生物技術(shù)是本世紀(jì)發(fā)展最快、最有生命力的一門高技術(shù)前沿學(xué)科，它在中藥材品種改良方面具有很好的應(yīng)用潛力，在現(xiàn)階段尤以細(xì)胞工程技術(shù)相對(duì)比較成熟一些，應(yīng)用的可能性更大。目前，國(guó)內(nèi)外廣泛開展的生物技術(shù)育種工作主要有以下幾個(gè)方面：
一、單倍體育種
自1964年Guha等獲得曼陀羅的花藥單倍體植株以來，單倍體育種在國(guó)際上引起很大重視，各國(guó)紛紛開展這方面的研究工作，并已先后在水稻、小麥、油菜、苜蓿以及許多藥用植物中獲得單倍體植株，共計(jì)70個(gè)屬206個(gè)種。美國(guó)、日本、加拿大、印度、中國(guó)、澳大利亞及一些國(guó)際研究機(jī)構(gòu)都高度重視該項(xiàng)技術(shù)的育種應(yīng)用價(jià)值，紛紛將其應(yīng)用于品種改良，并已獲得了一些優(yōu)良品種應(yīng)用于生產(chǎn)。通過單倍體途徑選育新品種，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其來自父母本的顯隱性狀均可以當(dāng)代表現(xiàn)出來，經(jīng)染色體加倍就可以得到純合的二倍體。這是一個(gè)較快培育出新品種的方法。
我國(guó)在藥用植物的花藥培養(yǎng)方面也做了很多的工作。1979年，我國(guó)首先用地黃花粉誘導(dǎo)出了綠色植物，并對(duì)獲得的植株進(jìn)行了染色體鑒定。1980年，又報(bào)道了用烏頭的花藥成功培養(yǎng)出完整植株。同年，用薏苡花粉孢子體也培養(yǎng)出植株，并對(duì)花粉植株進(jìn)行了染色體鑒定。1981年，用寧夏枸杞花藥培養(yǎng)成功，獲得了花粉植株。1985年用寧夏枸杞未授粉的子房培養(yǎng)，獲得了再生植株，還從中鑒定出了同源四倍體新類型，為選育枸杞新品種、新類型奠定了基礎(chǔ)。1986年，人參、平貝母的花藥培養(yǎng)成功，獲得了再生植株。
二、多倍體育種
染色體是植物遺傳基因的主要載體，因此染色體組倍數(shù)性的變化是導(dǎo)致植物產(chǎn)生較大遺傳變異、產(chǎn)生新品種的重要方面。植物多倍體一般具有根、莖、葉、花、果的巨型性，抗逆性強(qiáng)，藥用成分含量高等特性，這正是藥材的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)育種所希望達(dá)到的目的，因此藥用植物的多倍體育種具有較高的應(yīng)用價(jià)值和增產(chǎn)潛力。例如菖蒲在長(zhǎng)期自然變異過程中形成了二倍體、三倍體、四倍體和六倍體各種類型。據(jù)化學(xué)測(cè)定，其根莖的含油量、精油的化學(xué)成分，植物體內(nèi)草酸鈣的含量均與染色體倍數(shù)有關(guān)，二倍體中不含(-細(xì)辛醚，三倍體含20％～30％的(-細(xì)辛醚和順甲異丁香油酚的混合物，四倍體精油中含有比三倍體高兩倍的(-細(xì)辛醚。據(jù)日本光罔佑彥報(bào)道，白花曼陀羅四倍體生藥重量為二倍體的l.72倍，總生物堿含量是二倍體的1.76倍，表現(xiàn)出多倍體育種的優(yōu)異效果。四倍體蛔蒿中山道年的含量達(dá)到2.46％，而二倍體蛔蒿中只含0.8％，四倍體中山道年含量是二倍體的三倍之多。此外，日本學(xué)者還育出了甘菊的四倍體品種，其甘菊含量是二倍體的1.2倍，花體積是二倍體的2.3倍，因此日本把多倍體育種作為藥用植物的重要育種方法之一，并廣泛應(yīng)用。我國(guó)也對(duì)當(dāng)歸、牛膝、板藍(lán)根進(jìn)行了多倍體育種，獲得了新品種，取得了較好的增產(chǎn)效益。
用植株和種子處理獲得多倍體是成功的，但是存在著工作量大，易出現(xiàn)嵌合體等缺點(diǎn)。在組織培養(yǎng)中，用秋水仙素等誘變劑處理培養(yǎng)的愈傷組織胚狀體或叢生芽從而獲得多倍體植株，是誘發(fā)產(chǎn)生多倍體的較好方法。近十年來，我們教研室先后承擔(dān)了國(guó)家科技部、國(guó)家中醫(yī)藥管理局和江蘇省科技廳下達(dá)的丹參、黃芩、柴胡、菊花和薄荷等大宗藥材的生物技術(shù)多倍體育種技術(shù)的研究課題，經(jīng)過課題組人員十年的努力，目前已經(jīng)如期地完成了丹參和黃芩的多倍體優(yōu)良品種的選育工作，其中丹參多倍體優(yōu)良品種已經(jīng)于1995年通過國(guó)家藥品監(jiān)督管理局的科技成果鑒定，并于1996年列入國(guó)家科技部重點(diǎn)科技成果推廣項(xiàng)目。目前已經(jīng)在江蘇省和陜西省天士力丹參藥源基地大面積示范推廣，取得了明顯的增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)效果。黃芩多倍體優(yōu)良品種也已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家中醫(yī)藥管理局的科技成果鑒定，并正在進(jìn)行中。柴胡、菊花、薄荷和桔梗的多倍體育種工作也正在進(jìn)行，取得了比較理想的效果�，F(xiàn)以丹參和黃芩為例，將目前藥材生產(chǎn)中的質(zhì)量問題和我們進(jìn)行生物技術(shù)多倍體育種所取得的實(shí)際增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)效果作一介紹。
丹參是我國(guó)大宗藥材，以干燥根莖入藥，具有祛瘀止痛，活血通經(jīng)，清心除煩和滋補(bǔ)作用，主要用于心血管系統(tǒng)疾病，長(zhǎng)期以來廣泛地應(yīng)用于臨床和制劑，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求量很大。丹參藥材生產(chǎn)上主要采用切根繁殖，品種退化混雜嚴(yán)重，藥材產(chǎn)量和化學(xué)成分逐年下降，質(zhì)量得不到保證。按國(guó)家藥典規(guī)定，丹參藥材的丹參酮ⅡA含量不能低于0.2％，可是目前丹參藥材中丹參酮ⅡA的含量大部分只有0.05％～0.15％，長(zhǎng)期低于國(guó)家藥典規(guī)定的水平。 為此，我們應(yīng)用組織培養(yǎng)新技術(shù)，對(duì)地道丹參品種進(jìn)行優(yōu)良品種的培育，經(jīng)過八年努力，培育出了產(chǎn)量高，藥材質(zhì)量好的優(yōu)良品種，經(jīng)過多年試種和鑒定，多倍體優(yōu)良品種丹參藥材的丹參酮ⅡA的含量達(dá)到了0.3％～0.4％，達(dá)到和超過了國(guó)家藥典規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)要求，同時(shí)丹參素的含量也比普通丹參提高了80％。該優(yōu)良品種在田間生長(zhǎng)旺盛，整齊，純度高，根部藥材色澤紫紅，粗細(xì)均勻，藥材外觀質(zhì)量高，達(dá)到特級(jí)或一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，真正達(dá)到了高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的要求。在多倍體優(yōu)良品種培育成功的同時(shí)，我們采用組織培養(yǎng)快繁技術(shù)，繁殖出了大量植株進(jìn)行示范擴(kuò)大試驗(yàn)，在大面積推廣中產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)效益和長(zhǎng)期的社會(huì)效益。
黃芩也是我國(guó)的主要藥材，多年生草本，以根入藥，主產(chǎn)于我國(guó)華北地區(qū)，尤以河北省承德地區(qū)最好，每年除國(guó)內(nèi)銷售外，大量出口東南亞各國(guó)、北美及歐洲地區(qū)。黃芩主要有效成分為黃芩苷，具有抗菌、抗病毒、抗真菌、解熱、降壓和抗癌作用，廣泛用于臨床。黃芩目前人工種植發(fā)展很快，一般采用分株和種子繁殖，長(zhǎng)期以來，只種不選，自繁自種，品種混雜，化學(xué)成分含量不斷下降。按國(guó)家藥典規(guī)定，黃芩藥材的黃芩苷含量不能低于8.0％，可是目前黃芩藥材中黃芩苷含量大部分只有6.0％。為此，我們應(yīng)用組織培養(yǎng)新技術(shù)，對(duì)河北承德地區(qū)的地道黃芩品種進(jìn)行優(yōu)良品種的培育，經(jīng)過六年努力，培育出了產(chǎn)量高，藥材質(zhì)量好的黃芩優(yōu)良品種，經(jīng)過兩年試種和鑒定，多倍體優(yōu)良品種黃芩藥材的黃芩苷的含量達(dá)到了12％～15％，達(dá)到和超過了國(guó)家藥典規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)要求，同時(shí)產(chǎn)量比原黃芩品種增加了120％，真正達(dá)到了高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的要求。同時(shí)，我們采用組織培養(yǎng)快繁技術(shù)，繁殖出了大量植株進(jìn)行示范擴(kuò)大試驗(yàn)，表現(xiàn)出生長(zhǎng)旺盛，整齊，純度高，根部藥材深黃，粗細(xì)均勻，藥材外觀質(zhì)量高，達(dá)到特級(jí)或一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在大面積推廣中將產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益和長(zhǎng)期的社會(huì)效益。
丹參和黃芩多倍體育種課題的研究實(shí)踐證明，多倍體育種在藥用植物上具有特殊的應(yīng)用價(jià)值，尤其對(duì)根莖類無性繁殖為主的中藥材，藥材增產(chǎn)效果顯著，為我國(guó)藥材的育種工作開辟了有效育種途徑。我們把生物技術(shù)的先進(jìn)手段和傳統(tǒng)育種技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，將農(nóng)業(yè)科研中成熟的育種經(jīng)驗(yàn)引進(jìn)藥用植物的育種中，充分考慮藥用植物的特殊要求，對(duì)誘導(dǎo)獲得的優(yōu)良品系，重點(diǎn)進(jìn)行根部藥材化學(xué)成分測(cè)定和產(chǎn)量比較試驗(yàn)，從中選出的優(yōu)良品系不僅農(nóng)藝性狀好，產(chǎn)量高，而且藥材的有效化學(xué)成分含量也較高，藥材質(zhì)量達(dá)到特級(jí)或一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，我們建立并優(yōu)化了藥用植物組織培養(yǎng)、快速繁殖、生根移栽的全套方法技術(shù)。一旦獲得藥用植物優(yōu)良品種或品系后，在最佳培養(yǎng)基上培養(yǎng)，就能在較短的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出大量叢生芽和克隆試管苗，再移栽到大田生產(chǎn)，采用克隆技術(shù)，一年中可快速繁殖數(shù)十萬(wàn)優(yōu)質(zhì)種苗，從而為優(yōu)良品系的大面積推廣生產(chǎn)提供繁苗的技術(shù)保證。
我們多年的研究工作實(shí)踐證明，應(yīng)用生物新技術(shù)進(jìn)行中藥材優(yōu)良品種的培育（包括多倍體育種和其他育種技術(shù)）和克隆化快速繁殖，然后按國(guó)家GAP要求建立大面積基地生產(chǎn)，是從根本上解決目前我國(guó)中藥材質(zhì)量問題的有效途徑。只有解決了這個(gè)源頭問題，其他問題（包括用中藥材制成的中成藥系列產(chǎn)品）才會(huì)迎刃而解。
一、單倍體育種
自1964年Guha等獲得曼陀羅的花藥單倍體植株以來，單倍體育種在國(guó)際上引起很大重視，各國(guó)紛紛開展這方面的研究工作，并已先后在水稻、小麥、油菜、苜蓿以及許多藥用植物中獲得單倍體植株，共計(jì)70個(gè)屬206個(gè)種。美國(guó)、日本、加拿大、印度、中國(guó)、澳大利亞及一些國(guó)際研究機(jī)構(gòu)都高度重視該項(xiàng)技術(shù)的育種應(yīng)用價(jià)值，紛紛將其應(yīng)用于品種改良，并已獲得了一些優(yōu)良品種應(yīng)用于生產(chǎn)。通過單倍體途徑選育新品種，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其來自父母本的顯隱性狀均可以當(dāng)代表現(xiàn)出來，經(jīng)染色體加倍就可以得到純合的二倍體。這是一個(gè)較快培育出新品種的方法。
我國(guó)在藥用植物的花藥培養(yǎng)方面也做了很多的工作。1979年，我國(guó)首先用地黃花粉誘導(dǎo)出了綠色植物，并對(duì)獲得的植株進(jìn)行了染色體鑒定。1980年，又報(bào)道了用烏頭的花藥成功培養(yǎng)出完整植株。同年，用薏苡花粉孢子體也培養(yǎng)出植株，并對(duì)花粉植株進(jìn)行了染色體鑒定。1981年，用寧夏枸杞花藥培養(yǎng)成功，獲得了花粉植株。1985年用寧夏枸杞未授粉的子房培養(yǎng)，獲得了再生植株，還從中鑒定出了同源四倍體新類型，為選育枸杞新品種、新類型奠定了基礎(chǔ)。1986年，人參、平貝母的花藥培養(yǎng)成功，獲得了再生植株。
二、多倍體育種
染色體是植物遺傳基因的主要載體，因此染色體組倍數(shù)性的變化是導(dǎo)致植物產(chǎn)生較大遺傳變異、產(chǎn)生新品種的重要方面。植物多倍體一般具有根、莖、葉、花、果的巨型性，抗逆性強(qiáng)，藥用成分含量高等特性，這正是藥材的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)育種所希望達(dá)到的目的，因此藥用植物的多倍體育種具有較高的應(yīng)用價(jià)值和增產(chǎn)潛力。例如菖蒲在長(zhǎng)期自然變異過程中形成了二倍體、三倍體、四倍體和六倍體各種類型。據(jù)化學(xué)測(cè)定，其根莖的含油量、精油的化學(xué)成分，植物體內(nèi)草酸鈣的含量均與染色體倍數(shù)有關(guān)，二倍體中不含(-細(xì)辛醚，三倍體含20％～30％的(-細(xì)辛醚和順甲異丁香油酚的混合物，四倍體精油中含有比三倍體高兩倍的(-細(xì)辛醚。據(jù)日本光罔佑彥報(bào)道，白花曼陀羅四倍體生藥重量為二倍體的l.72倍，總生物堿含量是二倍體的1.76倍，表現(xiàn)出多倍體育種的優(yōu)異效果。四倍體蛔蒿中山道年的含量達(dá)到2.46％，而二倍體蛔蒿中只含0.8％，四倍體中山道年含量是二倍體的三倍之多。此外，日本學(xué)者還育出了甘菊的四倍體品種，其甘菊含量是二倍體的1.2倍，花體積是二倍體的2.3倍，因此日本把多倍體育種作為藥用植物的重要育種方法之一，并廣泛應(yīng)用。我國(guó)也對(duì)當(dāng)歸、牛膝、板藍(lán)根進(jìn)行了多倍體育種，獲得了新品種，取得了較好的增產(chǎn)效益。
用植株和種子處理獲得多倍體是成功的，但是存在著工作量大，易出現(xiàn)嵌合體等缺點(diǎn)。在組織培養(yǎng)中，用秋水仙素等誘變劑處理培養(yǎng)的愈傷組織胚狀體或叢生芽從而獲得多倍體植株，是誘發(fā)產(chǎn)生多倍體的較好方法。近十年來，我們教研室先后承擔(dān)了國(guó)家科技部、國(guó)家中醫(yī)藥管理局和江蘇省科技廳下達(dá)的丹參、黃芩、柴胡、菊花和薄荷等大宗藥材的生物技術(shù)多倍體育種技術(shù)的研究課題，經(jīng)過課題組人員十年的努力，目前已經(jīng)如期地完成了丹參和黃芩的多倍體優(yōu)良品種的選育工作，其中丹參多倍體優(yōu)良品種已經(jīng)于1995年通過國(guó)家藥品監(jiān)督管理局的科技成果鑒定，并于1996年列入國(guó)家科技部重點(diǎn)科技成果推廣項(xiàng)目。目前已經(jīng)在江蘇省和陜西省天士力丹參藥源基地大面積示范推廣，取得了明顯的增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)效果。黃芩多倍體優(yōu)良品種也已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家中醫(yī)藥管理局的科技成果鑒定，并正在進(jìn)行中。柴胡、菊花、薄荷和桔梗的多倍體育種工作也正在進(jìn)行，取得了比較理想的效果�，F(xiàn)以丹參和黃芩為例，將目前藥材生產(chǎn)中的質(zhì)量問題和我們進(jìn)行生物技術(shù)多倍體育種所取得的實(shí)際增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)效果作一介紹。
丹參是我國(guó)大宗藥材，以干燥根莖入藥，具有祛瘀止痛，活血通經(jīng)，清心除煩和滋補(bǔ)作用，主要用于心血管系統(tǒng)疾病，長(zhǎng)期以來廣泛地應(yīng)用于臨床和制劑，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求量很大。丹參藥材生產(chǎn)上主要采用切根繁殖，品種退化混雜嚴(yán)重，藥材產(chǎn)量和化學(xué)成分逐年下降，質(zhì)量得不到保證。按國(guó)家藥典規(guī)定，丹參藥材的丹參酮ⅡA含量不能低于0.2％，可是目前丹參藥材中丹參酮ⅡA的含量大部分只有0.05％～0.15％，長(zhǎng)期低于國(guó)家藥典規(guī)定的水平。 為此，我們應(yīng)用組織培養(yǎng)新技術(shù)，對(duì)地道丹參品種進(jìn)行優(yōu)良品種的培育，經(jīng)過八年努力，培育出了產(chǎn)量高，藥材質(zhì)量好的優(yōu)良品種，經(jīng)過多年試種和鑒定，多倍體優(yōu)良品種丹參藥材的丹參酮ⅡA的含量達(dá)到了0.3％～0.4％，達(dá)到和超過了國(guó)家藥典規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)要求，同時(shí)丹參素的含量也比普通丹參提高了80％。該優(yōu)良品種在田間生長(zhǎng)旺盛，整齊，純度高，根部藥材色澤紫紅，粗細(xì)均勻，藥材外觀質(zhì)量高，達(dá)到特級(jí)或一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，真正達(dá)到了高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的要求。在多倍體優(yōu)良品種培育成功的同時(shí)，我們采用組織培養(yǎng)快繁技術(shù)，繁殖出了大量植株進(jìn)行示范擴(kuò)大試驗(yàn)，在大面積推廣中產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)效益和長(zhǎng)期的社會(huì)效益。
黃芩也是我國(guó)的主要藥材，多年生草本，以根入藥，主產(chǎn)于我國(guó)華北地區(qū)，尤以河北省承德地區(qū)最好，每年除國(guó)內(nèi)銷售外，大量出口東南亞各國(guó)、北美及歐洲地區(qū)。黃芩主要有效成分為黃芩苷，具有抗菌、抗病毒、抗真菌、解熱、降壓和抗癌作用，廣泛用于臨床。黃芩目前人工種植發(fā)展很快，一般采用分株和種子繁殖，長(zhǎng)期以來，只種不選，自繁自種，品種混雜，化學(xué)成分含量不斷下降。按國(guó)家藥典規(guī)定，黃芩藥材的黃芩苷含量不能低于8.0％，可是目前黃芩藥材中黃芩苷含量大部分只有6.0％。為此，我們應(yīng)用組織培養(yǎng)新技術(shù)，對(duì)河北承德地區(qū)的地道黃芩品種進(jìn)行優(yōu)良品種的培育，經(jīng)過六年努力，培育出了產(chǎn)量高，藥材質(zhì)量好的黃芩優(yōu)良品種，經(jīng)過兩年試種和鑒定，多倍體優(yōu)良品種黃芩藥材的黃芩苷的含量達(dá)到了12％～15％，達(dá)到和超過了國(guó)家藥典規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)要求，同時(shí)產(chǎn)量比原黃芩品種增加了120％，真正達(dá)到了高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的要求。同時(shí)，我們采用組織培養(yǎng)快繁技術(shù)，繁殖出了大量植株進(jìn)行示范擴(kuò)大試驗(yàn)，表現(xiàn)出生長(zhǎng)旺盛，整齊，純度高，根部藥材深黃，粗細(xì)均勻，藥材外觀質(zhì)量高，達(dá)到特級(jí)或一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在大面積推廣中將產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益和長(zhǎng)期的社會(huì)效益。
丹參和黃芩多倍體育種課題的研究實(shí)踐證明，多倍體育種在藥用植物上具有特殊的應(yīng)用價(jià)值，尤其對(duì)根莖類無性繁殖為主的中藥材，藥材增產(chǎn)效果顯著，為我國(guó)藥材的育種工作開辟了有效育種途徑。我們把生物技術(shù)的先進(jìn)手段和傳統(tǒng)育種技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，將農(nóng)業(yè)科研中成熟的育種經(jīng)驗(yàn)引進(jìn)藥用植物的育種中，充分考慮藥用植物的特殊要求，對(duì)誘導(dǎo)獲得的優(yōu)良品系，重點(diǎn)進(jìn)行根部藥材化學(xué)成分測(cè)定和產(chǎn)量比較試驗(yàn)，從中選出的優(yōu)良品系不僅農(nóng)藝性狀好，產(chǎn)量高，而且藥材的有效化學(xué)成分含量也較高，藥材質(zhì)量達(dá)到特級(jí)或一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，我們建立并優(yōu)化了藥用植物組織培養(yǎng)、快速繁殖、生根移栽的全套方法技術(shù)。一旦獲得藥用植物優(yōu)良品種或品系后，在最佳培養(yǎng)基上培養(yǎng)，就能在較短的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出大量叢生芽和克隆試管苗，再移栽到大田生產(chǎn)，采用克隆技術(shù)，一年中可快速繁殖數(shù)十萬(wàn)優(yōu)質(zhì)種苗，從而為優(yōu)良品系的大面積推廣生產(chǎn)提供繁苗的技術(shù)保證。
我們多年的研究工作實(shí)踐證明，應(yīng)用生物新技術(shù)進(jìn)行中藥材優(yōu)良品種的培育（包括多倍體育種和其他育種技術(shù)）和克隆化快速繁殖，然后按國(guó)家GAP要求建立大面積基地生產(chǎn)，是從根本上解決目前我國(guó)中藥材質(zhì)量問題的有效途徑。只有解決了這個(gè)源頭問題，其他問題（包括用中藥材制成的中成藥系列產(chǎn)品）才會(huì)迎刃而解。