生物技术在中药领域的应用探讨

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　　摘 要：生物技术在中药领域的应用是中药面向世界的重要环节，广泛运用在中药种质资源、中药鉴定以及中药药理分析中。总结了近几年生物技术在中药领域的运用现状，并对其应用前景进行了展望。
　　关键词：生物技术;中药;应用
　　文章编号：1004-7026（2019）17-0099-03         中国图书分类号：Q819         文献标志码：A
　　 中药是我国传统医学用以防治疾病的重要“武器”，华夏民族对其研究从未中断。新时期采用了许多途径研究中药，生物技术的运用和发展对中药的研究提供了许多新思路和新方法。
　　1  生物技术在中药种质资源的应用
　　 随着气候的变化以及人类的破坏，许多野生中药材都面临枯竭。倚靠传统农业社会发展起来的中药材资源面临着严峻的挑战，特别是野生中药材资源的枯竭和衰亡，更应当引起高度的重视。生物技术为实现中药材可持续利用提供了条件。
　　1.1  生物技术在中药育种的应用
　　1.1.1  转基因育种
　　 植物的生长并不是按照人类需求而改变，利用转基因技术可以改变植物的性状，使其向着对人类有利的方向转化[1]。为了保持产量，Kim等将3个N-甲基转移酶基因导入到菊花品种中，得到的植株在灰霉病抗性[2]、抵抗食草动物、鳞翅类昆虫和蚜虫侵害等方面与烟草相同。转基因技术还可以在不同植物体内合成某一想要的化学成分，解决了诸如紫杉醇等植物体内含量少，化学方法无法大规模生产提取的问题。比如Xu等[3-4]将葡萄中白藜芦醇甲基转移酶基因和RS基因VST1转化到烟草后，可以得到较强抗菌活性的紫檀芪。
　　1.1.2  多倍体育种
　　 可育多倍体的形成不仅促进了物种间的遗传物质交流，丰富了物种多样性，也为多倍体育种奠定了基础[5]。多倍体植株比亲本拥有更高的杂合性和更迅速的環境适应力，同时能大幅度提高以相应部位入药的药材产量。在对丹参多倍体育种中，其加倍率最高达33.23%[6]，完全可以实现工业化生产，提高了药材产量。不仅如此，杨敬东等[7]发现诱导出的多倍体苦荞麦比普通苦荞麦的生物黄酮、蛋白质等营养及药用成分都高。
　　1.1.3  作物的组织培养育种
　　 该技术是在无菌条件下，利用植物根尖、芽尖等培育出植株的幼苗，揭开了植物快速繁殖和无病毒种苗的序幕。目前，约有80%的兰花利用组织培养育种[8]，利用栀子种子愈伤组织诱导育种，其诱导率达88.5%[9]。因为组织培养技术操作简单，要求条件不苛刻，节约成本和原材料，所以该技术将成为以后育种的主流。
　　1.2  生物技术在种苗工业化生产中的应用
　　 目前，依靠传统的中药生产方式已无法满足对中药的需求，必须依靠工业化生产。组织培养技术为中药种苗的大批量生产提供可能性。现已成功运用外植体培养、试管繁殖、液体培养、毛状根培养和增殖等技术对苦丁茶、芦荟、怀地黄、枸杞、人参、西洋参、三尖杉、甘草、丹参、黄芪、青蒿、苍术[10]、三七[11-12]等多种中药进行大规模工业化生产。
　　1.3  中药材种质资源保护应用
　　 对于中药资源，不仅是索取，更应该加强保护。动植物的基因组、克隆的基因、组装好的质粒和RFLP探针等都可利用生物技术来实现对其保持，这样即便植物灭绝了，利用基因依然可以培育出该植物。王斌等[13]就保护榆林市特有种植资源提出了构建基因库的设想。在景宁，已建立用于保护地区生物物种的生物基因库[14]。基因库的建立从根源上保护了稀有动植物药材，使其不会消失。
　　2  生物技术在中药鉴定上的应用
　　 中药鉴定是保障用药安全，实现中药治病救人的关键步骤，但市场中的混淆品用传统的鉴定方法已无法辨别，只有从根源上鉴定中药的成分，才能得到国内外的认可。
　　2.1  DNA分析技术在中药鉴定的应用
　　 该技术运用聚合酶链反应（PCR）从不同生物样品中人工合成DNA片段，这种DNA片段的大小、数目因生物不同而不同，所以直接分析的是生物遗传因子[15]。目前在PCR基础上建立了DNA随机扩增多态性、相关序列扩增多态性、简单重复序列间扩增和扩增限制性片段多态性等方法用于中药鉴别。Rana等[16]把相关序列扩增多态性（SRAP）标记法有效地用于黄麻遗传多样性分析，为其鉴定提供依据。苑广信等[17]利用RAPD指纹图谱区分南北五味子的差别。张宏意等[18]通过AFLP分析研究当归种质资源的遗传多样性，为当归种质资源的合理利用、当归多品种鉴定和新品种选育提供了分子水平的理论依据。
　　2.2  生物芯片技术在中药鉴定的应用
　　 生物芯片，又称DNA芯片或基因芯片，是根据生物分子间特异相互作用建立起来的，用来实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质成分的高通量快速检测。该技术是基于DNA分子技术发展而来的，适用性和运用范围较广。生物芯片（根据探针分子的不同）可分为基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片、细胞芯片、糖芯片和微流路芯片等[19]。研究人员将某种中药品种中特定的基因或DNA序列作为探针固定在玻片上制成基因芯片，药物样本中若具有能够和它互补的特定基因片段，基因芯片就能把其测试出来，以达到鉴定药材的目的[20]。
　　2.3  电泳技术在中药鉴定的应用
　　 电泳技术在药用植物领域用途非常广泛，它可以用于杂种优势的预测，杂种后代的鉴定，不同品种的区别，亲缘关系的分析，雄性不育系的鉴定，遗传基因的定位，植物抗性的研究等许多方面。蒋超等[21]利用电泳技术的不同方法鉴定金银花的真伪，并论述了各自的优缺点。电泳技术运用到亲缘关系比较近的药材中，成效也非常显著。王伯川根据白头翁和委陵菜的ITS和TrnL-F序列的不同，利用电泳技术手段区分两种植物。 　　3  生物技术在研究中药作用机理的应用
　　 中药的活性成分和作用机理不清楚是中药未能在国际上得到广泛承认、应用的原因，而阐明中药的物质基础和作用机制是突破中药研发现状的关键之一。
　　3.1  阐述单个药材作用机理的应用
　　 利用分子对接技术，将中药化学成分（药理作用已知）与对应靶细胞进行分子对接，以达到从分子水平阐释中药成分与靶细胞之间相互作用机制的目的。目前，我国在这方面已有初步研究，例如吴琼等利用分子对接技术，分析和解释车前草抗炎作用的分子机制，通过实验，有效证明了分子对接技术在阐述车前草功效中发挥重要作用。武丽斐利用基因芯片技术探究出冬虫夏草对缺血中风的作用机理。由此可知，利用生物技术，中药单一药物的作用机理是有根可寻的，是可以用科学解释的。
　　3.2  阐述中药复方作用机理的应用
　　 中药入药治病救人通常不是只用一味药材，要根据中医学理论基础，按照“君臣佐使”配伍原理治病，因此阐述药剂的作用机理意义重大，对中药走向国际化起重大作用。许庆瑞等为证明复方青龙衣胶囊对人胃癌细胞SGC-7901具有显著的抑制作用，利用基因芯片技术研究了复方青龙衣胶囊体外对人胃癌细胞SGC-7901基因表达谱的影响，实验效果达到预期目的。胡衍保等利用分子对接技术对复方心可舒中51个化学成分与5个冠心病相关靶点之间的相互作用进行分子对接研究，证明复方心可舒不仅存在多成分、多靶向效应，而且一些单分子存在多导靶向的作用，从分子学解释了其作用机理。
　　 很多研究将分子对接技术应用于中药复方作用机制的研究，并成功用于阐释黄连解毒汤、血必净、复方心可舒、血府逐瘀汤、清热消癥饮的效应物质基础和多靶向作用。其主要步骤包括：①收集复方中各味药材的化学成分结构信息，组建化学成分数据库。②采用网络药理学方法，从系统层面构建分子、靶标、疾病之间的关系，解释中药复方的多靶标作用机制。③根据评价结果，筛选出可以和特定靶标结合的活性成分群。④采用对接技术，研究化学成分与靶蛋白的结合情况。⑤根据中药复方的功效，收集相关的蛋白质信息，组建靶标三维结构数据库。
　　4  总结与展望
　　 2008年中医药在防治“非典”中发挥了独特作用，而近年来兴起的“回归自然”热潮，使中药的发展面临前所未有的机遇和挑战。解开中药神秘面纱是中药走向国际化的桥梁，生物技术为现代中药研究提供良好的手段和方法，并与传统方法比较有以下优点：①利用基因技术从根源（DNA）上甄别优良药材品种，科学阐明优质药材的特性。②大规模生产可在人为控制下进行，保障药材产量，也节约了土地资源。③生物技术能科学解释中药治病救人的机理。
　　 生物技术在中药领域的应用有广袤的前景，使原始的中药农业步入现代经济农业产业的轨道。生物技术渗入到中药研制的各个环节，使中药更加规模化、透明化、科学化，是中药走向世界的必由之路。
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