1、基因工程在中药发展中的应用【摘要】随着植物基因工程的快速发展，转基因技术的应用越来越广泛。目前已获得了多种转基因中药材，在改良药用植物、提高天然药物含量、培养新型转基因药材、培养抗病抗寒植物等方面前景良好，转基因植物药物的开发研究将会得到更大发展。概述了植物基因工程应用于中草药研究的进展情况。【关键词】转基因植物 、中草药、基因工程【正文】一、现代生物技术在中药材生产和质量控制中的应用我国现在运用的中药绝大部分为人工栽培的品种，科研和临床验证表明，一些人工栽培的中药材经多年繁衍其药性和有效成分就会发生变化，如栽培的柴胡、板蓝根、三七、何首、乌生、地黄等，因种植域不同其活性成分就相径庭，严重影响
2、疗效稳定。另外在长期的中药材种植中，难以解决的问题主要有品种种质老化、病毒寄生蔓延、种植费工费时、繁殖系数低下。这些问题很难适应当前正在进行的开设生产基地发展药材生产的趋势。利用现代生物技术利用现代生物技术,首先能解决的是中药天然资源不足及 栽培周期长、效益差的缺点。据统计，民间应用的草药几乎百分之百是野生。目 前全世界的植被正以惊人的速度在改变或遭到破坏，已有 5000 一 6000 种植物受到威胁，而我国现有 5000 个品种处于濒危状态，一些物种已经绝迹。药用资源的保护和可持续利用是目前函待解决的问题。那么采用现代生物技术来 快繁濒危药物资源也已成为当务之急。其方法措施有：1、是植物组培
3、快繁技术。郭洪波等研究了铁皮石解无菌茎段在 MS+ N A A0。4 m g / L + 6 一 B A 5 m g / L 培养基上体外培养，培养50d 后，腋芽萌发率、增殖倍数最高，分别为 9 3.3 3 % 1.9 7,植株生长健壮；以该培养基进行继代培养时，其增殖倍数达到 3.2 倍。以茎段为材料,实现铁皮石解快速繁殖。朱俊义等进行东北刺人参组培快繁试验，结果 1 / 2B +B A1.0 m g / L +N A A0.1m g / L + IB A0.2m g / IJ+Ve5 0m g / I、+ K T0.1 m g / IJ 对愈伤组织 的诱导效果最好 ,2 /3M S +
4、6 一 B A1.0 m g / L + N A A0.5m g / L + vc1 0 0m g / IJ 是愈伤继代 最合适的培养基。2、是有关转基因植物反应器的研究利用转基因植物作为生物反应器表达重组蛋白等生产外源基因编码的产物是一个很有吸引力的廉价生产系统，它有可能代替成本较高的传统发酵生产系统。在对丹参的转基因研究中, 陈海敏等将来自葡萄的白藜芦醇合酶基因(RS)导入到丹参中, 经 PCR 和 PCR2Southern 杂交检测, 确定 RS 基因已整合到部分转基因丹参基因组中。近年来，作为生物反应器的转基因植物逐渐增多，研究较为成功的植物主要有烟草、马铃薯、番茄、玉米、油菜、大豆、
5、番木瓜、豇豆、菠菜等。二、基因工程在生产中草药有效成分中的应用1、利用植物作为生物反应器获得外源基因表达产物的研究正在兴起。已有一些来自细菌、动物和人类的某些抗原、抗体和特异基因编码的蛋白质在转基因植物中得到表达。莨菪碱 6 一 羟化酶是莨菪烷生物碱生物合成途径中催化莨菪碱合成 6 一莨菪碱。再经环氧化作用合成东莨菪碱的关键酶。H ashim oto 等以发根农杆菌作载体。将天仙子胺 6 一羟化酶转到富含天仙子胺的颠茄发状根中，结果羟化酶活性增强，6 一羟化莨菪碱量比用野生型发根农杆菌诱 导出来的高。东莨菪碱含量提高 5 倍。该项研究 为利用发状根作为生物反应器大规模生产东莨菪碱奠定了基础。例
6、如青蒿素从菊科蒿属植物青蒿中提取。是我国科学工作者开发出的强效抗疟药物在非洲和亚洲许多地区。疟原虫对多数抗疟药物具有抗药性。这些地区对青蒿素类药物的需求迫切 。但价格昂贵美国科学家最近成功地用转基因酵母合成了青蒿素的前体物质青蒿酸。有望加大幅增加青蒿素产量，降低治疗疟疾费用。Okada 等从黄连细胞中分离了编码(S)一四氢小檗碱氧化酶的基因。进行序列分析。克隆到质粒 V I V B2 中 。再转化大肠杆菌 D H 一 5a 在培养 的大肠杆菌的上清液中，检测到了该酶活性 ，从而为通过直接培养转化细菌获得次生产物奠定了基础。虽然大部分药用植物的次生代谢途径仍不清楚。但利用转基因技术获得药用植物的
7、次生代谢产物已显示出良好的发展前景。并成为众多学者关注的焦点。2、提高药用植物有效成分含量 铁皮石斛是石斛属的 1 种名贵中药。自然资源稀缺。而石斛碱作为石斛主要药用有效成分之一 ，人工合成成本很高 。魏小勇等，利用理化因子定向诱导铁皮石斛种胚原球茎，获得稳定的石斛碱突变体。运用 cDNAA FIJ P 技术对突变体表达进行分析。并以 mRNAcDNA 克隆法。构建铁皮石斛差减 cDNA 文库。获得差异表达 mRNA 反义基因。 构建相应载体转化石斛 。分析了转基因石斛中石斛碱的变化。对反义基因进行筛选， 确定石斛碱功能基因，并进行基因全长克隆。从而获得了石斛碱相关功能基因。为运用基因工程方法
8、进行大规模生产石斛碱打下基础。此外，还可利用反义核酸技术。将反义 D N A 或 R N A 片段导人植物细胞。控制某一代谢途径上关键酶的活性。从而使相关成分含量提高，如用反义技术调节金亚麻毛状根中肉桂醇脱氢酶活性。抑制木质素合成，使主要抗癌活性成分 5 一甲基鬼臼素含量提高。丹参的有效成分有为脂溶性的二萜醌类化合物,其中包括丹参酮、丹参酮和隐丹参酮等。生物合成途径中参与合成参酮类化合物的关键酶其诱导活性与丹参酮类物质的合成呈正相关。 在丹参酮类成分生物合成途径关键酶的基因克隆方面，王学勇以丹参毛状根培养体系为研究对象, 加入外源性生物和非生物诱导子以促进此代谢产物的积累, 并通过与对照组比较
9、, 研究此代谢产物积累的变化和差异情况。利用差异表达基因分析技术, 研究了丹参酮类成分的生物合成相关基因, 结果获得了丹参在诱导子作用下的基因表达谱, 克隆了 6 个脂溶性丹参酮类成分代谢相关酶和 1 水溶性成份丹酚酸类代谢途径中的关键酶基因。三、基因工程技术在中药病害防治方面的研究、成果及应用目前，抗病毒基因工程有以下几个方面：1、转病毒外壳蛋白基因工程。烟草花叶病毒(TMV)是一种 RNA 病毒，由单链RNA 和外壳蛋白组成。将单链 RNA 编码外壳蛋白的片段反转录成 cDNA，然后放入载体，转化到烟草中表达，结果在烟草中有病毒的外壳蛋白。2、病毒卫星 RNA 基因工程。将病毒卫星 RNA
10、 反转录成 cDNA 放入载体，转化到植物中。这种方法已在马铃薯、黄瓜上应用。3、病毒反义 RNA 基因工程。将病毒 RNA 反转录成 cDNA，反方向接到启动子后面，构成载体，转化植物。4、抗细菌和真菌病害的基因工程。我国科学家从丝瓜根部分离得到芽孢杆菌 TG26 菌株，可抑制因细菌或真菌性病原菌引起的作物萎蔫病，亦可抑制小麦赤霉病菌、棉花枯萎病菌、西瓜枯萎病菌等。【1】 、提高药用植物抗病性和抗逆性药用植物的大规模种植会出现病害问题应用基因工程技术可培育出抗病毒抗虫害的新型品种，以减少农药施用保证中草药来源可靠 ， 使用安全.目前已有相关研究报道，如向植物转移病毒的外壳蛋白基因培育出抗病毒
11、品种。此外培育中药基因工程新品种还可解决药材耐寒、耐热、耐旱和除草剂抗性等问题1、宁夏枸杞为名贵中药材，又是良好的滋补品。然而病原菌炭疽病菌可侵染枸杞的花蕾、青果、叶，导致黑果病发生，使其品质下降， 大幅减产；此外危害枸杞的病虫也很多目前，研究人员已建立了以发根农杆菌和根癌农杆菌介导的宁夏枸杞离体转化和植株再生系统利用基因工程技术培育抗病、抗虫新品种隅。2、我国已利用根癌农杆菌将半夏凝集素基因导人百合基因组中。培育出抗蚜虫能力增强的转基因植株四、基因工程技术在植物虫害防治方面的应用1、通过基因转移提高植物的抗虫性。利用基因工程技术将苏云杆菌病毒素中杀虫活性最高的 8 一内毒素基因转移到烟草、番
12、茄、棉花等作物上，使 8 一内毒素这基因在些作物上表现出来，鳞翅目昆虫的幼虫取食这些作物就会中毒死亡。从而培育出了抗虫烟草、抗虫番茄和抗虫棉等新品系。2、利用基因工程技术改善微生物杀虫剂。有人应用基因工程在大肠杆菌中同时产生多种 8 一内毒素， 这对选择杀虫活性更强的 8 一内毒素，用于培育转基因抗虫作物提供了更为广阔的范围。3、使用和研究的主要抗虫基因。来源于微生物的抗虫基因：Bt 毒蛋白基因、来源于其他微生物的抗虫基因(异戊烯基因转移酶 ipt、 胆固醇氧化酶 c0 、营养杀虫蛋白 Vi pl、ViP2 和 ViP3A )；来源于植物的抗虫基因：蛋白酶抑制基因、淀粉酶抑制基因、植物凝集毒素
13、基因、来源于高等植物的其他抗虫基因(几丁质酶 、烟草阴离子过氧化物酶、色氨酸脱羟酶、核糖体灭活基因、豌豆脂肪氧化酶)；来源于动物的抗虫基因：昆虫特异性神经毒素基因(蝎毒素、蜘蛛毒素 )、其他来源于动物的抗虫基因(Set 蛋白酶抑制基因、胰蛋白酶抑制剂 BPTI、胰蛋白酶抑制剂 al AT、脾抑制剂 SI)。五、基因工程技术在减轻田间杂草危害方面的应用1、抗除草剂。玉米与 30 多种杂草可以抗阿特拉津除草剂。2、抗除草剂基因在生产中的应用。我国已成功地获得抗草甘膦烟草、 抗溴苄腈棉花、抗磷基麦黄酮甜菜、抗三氯苯类番茄、大豆和抗镇草宁大豆，以及中国科学院遗传研究所朱立煌教授等培育的抗阿特拉津大豆、
14、水稻等。六、基因工程在果蔬中的应用基因工程在果蔬加工品的监测中应用广泛，目前应用最多的是 PCR 技术和基因芯片技术。1、王春香等从感染了病的烟草叶片中分离纯化了马铃薯 x 病毒，克隆了完整的马铃薯 x 病毒外壳蛋白基因，并将外壳蛋白基因转入马铃薯中，以期获得抗该 病毒的栽培种马铃薯。2、李季等采用 RT-PCR 方法从番茄果实 cDNA 中克隆了 番茄 LeEIL1 基因，初步确定了该基因上的 DNA 结合功能域及其结合激活位点，为该基因的功能研究奠定了基础【结语】现代生物技术在中药现代化中有广阔的应用前景,现已在中药材的 保存与育种、有效成分的发酵,分子标记在药材的质量甄别等方面已 得到了
15、应用。在中药作用机制的研究上,已经采用生物化学、生理学 和分子生物学技术,检测了中药作用的个别基因或蛋白质的变化。现 阶段还存在有基础研究薄弱、产品水平低和中药的研发及生产尚不 规范等主要问题,今后要借助现代生物技术来加强中药基础理论的 研究、 开展品种的筛选与评价研究、对老品种进行二次开发研究、开展现代中药新剂型的研究、开展中药疗效评价标准的研究等。中药 走向世界的基础是中药现代化,中药的现代化需要多学科的支撑,需要多种高新技术的渗透,需要人类共同的努力。中药现代化的关键是 转变思想观念和学术指导思想的现代化,中药现代化的核心是创新 和发展。我们应抓住机遇,迎接挑战,利用现代生物技术科学地使
16、用 和研究开发中药资源,使中国传统医药得以全面发展。【参考文献】【1】魏小勇，方花斛属药用植物生物工程研究J.中医药通报 2004,3(6):4547【2】周鹏,郑学勤，陈向民.天蚕抗菌肽 B 基因在广藿香抗病育种中的应用J热带作物学报,1998，19(2):2731【3】唐东芹，钱虹妹，唐克轩等根癌农杆菌介导半夏凝集素基因pBI XPT 对百合的转化J上海交通大学学报(农业科学版)，2004， 22(2)：135-136【4】王慧中，黄发灿，李安生等构杞转基因植株的再生J生物工程学报1991，7(3)：230223【5】龙杨，赵洋等.生物技术在中草药中的应用J. 中药与临床. 2012;3(4):57-60.【6】佟露芳. 生物技术在中药中的应用J. 中国病案.2007,8(4):46-48【7】胡露,龙绍疆,王江.现代生物技术在天然药、中药理研究中的应用进展 J.中医药导报,2007,13(10):97-100.【8】陆茵,陈文星,常在,等.探讨中药活性成分筛选及中药理研究的 新方法 J.南京中医药大学学报,2003,19(6):321-323.
