全 文 ：中草芮 ChineseTraditionalandHerbalDrugs第39卷第7期2008年7月-961·
专论
生物工程技术与药用植物资源保护
高文远1，肖培根2。
(1．天津大学药物科学与技术学院，天津300072；2．中国医学科学院中国协和医科大学药用植物研究所，北京100094)
摘要：随着我国中医药产业的快速发展及世界范围内天然药物的不断发展，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，给濒危的药用植物资源带来毁灭性的危险。中药材栽培和野生抚育等手段不能完全
解决资源的压力问题，生物工程技术可以在解决中药资源紧缺的问题上发挥作用。采用生物技术中的快速繁殖技
术，可以达到快速生产优质种苗的目的。一种方法是通过愈伤组织诱导出种苗的地上部分和根，形成许多小的植物
株；另一种方法是利用体细胞胚的途径，由体细胞胚再形成大量的小植株，形成的这些植物株可以用于栽培和野生
抚育增加种群数量。利用生物工程技术，在反应器中培养药用植物的细胞、组织或者器官，可以直接快速地获得药
用植物的活性成分，节约对原料药材的使用；同时在大规模培养条件下，生产成本可以大大降低。生物工程技术在
药用植物资源上的应用，特别是对濒危药用植物资源保护方面的应用，对中国有着特殊的意义，一方面中药资源是
整个中医药的基础，另一方面中国是世界上使用和出口药用植物原料最多的国家。
关键词：药用植物；濒危资源；生物工程；快速繁殖；组织培养
中图分类号：R282．1 文献标识码：A 文章编号：0253—2670(2008)07—0961—04
Applicationofbi engineeringtechnologytoprotectionofendangered
medicinalpl ntresources
GAOWen～yuanl，XIAOPei—gen2
(1．SchoolofPharmaceuticalScienceandTechnology，TianjinUn versity，Tianjin300072，China；2．InstituteofMedicinal
Plant，ChineseAcademyofMedicalSciencesandPekingUnionMedicalCo lege，Beijing100094，China)
Abstract：AlongwiththeprogressofChinesepharmaceuticalindustry，aswellthedevelopmentof
naturalproductsin heworld，theneedofmedicinalpl ntresourcesisincreasing，whichresultsint e
ruinousde tructionofendangeredmedicinalpl nts．Thefieldcultivationndwildtendingcultivationcould
notsolvealltheresourceproblemsandthehelpwithbioengineeringtechnolgywillbeneededinthisfield·
Ⅳ【icropropagationcouldquicklysupplytheshootswithgoodqualitymedicinalpl ntsbytwoways，the
shootandrootinductionhroughcallusortheotherisshootdevelopmentbysomaticembryos．The
regeneratedshootscouldbetransferredintothefieldforthebaseoffieldcultivationortendingcultivation．
Inaddition，theac ivecompoundscouldbeproducedbythecultivatedmedicinalpl ntcells，tissues，or
organsinbioreactor。whichcouldde reasethecostatindustriallevel．InChina，thebioengineering
technologyshouldbedevelopedandappliedtothemedicinalpl ntsdevelopment，becausethemost
resourcestosupportthewholetraditiolalChinesemedicinewillbeutilized，moreover，inChinathemost
amountofextractsfrommedicinalpl ntsareusedandexportedallovertheworld．
Keywords：medicinalplant；endangeredresources；bioengineering；micropropagation；tissuecultu e
古人云：“巧妇难为无米之炊”，再好的中医开出
的处方，如果没有好的药材，也不能医治病人的疾
患；再好的制药厂，如果没有优质的原料药材，也不
能生产出安全有效的中成药。“药材好，药才好”已经
是中药界广大同仁的共识。随着我国经济的迅猛发
展，特别是中医药产业的快速发展，国内对中药资源
收稿日期：2008一01—09
基金项目：国家科技支持计划项目(2006BAl06A16—02)
作者简介：高文远，男，博士，教授．博士生导师。天津大学药物科学与技术学院天然药物学系主任，1994年6月毕业于中国协和医科大
学，获博上学位，在韩凶忠北大学从事博上后研究工作，并以优秀人／j‘身份受聘于香港生物技术研究院有限公司，致力于生物
工程技术应用于中药资源保护和可持续利用的研究。Tel／Fax：(022)87401895E—mail：pharmagao@tju．edu·ca
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的需求在迅速增加；此外，国际上对我国中药资源的
需求也在不断增加，日本、韩国等有着中医药历史渊
源的国家每年从我国进I=I大量的中药材，我国每年
也有大量来源于药用植物的提取物出口到全世界。
这些都加速着我国中药资源的消耗，给濒危的药用
植物资源带来毁灭性的危害n]。为了应对目前严峻
的资源压力，我国采取了中药材栽培和野生抚育等
多种手段，但这些不能完全解决中药资源紧缺问题。
中药生物工程技术具有许多的优点，可以协助中药
栽培和野生抚育，在解决中药资源问题上发挥重要
的作用。
1中药材的栽培
我国有着悠久的中药栽培历史，最早主要是对
名贵中药材的栽培，如人参的栽培，后来开始对大宗
中药材进行栽培，如贝母，黄芪，甘草等。进入20世
纪80年代，随着中药现代化的不断发展和对药材需
求量的不断增加，栽培的药材越来越多。2000年左
右，我国逐步实施了中药材标准化栽培工作，即
GAP工作。目前，我国许多地方都建立了药材种植
基地，如山药、地黄、山茱萸、平贝母、泽泻、黄芪、川
芎、当归等，部分药材基地已经获得了国家食品药品
监督管理局的认证证书。从目前基地的情况来看，下
面几种基地值得推广。第1种是大型中药企业建立
的基地，如天士力集团建立的丹参中药材基地，这种
基地的特点是企业有雄厚的经济实力来进行基地的
建设，因此，基地有良好完备的硬件设施；基地生产
的优质药材可以在企业自身进行消耗，因此，不存在
优质药材不优价的问题；此外，大型中药企业在
GMP认证过程中积累了丰富的经验，因此，基地的
SOP往往很规范，软件比较完善和全面。第2种是有
着悠久药材栽培历史的基地，如宛西制药集团建立
的山药、牛膝和山茱萸基地。这几种中药材在河南为
道地药材，在当地有着上千年的栽培历史，当地的药
农有着丰富的栽培经验，品种比较成熟，把这些经验
用现代的科学技术加以整理，很容易达到规范化的
栽培目的。第3种基地是农场化种植的栽培基地，比
较典型的是东北黑龙江伊春红星林业局建立的平贝
母栽培基地。这种基地往往面积很大，农场工人可以
统一管理，有利于SoP的标准化实施，基地生产出
的药材很容易做到整齐一致。从以上药材栽培基地
的情况分析，中药材基地最好由有经济实力的大型
中药企业在药材的道地产区来建设，管理采用农场
化管理。此外，还有更为重要的一条是必须有科研单
位的协助。药材的种植离不开科学技术，无论是品种
的选育、种质资源的评价，还是药材的栽培以及产地
的初加工，都离不开专家教授的智慧，这些已经被现
有的基地建设所证实比一]。
纵观我国中药材种植基地建设，存在最主要的
问题是优良品种的选育和培育工作，值得下大力气
去做好。由于所使用的中药材多是多年生的药材，常
规的育种手段往往很慢，生物技术的介入可以对此
有所帮助，收到事半功倍的效果。
药用植物的栽培除用于直接生产中药材外，还
有助于中药材的野生抚育工作。野生抚育即是在药
材植物的原产地在不破坏其他植被等生态环境的情
况下，有目的地增加所需要的药用植物物种的数量，
从而增加该野生药材的产量。野生抚育的目的有两
种，一是针对目前栽培技术还不成熟的品种，如冬虫
夏草、川贝母等，采用原产地抚育的办法是相对比较
有效、合理的办法；二是目前栽培生产的药材综合性
状不及野生的药材，如石柱山参、多伦赤药、甘草等，
采用原产地抚育的方法往往会获得更大的经济效
益。此外，野生抚育中药材，还可以不破坏整体的生
态环境，有利于大资源的保护和可持续利用。
在搞好中药材的标准化栽培和原产地野生抚育
的同时，还应当注重先进科学技术的应用，生物工程
技术在中药材的栽培、野生抚育和直接生产中药材
活性成分等方面都有其重要的应用价值。
2 生物工程技术生产药用植物的优质种苗
无论是中药材的栽培还是中药材的野生抚育，
都需要优质的药用植物种苗，采用常规的栽培技术
有时很难达到大量快速培育优质种苗的目的。药用
植物的栽培与农作物的栽培相比，其品种的性状往
往不稳定，容易造成所生产药材品种的不均一性。如
目前甘草的栽培，种子种苗的性状很不一致，造成了
栽培甘草的质量不稳定。栽培的甘草质量不及野生
的甘草，导致了野生甘草药材的不断被采挖和环境
的破坏。在快速生产优质药用植物种苗方面，生物工
程技术可以发挥其重要的作用。
采用生物技术中的快速繁殖技术，可以达到快
速生产优质种苗的目的[4叫]。一种方法是利用药用
植物的外植体诱导出愈伤组织，通过愈伤组织进一
步诱导出种苗的地上部分和根，形成许多小的植株；
另一种方法是利用体细胞胚的途径，即首先诱导出
愈伤组织，然后诱导出大量的体细胞胚，由体细胞胚
再形成大量的小植株。在这些培养过程中，要注意几
个关键的技术环节：一是外植体的选择，要选择生长
旺盛、有效成分量高的外植体进行愈伤组织的诱导；
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中草芮 ChineseTraditionalandHerbalDrugs第39卷第7期2008年7月·963·
二是选择适宜的培育条件进行种苗地上部分和根的
诱导，或者进行体细胞胚的诱导，这些条件包括培养
基、碳源、氮源、植物生长调节剂以及培养的温度和
光照等，摸索这些培养条件往往需要很长的时间；三
是培育出的种苗向田间的过渡转移问题，也是整个
生物工程技术生产种苗的最关键环节。这个过程也
可以称为炼苗，炼苗常在温室内进行，选择适宜的培
育基质和炼苗时间很重要，还有就是适当的浇水和
施肥。
目前这项技术已经在一些药用植物上得到了很
好的应用。降香是一种重要的南方中药材，由于过渡
采伐和其他因素，我国的降香资源已经十分紧缺，已
经不能满足市场的需要，目前我国的降香原料主要
靠进口。海南洋浦生物工程公司利用生物技术在降
香种苗的快速繁殖方面取得了可喜的成绩。首先通
过组织培养的方法，大量地繁殖出整齐一致的降香
小苗，然后在温室中成功地对其进行炼苗并使其生
长到一定的高度，然后移栽到森林中进行野生抚育，
该项技术已经成功。在目前红豆杉资源很紧缺的情
况下，降香的成功经验值得借鉴。该公司还成功地开
展了石斛的生物工程繁殖工作，首先研制出石斛生
长所需要的密环菌并对其进行繁殖，然后在培育瓶
中大量繁殖出优质的石斛种苗，将种苗和密环菌在
温室中进行炼苗培养，等石斛生长到一定高度时转
移到林下进行栽培。利用海南岛特有的热带自然环
境，有些石斛被绑到乔木上进行栽培，取得了很好的
效果。此外，该公司还成功地利用生物工程技术进行
了金线莲的繁殖。
生物工程技术快速繁殖药用植物的优良种苗，
对于处于濒危状态的药用植物很重要，对于虽然不
是濒危状态但已经大田栽培的药用植物也同样重
要。因为利用生物工程技术可以快速繁殖出整齐一
致的大量优质种苗，这已经在农业生产上的甘蔗、香
蕉以及花卉的生产上大量应用，在药用植物大田栽
培上也有很大的应用潜力。目前，某些药用植物的栽
培已经开始尝试此项技术，如丹参、地黄等优质种苗
的培育。这方面的工作，可以大量借鉴马铃薯脱毒的
生物技术。在我国目前的情况下，通过生物工程技术
结合无土培养技术快速繁殖优良的种苗用于大宗中
药材的栽培，是当前应抓紧完成的工作。
3生物工程技术生产中药的活性成分
野生或者栽培的中药材，一部分以整体人药的
形式制成中药饮片，被中医大夫用来开方抓药。但大
部分的中药材是进入了药厂进行提取分离制成中成
药。这些年来，我国出口了大量的中药提取物，消耗
了大量的中药材资源。利用生物工程的技术，在反应
器中培养药用植物的细胞、组织或者器官，可以直接
快速地获得药用植物的活性成分，节约对原料药材
的使用，同时在大规模培养条件下，生产成本可以大
大降低。
采用生物工程技术生产药用植物的活性成分，
要注意以下几个关键的技术环节∽J。第1是外植体
的选择，除了选择有效成分量高、生长旺盛的外植
体，还要注意外植体的生长时间和部位。一般说来，
使用有效成分量高的药用植物种子。先诱导无菌苗，
利用无菌苗诱导愈伤组织，然后再进行下一步的工
作，往往成功率比较高。第2个关键的环节是在愈伤
组织诱导成功后，决定是进行细胞的悬浮培养还是
进行不定根或者其他器官的培养。有的植物适宜于
细胞培养，如紫草细胞培养生产紫草素；有的植物适
宜于器官的培养，如人参不定根的培养。所以，要根
据具体培养的药用植物决定最终要大规模培养的是
细胞或者器官。第3个关键环节是在摇瓶培养阶段，
系统地优化培养条件。与药用植物的快速繁殖相似，
这些条件包括培养基、碳源、氮源、植物生长调节剂
以及培养的温度和光照等，决定着放大培养的成败。
除了上述条件外，还要注意有效成分诱导子的应用，
诱导子可以是有机成分，也可以是无机成分。如在人
参的不定根培养过程中，采用了茉莉花酸甲酯作为
诱导子，使人参皂苷Rb。的量大大提高。值得注意的
是，往往有利于培养材料生物量积累的因素，不利于
有效成分的量提高。针对这种情况，就要采用两步培
养的技术，首先采用一种条件，命名培养材料的生物
量达到快速地积累，然后采用另一种条件使其有效
成分的量提高。第4个关键的环节是培养物的放大
培养，从摇瓶转到反应器中进行培养，从小的反应器
到比较大的反应器。目前使用的反应器，基本都是用
来培养微生物的发酵罐，这种发酵罐用来培养药用
真菌类比较适宜，如灵芝菌或者虫草菌的培养，但用
来培养植物的细胞和器官有很多地方需要加以修
改。主要是用来搅拌的桨和供气问题，植物细胞的细
胞壁容易结团，也是要注意的问题。此外，有的药用
植物培养材料需要光照培养，这与活性成分的合成
有关，这样在反应器中就要有光头系统。第5个关键
环节是反应器培养物不同批次产物的质量稳定问
题，也就是所含有效成分的量是否稳定问题。目的产
物往往是次生代谢产物，现在对许多活性成分的次
生代谢途径和基因表达还不清楚，这给确定培养条
万方数据
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件带来一定的困难。如在人参的细胞培养过程中，其 器官培养的方法，直接生产药用植物的活性成分，以
皂苷的量在不同批次之间往往有差异，有时高有时 解决工业用药用植物的原料问题，达到节约资源的
低，这个环节也是工业化培养能否成功的关键所在。 胃的。在当前情况下，这两方面的工作是药用植物生
采用生物工程技术生产药用植物的活性成分， 物技术最需要开展的工作。随着工作的不断深入，应
最成功的例子是紫草细胞培养生产紫草素，节约了 当进一步在基因工程育种、与活性成分相关的功能
大量的土地和资源。日本和香港在高丽参的细胞培 基因、活性成分的次生代谢途径等方面开展研究。
养方面也已经成功地实现了工业化，特别是日本反 参考文献：
应器的规模比较大。韩国在高丽参的不定根培养方 [13陈十林，肖培根-中药资源可持续利用导论[M]·北京；中
面探索出了一条很好的工业化道路，而且用培养出 [2]昱：零警出Jia版W社,2G0。0。6’xF，以以hy打ro。。ltu。。。。d
的高丽参开发出了一系列的产品。韩国在高丽参不 cuhi，ationof Chine。em。dicinalp ant。forind。。trial
定根方面的成功有两个因素：一是培养不定根，二是 utilizationndgen眦””sOU”econservation圳·Plant
研制了适宜于不定根培养的反应器。我国天津等地 [3]兰黧YRe，50Jiu。rZ篙篡eHrUQt，il“iz以,20G05。。,d3。(gri2)。：。1l。1。6，-。12呻6．。。i。。
在虫草菌大规模培养方面也开展得很成功，发酵罐 (GAP)。。d⋯t。inabl。。。。。。tili：。ti。。。fChi。。
的规模已经达到了30t，此外，在黄芪、三七、红豆 materiamedica[J]．JPlantBiotechnol，2002，4(3)：103一
杉、雪莲、丹参跫甘草等细胞的培养方面也不断地向 [4]芝二Hc，H。。。rdT，Edza。dE．Bring。。dicinalpl。。t。int。
工业化迈进。卜比1。 cuhivati。n：。pp。rtunitiesandchallengesforbiotechn。1。gy
采用组织培养方法生产的愈伤组织或者细胞， [J]．TrendsBiotechnol，2005，23(4)：180—185．
其小分子有效成分的量往往不如大田生产的原料药 [5]Guo
XH，CaoWY，XiaoPG-F8。。。‘88‘‘。。‘i“g⋯‘gro”‘“
材，但从产品研究的角度来看，比较适宜于化妆品的 root。。lt。。[南．M船～B衙幽删，2005，17：133_139．
开发，可能是其木质部成分的量比较少的缘故。因 E6]商文远，贾伟．药用植物大规模组织培养[M]．北京：化
此，建议通过安全性评价的方法来规定这些培养物 工出般m2005．
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生物工程技术在药用植物资源上的应用，特别 [8]郭肖红，高文远·陈海霞·等·药用植物培养高产细胞系的
是对濒危药用植物资源保护方面的应用，对中国有 E9]羹_育2：嚣耄鋈￡薯喜凳鲨嚣培5,养7(的1)研：究60。-6。6,，
着特殊的意义，一方面是中药资源是整个中医药的 培养基种类、盐强度和有机组分对丹参不定根培养的影响
基础，另一方面是中国是世界上使用和出IZI药用植 [J]·中草药，2007，38(3)：429—432·
物原料最多的国家。 口叩戛．翟蒜主蒜，耄：嚣五喜搿黼撕究
生物工程技术在药用植物资源上的应用，可以 [11]郭肖红，高文远，李克峰．丹参不定根组织培养的研究(I)
从两个方面进行，一方面通过生物工程方法快速培 碳源、氮源和磷源对丹参不定根培养的影响／j]-中草药·
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增加种群数量的目的；另一方面通过工业化组织和 展EJ]．中国生态农业学报，2007，15(5)：215—218．
《中草药》杂志2008年增刊征文启事
随着经济和文化全球化趋势的推进，中药走出国门，为世界、为人类服务的呼声越来越高。
中药现代化、标准化、国际化势在必行。为了推动中药材种植标准化，中药饮片可控性以及中药
化学、中药药理和中药制剂的现代研究，《中草药》杂志编辑部拟于2008年10月编辑出版《中草
药》杂志2008年增刊(有正式刊号，与正刊统一编号)。凡未公开发表的研究论文和综述文章均
属征集范围。截稿日期为2008年7月底。论文寄至天津市鞍山西道308号《中草药》杂志编辑
部，邮编300193，并在信封注明“征文”字样。论文经专家审评录用后，入编《中草药》杂志2008
年增刊。
万方数据
生物工程技术与药用植物资源保护
作者： 高文远， 肖培根， GAO Wen-yuan， XIAO Pei-gen
作者单位： 高文远,GAO Wen-yuan(天津大学药物科学与技术学院,天津,300072)， 肖培根,XIAO Pei-
gen(中国医学科学院,中国协和医科大学药用植物研究所,北京,100094)
刊名： 中草药
英文刊名： CHINESE TRADITIONAL AND HERBAL DRUGS
年，卷(期)： 2008,39(7)
被引用次数： 2次
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本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_zcy200807001.aspx