吳登宇,韋 體,高丹丹,臧榮鑫,徐紅偉,郭鵬輝*

(西北民族大學(xué)a.生命科學(xué)與工程學(xué)院;b.生物工程與技術(shù)國家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國甘肅蘭州730030)

據(jù)統(tǒng)計(jì),我國中藥種植面積達(dá)3 335×107m2,2015年我國中藥工業(yè)產(chǎn)值已達(dá)7 867億元,且以每年超過20%的速度在快速增長[1]。藥用植物產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物具有良好的藥用及保健價(jià)值,深受人們的喜愛,如黃花蒿中的青蒿素、紅豆杉中的紫杉醇及人參中的人參皂苷等,這些代謝產(chǎn)物在疾病治療與保健等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[2]。然而,自然條件下藥用植物產(chǎn)生的天然次生代謝產(chǎn)物產(chǎn)量極低,無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求,導(dǎo)致許多藥用植物被過度采伐,甚至瀕臨滅絕。因此,如何采取科學(xué)有效的措施使藥用植物資源得到保護(hù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)合理的、可持續(xù)的綜合開發(fā)利用便顯得尤為重要。

植物原生質(zhì)體是指去除細(xì)胞壁后被質(zhì)膜所包圍的、具有生命力和全能性的裸露細(xì)胞,其結(jié)構(gòu)包括細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)(包括各種細(xì)胞器、細(xì)胞骨架系統(tǒng)及胞基質(zhì))和細(xì)胞核等部分[3]。目前,植物原生質(zhì)體再生培養(yǎng)及懸浮培養(yǎng)等技術(shù)手段已應(yīng)用到薔薇科、紫草科、玄參科等數(shù)十個(gè)科種中,其應(yīng)用潛力巨大、技術(shù)成熟。相較于其他模式植物與作物而言,藥用植物在細(xì)胞瞬時(shí)轉(zhuǎn)化、細(xì)胞融合、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、亞細(xì)胞定位及中藥品質(zhì)形成分子機(jī)制解析等方面的研究還不夠深入,技術(shù)體系還不夠完善。因此,進(jìn)一步對(duì)藥用植物原生質(zhì)體開展再生培養(yǎng)、相關(guān)功能基因解析及代謝產(chǎn)物合成機(jī)制研究等具有重要意義。同時(shí),隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展,藥用植物原生質(zhì)體在CRISPR/Cas9技術(shù)中也將得到進(jìn)一步的應(yīng)用和發(fā)展。

本文以原生質(zhì)體分離、培養(yǎng)、純化等理論為基礎(chǔ),系統(tǒng)闡述了該技術(shù)在藥用植物中的應(yīng)用和發(fā)展前景,以期為特色藥用植物資源的保護(hù)和綜合開發(fā)利用提供新的研究思路與理論支持。

1 藥用植物原生質(zhì)體分離及培養(yǎng)方法

1.1 原生質(zhì)體分離方法

原生質(zhì)體的分離是原生質(zhì)體培養(yǎng)及后續(xù)研究的關(guān)鍵步驟,其原材料一般以組織細(xì)胞較多、活力強(qiáng)及取材容易的幼嫩植物葉片為主,其分離方法主要有機(jī)械法和酶解法兩種。1892年Klercher首次通過機(jī)械法獲得了原生質(zhì)體,但此法所獲得的原生質(zhì)體存在產(chǎn)量低且獲取困難的缺陷;直到1960年Cocking通過酶解法從西紅柿的根尖部位分離出大量的原生質(zhì)體,原生質(zhì)體的研究才進(jìn)入了一個(gè)新的階段[4]。采用酶解法進(jìn)行原生質(zhì)體分離時(shí),目前廣泛應(yīng)用的酶有纖維素酶(cellulase)、半纖維素酶(hemicellulase)、果膠酶 (pectinase)、離析酶(macerozyme)、蝸牛酶(snailase)及崩潰酶(driselase)等[5]。從近幾年的研究來看,其中較為常用的酶是纖維素酶R-10、果膠酶Y-23及離析酶R-10等。2019年,王夢(mèng)茹等[6]采用2%纖維素酶R-10+0.5%果膠酶Y-23+0.3%離析酶R-10組合對(duì)矮牽牛愈傷組織進(jìn)行了原生質(zhì)體的分離;2020年,姜倩倩等[7]利用1%纖維素酶R-10+0.3%離析酶R-10對(duì)多年生黑麥草進(jìn)行了原生質(zhì)體制備,并成功構(gòu)建了瞬時(shí)轉(zhuǎn)化體系。這些酶在進(jìn)行原生質(zhì)體制備時(shí)發(fā)揮著不同的作用,其中纖維素酶與果膠酶起主要作用,纖維素酶水解細(xì)胞壁中的纖維素,果膠酶則促進(jìn)細(xì)胞間隙中果膠質(zhì)的分解,而其他酶類主要對(duì)這兩種酶起到輔助作用[5]。有研究表明,纖維素酶RS的分離效果比纖維素酶R-10好,但纖維素酶RS的價(jià)格遠(yuǎn)高于纖維素酶R-10,因此多數(shù)研究仍主要采用纖維素酶R-10進(jìn)行原生質(zhì)體的分離[8]。

采用酶解法對(duì)原生質(zhì)體進(jìn)行分離時(shí),除了酶的種類對(duì)分離結(jié)果產(chǎn)生影響外,酶解濃度、酶解時(shí)間及滲透壓穩(wěn)定劑等分離條件的選擇均對(duì)分離結(jié)果有較大的影響。酶解液的濃度過高容易導(dǎo)致原生質(zhì)體被酶降解,濃度過低則導(dǎo)致原生質(zhì)體分離不徹底,這兩個(gè)因素都會(huì)導(dǎo)致原生質(zhì)體產(chǎn)量低下[9]。酶解時(shí)間對(duì)原生質(zhì)體的產(chǎn)量及活力也存在重大影響,時(shí)間不足導(dǎo)致酶解不充分,影響原生質(zhì)體的產(chǎn)量,酶解時(shí)間過長則直接影響原生質(zhì)體活力,甚至破壞原生質(zhì)體的完整性[10]。同時(shí),失去細(xì)胞壁保護(hù)的原生質(zhì)體對(duì)滲透壓穩(wěn)定劑也特別敏感,原生質(zhì)體與外界滲透壓不能維持等滲狀態(tài),易發(fā)生皺縮或者破裂,常用的等滲溶劑有KCl、NaCl、蔗糖及甘露醇等[10]。

1.2 原生質(zhì)體純化

在獲取原生質(zhì)體的酶解過程中,酶解作用會(huì)產(chǎn)生很多組織殘?jiān)?如細(xì)胞碎片、破碎的原生質(zhì)體)及殘留酶解液等,這些殘留物的存在會(huì)給原生質(zhì)體的生理狀態(tài)造成不良影響,因此酶解時(shí)間結(jié)束后需要進(jìn)行原生質(zhì)體純化。原生質(zhì)體純化的方法主要有漂浮法和沉淀法。漂浮法是利用高滲蔗糖溶液比重大于原生質(zhì)體比重的原理,使原生質(zhì)體在離心的過程中漂浮在液面上層,而組織殘?jiān)瘸恋碛陔x心管底部,這種方法獲得的原生質(zhì)體的完整度與純度比較高,但是數(shù)量較少[11]。沉淀法是通過特定的細(xì)胞過濾篩將組織殘?jiān)冗^濾去除,再利用比重原理,在一定的滲透壓溶液中將原生質(zhì)體沉淀至離心管底部,這種方法在離心振蕩過程中會(huì)對(duì)原生質(zhì)體造成一定的傷害,但獲得的原生質(zhì)體數(shù)量較多。

1.3 原生質(zhì)體培養(yǎng)

藥用植物原生質(zhì)體的培養(yǎng)常采用MS、B5、KM8p等改良培養(yǎng)基[12～13]。其中,MS培養(yǎng)基因含有較高濃度的NH4+而對(duì)原生質(zhì)體具有一定的毒害作用,會(huì)直接影響原生質(zhì)體的生長[14];B5培養(yǎng)基是專門為大豆組織培養(yǎng)設(shè)計(jì)的,其主要特點(diǎn)是含有高鉀鹽、高硝酸鹽以及低銨鹽等成分[15]。馬鋒旺等[16]在對(duì)山桃原生質(zhì)體培養(yǎng)的過程中發(fā)現(xiàn),高濃度的NH4+會(huì)抑制原生質(zhì)體的分化,影響原生質(zhì)體的生長分裂。而KM8p培養(yǎng)基中含有豐富的有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì),如有機(jī)酸、氨基酸、維生素及椰乳等,對(duì)原生質(zhì)體的分裂及細(xì)胞壁的形成具有一定促進(jìn)作用[17],蔣友燊等[18]以KM8p+0.20 mg/L 2,4-D+0.50 mg/L 6-BA+100.00 mg/L水解酪蛋白+1.00%蔗糖+0.40 mol/L甘露醇為培養(yǎng)基,對(duì)百脈根原生質(zhì)體進(jìn)行了再生壁研究,成功測(cè)定了原生質(zhì)體再生壁纖維素的含量,因此KM8p可作為百脈根原生質(zhì)體分離與培養(yǎng)的培養(yǎng)基進(jìn)行改良和利用。在原生質(zhì)體培養(yǎng)過程中,植物激素作為不可或缺的一部分,主要通過調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的生理反應(yīng)影響細(xì)胞的生長與分化。目前研究較為深入的植物激素主要包括生長素(auxin)、細(xì)胞分裂素(cytokinin)、赤霉素(gibberellin,GA)、脫落酸(abscisic acid,ABA)、乙烯(ethylene)等[19],其中生長素和細(xì)胞分裂素在植物組織培養(yǎng)過程中被廣泛使用,其主要的天然成分分別是吲哚乙酸(indole acetic acid,IAA)和玉米素(zeatin,ZT)。由于這兩種天然成分穩(wěn)定性差,為提高其穩(wěn)定性,人們通過人工合成法相繼合成了6-芐基腺嘌呤(6-benzylaminopurine,6-BA)及2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-dichlorophenoxyacetic acid,2,4-D)等植物生長調(diào)節(jié)劑。表1對(duì)組織培養(yǎng)過程中常用植物生長調(diào)節(jié)劑的來源及穩(wěn)定性進(jìn)行了整理。

表1 藥用植物再生體系建立常用植物生長調(diào)節(jié)劑Table 1 Commonly used plant growth regulators for establishment of medicinal plant regeneration system

關(guān)于藥用植物原生質(zhì)體的培養(yǎng)方法,目前有很多種,但具體方法的選擇應(yīng)因材料而異。常用的培養(yǎng)方法主要有液體淺層培養(yǎng)(culture in shallow liquid medium)、固-液雙層培養(yǎng)(liquid-solid culture)、瓊脂糖包埋(agarose bead culture)及看護(hù)培養(yǎng)(nurse culture)等。范小峰等[20]采用液體淺層培養(yǎng)、固-液雙層培養(yǎng)、瓊脂糖包埋等方法對(duì)南蛇藤的原生質(zhì)體進(jìn)行了培養(yǎng)和比較,發(fā)現(xiàn)液體淺層培養(yǎng)法對(duì)南蛇藤原生質(zhì)體的培養(yǎng)效果較為理想。在此之前,李樂工[21]也采用液體淺層培養(yǎng)法對(duì)人參的原生質(zhì)體進(jìn)行了培養(yǎng),并成功獲得人參愈傷組織。另有研究報(bào)道,蕓薹屬植物的原生質(zhì)體培養(yǎng)大多采用液體淺層培養(yǎng)法和固-液雙層培養(yǎng)法,很少采用看護(hù)培養(yǎng)法[11]。

2 原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)在藥用植物中的應(yīng)用

2.1 在藥用植物快速繁殖中的應(yīng)用

目前,我國將原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)運(yùn)用于藥用植物培養(yǎng)并獲得成功的主要有前胡(Peucedanum praeruptorum Dunn)、防風(fēng)(Saposhnikovia divaricata(Trucz.)Schischk.)、黨參(Codonopsis pilosula(Franch.)Nannf.)、石刁柏(Asparagus officinalis L.)、枸杞(Lycium barbarum L.)及紅景天(Rhodiola rosea L.)等。原生質(zhì)體主要通過3種途徑進(jìn)行植株再生:一是由原生質(zhì)體分化形成愈傷組織,再繼續(xù)分化成植株;二是由原生質(zhì)體分化成胚狀體,再發(fā)育成植株;三是由原生質(zhì)體分化形成愈傷組織,愈傷組織再分化成胚狀體,最終發(fā)育成植株。王濟(jì)玫等[22]利用前胡幼苗切段誘導(dǎo)出愈傷組織,經(jīng)細(xì)胞懸浮培養(yǎng)后獲得大量具有胚性的細(xì)胞團(tuán),再經(jīng)酶解分離得到大量原生質(zhì)體,原生質(zhì)體經(jīng)液體淺層培養(yǎng)后移接至MS固體培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng),最終獲得完整植株。李繼勝等[23]從黨參下胚軸愈傷組織中分離出原生質(zhì)體,經(jīng)液體淺層培養(yǎng)獲得胚狀體并發(fā)育成完整植株。劉劍鋒等[24]通過組織培養(yǎng)獲得了紅景天組培苗葉,將組培苗葉進(jìn)行酶解處理得到了紅景天原生質(zhì)體,原生質(zhì)體經(jīng)淺層培養(yǎng)后獲得了愈傷組織,愈傷組織分化形成不定芽,繼而發(fā)育形成完整植株。表2對(duì)其他一些經(jīng)原生質(zhì)體培養(yǎng)獲得再生植株的物種[25～30]進(jìn)行了概括。

表2 藥用植物原生質(zhì)體培養(yǎng)概況Table 2 An overview of protoplast culture of medicinal plants

隨著植物組培技術(shù)的發(fā)展,植物原生質(zhì)體的研究工作越來越受到重視,其相關(guān)研究在國內(nèi)外不斷開展并取得了巨大成就,主要體現(xiàn)在越來越多的植物種類通過原生質(zhì)體實(shí)現(xiàn)了植株再生,突破了常規(guī)育種的限制。因此,深入研究如何利用該技術(shù)加快育種進(jìn)程、解決藥用植物組培快繁難等問題,對(duì)藥用植物品種改良和種質(zhì)資源保護(hù)具有重要意義。

2.2 在有效成分分離提取方面的應(yīng)用

目前,全世界約有千余種植物可通過細(xì)胞懸浮培養(yǎng)產(chǎn)生次生代謝產(chǎn)物。藥用植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)產(chǎn)生的天然產(chǎn)物可應(yīng)用于藥品、香料、色素、食品、化妝品等產(chǎn)品的開發(fā)。原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)在藥用植物有效成分提取方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值,很多藥用植物的原生質(zhì)體已完成了實(shí)驗(yàn)室階段的研究,走向了大規(guī)模生產(chǎn)階段,如人參(Panax ginseng C.A.Meyer)、紅豆杉(Taxus wallichiana var.chinensis(Pilg.)Florin)、紫草(Lithospermum erythrorhizon Sieb.et Zucc.)、黃芪(Astragalus propinquus Schischkin)等。

紫杉醇作為目前較為有效的抗癌藥物,被廣泛應(yīng)用于各類癌癥治療,如卵巢癌、乳腺癌、肺癌等,其生產(chǎn)方式主要有化學(xué)合成法、半合成法、人工種植栽培法及細(xì)胞培養(yǎng)法,在這些方法中細(xì)胞培養(yǎng)法是最具有潛力的方法。該法首先以紅豆杉為原材料進(jìn)行其愈傷組織的誘導(dǎo)和馴化,并篩選出適合于植物細(xì)胞培養(yǎng)的細(xì)胞株,然后進(jìn)行細(xì)胞懸浮培養(yǎng)生產(chǎn)紫杉醇,目前其生產(chǎn)已完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,質(zhì)量濃度在100 mg/L以上[31]。紫草素為萘醌類化合物,具有抗炎、降膽固醇及抗腫瘤等作用,1983年日本率先成功地進(jìn)行了紫草寧衍生物的工業(yè)化生產(chǎn)[32]。人參皂苷是從人參細(xì)胞中分離出的三萜類化合物,具有抗疲勞、提高記憶力、增強(qiáng)免疫等功效。研究表明,通過人參愈傷組織誘導(dǎo)并采用13萬L發(fā)酵罐進(jìn)行細(xì)胞發(fā)酵培養(yǎng),已能夠基本滿足人們對(duì)于人參藥用有效成分的需求[33]。

2.3 在膜侵染方面的應(yīng)用

由于酶解液的作用,原生質(zhì)體失去細(xì)胞壁的保護(hù),更利于接受外源基因,也更易于進(jìn)行細(xì)胞融合等操作。原生質(zhì)體不僅可以用于研究植株再生、懸浮培養(yǎng)生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物,同時(shí)還是開展病毒侵染機(jī)理、膜轉(zhuǎn)運(yùn)及融合等基礎(chǔ)研究的理想材料。陳雅寒等[34]以抗煙草花葉病毒(tobacco mosaic virus,TMV)活性為指標(biāo),對(duì)馬藍(lán)、玉簪、鴉膽子等13種常見中草藥進(jìn)行了抗病毒活性篩選,結(jié)果顯示被TMV侵染的煙草原生質(zhì)體在加入0.5 μg/mL馬藍(lán)醇提取物后仍可以維持細(xì)胞完整性。

2.4 在原生質(zhì)體融合方面的應(yīng)用

自1972年Carlson將原生質(zhì)體融合技術(shù)應(yīng)用于煙草體細(xì)胞并獲得第1株雜種植株后,該技術(shù)便開始被廣泛應(yīng)用于藥用植物的原生質(zhì)體融合[35],例如:霍麗云等[36]將紫外線照射后的柴胡原生質(zhì)體與石防風(fēng)原生質(zhì)體進(jìn)行融合,得到了34個(gè)雜種細(xì)胞系;江莉[37]利用原生質(zhì)體融合技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了獐牙菜與柴胡的體細(xì)胞遠(yuǎn)緣雜交,且研究結(jié)果表明,獐牙菜與柴胡的遺傳物質(zhì)在雜交植株中均有表達(dá)。原生質(zhì)體融合技術(shù)不僅克服了種間不親和的缺點(diǎn),還能高效地將外源遺傳物質(zhì)成功導(dǎo)入受體細(xì)胞,為物種改良、遺傳育種提供了重要理論基礎(chǔ)[38～39]。雖然原生質(zhì)體間可以自發(fā)融合,但頻率很低,聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)誘導(dǎo)法是目前在植物中誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合最廣泛的方法,具有誘導(dǎo)融合頻率高、無種屬特異性要求、不需要特殊的儀器、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。彭章等[40]以酶解法分離出茶樹原生質(zhì)體,通過40% PEG-6000誘導(dǎo)融合,其融合率達(dá)10%。目前,介導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法不僅有PEG法,還有硝酸鈉法、高濃度Ca2+高pH值法、電融合法及聚集微束激光法等。

2.5 在分子細(xì)胞生物學(xué)研究中的應(yīng)用

植物原生質(zhì)體瞬時(shí)轉(zhuǎn)化體系是研究基因功能與亞細(xì)胞定位的快速途徑,轉(zhuǎn)化方法包含PEG轉(zhuǎn)化法、電擊轉(zhuǎn)化法及顯微注射法等[41]。通過遺傳轉(zhuǎn)化法分析藥用植物有效成分相關(guān)合成基因的功能,不僅可為藥用植物的遺傳改良提供有效的基因資源,也可為藥用植物的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有利途徑。胡添源等[42]對(duì)藥用植物雷公藤進(jìn)行了原生質(zhì)體分離,并通過PEG轉(zhuǎn)化法成功構(gòu)建了其遺傳轉(zhuǎn)化體系,為雷公藤基因編輯及合成生物學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。Patra等[43]利用電擊轉(zhuǎn)化法對(duì)長春花葉肉原生質(zhì)體中參與茉莉酸代謝和長春堿代謝相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行了瞬時(shí)轉(zhuǎn)化,并通過qRT-PCR對(duì)各個(gè)轉(zhuǎn)錄子的表達(dá)情況進(jìn)行了檢測(cè)。

在植物原生質(zhì)體培養(yǎng)過程中,受到外界環(huán)境及培養(yǎng)條件的影響,細(xì)胞在生長過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)突變體。由于自發(fā)變異程度低,人們可通過物理、化學(xué)及生物等處理手段定向誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生變異,得到變異基因型細(xì)胞,從而為植物新品種的選育提供更多的選擇。相關(guān)研究報(bào)道,萵苣原生質(zhì)體在誘導(dǎo)形成再生植株的過程中發(fā)生了變異,再生植株呈現(xiàn)不同的性狀表型,如有的長勢(shì)好;有的成熟期不同;有的育性降低等[44]。

2.6 在中藥品質(zhì)形成分子機(jī)制中的應(yīng)用

目前,藥用植物原生質(zhì)體的研究主要集中于原生質(zhì)體的分離獲取、瞬時(shí)轉(zhuǎn)化等方面,在中藥品質(zhì)形成分子機(jī)制方面的研究還有很大的空間,而中藥品質(zhì)形成分子機(jī)制解析是中藥資源研究中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[45]。上述細(xì)胞融合、細(xì)胞瞬時(shí)轉(zhuǎn)化及原生質(zhì)體再生等研究的不斷深入,可為中藥品質(zhì)形成分子機(jī)制的探究提供理論依據(jù)。

張改娜等[46]以秦艽愈傷組織為材料制備原生質(zhì)體,構(gòu)建了高效、穩(wěn)定的培養(yǎng)體系,為秦艽細(xì)胞規(guī)?；囵B(yǎng)及秦艽的品質(zhì)改良工作奠定了基礎(chǔ)。此外,Ren等[47]對(duì)中藥紅花進(jìn)行了原生質(zhì)體分離研究,構(gòu)建了原生質(zhì)體的轉(zhuǎn)化體系,并解析了紅花中有效成分類黃酮在合成過程中的一些功能基因啟動(dòng)子的活性,為其后續(xù)品質(zhì)形成分子機(jī)制研究奠定了理論基礎(chǔ)。

3 存在的問題

自原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用于植物研究以來,其在植物細(xì)胞融合、天然產(chǎn)物提取、蛋白質(zhì)互作等方面取得了很多重要的進(jìn)展[48],同時(shí)也存在很多問題。將原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用于諸多藥用植物當(dāng)中,只有少數(shù)藥用植物成功構(gòu)建了再生體系,如人參、紅景天等,大部分藥用植物的原生質(zhì)體分離及培養(yǎng)存在較大困難,導(dǎo)致該方面研究很難有重大突破,尤其是近年來,人們對(duì)在植物中構(gòu)建穩(wěn)定的原生質(zhì)體分離及培養(yǎng)體系不夠重視,致使該技術(shù)無法在中藥中進(jìn)行規(guī)?；瘧?yīng)用。另外,雖然利用原生質(zhì)體培養(yǎng)獲取藥用植物次生代謝產(chǎn)物在藥用植物資源利用上具有良好的優(yōu)勢(shì),但是目前只有少量藥用植物達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)的程度,主要原因在于其培養(yǎng)成本高于大田培養(yǎng),且產(chǎn)物不穩(wěn)定、不能進(jìn)行商品化,其次是植物原生質(zhì)體分裂繁殖能力遠(yuǎn)低于微生物,且由于其特殊性,不能完全適應(yīng)生物反應(yīng)器培養(yǎng)。因此,應(yīng)從實(shí)際出發(fā),將原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)與其他前沿生物技術(shù)(如基因編輯)結(jié)合應(yīng)用于難以進(jìn)行人工培育且野生資源短缺的藥用植物,在保護(hù)其種質(zhì)資源的同時(shí),對(duì)其次生代謝產(chǎn)物進(jìn)行充分利用,滿足人們的需求。

4 展望

藥用植物是天然藥物的重要來源,也是我國中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),目前其研究工作主要集中在有效成分分析和藥理作用探討等方面,但在藥材品質(zhì)控制、特色瀕危植物保護(hù)、人工組培快繁體系構(gòu)建以及次生代謝產(chǎn)物規(guī)模化生產(chǎn)等方面的研究起步較晚,尤其是通過植物組培技術(shù)對(duì)藥用植物進(jìn)行人工馴化、選育以及次生代謝產(chǎn)物的規(guī)模化生產(chǎn)方面仍然存在著許多亟待解決的科學(xué)問題。首先,在藥用植物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種的人工馴化和選育方面,其木質(zhì)化程度往往較為嚴(yán)重,導(dǎo)致組培苗在培養(yǎng)過程中發(fā)生褐化或者玻璃化而難以成活;其次,受到生長環(huán)境和技術(shù)條件的限制,許多藥用植物的天然有效活性成分的合成途徑與調(diào)控機(jī)制仍不清楚,極大地制約了藥用植物資源的進(jìn)一步開發(fā)利用與可持續(xù)發(fā)展。原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)具有生長速度快、培養(yǎng)條件易于控制的典型特征,不僅克服了傳統(tǒng)藥用植物在種植栽培過程中對(duì)環(huán)境條件的過度依賴,而且在基因功能研究和天然活性成分生產(chǎn)方面也有著巨大的應(yīng)用潛力,但針對(duì)藥用植物原生質(zhì)體培養(yǎng)過程中的次生代謝產(chǎn)物不穩(wěn)定、成本高且技術(shù)操作難度高等問題,還需進(jìn)一步研究和探討。