近年来,随着我国国民经济的发展,药用植物的资源与环境问题越来越引起人们的重视,许多科学家又渐渐走入药用植物发酵培养这一领域,在蛹虫草、药用石斛的培养方面已取得了突破性的进展。我国从20 世纪60 年代到现在,在药用植物发酵培养方面做出了很大努力。研究工作涉及了中药材的体外植株培养和试管繁殖技术、中药材的液体培养与规模化生产、毛状根培养和增殖技术的应用等方面。广西药物所的罗汉果快速繁殖、中国科学院植物研究所的紫草、华中理工大学的红豆杉和上海中医药大学的黄芪毛状根大规模培养为代表性研究成果,是我国在药用植物发酵培养领域的标志性成果。
20 世纪90 年代,又开始进行了水蛭素、黄芪毛状根多糖基因工程的研究。目前我国每年有大量的有关药用植物发酵培养的论文发表,但从事此方面研究的科研人员许多不属于中药领域,他们的研究往往不重视药用植物活性成分的含量高低。表1 列出了2002 年我国国内刊物上发表的关于药用植物组织培养的主要论文。许多论文是关于药用植物再生苗的诱导及快速繁殖方面的研究,有关药用植物活性成分或活性部位工业化生产的论文较少。到目前为止,我国科学人员已经建立了三七、人参、西洋参、三尖杉、紫草、延胡索、甘草、山莨菪、洋地黄、长春花、丹参、红豆杉等十几种药用植物细胞的液体培养系统,经过对培养基和培养条件的筛选已使部分药用植物的有效成分含量达到或超过原植株。同时,对长春花、三七、三分三、紫草、红豆杉等进行了大规模培养的探索。但总的看来,反应器的规模还很小,放大后培养的技术尚不成熟,真正工业化大规模发酵培养的成果还没有,相信经过努力将具有巨大的发展前景。
3 我国药用植物发酵培养的发展方向分析与对策
3. 1 从发展的角度认识药用植物发酵培养的应用前景
中药界曾经有过这种现象,20 世纪80 年代末90 年代初,搞药用植物栽培的科研人员很难拿到科研经费,于是许多年轻的科研人员纷纷转了行。随着中药现代化的发展,人们认识到中药的现代化必须从源头抓起,即开展GAP (goodagriculture practice) 研究,这样药用植物的栽培又热了起来。国家加大了这一领域的投入,许多科研人员又加入到了这一领域。我们在重视药用植物栽培的同时,不可忽视药用植物发酵培养的研究,避免药用植物组织培养也走栽培的老路。药用植物发酵培养与大田栽培相比有许多优点:药材(或有效成分) 的生产可以在人为控制条件下进行,通过改善培养条件和培养方式可极大地提高生产效率;培养是在无菌条件下进行的,因此可以排除病菌和虫害的侵扰,严格控制药材质量;可以进行特定的生物转化反应,大规模生产所需要的有效成分;通过对有效成分合成路线进行遗传操纵,提高所需物质的产量;通过加入或删除基因而改变药材的遗传特性。当然,药用植物的发酵培养在达到产业化培养前必须克服增殖率不高、产率不稳定、生产成本高等问题。但是不要因为有困难就放弃或说这项工作没有前途。当我们还在犹豫不决的时候,日本和韩国已经成功地进行了人参和紫草的工业化培养。作者通讯获悉,韩国在红豆杉的培养方面已经取得了突破性进展。我们应对国际上不断发表和申请的有关红豆杉、长春花的培养论文和专利引起警觉,因为我们可以拥有的知识产权太少了。
3. 2 从中药现代化的高度开发药用植物发酵技术
药用植物发酵培养技术与中药栽培的有机结合,必将给中药现代化带来巨大贡献。我国的中药企业和国际大的制药企业集团相比,规模尚属于“婴儿”或“儿童”阶段,他们的大规模发展必将需要大量的药用植物资源。从由于甘草等药材的过度采挖而不得不对其实行专控,到冬虫夏草由于资源的奇缺价格从20 世纪60 年代的每公斤几元涨到现在的每公斤1 万元,我们应当充分认识到必须开展药用植物的资源保护与持续利用。药用植物发酵培养的工业化可以缓解药用植物资源问题,对中药材栽培起到补充和辅助作用。最容易与大田栽培相结合的药用植物发酵技术为体外植株培养和试管繁殖技术。从20 世纪60 年代开始的我国传统药材离体培养和试管繁殖研究,到目前为止已有100多种药用植物经离体培养获得试管植株,其中有的还利用试管繁殖技术生产用于栽培种植药材,如苦丁茶、芦荟、怀地黄、枸杞、金钱莲等。宁夏农林科学院构相研究所利用试管繁殖与嫩枝扦插相结合的方法繁殖新品种“宁杞一号”和“宁杞二号”苗木100 多万株,加速了该品种的推广。试管苗快速增殖技术又称微型繁殖技术,其特点是几乎从植物的任何器官、组织都可获得再生植物,而且增殖率很高。在中药材方面,我国已有芦荟、石斛等获得成功。现在,韩国每年出口日本的刺五加试管苗可以换取大量外汇。此项技术今后对于中药材的优良种质和濒危品种的繁殖、保存、良种选育、缩短栽培年限等方面,均可发挥出巨大的作用。药用植物的育种难度较大,几乎处于空白状态,原因之一是许多药用植物为多年生植物或木本植物,组织培养技术和基因工程技术与传统育种技术的结合将在这一领域大有作为。