自考药学毕业论文：生物技术在中药资源中的具体应用及研究实例

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生物技术在中药资源中的具体应用及研究实例

摘要：近年来,生物技术发展迅猛并已深入到中药资源研究的各个领域。文章简述了我国中药资源的概况及其面临的问题,进而提出现代生物技术这一新兴学科近年来在中药资源发展研究中的应用,并从细胞工程、发酵工程、基因工程、酶工程和分子标记技术5个方面概述了现代生物技术在中药资源研究中的具体应用和最新进展,以期为中药资源的研究提供思路和方向。

关键词：生物技术;中药资源;应用;现状;

中药资源是中医药的物质基础,几千年的积累为中华民族的生产生活提供了丰富的药物基础保障,同时为华夏儿女的繁衍昌盛及世界民族医药学的发展做出了巨大贡献。然而,随着近年来中药天然药物开发利用日益增多,野生资源被大量消耗,有些中药资源甚至衰退或濒临灭绝。因此,为应对目前严峻的资源压力,我们除了通过政策法律保护野生药材资源外,还需寻求更多切实可行的技术和途径来全方位的解决我国中药资源的紧缺问题。生物技术是一个将生命科学与多种现代科学理论与研究手段相结合新兴的技术领域,目前已经被越来越多地应用于中药资源研究中,在解决中药资源问题上发挥了重要作用,对保护、开发中药资源和达到可持续利用具有重要的现实意义。

1我国的中药资源概况及其存在的问题

我国疆土辽阔,环境多样,物种繁多,孕育了极为丰富的天然药物资源,经查明的高等植物就有3万余种,动物资源则高达10万余种。据统计,我国现有维管束植物多达353科,3184属,27 150种,跃居世界第三位[1]。并有190多个属的特有植物,更有古老孑遗单种植物16个,诸如水杉、银杏、鹅掌楸等。据最近一次即第三次全国中药资源普查结果显示:我国中药资源种类达12 807种,其中药用植物11 116种,药用动物1571种,药用矿物80种[2]。我国的动物野生资源也位居世界前列,4大种群(鸟、兽、爬行、两栖类)种数约2478种,占世界10.5%,可供药用的动物约800余种,然仅有30余种实现了具有一定规模的人工养殖[3]。为进一步摸清并守住中药资源“家底”,国家正在开展第四次全国中药资源普查,并在31个省、922个县开展了试点工作,根据专家组于2016年3月份的最新通报显示[4],本次中药资源普查已发现可药用资源1万3千多种,新物种44种,并在20个省(区、市)布局建成了28个中药繁育基地。

然而近年来,随着国内中药产业的快速发展及全球范围内天然药物的不断开发利用,国内外对中药资源的需求迅速增加,使我国中药资源的消耗加大,加之生态环境的恶化,加速了野生药材资源的枯竭,使药用珍稀濒危物种急剧增加,许多药用动植物处于濒危和灭绝状态,如我国现有野生甘草资源储存量已不足50万吨[1],并且每挖1 kg的甘草根茎会破坏草场2~4 m2,每年挖5万吨甘草意味着有2550万亩草场受损[5]。再如虎、犀牛等物种的濒危已影响了近30种动物药材的市场供应[6]。当前,我国被列入国家重点保护名录、红皮书、限制进出口名录等珍稀濒危中药材资源280多种,不仅包括麝香、虎骨等名贵中药材,更包括黄连、贝母、羌活等大宗药材[7]。由此可见,我国的中药资源蕴藏量已普遍下降,其供不应求的局面使得中药材步入了所谓的“速生、高产、统货”时代[8],而陷入自我毁灭的恶性循环。药材质量难以保障、中药传统文化精髓丢失、自然环境承受巨大压力等问题,严重制约了中医药事业的发展,亟需采取相关措施予以改善。

2生物技术在中药资源中的应用现状

生物技术作为21世纪发展最快、最有生命力的一门高新技术性前沿学科。近年来,许多新兴的生物技术已应用于中药的生产与开发,不仅促进了中药产业的飞速发展,更有望改变中药事业的格局。如今,生物技术在中药资源领域的应用已是中药现代化的一个重要组成部分,对于中药资源开发利用、保护及可持续发展起到了举足轻重的作用。不仅可运用其室内植物的大规模培养、代谢产物的细胞工程、遗传转化器官的扩增、转基因生物的构建等手段促进中药资源的可持续发展[9],而且,在药用植物种质资源保护、药用动植物基因库建立、优良品质选育、活性成分转化生产、贵重且濒危药材资源的二次利用、寻找新的活性先导化合物、有效但微量成分的转化、鉴定中药材,中医药药理模型的建立,中药加工、制剂工艺改造等方面也有着广阔的应用前景[10-11]。还可在药用活性成分的生物合成、中药质量控制以及中药作用机制和创新药物发现等方面对中药资源进行保护和开发,进而达到可持续利用。

3生物技术在中药资源中的具体应用及研究实例

3.1细胞工程的应用

众所周知,借助细胞工程技术可生产出有用的生物产品或培养有价值的植株,甚至新的物种或品系,据悉[12],目前全世界80%生物技术药物都是在细胞工程技术下完成的,其对中药材质量和产量的提高都非常有益。一方面,愈伤组织及细胞悬浮技术培养资源匮乏、价值较大的药用植物,并用于对其次生代谢产物的研究,因而对于中药资源的可持续利用和开发具有极高的价值。据不完全统计,现已有400余种药用植物进行了细胞培养研究,分离到的次生代谢物600余种,许多重要的药用植物如人参、紫草、长春花、黄连等细胞培养十分成功,正逐步迈向工业化生产,这使中药资源看到了新的希望[13]。如王海涛[14]从麻花艽和大叶秦艽的愈伤组织和悬浮细胞两个方面开展了相关的细胞培养研究。Shi等[15]建立了麻花秦艽的胚性愈伤组织培养体系,并进一步获得了与秦艽体细胞的杂交品种,均获得了有意义的研究成果。另一方面,中药活性成分的生物转化以获得价值更大、活性更好、毒性更小的产物,其主要通过利用生物体系本身所产生的酶进行反应,增加了获得活性成分的来源。目前已有人参、盾叶薯蓣、北五味子、长春花、高山红景天、新疆雪莲、石斛、西洋参等药用植物利用毛状根培养体系进行生物转化的相关报道[16]。许金国等[17]在斑蝥与红栓菌进行生物转化研究中发现,该方法可增加斑蝥素的溶出率,从而扩大斑蝥资源的有效利用。有学者[18]对长春花悬浮细胞进行培养研究并通过生物转化作用得到了一种新型萜类吲哚生物碱——3-羟基-4-亚氨-长春碱。

3.2发酵工程的应用

发酵是利用植物细胞和微生物等生物体的代谢功能,将有机物进行分解的生化反应的过程,中药可通过其来改变药性,不仅能增效减毒,还能产生新的活性成分发现新药源并对其进行开发利用,为中药的发展开辟新的研究领域,从而节约资源、提高产业经济效益。发酵技术对中药药性的改性主要是通过天然分子诸如异黄酮、皂苷、植物甾醇和酚类化合物,中药材红参、红景天、金银花、轮叶党参、人参子、黄芪、天麻等相应的活性成分的含量及药效在经发酵后均有明显提高[19]。据贾冰[20]所述,红花经发酵后生物活性增强,生物利用度提高;三七须根经发酵后发现5个新化合物;更有研究者利用中药药渣代替传统原料进行灵芝固体发酵,而且活性成分的得率和药效均得到提高。中药发酵还可利用其微生物转化对活性成分进行结构修饰,如胥敏等[21]所述,人参、三七经微生物发酵后,原本含量低但生理活性较强的单体人参皂苷Rd的获得率显着提高,并伴有其他新的活性成分产生。Liu等[22]已研究出三七利用其内生真菌生产皂苷类成分的最优发酵条件。再有诸葛怡等[23]的综述,珍稀名贵中药冬虫夏草发酵生产的菌丝体及产物已形成产业化规模,并有相应的下游产品畅销。

3.3基因工程的应用

近年来植物基因工程的研究进展十分迅速,在植物抗病、抗虫、抗除草剂和改变植物的某些成分方面都已获得了不少转基因植株,有的已建成了品系,为提高药材产量、改良品质、增加抗逆性,为快速、优质、稳产的良种繁育提供了一条全新的途径[9]。有研究表明,用根癌农杆菌诱导丹参所形成冠瘿瘤而分化形成的植株,具有根系发达、株形高大、产量高且所含丹参酮成分含量高等优点[24],更有学者发现了能提高丹参的耐干旱和耐盐碱能力的基因——Sm LEA,这对改进丹参的种植方法,提高丹参质量具有重要意义[25]。

另外,基因工程技术在药用植物育种方面的应用也卓有成效,药用植物在栽培过程中常因连年种植易积累多种病毒——“植物癌症”而造成品质退化[26],如常用的丹参、黄连等大宗药材均存在连种障碍。因此,应利用生物分子技术加大在基因水平上对药用植物脱病毒技术的研究力度,以求得植物连种障碍的根治,这对今后提升和改良药用植物品质具有重要意义。并且,基因工程育种能克服植物远缘杂交不亲和障碍,扩大物种杂交范围,并加快变异速度等,提供了定向创造生物的可能性。在创制新品种,开发优质、高产、高效与各种抗性作物上可大显身手,农杆菌介导法已成功在丹参[27]、诸葛菜和菘蓝[28]、黄芪[29]、蒿属植物[30]等材料上取得成功。农杆菌介导的药用植物毛状根与植物细胞相比,具有遗传特性较为稳定、生长速度快、代谢产物含量高等优点,因此也是生产中药药用资源的有效手段。

4结语

生物工程技术在中药资源上的应用,尤其是对濒危药用资源保护方面的应用,对中国有着特殊的意义,一方面是中药资源是整个中医药的基础,另一方面是中国是世界上使用和出口药用植物原料最多的国家。因此,要实现中药的现代化、国际化,要想中医药继续为人类健康服务,就要解决中药的资源问题,充分发挥传统中药的优势和特色,并与生物技术相结合,走尊重经济效益、生态效益、社会效益的道路,通过对生物技术的深化科研来进行产业的改革和升级。生物技术的运用既能使药用植物资源得到更好地开发利用,又可以最大限度地保护它们,生物技术将为中药这一中华文化瑰宝走向世界起到巨大的推动作用。

参考文献

[1]王文权.中药资源学[M].北京:中国中医药出版社,2012:43,181.

[2]郭兰萍.第四次全国中药资源普查的实施准备[J].中国现代中药,2009,11(2):3-5.

[3]王凯.野生动物资源利用企业社会责任研究[D].北京:北京林业大学,2014.

[4]全国第四次中药资源普查网.http://www.zyzypc.com.cn/index.aspx?Lanmuid=71&sublanmuid=678&id=12262.2016-03-23/2016-8-5.

[5]朱昌蕙.西部医药资源开发及其产业化研究[M].成都:四川科学技术出版社,2003.

[6]梅智胜,万艳芳,张文生,等.国家利益下的我国野生中药资源保护[J].中国中医药信息杂志,2008,15(12):5-7.

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