002

【Abstract】With the deepening of the medicinal plant research and development work，in creating a variety of high and new technology and products at the same time，also faced with a very serious problem，so this article in view of the medicinal plant research and development work is studied.In a simple understanding of medicinal plants after common biological technology research and development work，from the present problems existing in the research and development work of medicinal plants，according to the specific analysis of the method and application aspects.In order to provide reference for the relevant personnel engaged in the research of medicinal plants，it can promote the sustainable development of medicinal plants.

【Key words】Tissue culture technology；Genetic engineering；Medicinal plant gene

0 引言

藥用植物研究開發(fā)工作中存在的問(wèn)題較多，其中資源枯竭和藥效物質(zhì)不明確等需要引起重視。而生物技術(shù)是一種利用生物科學(xué)工程技術(shù)來(lái)增加生物制品產(chǎn)量和質(zhì)量的新興技術(shù)，將生物技術(shù)應(yīng)用在藥用植物的研究和開發(fā)工作中，能夠有效解決近年來(lái)藥用植物研究和開發(fā)方面存在的問(wèn)題。因此應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)生物技術(shù)的研究，讓其在藥用植物研究開發(fā)工作中發(fā)揮出更大作用，推動(dòng)藥用植物研究開發(fā)工作可持續(xù)發(fā)展。

1 藥用植物研究開發(fā)工作中常見的生物技術(shù)

（1）組織培養(yǎng)技術(shù)

傳統(tǒng)的藥用植物品種的開發(fā)，大多采用人工栽培的方式，但是經(jīng)過(guò)這種方式開發(fā)出來(lái)的品種品質(zhì)不穩(wěn)定，而在生物技術(shù)中的植物繁殖技術(shù)就能夠有效避免這一問(wèn)題。這種植物繁殖技術(shù)利用植物中細(xì)胞，就能夠培養(yǎng)出完整的植物植株，因此也被稱為組織培養(yǎng)技術(shù)，利用這種技術(shù)培養(yǎng)藥用植株，能夠降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，也能夠從根本上解決藥用資源較少的問(wèn)題，尤其是針對(duì)生產(chǎn)繁殖過(guò)程較慢的種子，更需要這種技術(shù)的幫助?，F(xiàn)階段組織培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代藥用植物中有了廣泛的應(yīng)用，比如：桔梗、丹參等藥用植物的培育都是通過(guò)組織培養(yǎng)技術(shù)完成的。

（2）基因工程技術(shù)

生物技術(shù)中的基因工程是藥用植物的研究中的重點(diǎn)內(nèi)容，而所謂的基因工程就是植物的轉(zhuǎn)基因方法，將農(nóng)桿菌進(jìn)行介導(dǎo)后，讓外源基因直接導(dǎo)入植物體內(nèi)，進(jìn)而保證藥用植物的品質(zhì)質(zhì)量。此外，在基因工程技術(shù)中DNA分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)于藥用植物的研究工作具有十分重要的意義。由上可知，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)常見的基因轉(zhuǎn)移采用的都是農(nóng)桿菌介導(dǎo)或者直接進(jìn)行外源基因?qū)氲姆绞?，但是?jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，植物上存在一種常見的細(xì)菌溶桿菌，可以將這種細(xì)菌的DNA加入到植物體的基因組上，采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，完成對(duì)藥用植物的開發(fā)。生物技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，而轉(zhuǎn)基因藥用植物研究工作也在不斷的發(fā)展，比如：青蒿、黃芪等藥用植物都是通過(guò)基因工程和DNA技術(shù)完成的誘導(dǎo)工作。

2 藥用植物的資源開發(fā)問(wèn)題

在開發(fā)利用藥用植物的過(guò)程中，首先需要解決的就是資源問(wèn)題，很多藥用植物的種類和數(shù)量都不夠明確，資源無(wú)法保存，而且在長(zhǎng)期的開發(fā)過(guò)程中，很多野生資源受到了破壞，對(duì)藥用植物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成嚴(yán)重的阻礙。

（1）藥用植物的鑒別

想要解決藥用植物的資源開發(fā)問(wèn)題就要加強(qiáng)對(duì)藥用植物的分類和鑒別，傳統(tǒng)的鑒別主要依靠藥材本身的顏色、形狀等感官上的特征，存在很大的主觀判斷性，對(duì)鑒別人員本身的專業(yè)性要求極高，且準(zhǔn)確性相對(duì)較低，而現(xiàn)代生物技術(shù)中的DNA技術(shù)就能夠有效避免這一問(wèn)題，通過(guò)藥用植物中的DNA來(lái)鑒定，常見的鑒別方式有兩種，分別為：DNA分子標(biāo)記、DNA條形碼序列。其中DNA分子標(biāo)記法是利用植物中脫氧核糖核酸分支之間的差異性來(lái)完成的標(biāo)記手段，這種方法穩(wěn)定性較強(qiáng)，能夠快速直觀的鑒別藥用植物，且不會(huì)受到試驗(yàn)環(huán)境、貯藏條件、試驗(yàn)部位、生育階段等多方面的因素影響。而DNA條形碼是利用植物中一段或者幾段標(biāo)準(zhǔn)的DNA序列作為標(biāo)記來(lái)實(shí)現(xiàn)的物種鑒定，這種鑒定方式和超市利用條形碼區(qū)分不同商品相同，具有著自動(dòng)化、快速高效、準(zhǔn)確可靠等特點(diǎn)，現(xiàn)階段，DNA條形碼是鑒別物種的主流方法。

（2）種質(zhì)資源的保存

生物技術(shù)的運(yùn)用不但能夠讓藥用植物資源得到良好的鑒別和開發(fā)利用，還能夠最大限度的為藥用植物資源提供保障，其中最具有代表性的就是人工種子保存法。人工種子是利用一種可提供養(yǎng)分的膠囊包裹住已經(jīng)完成初步培養(yǎng)工作的胚狀體，進(jìn)而在膠囊的外部再包上一層保護(hù)膜，形成一種和天然種子類似的結(jié)構(gòu)，這種保存方法能夠讓種子資源得到良好保存的同時(shí)，保證種子的品質(zhì)不受影響。且人工種子也便于運(yùn)輸和貯藏，尤其是在一些頻臨滅絕的藥用植物上，能夠保證優(yōu)良品種得到遺傳。以杜鵑蘭人工種子法為例，利用杜鵑蘭建立起原球莖懸浮系，并且將原球莖作為繁殖體，為其包裹上人工胚乳和種皮，制作成人工種子。此外還可以將白術(shù)無(wú)菌體系、鐵皮石斛、幼嫩頭花序等材料作為繁殖體，將這些繁殖體和杜鵑蘭材料進(jìn)行結(jié)合，能夠有效提高種子的成活率和萌發(fā)率，實(shí)現(xiàn)快速繁殖。藥用植物的研究和開發(fā)不只是為了保證中藥的發(fā)展，更是為了創(chuàng)造出更多高品質(zhì)的藥用植物植株，這就意味著需要建立起科學(xué)的和質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，創(chuàng)造出優(yōu)于自然品種的藥用植物品種。因此，人工種子技術(shù)對(duì)于種質(zhì)資源的保存具有著十分重要的意義，這種在培養(yǎng)過(guò)程中利用生物技術(shù)所形成科學(xué)的質(zhì)量培養(yǎng)體系，能夠創(chuàng)造出優(yōu)于自然品種的新藥用植物品種。

3 藥用植物的品質(zhì)改良問(wèn)題

（1）脫毒

在藥用植物研究過(guò)程中，限制藥用植物發(fā)展的首要問(wèn)題就是病毒，因?yàn)楦腥静《緦?dǎo)致的藥用植物品質(zhì)退化問(wèn)題極為常見，所以必須要培養(yǎng)出具有脫毒性能的藥用植物植株。植物中的病毒會(huì)干擾植物正常新陳代謝，植物的產(chǎn)量和品質(zhì)就會(huì)逐漸降低，嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致植物的死亡，病毒可以說(shuō)是植物界的“癌癥”。截止至今，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近千種植物病毒，在這些植物病毒之中，存在很多病毒會(huì)對(duì)藥用植物的健康生長(zhǎng)造成嚴(yán)重的威脅，比如：黃瓜花葉病毒、于花葉病毒、大豆花葉病毒煙草花葉病毒等。經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)，一年內(nèi)全世界因?yàn)橹参锊《驹斐傻慕?jīng)濟(jì)損失可以達(dá)到600億美金，因此必須要對(duì)植物病毒采取切實(shí)有效的防治措施，加大對(duì)藥用植物病毒的研究力度，從而提高藥用植物的品質(zhì)。近年來(lái)，出現(xiàn)了三種不同的脫毒技術(shù)，分別為：熱處理和莖尖培養(yǎng)相結(jié)合、超低溫療法、轉(zhuǎn)基因脫毒，三種技術(shù)的應(yīng)用原理各不相同，熱處理和莖尖培養(yǎng)相結(jié)合是采用高溫抑制的方法，逐漸增加溫度，而超低溫療法則是利用冰晶殺傷，完成脫毒工作，轉(zhuǎn)基因脫毒是采用干擾復(fù)制的手段，將基因轉(zhuǎn)化到本氏煙草和普通煙草中，讓其對(duì)馬鈴薯X病毒產(chǎn)生抗性，完成脫毒工作。以熱處理和莖尖培養(yǎng)結(jié)合為例，在選擇莖尖的時(shí)候，要保證大小適宜，因此并不是所有的莖尖都會(huì)對(duì)熱處理敏感，此外還要保證莖尖和植物本身固有的生理生化反應(yīng)有直接關(guān)系?，F(xiàn)階段較為常用的是超低溫療法，這種方法不需要考慮莖尖的大小問(wèn)題，且具有著操作簡(jiǎn)便、耗費(fèi)時(shí)間較短，成本低、脫毒率高等優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)階段已經(jīng)逐漸代替熱處理法，成為最常用的植物脫毒技術(shù)。

（2）研發(fā)

除了脫毒以外，生物技術(shù)還能夠應(yīng)用在藥用植物的新品種研發(fā)工作上，利用生物技術(shù)改良植物品種，研發(fā)出具有新穎性和穩(wěn)定性等優(yōu)秀性能植物品種。常用的藥用植物研發(fā)工作采用的是雜交育種的方法，但是這種方法需要大量的時(shí)間，并且過(guò)程復(fù)雜?，F(xiàn)代生物技術(shù)為藥用植物的研發(fā)工作提供了全新的方式，比如：誘變育種，這種生物技術(shù)是利用物理、化學(xué)、生物等因素誘導(dǎo)植物發(fā)生基因突變，促使藥用植物基因重組，擴(kuò)大植物中的遺傳變異基因，最后可以根據(jù)具體目標(biāo)選擇新品種。以太空育種誘變技術(shù)為例，利用太空這一特殊環(huán)境，讓生物基因產(chǎn)生變異，從而達(dá)到培育新品種的目的。比如太空丹參就是具有代表性的例子，在丹參種子送入太空后，在經(jīng)過(guò)培養(yǎng)繁育，其中含有的有效成分明顯高于普通丹參。誘變育種技術(shù)能夠在短時(shí)間內(nèi)提高突變率，從而獲得更多的變異類型，但是誘變的方向不好控制，想要獲得優(yōu)良的植物性能，就要增大變量，整體工作量較大。

4 天然藥用工業(yè)化生產(chǎn)問(wèn)題

現(xiàn)階段，藥用植物的需求在不斷增加，很多人工栽培的藥用植物已經(jīng)無(wú)法滿足市場(chǎng)需求，而化學(xué)合成法的工藝流程較為復(fù)雜，成本較高，還可能造成環(huán)境污染，因此采用生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)藥效物質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn)，是現(xiàn)階段的重點(diǎn)內(nèi)容。要實(shí)現(xiàn)藥效物質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn)，就要構(gòu)建生物合成體系，形成工業(yè)化生產(chǎn)模式。合成生物學(xué)是在現(xiàn)代生物技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新融合了工程學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)等多種學(xué)科，建立起的規(guī)?；?、程序化的集成學(xué)科，有效簡(jiǎn)化自然生物系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自我繁殖出穩(wěn)定的人工生命體。以無(wú)細(xì)胞合成生物學(xué)為例，這是一種模仿天然藥物生物合成的途徑，根據(jù)具體的生產(chǎn)目標(biāo)設(shè)計(jì)全新的合成途徑，再利用這條全新的藥物合成途徑，制備出結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量都較優(yōu)的天然藥物，這是近年來(lái)被提出的一種新興生物技術(shù)。這種生物技術(shù)在代謝調(diào)控、產(chǎn)物移除等方面具有一定優(yōu)勢(shì)。其中利用酵母菌結(jié)合香豆酸合成了白藜蘆醇，且最高產(chǎn)量到了391mg·L-1，而將酵母酸和法尼基焦磷酸進(jìn)行結(jié)合可以合成次丹參酮二烯，產(chǎn)量最高可達(dá)到488mg·L-1。但是國(guó)家的合成生物學(xué)還處于起步階段，需要不斷地投入研究，提高合成生物學(xué)的重視，才能夠取得更大的進(jìn)展。

5 總結(jié)

綜上所述，中藥作為中華文化中的瑰寶，將其中的藥用植物研究開發(fā)工作和生物技術(shù)相結(jié)合，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的必然選擇，不僅能夠豐富藥用植物的研究?jī)?nèi)容，也能夠從根本上推動(dòng)藥用植物的研究發(fā)展。在應(yīng)用的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)資源的合理利用，讓藥用植物研究工作得到可持續(xù)發(fā)展，將生物技術(shù)和藥用植物研究工作進(jìn)行結(jié)合后，藥用植物的研究前景得以展現(xiàn)，中藥專業(yè)逐漸朝著現(xiàn)代化的方向發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃鑫，陳萬(wàn)生，張漢明，張磊.生物技術(shù)在藥用植物研究與開發(fā)中的應(yīng)用和前景[J].中草藥，2015，46（16）：2343-2354.

[2]譚勇，梁宗鎖，王渭玲.生物技術(shù)在中國(guó)藥用植物研究中的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005，21（10）：41-46.

[3]華智銳，李小玲，張偉.生物技術(shù)在藥用植物中的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49（4）：978-981.

[4]陳名紅，李玉，黃相中，李成云.分子標(biāo)記技術(shù)在藥用植物研究中的應(yīng)用前景[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（2）：19-22.

[5]盧寶偉，安鳳霞，樊銳鋒，胡寶忠.分子生物學(xué)技術(shù)在藥用植物研究領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，36（6）：808-811.