高文远 肖培根
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。随着我国经济的迅猛发展，特别是中医药产业的快速发展，国内外对中药资源的需求在迅速增加，这给濒危的药用植物资源带来了毁灭性的危害。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的问题。中药生物工程技术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作用。
应用1：生产优质药用植物种苗
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，质量不及野生甘草。
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；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；三是培育出的种苗向田间的过渡转移问题，这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，还有就是适当地浇水和施肥。
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，由于过度采伐和其他因素，我国的降香资源已经十分紧缺，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。他们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。
用生物工程技术快速繁殖药用植物的优良种苗，不仅对于处于濒危状态的药用植物很重要，而且对于虽然不是濒危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。当前在我国，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，是应抓紧完成的工作。
应用2：生产中药的活性成分
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，大大降低生产成本。
采用生物工程技术生产药用植物的活性成分，最成功的例子是紫草细胞培养生产紫草素，节约了大量的土地和资源。日本和我国香港在高丽参的细胞培养方面也已经成功地实现了工业化，特别是日本反应器的规模比较大。韩国在高丽参的不定根培养方面探索出了一条很好的工业化道路，而且用培养出的高丽参开发出了一系列的产品。韩国在高丽参不定根方面的成功有两个因素：一是培养不定根；二是制了适宜于不定根培养的反应器。我国天津等地的虫草菌大规模培养也开展得很成功，发酵罐的规模已经达到了30吨。此外，黄芪、三七、红豆杉、雪莲、丹参、甘草等的细胞培养也已朝工业化迈进。
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。第一个关键环节是外植体的选择，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。
第二个关键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。
第三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。
第四个关键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。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。
第五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。
采用组织培养方法生产的愈伤组织或者细胞，其小分子有效成分的量往往不如大田生产的原料药材，但从产品研究的角度来看，比较适宜于化妆品的开发，可能是其木质部成分的量比较少的缘故。因此，建议通过安全性评价的方法来规定这些培养物的应用范围，比如在保健品和化妆品中的应用等。在当前情况下，这两方面的工作是药用植物生物工程技术最需要开展的工作。随着工作的不断深入，应当进一步在基因工程育种、与活性成分相关的功能基因、活性成分的次生代谢途径等方面开展研究。
