3.基因工程
隨著20世紀60年代生命的本質——DNA雙螺旋的發現,以及隨後發展起來的分子生物學理論知識和進入90年代後蓬勃發展起來的分子生物學技術,分子生物學不斷地滲入到了植物藥研究領域。植物次生代謝關鍵酶的分子克隆和基因工程成為解決藥用植物資源問題,實現中藥現代化的又一手段。隨著人們對植物次生代謝途徑認識的深入和分子生物學理論與技術的成熟,利用基因工程來改變植物的次生代謝,以期獲得更多的藥用成分已成為人們研究的趨勢。目前已有一些編碼植物次生代謝中的關鍵酶基因被克隆,人們可以采用基因工程的方法,在分子水平上改造細胞株或再生植株,對藥用植物次生代謝進行調控。在目前的研究中,最有成效的工作是Heide等在遼寧紫草細胞培養中,研究了與紫草寧生物合成相關的酶類,初步確定了紫草寧生物合成的關鍵酶是對羥基苯甲酸-龍牛兒基轉移酶。在紫杉醇研究方麵,自Rodney Croteau成功地確定並分離純化了催化紫杉醇三環二萜骨架合成第一步反應的紫杉二烯合成酶後,他們又進一步測定了該酶的序列(Lin X,1996),為紫杉醇生物合成的基因改造提供了一定的理論基礎。
在青蒿素方麵,中科院植物所的葉和春研究員課題組已克隆出了青蒿素生物合成途徑中的四個關鍵酶基因(戴均貴,2000),並且利用農杆菌Ti和Ri質粒轉基因係統介導了目的基因的轉化,得到了青蒿素含量顯著提高的植物材料。Wallaart等人(2001)克隆了青蒿中紫穗槐-4,11-二烯合成酶基因,並分析了轉入該基因的煙草中紫穗槐-4,11-二烯合成酶活性增加,同時紫穗槐-4,11-二烯的積累量從0.2ng/gfw上升到1.7ng/gfw。在長春花的研究中,參與長春花生物堿生物合成的一些酶,如異胡豆苷合成酶(SSS)、色氨酸脫羧酶(TDC)、鄰氨基苯甲酸合成酶(AS)等已被部分或完全純化,幾個酶的編碼基因已被克隆。在轉基因研究方麵,Hashimoto等人(1993)嚐試在顛茄毛狀根中表達天仙子屬的天仙子胺-6-β-羥化酶基因,結果提高了毛狀根中天仙子堿的總量。所以,如果人們克隆到了那些合成藥用成分的關鍵酶基因,結合基因工程的方法對培養的細胞進行基因改造,提高某些酶的活性,或通過轉基因的方法提高該酶的表達,從而將大大提高藥用成分的產量。同時也可將那些關鍵酶基因導入微生物細胞,利用發酵工程得到那些關鍵酶,再利用固定酶技術,加入藥用成分的前體進行生物轉化,得到單一的產物。現在,植物基因工程用於生產植物藥用成分才剛剛開始,還有很大的發展空間,植物細胞和基因工程的成熟將從根本上解決藥用植物的原料匱乏問題,實現植物藥產業的可持續發展。
4.結束語
藥用植物資源日漸匱乏是一個擺在每一位科研工作者麵前的問題,如何才能夠保護藥用植物的野生資源,做到可持續開發利用還需要我們繼續努力思考和實踐。在植物藥的研究領域中,生物技術的應用越來越廣泛。過去的幾十年來,植物細胞和器官大量培養技術取得了令人矚目的發展,把人們當初的夢想變成了現實。毫無疑問,它的飛速發展將給傳統的中藥產業帶來巨大的變革,對中草藥走向現代化,走向世界產生積極的作用。當前,工作的重點是要加深對藥用植物有效成分生物合成途徑的認識,並通過分子生物學技術獲得控製這些藥用成分合成的關鍵酶基因,最終在分子水平上控製細胞代謝,使得培養細胞或器官成為一座“生物工廠”,生產出人們所需要的成分。
雖然人們在中草藥的人工種植和生物技術介入中草藥生產方麵取得了一定成績,但是要完全實現藥用植物資源的可持續開發利用還有很長的路要走,本文希望能夠起到拋磚引玉的作用。作為一位炎黃子孫,我們有責任將我們的民族醫藥科學遺產——中醫藥發揚光大,保護好我們的藥用植物資源,為子孫造福,為全人類造福。
天目山野生藥用植物資源及其保護與開發
王祖良趙明水。(浙江天目山國家級自然保護區管理局,杭州,311311)
摘要:
通過對天目山自然保護區植物資源的係統調查和鑒定,並根據現有文獻資源,初步整理出該區具有藥用價值的植物172科1194種。其中蕨類植物28科96種,種子植物144科1098種。按其功能劃分成清熱解表、祛風除濕、祛痰、理氣活血、補益安神等11類。並對野生藥用植物資源的保護與開發提出了建議。
關鍵詞:藥用植物資源;自然保護區;天目山;保護、開發