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

（徐州市第一中學(xué),江蘇 徐州 221000）

0 引言

藥用植物研究開發(fā)工作中存在的問題較多，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藥用植物研究和開發(fā)方面存在的問題。因此應(yīng)該加強(qiáng)對生物技術(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)過這種方式開發(fā)出來的品種品質(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題，尤其是針對生產(chǎn)繁殖過程較慢的種子，更需要這種技術(shù)的幫助。現(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)氲姆绞剑墙?jīng)過研究發(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)問題

在開發(fā)利用藥用植物的過程中，首先需要解決的就是資源問題，很多藥用植物的種類和數(shù)量都不夠明確，資源無法保存，而且在長期的開發(fā)過程中，很多野生資源受到了破壞，對藥用植物產(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)問題就要加強(qiáng)對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，對鑒別人員本身的專業(yè)性要求極高，且準(zhǔn)確性相對較低，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題，通過藥用植物中的DNA來鑒定，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，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)量評價體系，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)改良問題

（1）脫毒

在藥用植物研究過程中，限制藥用植物發(fā)展的首要問題就是病毒，因?yàn)楦腥静《緦?dǎo)致的藥用植物品質(zhì)退化問題極為常見，所以必須要培養(yǎng)出具有脫毒性能的藥用植物植株。植物中的病毒會干擾植物正常新陳代謝，植物的產(chǎn)量和品質(zhì)就會逐漸降低，嚴(yán)重的情況下會導(dǎo)致植物的死亡，病毒可以說是植物界的“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，存在很多病毒會對藥用植物的健康生長造成嚴(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，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，因此必須要對植物病毒采取切實(shí)有效的防治措施，加大對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，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，在選擇莖尖的時候，要保證大小適宜，因此并不是所有的莖尖都會對熱處理敏感，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題，且具有著操作簡便、耗費(fèi)時間較短，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間，并且過程復(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)無法滿足市場需求，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。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)展過程中的必然選擇，不僅能夠豐富藥用植物的研究內(nèi)容，也能夠從根本上推動藥用植物的研究發(fā)展。在應(yīng)用的同時，還實(shí)現(xiàn)了對資源的合理利用，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。

［1］黃鑫，陳萬生，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)在中國藥用植物研究中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)學(xué)通報,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,2005,36(6):808-811.