生物技术在药用植物研究与开发中的应用和前景

王馨冉

（徐州市第一中学,江苏 徐州 221000）

0 引言

药用植物研究开发工作中存在的问题较多，其中资源枯竭和药效物质不明确等需要引起重视。而生物技术是一种利用生物科学工程技术来增加生物制品产量和质量的新兴技术，将生物技术应用在药用植物的研究和开发工作中，能够有效解决近年来药用植物研究和开发方面存在的问题。因此应该加强对生物技术的研究，让其在药用植物研究开发工作中发挥出更大作用，推动药用植物研究开发工作可持续发展。

1 药用植物研究开发工作中常见的生物技术

（1）组织培养技术

传统的药用植物品种的开发，大多采用人工栽培的方式，但是经过这种方式开发出来的品种品质不稳定，而在生物技术中的植物繁殖技术就能够有效避免这一问题。这种植物繁殖技术利用植物中细胞，就能够培养出完整的植物植株，因此也被称为组织培养技术，利用这种技术培养药用植株，能够降低生产成本，缩短生产周期，也能够从根本上解决药用资源较少的问题，尤其是针对生产繁殖过程较慢的种子，更需要这种技术的帮助。现阶段组织培养技术已经在现代药用植物中有了广泛的应用，比如：桔梗、丹参等药用植物的培育都是通过组织培养技术完成的。

（2）基因工程技术

生物技术中的基因工程是药用植物的研究中的重点内容，而所谓的基因工程就是植物的转基因方法，将农杆菌进行介导后，让外源基因直接导入植物体内，进而保证药用植物的品质质量。此外，在基因工程技术中DNA分子标记技术对于药用植物的研究工作具有十分重要的意义。由上可知，现阶段国内常见的基因转移采用的都是农杆菌介导或者直接进行外源基因导入的方式，但是经过研究发现，植物上存在一种常见的细菌溶杆菌，可以将这种细菌的DNA加入到植物体的基因组上，采用转基因技术，完成对药用植物的开发。生物技术已经在很多领域中得到了广泛应用，而转基因药用植物研究工作也在不断的发展，比如：青蒿、黄芪等药用植物都是通过基因工程和DNA技术完成的诱导工作。

2 药用植物的资源开发问题

在开发利用药用植物的过程中，首先需要解决的就是资源问题，很多药用植物的种类和数量都不够明确，资源无法保存，而且在长期的开发过程中，很多野生资源受到了破坏，对药用植物产业的发展造成严重的阻碍。

（1）药用植物的鉴别

想要解决药用植物的资源开发问题就要加强对药用植物的分类和鉴别，传统的鉴别主要依靠药材本身的颜色、形状等感官上的特征，存在很大的主观判断性，对鉴别人员本身的专业性要求极高，且准确性相对较低，而现代生物技术中的DNA技术就能够有效避免这一问题，通过药用植物中的DNA来鉴定，常见的鉴别方式有两种，分别为：DNA分子标记、DNA条形码序列。其中 DNA分子标记法是利用植物中脱氧核糖核酸分支之间的差异性来完成的标记手段，这种方法稳定性较强，能够快速直观的鉴别药用植物，且不会受到试验环境、贮藏条件、试验部位、生育阶段等多方面的因素影响。而DNA条形码是利用植物中一段或者几段标准的DNA序列作为标记来实现的物种鉴定，这种鉴定方式和超市利用条形码区分不同商品相同，具有着自动化、快速高效、准确可靠等特点，现阶段，DNA条形码是鉴别物种的主流方法。

（2）种质资源的保存

生物技术的运用不但能够让药用植物资源得到良好的鉴别和开发利用，还能够最大限度的为药用植物资源提供保障，其中最具有代表性的就是人工种子保存法。人工种子是利用一种可提供养分的胶囊包裹住已经完成初步培养工作的胚状体，进而在胶囊的外部再包上一层保护膜，形成一种和天然种子类似的结构，这种保存方法能够让种子资源得到良好保存的同时，保证种子的品质不受影响。且人工种子也便于运输和贮藏，尤其是在一些频临灭绝的药用植物上，能够保证优良品种得到遗传。以杜鹃兰人工种子法为例，利用杜鹃兰建立起原球茎悬浮系，并且将原球茎作为繁殖体，为其包裹上人工胚乳和种皮，制作成人工种子。此外还可以将白术无菌体系、铁皮石斛、幼嫩头花序等材料作为繁殖体，将这些繁殖体和杜鹃兰材料进行结合，能够有效提高种子的成活率和萌发率，实现快速繁殖。药用植物的研究和开发不只是为了保证中药的发展，更是为了创造出更多高品质的药用植物植株，这就意味着需要建立起科学的和质量评价体系，创造出优于自然品种的药用植物品种。因此，人工种子技术对于种质资源的保存具有着十分重要的意义，这种在培养过程中利用生物技术所形成科学的质量培养体系，能够创造出优于自然品种的新药用植物品种。

3 药用植物的品质改良问题

（1）脱毒

在药用植物研究过程中，限制药用植物发展的首要问题就是病毒，因为感染病毒导致的药用植物品质退化问题极为常见，所以必须要培养出具有脱毒性能的药用植物植株。植物中的病毒会干扰植物正常新陈代谢，植物的产量和品质就会逐渐降低，严重的情况下会导致植物的死亡，病毒可以说是植物界的“癌症”。截止至今，人类已经发现了近千种植物病毒，在这些植物病毒之中，存在很多病毒会对药用植物的健康生长造成严重的威胁，比如：黄瓜花叶病毒、于花叶病毒、大豆花叶病毒烟草花叶病毒等。经不完全统计，一年内全世界因为植物病毒造成的经济损失可以达到600亿美金，因此必须要对植物病毒采取切实有效的防治措施，加大对药用植物病毒的研究力度，从而提高药用植物的品质。近年来，出现了三种不同的脱毒技术，分别为：热处理和茎尖培养相结合、超低温疗法、转基因脱毒，三种技术的应用原理各不相同，热处理和茎尖培养相结合是采用高温抑制的方法，逐渐增加温度，而超低温疗法则是利用冰晶杀伤，完成脱毒工作，转基因脱毒是采用干扰复制的手段，将基因转化到本氏烟草和普通烟草中，让其对马铃薯X病毒产生抗性，完成脱毒工作。以热处理和茎尖培养结合为例，在选择茎尖的时候，要保证大小适宜，因此并不是所有的茎尖都会对热处理敏感，此外还要保证茎尖和植物本身固有的生理生化反应有直接关系。现阶段较为常用的是超低温疗法，这种方法不需要考虑茎尖的大小问题，且具有着操作简便、耗费时间较短，成本低、脱毒率高等优点，因此现阶段已经逐渐代替热处理法，成为最常用的植物脱毒技术。

（2）研发

除了脱毒以外，生物技术还能够应用在药用植物的新品种研发工作上，利用生物技术改良植物品种，研发出具有新颖性和稳定性等优秀性能植物品种。常用的药用植物研发工作采用的是杂交育种的方法，但是这种方法需要大量的时间，并且过程复杂。现代生物技术为药用植物的研发工作提供了全新的方式，比如：诱变育种，这种生物技术是利用物理、化学、生物等因素诱导植物发生基因突变，促使药用植物基因重组，扩大植物中的遗传变异基因，最后可以根据具体目标选择新品种。以太空育种诱变技术为例，利用太空这一特殊环境，让生物基因产生变异，从而达到培育新品种的目的。比如太空丹参就是具有代表性的例子，在丹参种子送入太空后，在经过培养繁育，其中含有的有效成分明显高于普通丹参。诱变育种技术能够在短时间内提高突变率，从而获得更多的变异类型，但是诱变的方向不好控制，想要获得优良的植物性能，就要增大变量，整体工作量较大。

4 天然药用工业化生产问题

现阶段，药用植物的需求在不断增加，很多人工栽培的药用植物已经无法满足市场需求，而化学合成法的工艺流程较为复杂，成本较高，还可能造成环境污染，因此采用生物技术实现药效物质的大规模生产，是现阶段的重点内容。要实现药效物质的大规模生产，就要构建生物合成体系，形成工业化生产模式。合成生物学是在现代生物技术的基础上，创新融合了工程学和系统生物学等多种学科，建立起的规模化、程序化的集成学科，有效简化自然生物系统，实现自我繁殖出稳定的人工生命体。以无细胞合成生物学为例，这是一种模仿天然药物生物合成的途径，根据具体的生产目标设计全新的合成途径，再利用这条全新的药物合成途径，制备出结构、产量都较优的天然药物，这是近年来被提出的一种新兴生物技术。这种生物技术在代谢调控、产物移除等方面具有一定优势。其中利用酵母菌结合香豆酸合成了白藜芦醇，且最高产量到了391mg·L-1，而将酵母酸和法尼基焦磷酸进行结合可以合成次丹参酮二烯，产量最高可达到 488mg·L-1。但是国家的合成生物学还处于起步阶段，需要不断地投入研究，提高合成生物学的重视，才能够取得更大的进展。

5 总结

综上所述，中药作为中华文化中的瑰宝，将其中的药用植物研究开发工作和生物技术相结合，是科学技术发展过程中的必然选择，不仅能够丰富药用植物的研究内容，也能够从根本上推动药用植物的研究发展。在应用的同时，还实现了对资源的合理利用，让药用植物研究工作得到可持续发展，将生物技术和药用植物研究工作进行结合后，药用植物的研究前景得以展现，中药专业逐渐朝着现代化的方向发展。

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