1、毕业论文 文献综述 生物工程 药用植物的组织培养 一、 前言部分 1.1 药用植物及其现状 药用植物资源指在一定社会和经济条件下，被人们认识和利用的植物资源中对人体疾患具有医疗或保继作用，并对家养动物病害具有治疗作用，以及具有杀虫、杀菌、除草等功效的各类植物的总称。 【 1】 中药是中华文明的瑰宝，为人类健康做出了巨大贡献，而药用植物资源是中药资源最重要的组成部分。随着我国“中药现代化科技产 业行动 ，计划”的实施和中药产业的快速发展，对药用植物资源的需求量也越来越大。但是，由于缺乏对绝大多数药用植物资源更新规律的研究，加上药材采收的不合理，抢采、抢收、掠夺式利用现象十分严重。 【 2】 生态
2、经济学理论是药用植物资源可持续管理的理论基础，药用植物资源可持续管理是一种对药用植物资源的经营管理过程，在这个过程中既要实现经济的可持续增长，又要使药用植物资源的开发利用不能超过其最大生态生产量，既能使药用植物资源满足当代人最大持久的利益，又要保持其潜力以满足后代的需求”。 【 3】 建立药用植物资源的科学采收制度和 可持续利用理论与技术体系相当重要。 药用植物资源的再生能力，从狭义上讲，是指药用植物资源具有不断繁殖后代的能力；从广义上讲，不仅指其繁殖后代的能力，而且还包括其自身组织和器官的再生能力。 【 4】 植物快繁是利用体外培养方式快速繁殖植物的技术， 主要应用于用其他方式不能繁殖， 或
3、繁殖效率低的植物的繁殖。为了保持某一品种的基因型稳定， 避免在有性繁殖过程中发生变异， 也采用植物快繁技术。快繁中利用的植物材料主要是茎尖、 茎切段、 叶片、 胚等。快繁技术容易掌握， 繁殖率高。 【 5】 1.2 组织培养技术 植物组织培 养是以植物生理学为基础发展起来的一门新生的生物技术学科。植物组织培养包括了所有类型的无菌培养技术， 主要有： 成熟及未成熟植物胚胎的离体培养； 离体器官包括根尖、 茎尖、 叶原基、 花器官原基或未成熟花器官各部分以及未成熟果实的培养；从植物各种器官的外殖体增殖而形成的愈伤组织培养； 能保持良好分散性的离体细胞或很小细胞团的液体培养； 除去细胞壁的植物原生质
4、体培养。这一学科的建立和发展， 对植物科学的各个领域如细胞学、 胚胎学、 遗传学、 生理学、 生物化学、 植物病理学、 发育生物学等学科的发展均有很大的促 进作用， 并在科学研究和生产应用上开辟了令人振奋的多个新领域。近年来发展很快， 广泛应用于植物的快速繁殖、植物品种改良、 基因工程育种、 种质资源保存、 次生代谢产物生产等方面， 对现代农业和医药等领域产生了深刻影响。 【 6】 植物脱毒技术往往与植物组培快繁技术结合在一起应用。植物在发育过程中不可避免地会感染病毒， 解决此问题的一个重要途径就是脱毒培养。在植物体内， 病毒主要通过维管束组织进行运输和扩散， 茎尖新生的分生组织， 没有维管束
5、分化， 病毒难以到达， 因此病毒含量很低， 甚至没有。所以采取茎尖培养可 减少再生植株的病毒含量， 连续进行几代培养， 甚至可获得无病毒植株， 使植物得以复壮。脱毒植株增加产量、 提高品质的效应非常明显， 有广阔的应用前景。然而， 植物脱毒培养也存在一些技术上的问题。通常， 取茎尖 【 7】 的分生组织进行脱毒培养， 尽管有高倍显微镜帮助， 操作也很不易； 其次， 把这样小的材料培养成再生植株也不是一件容易的事。此外， 有些病毒能够侵入顶端分生组织， 对此材料需要用高温处理等方法来杀死病毒， 更增加了组织脱毒培养的难度。在脱毒培养过程中， 病毒检测是一道不可缺少的程序， 常用的方法有敏 感植物
6、法、 抗血清法。每种方法都有其局限性， 如敏感植物法需时间较长。随着植物组培脱毒产业化的兴起， 需要大量的病毒检测， 所以开发出应用简便， 用时少， 价格低，适用于多种病毒检测的技术， 具有重要意义。 【 8】 培养基选择合适的培养基是组织培养最关键的一步。 MS3|、 N65I、 B58及 KCll9等基本培养基，均可用于石斛属植物的离体组织培养，但效果不同。 MS 和 1 2MS 是离体培养最有效和最常用的基本培养基 b7 11。， 1 2MS 培养基则适宜生根 l9|。王国梅等驯以野生金钗石斛茎段诱导长出的原球 茎为材料，比较了 MS、 1 2 MS、 B5、 Miller 4 种不同基
7、本培养基在 4 个不同培养周期中金钗石斛原球茎生长增殖的情况，筛选出最佳增殖培养基B5。 【 9】 不同的培养目的，所对应的培养基也不同。张治国等研究了 6 种不同基本培养基对铁皮石斛原球茎增殖的影响，结果表明，基本培养基对铁皮石斛原球茎增殖作用影响很大，不同器官的适宜培养基不同， 1 2MS 适宜原球茎增殖； MS 适宜种子萌发、茎段和叶片培养；5 6 适宜种子萌发、叶片培养；改良 VCaite、 KC 适宜茎段培养。 【 10】 曾宋君等发现 N6 培养基对石斛胚的萌发和生 长最好，而以茎尖作为培养材料， N6 培养基诱导愈伤组织能力明显不如 Ms。【 11】朱艳等以铁皮石斛茎段诱导丛生芽
8、作为目的，筛选出 1 2MS 诱导丛生芽的效果好，生成的苗粗壮。在石斛的组织培养中，以蛋白胨和白糖代替蔗糖进行试验，大大降低了快繁生产中的成本 【 12】 Mitra 等利用可控制的 c02 气体作为碳源，根长与叶子的数量与含 2蔗糖培养基中的相等，组培苗的干重和鲜重都高于含蔗糖培养基的组培苗，但是C02 对发根影响不大。 增殖与分化 原球茎是石斛试管苗繁殖的关键，其增殖与分化情况直接影响着试管苗培养的成功与否。目前多 以原球茎诱导、增殖、分化苗形成与生长、试管苗移栽等培养条件的研究为主 _11， 16J。添加植物激素和 2， 4 D 对促进霍山石斛试管苗生长和继代增殖的效果最佳口 o； NA
9、A 对金钗石斛原球茎的增殖效果明显好于 IBA，在不同激素 6-BA 和 NAA配比组合正交试验中，处理 6-BA0 5mg L+NAA0 2mg L 的配比为最佳激素组合 20。NAA 和 6 一 BA 有利于鼓槌石斛组培幼苗的生长与分化 u90；铁皮石斛原球茎诱导以 1 2 MS 为培养基，添加 BA 和 NAA 为佳，原球茎分化以 1 2MS 添加 BA 和 NAA 为佳。适宜浓度的 Ge02(5 00 mg L)能够显著增加铁皮石斛原球茎的鲜重 L26J。培养基中加入天然提取物，对组织器官的形成及生长也有影响。齿瓣石斛胚培养的最适培养基为改良 N6，添加椰乳可以提高胚的萌发率，并增加繁
10、殖系数，香蕉汁可以加速幼苗的生长及促进生根 -50；铁皮石斛以添加椰乳对芽的增殖效果最好。 【 13】 二、主题部分 2.1 药用植物组织培养 药用植物组织培养是现代生物技术在药用植物学领域中研究与应用的一个重要组成部分，指在无菌和人为控制的营养 (培养基 )及环境条件下对药用植物器官、组织或细胞进行培养，用来生产药用活性成分或进行药用植物无性快速繁殖的技术。 【 14】 随着大规模药用植物组织培养技术的成功，药用植物组织细胞培养技术在中药领域得到了更深的研究和应用，可利用组织细胞培养物来代替全植物提取的有效活 Jl 生成分，给中药资源可持续发展带来了广阔的前景。 【 15】 药 用植物组织培
11、养的优点主要有以下三点： 1 可以人为地选择和控制 药用植物组织培养能够完全在人工条件下进行，可以排除病虫害与农药残留量的困扰，且能够严格控制药材的质量，便于进行大规模工业化生产。 2 繁殖效率高、生长周期短，节省人力和物力药用植物组织细胞培养可以在人为提供的一定温度、光照时间、湿度、营养激素等条件下进行科学培养生产。 3 可以得到高浓度的次生代谢产物 , 细胞，通过优化培养液、培养条件和选择优良细胞系的方法，可得到含量高于整株植物栽培的次生代谢产物。 【 16】 2.2 药用植物组织培养的研究进展 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 1
12、 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。 2 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 (21 1 )显著高于天然根 (4 1 )。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
13、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 一 7 可提高其主要成分 imperatorin 产量 140 倍。 【 17】 3.药用植物的组织培养产生的药物 药用植物组织培养能产生很多种药物， 主要有苷类、 生物碱、 固醇类、 醌类、 黄酮类、 蛋白质及其它生理活性物质
14、。药用植物的组织培养的研究进展通过组织培养成功的药用植物至少有种。培养的药用植物从常见的到珍稀濒危植物、民族植物， 如云南黑节草、 延龄草、 高山红景天， 藏药 川西獐芽菜、 莪术、 水母雪莲、 星花乡线菊、 溪黄草、 玉叶金花、 辽东葱木等。从生产常用药的植物到具有抗癌、 抗病毒等有效 成分的植物， 如红豆杉、 艾黄杨、 狼毒、 大戟属、 长春花、 米仔兰、 狗牙花和香榧等。 【 18】 培养用的材料也有提高。开始以草木、 木本或藤本植物的根、 茎、 叶、 花、 胚、 果实、 种子、 髓、 花药等组织或器官进行培养， 发展到从器官诱导到愈伤组织、 冠瘿组织、 毛状根进行培养，再发展为细胞培养
15、。目前还借助植物基因工程技术通过农杆菌介导的转化获得基因药用植物， 利用转基因组织和器官培养生产药用成分。目前药用植物的组织培养的主要应用 4.利用试管微繁生产大量种苗以满足药用植 物人工栽培的需要药用植物种 苗的快速繁殖由于野生药材资源日益枯竭， 人工栽培品种品质不稳定， 生物技术的兴起对传统药材的生产展示了广泛的应用前景。组织培养是现代最先进的植物繁殖技术， 通过利用植物细胞再生能力， 培育出完整植株。利用植物组织培养技术进行药用植株无性繁殖， 解决药用植物天然资源不足的棘手问题， 具有成本低、 高效率、 生产周期短、 无性遗传特性一致的优点。特别是对某些种子繁殖慢、 难繁殖的药用植物。组
16、织培养通过选择材料的部位 （如根、 茎、 叶的段、片、 块等） ， 运用培养基获得芽体， 最后培养成为植株。现在已经在药用 植物中广泛应用， 已在上百种药用植物上成功完成组织培养。例如组织培养技术已成功运用于石斛、 桔梗、 丹参、 地黄、 绞股蓝、 半夏、 杜仲、 怀山药、 麻黄、 银杏、 肉苁蓉、 黄芪、红景天、 西洋参、 雪莲、 桔梗、 五味子、 何首乌、 金线莲等药用植物。此外在药用植物育种方面， 一些药用植物收种困难或种子的发芽率低， 有的栽种时耗种量大而繁殖系数小 （例如贝母、 番红花） ，运用组织培养可以短期内繁殖出植株， 解决供种不足的问题。在预防病虫害方面， 该项技术主要运用在
17、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、 依靠无性繁殖提供 “种子”而无性繁殖系数低且种子需求量大的药用植物、濒危或有极高药用价值的药用植物的引种驯化。 2.3 药用植物组织培养在中药领域的应用 1 大规模快速无性繁殖的药用植物组织细胞培养 ,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，运用组织培养的方法可大大提高繁殖效率。 【 19】 2.药用植物由于受到不良因素的影响，易退化和变种，影响品质和产量。可利用组织培养选用优良品种的药用植物储备足够的活种质 ，以便应用它们来开发研制。 3 培养无
18、病的药用植物品种，促进良种栽培许多植物在自然生长环境往往患有病毒，且代代相传，严重影响中药材的产量和质量。 4.生产药物活性成分随着中药在临床的广泛使用，特别是珍贵药用植物资源匮乏、生长缓慢、产量低，难以满足临床的需要，利用药用植物组织培养技术生产药用活性成分来代替原植物 .目前，进行植物组织细胞培养研究的植物已达百余种，其中以生产次生代谢产物研究的细胞工程近 100 多种，从组织细胞培养物中产生的天然药物活性成分有 600 种左右，包括生物碱、醌类、甾醇、皂苷、酶类等。 【 20】 三、总结部分 通过查阅文献，对药用植物组织培养方法，其主要的应用 以及药用植物重要性有了基本的了解。到 目前
19、为止， 植物组织培养已成功用于药用植物。 药用植物资源是人类健康的物质基础，药用植物资源是新药开发的重要源泉和模型依据。组织培养是现代最先进的植物繁殖技术， 通过利用植物细胞再生能力， 培育出完整植株。利用植物组织培养技术进行药用植株无性繁殖， 解决药用植物天然资源不足的棘手问题， 具有成本低、 高效率、 生产周期短、 无性遗传特性一致的优点。药用植物在中国传统医学中具有重要地位。近年来， 植物组织培养技术也渗入到了古老的中药研究中， 它丰富了传统药用植物研究内容， 借助 植物组织培养， 可以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， 为解决传统药材的资源与品质提供崭新的途径
20、。而药用植物的组织培养作为生物制药的主要技术之一是生物工程研究开发和应用中最活跃、 进展最快的领域，被公认为是二十一世纪最有前途的产业之一。 二、 参考文献 【 1】 王雨华，裴盛基，许建初 .中国药用植物资源可持续管理的实践与建议【 J】 24 卷掷 4期 资源科学 vol 24， No 4 【 2】 杨利民，韩梅，张连学，药用植物资源的可持续利用及其【 J】种群生态学研究与展望 ,1000-5684(2006)04-0383 06 【 3】 闵庆文欧阳志三可持续发展的生态学思考【 M】农村生态环境 1998， 14(2)： 4044 【 4】 杨利民，韩梅，张连学，药用植物资源的可持续利用
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