七、现代生物技术在中药基础性研究中的应用

    1．研究现状

    生物技术是一门应用生物研究成果以工程手段增加数量和提高质量，从而满足人类日益增长的对生物制品需求的技术。30年来，已在许多领域取得了巨大的进展，如在农业中已育成多种抗病、抗虫、高产的农作物新品种；在西药中利用转基因微生物生产干扰素。胰岛素、生长因子等几十种新药物和疫苗；在环保中培育成能降解工业污染物的微生物；在食品工业中利用发酵技术生产酶、氨基酸。维生素制品。

    生物技术在传统药材中的应用已经起步。广西药物所的罗汉果快速繁殖、山东大学的怀地黄去病毒、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，标志着我国传统药材生物技术的研究进入了一个新的时期。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。迄今为止，我国主要开展了如下方面的研究工作。

   （1）体外植株培养和试管繁殖

    从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。

   （2）液体培养和大规模生产

    我国科学工作者已经建立了三七、人参、西洋参、三尖杉、紫草。洋地黄、长春花、丹参、红豆杉等十几种药用植物的液体培养系统，经过对培养基和培养条件的操作已使有效成分达到或超过原植株。在此基础上，并对长春花、三七、三分三、紫草、红豆杉等进行了大规模培养的探索。中国药科大学组胚室进行了人参的10升体积的大规模培养，并对其培养细胞进行化学成分（包括皂甙、灰分、金属离子、氨基酸）和药理活性（急慢毒性、抗疲劳、抗高温、吞噬机能等）比较分析，结果与种植人参无明显差异，目前已作为美容保健品投放市场。

   （3）毛状根培养和增殖技术

    已在甘草、丹参、黄茂、青蒿等多种传统药材中建立了农杆菌转化器官培养系统，进一步拓宽了生物技术在传统药材中应用的范围。上海中医药大学中药生物工程研究室对黄芪毛状根的大规模培养技术和化学成分与药理活性进行了深入研究并获得可喜成绩。

   （4）基因工程研究

    水蛭素和黄芪毛状根多糖基因工程研究，使我国传统药材生物技术的研究进入更高层次，目前已获得多项阶段性研究成果。

    近年来，由于植物基因工程的发展，出现了许多新的培养技术，主要有毛状根培养，利用发根农杆菌Ri-质粒转移，转化后的表现型是毛状根，以产生植物有效物质。我国已在山莨菪类药物、丹参。金荞麦方面获得初步成功。冠瘿组织培养，利用根瘤农杆菌的Ti一质粒转移，转化后的表现型是冠瘿瘤，国外已在留兰香上获得成功。此外，利用转基因动植物来生产有用活性成分的技术，被称之为“新一代制药厂”，今后将受到更大的重视。

   （5）药用植物育种、栽培研究

    生物技术在药用植物育种中得到了应用，如育出了茎尖-16号地黄新品系，已在产区推广应用。现代生物技术可以应用于药用植物栽培的方面是很多的，如利用试管育苗、快速繁殖、脱毒等新技术培育优良品种；通过诱变、杂交，有意识地选择突变体，发展新品种；应用细胞工程，发展大规模的组织培养和细胞悬浮液培养，生产特定成分；应用发酵工程，发展真菌类中药的多糖类产品等。中药材是我国的优势，在发展中药材生产中，如与生物技术结合，其发展潜力是很大的，目前我国研究水平还木高，设备条件差，技术力量不足，加上中药材周期长，研究难度大，确实存在不少困难，但利用现代生物技术，将是促进中药材发展的重要方面。

   （6）生物技术在药用植物中活性成分、快速繁殖方面的应用

    利用植物离体细胞、组织和器官培养物来生产有用物质，在中药材方面，目前仅有人参及紫草可达到生产规模。它具有生产周期短，不受地域及气候条件影响的优点，但由于增殖率不够高，产物不稳定，成本较高，因而较难达到商业性生产的水平。因此，目前研究重点一直集中在提高培养物的增殖速度和保持产物的稳定和高产上。

    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。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。

   （7）药用植物的绿色化

    首先，在生物多样性的保护方面，生物技术作为一种有效的手段，可以用在种质保存以及快速繁殖某些珍稀濒危的药用植物和中草药。

    其次，应用生物技术工厂化地生产一些紧缺中草药或其活性成分的工作将有更大的发展。在这方面，我国相继已经有冬虫夏草菌和天麻蜜环菌发酵培养生产以及人参和紫草的组织培养生产有用的次生代谢产物方面的成功经验。今后的任务将在于完善对生产条件的改进，进一步降低成本，制订严格的质量控制标准，使这方面的技术能够更加实用化。

    再次，生物基因工程对中草药有用基因的重组也会产生重大影响，第一步可先用于培育抗病、抗不良环境因素优良品种的培育方面。但是，由于中药密切与中医的临床治疗相联系，因此牵涉到药理作用的基因重组必须持慎重态度，否则将会给临床使用带来不少的麻烦。

    生物技术的兴起为保存和发展我国传统药材提供了机会和方法，应用生物技术不仅可以保存濒危的中药资源，扩增和生产临床上急需、数量很少而有价值的有效成分，而且可以增加或减少中药材的遗传成分而创造新一代“转基因药材”。

    通过生物技术还可以在传统药材这一医药宝库中发现和生产具有新结构的有效成分，因此传统药材生物技术对发展我国中医药事业具有重要意义。与传统生产方式比较，应用生物技术进行传统药材生产有以下几个优点：①药材（或有效成分）的生产可以在人为控制条件下进行，通过操作培养条件和培养方式极大地提高生产率；②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；③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；④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；⑤通过加入或删除基因而改变药材的遗传特性。

    总之，生物技术在传统药材中的应用还很局限，除了在细胞工程和发酵工程方面有一定进展以外，基因工程刚刚起步，而酶工程和蛋白质工程尚未涉及。与传统生产方式相比较，它可极大地提高生产率，严格控制药材质量，增加所需物质的产量。因此，加强生物技术在传统药材基础和应用中的研究显得十分必要。

    2．对策与建议

  （1）运用生物技术培养优良的中药新品种，缩短栽培年限。

   （2）试管植物、培养细胞或器官等研究均应以实现规模化工业生产为目标，在完成药理、毒理研究后尽快推向市场。

   （3）建议加强次生物质代谢途径调节的研究，在有条件的单位建立扩展传统药材生物技术国家重点实验室，开展代谢基因工程研究。