藥用植物組織培養(yǎng)研究綜述

馮婷婷 郭九峰 宋天磊

摘 要：藥用植物是指已廣泛應(yīng)用于藏藥、中藥及其他民族藥領(lǐng)域的具有一定療效的植物。近年來，在回歸自然、崇尚天然思潮下，市場(chǎng)對(duì)藥用植物的需求量不斷增加。由于物種自身繁殖條件、過度采挖及人工栽培局限性等原因，導(dǎo)致許多藥用植物資源匱乏，甚至瀕臨滅絕，而植物組織培養(yǎng)技術(shù)為有效緩解種質(zhì)資源問題、保護(hù)物種的多樣性提供了技術(shù)手段。該文綜述了我國(guó)藥用植物資源現(xiàn)狀及部分代表性藥用植織培養(yǎng)研究現(xiàn)狀，探討了建立培養(yǎng)體系的影響因素，并對(duì)藥用植物組織培養(yǎng)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：藥用植物;資源現(xiàn)狀;組織培養(yǎng);培養(yǎng)條件

中圖分類號(hào) Q943.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）24-0023-05

Abstract： Medicinal plants refer to plants that have been widely used in Tibetan medicine， Chinese medicine and other ethnic medicine fields with certain efficacy.In returning to nature and advocating natural trends of thought， the demand for medicinal plants is gradually increasing.However， due to the fecundity of species themselves， excessivemining and limitations of artificial cultivation， some medicinal plants have scarce resources and are even on the verge of extinction.The technique of plant tissue culture provides a technical means to effectively alleviate the problems of germplasm resources and protect the diversity of species resources.This article summarized the present situation of medicinal plant resources in China and recent research on some representative medicinal plant tissue culture， discussed some factors affecting the establishment of culture system.Based on the above research， forecasted the development direction of tissue culture of medicinal plants combined with the importance of medicinal plant tissue culture.

Key words： Medicinal plants; Resources present situation; Tissue culture; Cultivation conditions

藥用植物是指具有特定治療作用的一類植物[1]，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和臨床治療的藥用植物通常來源于野生或人工栽培。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)藥用植物的需求量大大增加，野生藥用植物資源的數(shù)量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足科研和醫(yī)療的需求。與此同時(shí)，雖已有藥用植物人工栽培成功，但也面臨著栽培粗放、質(zhì)量不穩(wěn)、農(nóng)藥污染等一系列問題[2]。藥用植物的種植，是生物技術(shù)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[3]。植物組織培養(yǎng)技術(shù)具有繁殖周期短、成本低，可以避免農(nóng)藥及重金屬污染等優(yōu)勢(shì)，已越來越廣泛的應(yīng)用于藥用植物領(lǐng)域，在資源保護(hù)和可持續(xù)利用方面具有重要的作用[4]。

植物組織培養(yǎng)的研究始于1920年德國(guó)植物學(xué)家Haberlandt首次提出的細(xì)胞具有全能性的概念，從20世紀(jì)60年代至今一直處于迅速發(fā)展的階段。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，通過植物細(xì)胞培養(yǎng)研究的藥用植物超過400種，通過植物組織培養(yǎng)而成功生產(chǎn)出藥物的藥用植物達(dá)200多種[5-6]。

1 我國(guó)藥用植物資源現(xiàn)狀

中國(guó)是世界上的植物大國(guó)、藥材大國(guó)，藥用植物資源分布廣泛[7]。內(nèi)蒙古自治區(qū)是藥用植物資源集中的地區(qū)之一，藥用植物的種類占全國(guó)藥用植物總數(shù)的10.21%，其中有526種植物入蒙藥。由于地域遼闊，地質(zhì)地貌復(fù)雜，氣候條件獨(dú)特，使得其生物多樣性豐富。如興安盟白狼林業(yè)局境內(nèi)野生藥用植物有104科487種，其中21種為國(guó)家及自治區(qū)級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生藥材;牙克石市境內(nèi)有龍膽科野生植物11種，其中三花龍膽、龍膽、鱗葉龍膽等均為我國(guó)中藥事業(yè)中占據(jù)比較重要地位的利用價(jià)值較大的藥用植物，在醫(yī)療上具有不可替代的作用;蒙藥研究的重要地區(qū)庫(kù)布其沙漠，有蒙藥用植物29科，49屬，51種、1亞種、2變種種;包頭市九峰山自然保護(hù)區(qū)藥用植物資源也極為豐富，共計(jì)75科279種;巴林右旗野生藥用維管植物有91科536種，占野生維管植物總數(shù)的62.91%;此外，巴彥淖爾盟和阿拉善盟境內(nèi)的烏蘭布和沙漠、鄂爾多斯市杭錦旗、包頭等多地均為國(guó)家級(jí)藥用植物生產(chǎn)基地[8-13]。云南省永勝縣在中藥資源普查中共發(fā)現(xiàn)中藥材資源640種，隸屬139科454個(gè)屬，重點(diǎn)藥用植物100個(gè)種，其他類藥用植物35種[14]。江西省玉山縣中藥資源實(shí)地調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)藥用植物512種，隸屬140科361屬。其中，包括野生品種101種，重點(diǎn)調(diào)查市場(chǎng)品種43種，栽培品種藥材9種[15]。甘肅省瑪曲縣現(xiàn)有野生藏藥藥用植物48科129屬246種，其中重點(diǎn)藥用植物17科20屬23種[16]。在科類、種屬的構(gòu)成上都有著顯著的多樣性。然而，由于物種自身的繁殖能力、生態(tài)環(huán)境受到破壞、過渡采挖、加上人口增長(zhǎng)過快帶來大量的資源需求等問題，加上嚴(yán)重忽視資源繁育、保護(hù)及可持續(xù)利用的問題，導(dǎo)致物種多樣性減少，部分傳統(tǒng)藥用植物品種儲(chǔ)量銳減，甚至瀕臨滅絕[17-18]。據(jù)對(duì)瀕危藥用植物資源調(diào)查顯示，仰天山區(qū)域的紫草、何首烏、條葉龍膽、防風(fēng)、丹參等植物種類和數(shù)量越來越少，像四葉參這樣的稀有藥用植物已經(jīng)基本消失;西藏米林縣97種珍稀瀕危藥用植物中，Ⅰ級(jí)保護(hù)的有11種，Ⅱ級(jí)保護(hù)的有27種，其中桃兒七等藥用植物由Ⅲ級(jí)變?yōu)棰窦?jí);安徽省黃山市珍稀瀕危藥用植物共29科33屬42種，列入《國(guó)家珍稀瀕危保護(hù)植物名錄》的有23種，列入《國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄》的有21種，列入《國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生中藥材名錄》的有13種，其中紅豆杉、野大豆、天目木姜子、延齡草等都是我國(guó)具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科研價(jià)值的藥用植物;江西省分宜縣共有182種天然分布的國(guó)家級(jí)珍稀瀕危保護(hù)植物，其中，國(guó)家Ⅰ級(jí)保護(hù)植物有7種，IUCN（珍稀瀕危等級(jí)）等級(jí)為CR（極危）的植物有2種，為EN（瀕危）的植物有7種[19-22]。

2 藥用植物組織培養(yǎng)的研究進(jìn)展

植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用，為藥用植物資源保護(hù)與可持續(xù)和深度利用提供了有效的技術(shù)手段，在藥用植物研究及生產(chǎn)領(lǐng)域中起著重要的作用。與傳統(tǒng)的繁殖技術(shù)相比，植物組織培養(yǎng)技術(shù)的人為可控性更高，繁殖周期更短、繁殖系數(shù)更大，更有利于藥用植物的繁殖與生產(chǎn)[23-24]。同時(shí)，在組織培養(yǎng)中建立更有生理意義的細(xì)胞模型，是推進(jìn)醫(yī)學(xué)研究的必要條件[25]。

2.1 姜花（Hedychium coronarium Koen.） 它是一種很有價(jià)值的藥用植物，在化妝品和香水行業(yè)中也有廣泛的應(yīng)用。Shashikanta Behera等[26]結(jié)合對(duì)再生體進(jìn)行遺傳和生化保真度分析，建立了一種改進(jìn)的、高效的姜花植物的再生方案。通過對(duì)不同類型、不同濃度和不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合的MS培養(yǎng)基進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)初步培養(yǎng)時(shí)根狀莖在添加0.8mg/LTDZ的MS培養(yǎng)基上培養(yǎng)21d，對(duì)芽的誘導(dǎo)效果最好。后期培養(yǎng)為在含1.0mg/L GA3的MS培養(yǎng)基上培養(yǎng)28d，此外還利用原生離體嫩莖節(jié)段進(jìn)行植株的擴(kuò)繁。通過這一方法，在98d內(nèi)從單個(gè)外植體獲得了540株植株，且其中約95%的苗已成功馴化。利用簡(jiǎn)單序列重復(fù)序列（ISSR）和單形顯帶技術(shù)，對(duì)已建立的微繁植株和母株進(jìn)行了遺傳逼真度分析，證實(shí)再生體的遺傳一致性。通過植物化學(xué)定量分析和高效薄層色譜法（HPTLC）驗(yàn)證了組織培養(yǎng)物的生化保真度。

2.2 金鐵鎖（Psammosilene tunicoides） 為石竹科金鐵鎖屬，國(guó)家二級(jí)保護(hù)植物。楊耀文等[27]研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)金鐵鎖快速增殖的最優(yōu)化培養(yǎng)條件：培養(yǎng)基MS+BA0.5mg/L+KT0.1mg/L+IA A0.1mg/L +NAA0.2mg/L+2，4-D0.5mg/L。曹磊等[28]選取帶芽莖段于培養(yǎng)基MS+6-BA1.0mg/L+NAA0.1mg/L+KT1.0mg/L中培養(yǎng)，得愈率、芽叢分化率均達(dá)100%。試管苗于生根培養(yǎng)基1/2MS+6-BA0.05mg/L+NAA2.0mg/L中培養(yǎng)，生根率達(dá)97.50%。李巖等[29]研究表明，2，4-D對(duì)金鐵鎖愈傷組織的誘導(dǎo)和生長(zhǎng)影響效果相對(duì)顯著，且最佳愈傷組織誘導(dǎo)激素組合為2，4-D0.5mg/L

+NAA0.5mg/L+KT0.1mg/L，繼代的最佳激素組合為6-BA1.0mg/L+2，4-D0.5mg/L+NAA0.5mg/L+KT0.3mg/L。

2.3 鐵皮石斛（Dendrobium officinale） 為蘭科石斛屬，國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)藥用植物，種子離體培養(yǎng)被最早、最廣泛的應(yīng)用于鐵皮石斛組織培養(yǎng)研究中。至今，已有多位學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，組織培養(yǎng)技術(shù)完備，并達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)水平[30]。Shiau，YJ.[31]研究提出鐵皮石斛離體培養(yǎng)達(dá)最高存活率、可用于大規(guī)模種植的莖段培養(yǎng)方式：授粉后120d的種子首先在附加30g/L蔗糖半濃度的MS培養(yǎng)基上培養(yǎng)。4個(gè)月后，用相同的培養(yǎng)基附加1mL低糖、80g/L土豆汁、2g/L活性炭對(duì)幼苗進(jìn)一步培養(yǎng)。繼代周期為50d，成苗率可達(dá)100%，平均根數(shù)5.4，繁殖系數(shù)5.6。

2.4 斑葉蘭（Goodyera schlechtendaliana） 為蘭科斑葉蘭屬，是一種高山地區(qū)珍稀藥用植物。高麗等[32]以高斑葉蘭莖段為外植體對(duì)高斑葉蘭的組織培養(yǎng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，芽誘導(dǎo)培養(yǎng)基采用MS+6-BA0.5mg/L+NAA0.05mg/L，10d左右誘導(dǎo)出幼芽，增殖培養(yǎng)基采用1/2MS+6-BA2.0mg/L+NAA0.2mg/L+100g/L椰汁，40d為1個(gè)繼代增殖周期，生根培養(yǎng)基采用1/2MS+IBA1.0mg/L+NAA0.5mg/L+0.5g/L活性炭。王愛斌等[33]篩選以五府山斑葉蘭去根植株作為外植體采用75%酒精50s+0.1%氯化汞7min的消毒方式更有利于建立無菌體系，初代培養(yǎng)基選擇MS+6-BA2.0mg/L+NAA0.3mg/L，芽增殖培養(yǎng)基選擇MS+6-BA2.0mg/L+NAA0.1mg/L，生根培養(yǎng)基選擇1/2MS+NAA0.3～0.5mg/L，試管苗移栽馴化方式采取MS+0.6mg/L

PP333每天早晚澆灌1次。

2.5 貝母屬（Fritillaria） 為百合科貝母屬藥用植物。王偉等[34]以川貝母鱗莖外表基部為材料，研究了激素、暗處理時(shí)間與低溫處理溫度對(duì)鱗莖誘導(dǎo)效果的影響，結(jié)果表明，低溫暗處理或赤霉素處理可明顯的加快分化速度，同時(shí)，誘導(dǎo)愈傷組織的最佳激素配比為6-BA1mg/L+NAA2mg/L+GA3 1mg/L，低溫暗處理誘導(dǎo)效果最佳的組合為4℃+5d，愈傷組織誘導(dǎo)率最高為80.2%，不定芽誘導(dǎo)率最高為79.3%。張淑梅等[35]以新疆野生伊貝母鱗莖和莖段為試驗(yàn)材料，篩選出外植體最佳消毒方法：鱗莖經(jīng)過70%乙醇、0.5%次氯酸鈉和2%次氯酸鈉分次消毒，莖段以70%乙醇+2%次氯酸鈉一次消毒。MS培養(yǎng)基添加6-BA2.0mg/L

+NAA0.2mg/L為鱗莖誘導(dǎo)芽的較優(yōu)激素組合培養(yǎng)基;MS培養(yǎng)基添加6-BA1.0mg/L+NAA 0.2mg/L為莖段誘導(dǎo)芽的較優(yōu)激素組合培養(yǎng)基，建立了伊貝母組織培養(yǎng)再生體系。

2.6 糙葉豐花草（Spermacoce Hispida L.） 它是一種治療上重要的藥用植物，廣泛應(yīng)用于印度醫(yī)學(xué)體系、民間醫(yī)學(xué)。K.V.Deepak等[36]選取子葉、莖尖、下胚軸和節(jié)間外植體，采用器官發(fā)生和體細(xì)胞胚胎發(fā)生的方法，對(duì)糙葉豐花草的植株再生進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，節(jié)間外植體在添加2.0mg/dm3BAP的MS培養(yǎng)基上，通過直接器官發(fā)生獲得最高芽再生率（72%）和芽數(shù)（10.5±0.3）。此外，含0.5mg/dm3 2，4-D的MS培養(yǎng)基對(duì)下胚軸段愈傷組織的誘導(dǎo)率較高（86.25%）。下胚軸愈傷組織中觀察到間接器官發(fā)生的最佳再生反應(yīng)（69.5%）為在添加1.0mg/dm3運(yùn)動(dòng)素強(qiáng)化的MS培養(yǎng)基上，每個(gè)愈傷組織有6.1個(gè)芽。從添加2.0mg/dm3BAP和0.8mg/dm3運(yùn)動(dòng)素的MS培養(yǎng)基的節(jié)間外植體中記錄了通過體細(xì)胞胚胎發(fā)生的最高再生率（68%）。莖尖和節(jié)段不誘導(dǎo)器官發(fā)生（間接），而節(jié)段在含有BAP或BAP與運(yùn)動(dòng)素的MS培養(yǎng)基中通過器官發(fā)生（直接）和體細(xì)胞胚胎發(fā)生表現(xiàn)出較好的再生能力。所述再生方案可有效地用于大規(guī)模增殖、種質(zhì)保存、藥理和遺傳操作的研究。