全 文 ：药用植物谱效育种理论及其应用
伍贤进1* ,刘选明2 ,张 俭1 ,梁逸曾3 *
( 1 怀化学院 民族药用植物资源研究与利用湖南省重点实验室 生命科学系, 湖南 怀化 418008; 2 湖南大学生命科学与技术
研究院 生物能源与材料研究中心, 湖南 长沙 410082; 3 中南大学化学化工学院, 湖南 长沙 410083)
摘 要:在分析目前药用植物品种选育存在的问题的基础上,进一步完善了药用植物的育种目标,提出了谱效育种
理论,并结合 湘白鱼腥草品种的选育说明了该理论的应用。药用植物育种目标是药用部位生物产量适当 ,药用
成分种类齐、量高、组合佳,抗性强。谱效育种是指在药用植物育种过程中以生物效价检测药理药效,以化学指纹
图谱和谱效分析评价有效成分的种类和量,并确定质量控制的关键成分, 以此筛选品种候选对象、评判品种质量,
选育优质药用植物栽培品种的育种理论。
关键词:药用植物; 品质评价;育种目标; 谱效育种;湘白鱼腥草
中图分类号: R282 2; R284 文献标识码: A 文章编号: 0253-2670( 2010) 04-0667-03
Fingerprint efficacy breeding theory and its application of medicinal plant
WU Xian- jin1 , L IU Xuan- ming 2 , ZHANG Jian1 , LIANG Y-i zeng3
( 1 Key Labo rato ry of H unan Province for Study and U tilization of Ethnic Medicinal P lant Resources, Bioscience Depar tment,
H uaihua Univer sity, H uaihua 418008, China; 2 Institute of L ife Science and Bio technolog y, Bio ener gy and Biomater ial
Resear ch Center, H unan Univ ersity , Chang sha 410082, China; 3 Co lleg e of Chemistry
and Chemical Engineer ing, Centra l South Univer isty, Changsha 410083, China)
Key words: medicinal plant ; quality evaluat ion; breeding object iv es; f ing erprint ef ficacy breeding;
Xiang-bai H outtuynia cor data T hunb
优良品种是获得优质药材的根本保证之一,为了获得优
质的植物药材, 国内外均十分重视药用植物品种的选育工
作[1, 2]。但目前国内外还没有一个专门用于药用植物品种
选育的理论或方法。药用植物由于产品用途的特殊性, 其品
种要求往往较其他植物更复杂、更特别,仅用常规植物育种
的理论和方法有时很难选择到最佳的品种。因此,在常规植
物育种原理与方法的基础上创新和完善药用植物育种理论
与方法是十分必要的。
1 目前药用植物品种选育存在的问题
药用植物品种选育与其他植物一样都是从各种变异中
选择出适合生产栽培的产量高、抗性强、有效成分量高的品
种[3]。但对于药用植物来说, 其品种的质量、抗性和产量的
权重关系,品种品质的评价体系与一般植物的区别较大。目
前药用植物品种选育存在的主要问题是育种目标的重点不
突出,品种质量评价体系欠科学。
1. 1 育种目标的重点不突出: 一直以来药用植物育种既要
满足提高药用部位的产量,又要提高有效成分的量和适应性
的要求[3]。这一目标将产量、成分和适应性的要求放在同等
重要的地位,而实际上 3 者往往是很难同时顾全的。植物药
材质量并不是由一种或几种成分的量高低决定的 ,而是由多
种成分及其合理的且合决定的, 仅用有效成分的量高很难保
证品种的药效好。市场上优质药材价格较一般药材高很多,
抗逆性好的品种既可以减少防治病虫害的支出, 又有利于农
残和重金属的控制和在较复杂多变的生长环境中保持稳产、
稳质。因此, 相对产量来说, 品质和抗性对药用植物的育种
尤为重要。为了使育种目标能更加科学指导药用植物品种
选育, 对其进行完善是必要的。
1. 2 品种质量评价体系欠科学:科学、准确的品种质量评价
体系对于优良品种的选育十分重要, 否则在育种时就难免会
发生以次充好, 舍好求次的情形。药用植物品种质量评价在
生物学性状、农艺性状、抗逆性状等方面与其他植物基本相
同, 但在有效成分和药效的评价方面却有特殊的要求。科学
的药用植物品质评价一般应包括药性判断、有效成分分析和
生物效价检测 3 个方面[5]。在这 3 者中有效成分分析是最
重要、最基础的。因为,有效成分是良好药性和效价的物质
基础。但目前一般用一种或几种有效成分的量来评价品质
的优劣, 这既不符合中医药的整体性、系统性原理[ 6] ,也不符
合一种药用植物的功效往往是多种成分协同作用结果的客
667中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 41卷第 4期 2010 年 4 月
收稿日期: 2009-10-10 基金项目:国家自然科学基金( 30870230) ;科技部国家科技基础条件平台建设项目:重要野生植物种质资源采集保存技术规范和标准研制及整合共享( 2005DKA21006)
* 通讯作者 伍贤进( 1965 ) ,男,湖南新宁人,教授,博士,主要从事药用植物资源及其持续利用研究,已发表论文 100余篇。
T el : 15115107588 E-mail: hh uxianjin@ 163. com
观事实[6, 7]。因此,为了将优质的药用植物品种选育出来就
必须建立科学的质量评价体系,这就需要将指纹图谱[8]和谱
效分析[9]及生物效价检测等天然药物质量控制和评价的最
新研究成果应用于药用植物品种选育中。
2 谱效育种理论
2. 1 药用植物的育种目标:完善药用植物育种目标,首先,必
须要考虑到植物育种的产量、品质与抗性常常是难以顾全的,
而且药材的用量毕竟有限, 品质好的药材在市场实现的价值
是非一般产量提高能达到的, 故将产量要求确定为适当,即达
到或略超过该药用植物的正常产量;其次,抗性强对获得优质
药材非常关键;最后,在成分方面要同时考虑成分的量、种类
及组合。因此, 完善后的药用植物育种目标为药用部位生物
产量适当,药用成分种类齐、量高、组合佳、抗性强。
2. 2 谱效育种的概念: 谱效育种是指在药用植物育种过程
中以生物效价检测药理药效,以化学指纹图谱和谱效分析评
价有效成分种类、量, 并确定质量控制的关键成分,以此筛选
品种候选对象、评判品种质量, 选育优质药用植物栽培品种
的育种理论与方法,包括标准指纹图谱和生物效价的建立及
检测方法的确定,候选对象的谱效筛选、选育品种品质的评
价等过程。
谱效育种是将国内外均认可的指纹图谱和生物效价等
天然药物质量检验与控制技术应用于药用植物品种选育而
提出的[8, 11] ,是对现有药用植物育种理论的完善与补充。将
谱效育种理论与常规植物育种方法良好结合能大大提高所
育品种的质量,也可以缩短育种时间, 尤其是能够避免将农
艺性状较好、药用成分量较高, 但药效一般的变异作为育种
候选对象。
2. 3 谱效育种的基本过程
2. 3. 1 标准指纹图谱和生物效价的建立: 谱效育种的第一
步就是确定所选药用植物的标准指纹图谱和生物效价及其
检测方法。标准指纹图谱和生物效价一般要选取该种药用
植物中品质得到公认的品种、品系或居群, 最好是道地药材
来研制。标准指纹图谱及生物效价建立的方法可以根据有
效成分种类和该药材的主要药理药效来确定, 应体现系统
性、特征性和稳定性 3 个基本原则。若该种药用植物没有道
地药材或公认的品种, 则可选取一些代表性的类群进行研
究,得出其基本指纹图谱和生物效价。
2. 3. 2 候选对象的谱效筛选: 确定好候选对象是优良品种
选育的关键。当通过各种途径获得了众多的自然或人工变
异体后,首先选出生物学和农艺性状基本符合育种目标的变
异,然后在此基础上对照该种药材的标准指纹图谱和效价开
展谱效筛选,将与标准图谱基本一致、药效较高的变异确定
为品种候选对象。
2. 3. 3 选育品种品质的谱效鉴定: 当一个品种基本确定后,
就应该对其进行区域栽培试验, 并且同时进行谱效鉴定, 以
最终确定其在不同栽培地域下有效成分和药效是否达到或
优于该种药材的现有最好水平,从而对所选品种的质量做出
较客观、公正的评判。当一个品种最终确定后就可将其指纹
图谱作为其 化学条码确定其身份, 这样既可作为事后栽培
中质量控制的依据, 也可用于其知识产权保护。
需要指出的是, 进行谱效鉴定时其材料来源必须是在固
定栽培技术、固定采收时节下获得的, 对于多药用部位的还
应固定药用部位。因此, 一个新选品种的谱效鉴定应该与其
配套的规范化栽培技术的研究同时进行。故谱效育种的过
程既是品种的选育过程,也是规范化栽培技术的研究过程,
这对于确保药材的质量稳定、可控是十分有利的。
3 谱效育种在鱼腥草育种中的应用
鱼腥草 H outtuynia cordata Thunb 是三白草科蕺菜属
植物, 资源分布很广,自然变异较多, 不同居群鱼腥草的形态
特性和化学成分均存在一定差异[ 12, 13]。湘白鱼腥草 ( 2009
年通过湖南省品种审定, 登记号: XPD017-2009)就是谱效育
种理论方法指导下从鱼腥草自然变异中选育而成的,该品种
不仅农艺性状优良, 而且食用、药用效果均十分理想,其谱效
育种的基本过程如下。
3. 1 确定化学指纹图谱和生物效价检测方法与标准: 根据
鱼腥草的主要药用成分为挥发性成分, 主要药理作用为抗
菌、消炎的特点,确定了用气相色谱来检测其挥发性成分指
纹图谱, 用抑菌和抗炎症效果来检测其生物效价[ 14]。通过
对不同来源鱼腥草的分析, 确定选育品种的挥发性成分量应
该为 0. 3~ 0. 4 mL / kg [12] , 其标准指纹图谱应该为保留时间
一定的 21 个共有峰, 且要占总挥发性成分的 90%以上[ 15] ;
挥发性成分对金黄色葡萄球菌和八叠球菌的最低抑菌浓度
在 0. 05%以下[ 12] ;鱼腥草注射液对二甲苯致的小鼠耳肿胀
和角叉菜胶致的大鼠胸膜炎有显著的抑制作用[ 15]。
3. 2 对候选对象进行筛选:在对鱼腥草各种变异的栽培表
现和农艺性状进行分析后, 确认了 4 个类型鱼腥草为育种的
候选对象, 在此基础上通过挥发油色谱指纹图谱分析和生物
效价检测, 最终确定了其中一个地上部分呈绿白色、产量中
等, 地下部分产量较高的类型为选育品种。
3. 3 对选育品种进行谱效鉴定:确定了选育品种后,对其进
行生长发育和规范化栽培技术研究, 并在湖南各地进行区域
栽培试验, 同时开展了产量、抗性、营养成分的量、挥发油指
纹图谱和生物效价考察、分析与检测, 最终确定其为选育的
品种, 正式命名为湘白鱼腥草。
4 结语
谱效育种是基于药用植物品质要求和检测方法的特殊
性而提出的, 是在植物常规育种原理与方法的基础上, 对药
用植物育种理论的完善与补充。开展谱效育种, 选择好标准
指纹图谱和生物效价的构建方法是成功的关键与核心。要
根据目标药用植物药效的化学基础来确定所要检测的化学
成分种类, 然后再依据成分特性和研究条件决定其指纹图谱
的构建方法。当然, 有时所要检测的化学成分不止一类, 那
么,所选择的方法和建立的标准指纹图谱也相应可能不止一
种。其次, 要根据目标药用植物疗效的药理基础来确定适合
的生物效价检测方法,要选择该药用植物稳定、公认、灵敏且
能代表其实际疗效的生物效价检测方法来建立标准生物效
668 中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 41卷第 4期 2010 年 4 月
价。为了提高标准生物效价的准确性和针对性,可以在细胞、个
体等不同水平同时建立几个标准生物效价来相互应证和说明。
进行谱效育种还必须与该药用植物规范化栽培技术的研
究与应用相结合, 否则, 就有可能影响谱效的稳定性和重复
性,难以达到中药材质量优质、稳定、可控的要求。谱效育种
涉及植物遗传育种、分析化学、药理学等多个学科的知识与技
术,因此, 必须加强有关学科间的渗透、交叉与合作才能完成。
参考文献:
[ 1] 科技部, 国家计委, 国家经贸委, 等 中药现代化发展纲要
( 2002年至 2010 年) [ J] 江苏药学与临床研究, 2003, 11
( 1) : 61-63
[ 2] 王铁生, 王英平 韩国人参栽培新品种及轮作制 [ J] 人参研
究, 2003( 3) : 13-14
[ 3] 周志军, 武晓阳, 孟义江, 等 药用植物育种研究进展 [ J]
时珍国医国药, 2008, 19( 7) : 1694-1698
[ 4] 邢彦军 中药材的良种选育 [ J] 北京农业, 2002, 12: 17
[ 5] 黄璐琦, 王永炎 药用植物种质资源研究 [ M ] 上海:上海科
学技术出版社, 2008
[ 6] 张铁军 中药新药研究的思路方法和实践 [ J] 中草药, 2007,
38( 1) : 1-35
[ 7] 秦海林 中药物质基础整体特征的精细表达与解析 中药
指纹图谱的研究 [ J] 世界科学技术 中药现代化, 2002, 4
( 4) : 74-79
[ 8] 邵建强 中药指纹图谱的研究进展 [ J] 中草药, 2009, 40
( 6) : 994- 998
[ 9] 何毓敏, 张长城, 袁 丁 探讨基于谱效关系的中药质量评价
的物元分析新方法 [ J] 中草药, 2009, 40( 8) : 1182-1185
[ 10] Wang C Z, Ni M , Sun S, e t al Detect ion of adu lterat ion of
notogin sen g root ext ract w ith other panax species b y quant ita-
t ive H PLC coupled with PCA [ J] J A gr ic Food Chem, 2009,
57: 2363- 2367 236
[ 11] Lee E J, Sh ay K R, Aalim M W, et al Quality as ses sment of
ginseng b y H-NM R m etabolit e fin gerprin tin g and pr of iling a-
n aly sis [ J] J A g ri c F ood Chem, 2009, 57: 7513-7522
[ 12] 伍贤进, 蒋向辉, 张 俭, 等 鱼腥草不同居群营养成分及抑
菌效果比较 [ J] 时珍国医国药, 2006, 17( 12) : 2383-2384
[ 13] 蒋向辉, 伍贤进, 魏 麟, 等 湖南六个鱼腥草品系的形态分
类研究 [ J] 种子, 2006, 25( 4) : 81-83
[ 14] 张 俭, 伍贤进, 卢红梅 鱼腥草制剂抗炎动物模型的建立及
研究 [ J] 时珍国医国药, 2007, 18( 6) : 1290-1291
[ 15] Lu H M, Liang Y Z, Wu X J, e t al T entative f ingerprint-
ef fi cacy study of H outtuy nia cor da ta inject ion in quality con tr ol
of t radit ional Chinese medicine [ J ] Chem Phar m Bul l , 2006,
54( 5) : 725- 730
药用植物抗性基因工程研究现状与发展前景
贺 红,刘 丹,谢建辉,柴婷婷
(广州中医药大学中药学院,广东 广州 510405)
摘 要:概述了抗性基因工程的原理, 总结了我国药用植物抗性基因工程的研究现状及存在的问题, 并探讨了抗性
基因工程技术在药用植物育种中的发展方向及前景, 指出抗性基因工程技术在药用植物育种中的成功应用,将培
育更多抗性(抗病虫害、抗除草剂、抗逆性等)、质优的新品种, 促进药用植物资源的可持续发展。
关键词:抗性基因工程; 药用植物;育种
中图分类号: R282 12 文献标识码: A 文章编号: 0253-2670( 2010) 01-附 1-04
Research status and prospect of resistant gene engineering in medicinal plant
HE Hong , LIU Dan, XIE Jian-hui, CH AI T ing- t ing
( Co lleg e of Chinese Mater ia Medica, Guang zhou Univer sity o f T r aditional Chinese Medicine, Guang zhou 510405, China)
Key words: resistant g ene eng ineer ing; medicinal plant; breeding
药用植物不仅本身作为药物应用于传统医学保健和治疗
中, 而且可作为化学药品的原料。因此,药用植物的生产在我
国的农业发展体系中具有战略意义。然而, 由于生态环境的
破坏、土地和其他自然资源的减少和恶化、生产效率和技术水
平的低下,使我国药用植物生产面临严峻的挑战。药用植物
的平均产量远低于其潜在的最高值,其原因之一是它们并不
总是生活在最适宜的环境中, 在生长发育过程中受到各种逆
境及有害生物的影响,为了防治病虫等危害,每年使用大量的
化学农药,生产成本升高,而且农药残留及环境污染问题日益
突出。因此,只有借助于先进的科学技术手段, 提高药用植物
的生产效率和品质,才能减轻资源的压力, 增强我国药用植物
产业的竞争力。其中, 基因工程在药用植物上的应用是较为
快捷和有前途的手段之一。植物抗性基因工程是根据分子遗
传学原理, 培育具有特定抗性的植物新品种的生物技术, 包括
植物抗病基因工程、植物抗虫基因工程、植物抗除草剂基因工
程和植物抗逆基因工程。抗性基因工程技术的成功应用, 将
有利于选育抗病、抗虫等转基因药用植物, 对于保证药材的产
量和质量, 减少环境污染有着重要意义。
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 41 卷第 4 期 2010 年 4 月 附 1
收稿日期: 2009-10-15 基金项目:国家自然科学基金项目( 30873376)作者简介:贺 红( 1967 ) ,女,理学博士,研究员,主要从事中药生物技术研究。 T el: ( 020) 39358067
E-mail: hehong67@ yahoo. com. cn