药用植物组织培养的研究进展
李黎 陈菲 宫伟
(黑龙江省科学院自然资源研究所,黑龙江 哈尔滨 150040)
[摘 要] 现阶段,药用植物的发展存在许多问题,而组织培养作为一个有效的技术手段可以解决部分问题并推动药用植物的发展,本文就药用植物的组织培养发展进行了探讨。
[关键词] 药用植物 组织培养
Study On The Tissue Culture Development Of Medical H erb
Li Li Chen Fei G ong Wei
(Natural Resource Research Institute Of Science Academy In Heilongjiang Province )
A bstract :There are many problems in the development of medical herb in present stage and tissue culture can s olve s ome prob 2lems to prom ote the development.This paper discusses the tissue culture development of medical herb.K ey w ords :medical herb ;tissue culture
随着医疗和保健事业的发展,世界上出现了回归自然、崇尚利用天然药物的潮流,植物药被越来越多地利用于防病、治病中。由于长期过度采伐,资源日渐萎缩。人工栽培又面临品质退化、种子带病与农药残留等问题,而且药用植物在不同生态环境中生长,其活性物质的组成与含量也有差异。药用植物种苗的快速繁殖通过植物组织或器官的离体培养和形态发生,可实现种苗的大量快速繁殖,这对于因病毒病害严重影响产量和质量的药用植物、靠有性繁殖提供种子而种子发育不完善或种子成本高的药用植物、靠无性繁殖提供“种子”而无性繁殖系数低且种子需求量大的药用植物和濒危或濒危药用植物的引种驯化以保护植物资源等都具有重要的科研和生产意义。本文仅就药用植物的组织培养发展进行探讨。
1 概述
我国传统药材中88%为植物药。而植物细胞具有全能性,即单个细胞在适宜的环境下可分化发育成植株,并具有整株植物所具有的合成化合物的能力。这为通过植物组织和细胞培养来获得其药用活性成分提供了新的途径。
随着不断的探讨研究,药用植物组织培养方面已取得了巨大的成绩:如培养方法已从固体、液体、悬浮培养,深层大罐发酵发展到液体连续培养;培养材料也从药用植物的根、茎、叶、胚、果实、种子等组织器官,这些器官诱导出的愈伤组织或冠瘿组织,一直发展到目前的细胞。目前这项技术已发展成一门精细的实验技术。在选材消毒、接种培养、诱导筛选、继代保存、分离鉴定等方面建立了一整套完整的技术方法。
2 植物组织培养生产药物的优点
211 四季均可生产,不受地区、季节及有害生物的影响。占
地面积少,便于工厂化生产,可对细胞生长自动控制和代谢过程合理调节。
212 便于筛选高产细胞株;利于生物转化,寻找新的有效药
物成分。植物细胞内存在羟基化酶、氧化酶、还原酶、甲基化酶、酯化酶、糖基转移酶、糖苷酶等多种酶,植物培养物作为一种生物反应器转化外源化合物,能够产生原植物所没有的,甚至是至今自然界尚未发现的化合物。
213 个体差异小,生产周期短,设备简单,能节省人力、物力
等。利用组织培养过程中出现的芽变或人工诱变,或进行脱毒,培育新品种,提高药用植物品质。保存种质资源。
3 药用植物的组织培养主要着重于四个方面:植株的培养、
成分的比较、植物生理和工业化生产的探索
311 植株的培养
植株的培养方面,首要的培养出新的植株,而能否培养出新的植株关键是培养条件。据不完全统计,目前已有400多种植物建立了组织和细胞培养体系,并从中分离出600多种代谢产物,其中代表性的研究成果如:中国科学院植物研究所的紫草细胞大规模培养、代中理工大学的红豆杉细胞大规模培养、上海中医药大学的黄芪毛状根大规模培养等。
312 成分的测定及比较
药用植物的组织培养价值如何,主要取决于其有效成分与自然植株的差异,有研究表明,以干重微基础的粗人参皂苷,在愈伤组织中的含量(2111%)显著高于天然根(411%)。紫草中的有效成分萘醌类化合物———紫宁草及其衍生物在我国被用来治疗烧伤、皮肤病和痔疮,并具有抗肿瘤活性,对获得的高产细胞系进行悬浮培养和发酵培养后发现:其细胞生长的最高月产率达22克.干重/升,色素含量达培养物干重的17.5%。应用10升搅拌式反应器发酵培养,月产率达
9.47克.干重/升,色素含量达干重的14.26%,而通常在完
整植株中仅含1.5%左右。在白芷的悬浮培养系统的研究中发现,在培养基中加20克/升吸附剂Amberlite XAD -7可提高其主要成分imperatorin 产量140倍。
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41112 防治措施:(1)药剂处理土壤。如用50%辛硫磷乳油每667m2200～250g,加水10倍,喷于25～30kg细土上拌匀成毒土,顺垄条施,随即浅锄,或以同样用量的毒土撒于种沟或地面,随即耕翻,或混入厩肥中施用,或结合灌水施入;或用2%甲基异柳磷粉667m22～3kg拌细土25～30kg成毒土,或用3%甲基异柳磷颗粒剂,或3%呋喃丹颗粒剂,或5%辛硫磷颗粒剂,或5%地亚农颗粒剂,每667m2215～3kg处理土壤,都能收到良好效果,并兼治金针虫和蝼蛄。(2)药剂处理种子。当前用于拌种用的药剂主要有50%辛硫磷、50%对硫磷、20%异柳磷,其用量一般为药剂1∶水30～40∶种子400～500;也可用25%辛硫磷胶囊剂或25%对硫磷胶囊剂等有机磷药剂。或用种子重量2%的35%克百威种衣剂拌种。亦能兼治金针虫和蝼蛄等地下害虫。(3)毒谷。每667m2用25%对硫磷或辛硫磷胶囊剂150～200g拌谷子等饵料5kg 左右,或50%对硫磷或辛硫磷乳油50～100g拌饵料3～4kg,撒于种沟中,兼治蝼蛄、金针虫等地下害虫。
412 病害
41211 落叶松褐锈病及防治:(1)发病规律。主要发生在1～2年生的苗木。于9月下旬以落地针叶上的冬孢子越冬,越冬的冬孢子在适宜条件下5小时即可萌发,翌年的6、7月就能发病。一般降雨多、湿度大发病严重;干旱、湿度小发病较轻;冬季温度低,第二年发病轻。(2)防治措施。a.可采用百菌清油剂低量喷雾防治苗圃地内发生的落叶松褐锈病,防治效果达到58%。也可在5～6月发病前喷洒波尔多液、石硫合剂等,能够起到预防作用;b.可于春秋两季把苗圃地内落叶松落叶集中成堆,点燃烧毁,可降低落叶松的发病率,但要注意防火。在苗圃地内还要注意苗木栽植不能过密,通风降湿,防止徒长,提高抗病力。
41212 立枯病及防治:(1)发病规律。这是在幼苗出土后发生的一种常见病害,一般在五、六月发生,持续时间较长。其病状分为猝倒型和根腐型两种。猝倒型特征是:落叶松幼苗地表根茎部呈轮状腐烂,幼苗倒伏枯萎;根腐型特征是:苗根腐烂、茎叶枯黄。有的种子幼芽在土壤里就受害腐烂,在被害苗周围土壤呈轮状菌丝体。(2)防治措施。a.种子消毒法:在种子催芽处理埋藏前用赛力散拌种,每50kg种子加0125kg赛力散,搅拌均匀后,用麻袋盖严,放一夜后,再进行催芽处理。也可以用硫酸铜水浸种,施用比例为50kg种子配以015kg硫酸铜;b.土壤消毒法:在落叶松苗床覆沙前,把五氯硝基苯搅拌到沙子中,然后均匀撒于苗床上即可。施用量为每公顷18175kg～2215kg;c.喷药防治法:波尔多液是防治落叶松幼苗病害效果较好的常用药,不论发病与否,均应施用。幼苗出土除草后立即喷洒,然后每隔7～10天再喷洒1次,要连续喷洒4～5次。药液浓度一般是1%～2%,浓度先低一些,以后随着喷洒次数的增多浓度可以再高一些。波尔多液要即配即用,不可存放时间过长,雨天或苗木茎叶有水时不宜施用,以免降低药效。此外,五赛合剂(五氯硝基苯与赛力散以3∶1的比例,再加200倍的水配制)、五代合剂(五氯硝基苯与代森锌以3∶1的比例,加200倍的水配制)、代森特(配成1000倍溶液)以及015%的明矾液等等,对防治落叶松立枯病效果较好。
来稿日期:2005-01-07
责任编辑:赵 靖
(上接第6页)3.3 植物组织及细胞培养给植物解剖生理研究创造了一个适宜条件
近几年来,科学工作者对药用植物染色体、亚细胞组织构造的变化等有进行了探索性实验。如紫草组织培养中研究了紫草素的生物合成及生长规律,亚细胞组织的电镜观察等,并对其胚性组织形成进行了探索研究。
3.4 工业化生产研究
药用植物组织培养的工业化生产已经进入了试验阶段,并逐步生产出一些适用于植物工业化生产的玻璃或不锈钢设备,在合成药物成功率低的情况下,从组织培养中筛选药物,开辟了一个新的途径。当然在目前的生产及技术条件下还存在不少问题,主要是:细胞增殖速度慢,生产成本较高;添加物及一些杂质的除去有一定困难,生产设备及技术达不到工业化生产的需要。
4 药用植物次生代谢产物的研究
植物组织培养研究中,发现培养细胞中含有各种特殊的代谢产物、药用成分和各种香精等。其中有些是微生物;有些是人工所不能合成的物质;有些是整体植物中含量甚微或整株植物十分缺乏,而培养细胞中的含量却很高,如柠檬叶、鸡眼藤的培养细胞中蒽醌含量比完整植株中高10倍。从细胞培养物中分离得到的有用物质有:酶类(α-淀粉酶、淀粉酶、蛋白水解酶、过氧化氢酶、酸性磷酸化酶、β-糖苷酶、IAA氧化酶、细胞色素氧化酶等);生物碱(利血平、吲哚生物碱、麦角碱等);甾体(地奥甙元、山萆皂甙元、育努皂甙元等);萜类(角鲨烯、羊毛甾醇、环阿屯醇、人参三醇、人参二醇、油烷酸、人参甙等);色素等。
5 总结
综上所述,植物组织及细胞培养对生物种植及生产技术方面是一个突破性进展,在植物无性繁殖方面开拓了一个广阔的天地,它可以使不易进行有性繁殖的植物经组织培育出新苗而用于生产;可以加速植物的生长,如半夏、贝母等经组织培养其生长速度大大高于自然生长速度。可以人为地使一些自然环境中不能生长的植物得以正常生长,使有用的次生成分达到或超过自然生长的原植物;可逐步地过渡到工业化生产,防止大量的采集而药源枯竭。
组织培养在传统药材研究中的应用,尽管尚处于实验室阶段,但近20年来所取得的进展令人鼓舞,前景诱人。因为传统药材中还蕴藏着人们尚未认识和开发的具有知识产权的新药。借助组织培养这一手段,人们可望保存和繁殖那些濒临灭绝的药材资源,保持自然界生物的多样性。人们可望将那些数量极少而又极有价值的新类型化合物进行扩增,满足临床的需求,推动药用植物现代化发展的进程。
来稿日期:2005-01-07
责任编辑:于爱民
