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人工种植野生药材的关键技术(中药现代化系列7)

楼主 中药网管理员0102

1.野生变家种、家养

实现野生药材的人工繁育是实现濒危药材生产、满足药用的最重要途径。其基本做法是在与野生药材生态环境相似的地区,按照药用植物、药用动物生长习性及对生态环境的要求,创造其生长发育和繁殖的合适条件,应用采自野生环境或人工繁育的繁殖材料,实现人工控制条件下生长,并在适当的生长年龄和生长季节,采用合适的方法进行采收和产地初加工。该方法已广泛应用于濒危药材的繁育,近百种野生药材人工种植取得了成功。其中数项专门技术近年形成并得到了较好发展。

1.寄生植物人工接种技术

寄生植物是指一类不含叶绿素或含叶绿素很少,不能制造或部分制造养分,完全或部分靠吸取寄主植物的养分和水分进行生长的植物。中药中有多种植物属于寄生植物,如肉苁蓉、锁阳、列当、菟丝子、桑寄生、槲寄生等。寄生植物由于其生长方式的特殊性,不仅自然繁殖能力很弱,而且人工种植的难度也很大。

以肉苁蓉为例,通过研究发现肉苁蓉种子能够诱导寄主根产生毛状根,并向肉苁蓉种子方向生长,同时,寄主根产生的信号物质诱导肉苁蓉种子萌发,并形成约5mm长的吸器,只要肉苁蓉种子撒在寄主根附近就能够接种。同时,发现肉苁蓉种子需要低温层积才能萌发,并发现了肉苁蓉种子萌发诱导物质氟啶酮,有效解决了肉苁蓉种子的接种问题。

针对寄主植物老化,接种率明显下降的问题,发明了断根接种法,解决了成年或老化寄主植物的接种问题。针对南疆地区管花肉苁蓉冬季低温发生冻害问题,推广浅种秋采,边采挖、边补种的技术,不仅解决了冻害问题,而且提高了肉苁蓉的产量。

2.诱导型药用植物药材诱导理论和技术

有一类药用植物,药用有效成分在植株正常生长发育过程中不形成或很难形成,需受到外界生物或非生物胁迫植株才启动生物合成,最为典型的是珍稀名贵南药沉香,以及龙血竭、降香、檀香、安息香等珍稀濒危南药。

沉香的研究中,在原创性解析了“伤害诱导白木香防御反应形成沉香”机制基础上,借鉴林木上采用输液法给树木输送营养液促进树木生长的方法,将之转变给白木香输导伤害刺激液,优化出高效、安全结香液配方,可刺激诱导树木启动自身防御反应,诱导整棵树内部持续自然产香,发明了世界领先的“通体结香技术”,并已实现技术标准化、产业化;同时,诱导理论与方法也成功用于珍稀南药降香心材诱导,发明了降香心材整体形成技术。

创新建立的伤害诱导防御反应结香理论及通体结香技术,对解决多种南药资源濒危困扰临床供应,以及一些世界性濒危药用植物资源持续利用有重大理论和应用价值。

3.动物药材野生变家种、家养技术

动物药材野生变家种、家养技术包括养麝取香、人工养殖水蛭、人工养殖蟾蜍、现代新型养熊引流熊胆等。其中养熊引流熊胆曾有很大的争议,我们主张“要熊胆更要人道”。熊胆应用历史悠久,目前尚不可替代,养殖熊通过现代新型胆囊造瘘引流获取胆汁为人类防治疾病发挥了重要作用,但人工引流熊胆不能用于生产保健品和化妆品,要积极开展替代品研究与开发。

2.野生抚育

如何提高栽培药材质量,使其与野生药材相近,保证生产药材的天然性,备受人们关注。中药材野生抚育是野生药材采集与药材栽培的有机结合,是中药材农业产业化生产经营的新模式。根据动植物药材生长特性及对生态环境条件的要求,在其原生或相类似的环境中,人为或自然增加种群数量,使其资源量达到能为人们采集利用,并能继续保持群落平衡的一种药材生产方式,近年发展势头良好。已成为中药材生态栽培的主要方式,包括药用植物和药用动物野生抚育。中药材野生抚育的基本方式有:封禁、人工管理、人工补种、仿野生栽培等。

封禁指以封闭抚育区域、禁止采挖为基本手段,促进目标药材种群的扩繁。即把野生目标药材分布较为集中的地域通过各种措施封禁起来,借助药材的天然下种或萌芽增加种群密度。封禁的措施有划定区域、采用公示牌标示、人工看护、围封等各种方式。典型药材有甘草、麻黄的围栏养护。

人工管理指在封禁基础上,对野生药材种群及其所在的生物群落或生长环境施加人为管理,创造有利条件,促进药材种群生长和繁殖。人工管理措施因药材不同而异,如五味子的育苗补栽、搭用天然架、修剪、人工辅助授粉及施肥、灌水、松土、防治病虫害等,野生大叶白麻(罗布麻)的管理措施则有清除混生植物、灭茬更新等,刺五加采用间伐混交林的方式,冬虫夏草采用寄主昆虫接种等。

人工补种指在封禁基础上,根据野生药材的繁殖方式、繁殖方法,在药材原生地人工栽种种苗或播种,人为增加药材种群数量。如野生黄芪抚育采取人工撒播栽培繁育的种子,刺五加采用带根移栽等。

仿野生栽培指在基本没有野生目标药材分布的原生环境或相类似的天然环境中,完全采用人工种植的方式,培育和繁殖目标药材种群。仿野生栽培时,药材在近乎野生的环境中生长,不同于中药材的间作或套种,如林下栽培人参、天麻、石斛等。

3.生物技术

利用现代生物技术实现中药资源的有效保护和可持续利用已成为濒危药材生产的重要手段之一,其中产业化应用最为成功的是以铁皮石斛组织培养为代表的快繁技术。

1.植物细胞工程与中药资源再生

我国药用植物组织培养工作始于20世纪60年代中期,发展于70—80年代。红豆杉、铁皮石斛、金线莲等珍稀药用植物的快速繁殖或脱毒组织培养。从20世纪80年代末以来,我国药用植物细胞工程研究从筛选高产组织或细胞系、优化培养条件以期降低成本及提高次生代谢产物产量,过渡到了对次生代谢产物生物合成途径的调控,已建立了紫草、三尖杉、甘草、红豆杉等药用植物细胞的液体培养系统。

2.毛状根培养与药用植物次生代谢产物生产

药用植物本身就是产生一些有价值的次生代谢产物的载体,其中以Ri质粒转化的毛状根培养最受关注。通过发根农杆菌侵染药用植物细胞后将其自身携带的Ri质粒上T-DNA基因转移并整合进入药用植物细胞基因组当中,从而诱导药用植物细胞产生大量被称为毛状根的不定根。由于毛状根具有激素自养、生长迅速、生长周期短等特点,同时由于它是分化程度很高的器官培养物,所以代谢通路的表达比较完整,活性物质的高效合成较为稳定。短叶红豆杉、商陆、长春花等建立了相应的体系。

3.中药发酵技术

以中草药发酵生产药物的起步相对较晚,20世纪80年代研究主要集中在真菌类自身发酵产生次生代谢物,如灵芝菌丝体、冬虫夏草菌丝体发酵等。多为单一发酵,方式有固体发酵和液体发酵之分。云芝、蜜环菌等采取固体发酵方式生产。液体发酵技术是在抗生素工业发展起来后才运用到药用真菌发酵中的,具有可进行工业化连续生产、规模大、产量高、发酵周期短和生产效益高等优点。

4.酶工程技术

通过酶工程技术在温和条件下对药效成分进行高选择性转化,不仅能克服工业常用提取方法中提取率低、工序复杂等问题,还能提高提取体系的澄清度、改变药材质地,同时利用酶作为生物催化剂,可对中药化学成分进行生物转化,修饰其结构或活性位点,从而获得新活性化合物。如工业生产薯蓣皂苷元自然发酵体系中加入纤维素酶、果胶酶、苦杏仁酶和葡萄糖苷酶,可多获得25%的薯蓣皂苷元。

4.人工合成

在对中药材活性成分充分研究的基础上,利用从自然或人工合成的化学物质,采用一定的比例,运用合适的工艺程序合成与天然药材活性部位相似的药材方法。该方法已有大量的研究和实践,其中应用最成功的是人工麝香的研发和生产,以及体外培育牛黄的生产。


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