第九章现代农业技术在药用植物生产上的应用课件

第九章现代农业技术在药用植物生产上的应用

第一节药用植物无公害栽培技术一、药用植物无公害栽培发展动态

(一)无公害中药材的概念无公害中药材是指产地环境、生产过程和药材质量符合国家有关标准和规范要求，并经有资格的认证机构认证合格获得认证证书的未加工或者初加工的中药材产品。

(二)无公害中药材产品法规的形成和发展2003年9月19日制定并颁布了《中药材生产质量管理规范认证管理办法(试行)》和《中药材GAP认证检查评定标准(试行)》，对中药材生产过程有关的种植基地的土壤、空气、水等环境条件及采收加工和贮藏运输等都有了较为明确的要求。规范中药材种植和加工技术是保证中药材质量的关键环节，减少农药残毒和重金属等外源性有害物质污染是保证中药材安全性的重要条件，这些构成了药用植物无公害栽培的核心内容。第九章现代农业技术在药用植物生产上的应用1二、药用植物无公害栽培对生态环境的要求

中药材是祖国药学的宝贵遗产，其栽培地的环境质量比一般食品的质量更为重要。但国内外尚未见有绿色药用植物栽培及其环境评价的报道，暂可借鉴绿色食品的有关评价方法和体系进行。

进行药用植物无公害栽培，栽培地的自然环境条件首先要符合要求，其中影响较大的因素主要是土壤、空气和农田灌水等。

(一)土壤

国家环保局1995年5月1日实施土壤环境质量标准分为三级。2001年1月1日实施了农田土壤环境质量监测技术规范GB/T18202-2000，规定了农田土壤环境监测的布点采样、分析方法、质控措施、数理统计、成果表达与资料整编等技术内容。《中药材生产质量管理规范(试行)》，要求中药材产地的环境应符合国家相应标准，土壤应符合土壤质量二级标准。《中药材生产质量管理规范研究与实践指南》，其中"中药材规范化种植研究的部分参考指标"，可以作为药用植物无公害栽培时对环境指标要求的参考。二、药用植物无公害栽培对生态环境的要求

中药材是祖2(二)空气

国家环保局1996年10月1日实施了环境空气质量标准GB3095-1996，环境空气质量标准分为三级。2000年12月1日实施了农区环境空气质量监测技术规范NY/T397-2000，农区环境空气质量评价一般以单项污染指数为主，可直接采用《GB9137-1988》和《GB3095-1996》中的污染物浓度限值划分为三级；但当区域内环境空气质量作为一个整体与其他区域空气质量比较，或同一个区域内空气质量在不同历史时段内比较时，应采用综合污染指数评价，划分为五级。《中药材生产质量管理规范(试行)》要求中药材产地的空气应符合大气环境质量二级标准。(二)空气

国家环保局1996年10月1日实施了环境空3(三)农田灌水国家环保局1992年10月1日实施了农田灌溉水质标准GB5084-92，2000年12月1日实施了农田水源环境质量监测技术规范NY/T396-2000，在农田灌溉过程中评价水质，一般以单项污染指数为主，以区域内灌溉水质作为一个整体与外区域比较或与不同历史时段比较时应用综合污染指数评价。《中药材生产质量管理规范(试行)》要求中药材产地的灌溉应符合农田灌溉水质量标准。《中药材规范化种植研究的部分参考指标》指出：中药材GAP生产基地水质，可酌情选取3～5个点，定点取样监测。对于附近存在化工企业、垃圾场、生活污水排放口等情形的灌溉水源，应根据污染的特点，适当增加监测指标或增加取样点。

(三)农田灌水4三、无公害栽培管理技术(一)无公害中药材生产的施肥技术1.无公害中药材生产的施肥原则是：以有机肥为主，辅以其他肥料；以多元复合肥为主，单元素肥料为辅；以施基肥为主，追肥为辅。2.无公害中药材生产的施肥技术主要包括以下几个方面：注重施肥方式(2)注重肥料种类的选择(3)开展进行平衡配方施肥3.充分提高无机氮肥的有效利用率(二)无公害中药材生产病虫害防治技术

无公害中药材生产病虫害防治应本着预防为主的指导思想和安全、有效、经济、简便的原则，采取综合防治的策略。即运用农业的、生物的、化学的、物理的方法及其他有效的生态手段，把病虫害的危害控制在经济阈值以下。三、无公害栽培管理技术5第二节药用植物现代设施栽培技术设施农业是指具有一定的设施条件，能在局部范围内改善或创造出适宜的气象环境因素，为动植物的生长发育提供良好的环境条件而进行有效生产的农业。保护地栽培和无土栽培是现代设施栽培技术的集中体现。一、现代设施栽培在药用植物上的应用

(一)保护地栽培

(二)无土栽培

1.栽培基质栽培基质既有无机基质、有机基质，又有人工合成基质。其中包括砂、石砾、珍珠岩、蛭石、岩棉、泥炭、锯木削、稻壳、多孔陶粒、泡沫塑料、有机废弃物合成基质等。总的说来，栽培基质的基本要求是通气又保湿。2.营养液营养液是无土栽培的核心部分，它是将含有各种植物必需营养元素的化合物溶解于水中所配置而成的溶液第二节药用植物现代设施栽培技术6二、药用植物现代设施栽培的发展趋势

封闭式的强化快繁通风育苗系统和自动监测大规模培养系统是近年来农业设施的新发展，在国外已应用于花卉及农作物的生产，该系统可用于21世纪药用植物的栽培。这一栽培系统还可以和大田栽培系统结合起来，以封闭式的强化快繁通风育苗系统大量、快繁优质种苗，然后移至基地去生产。随着保护地栽培和无土栽培技术的进一步发展，名贵中草药的栽培可以逐渐摆脱自然条件的限制而得到迅速发展。二、药用植物现代设施栽培的发展趋势

封闭式的强化快繁7第三节现代生物技术在药用植物生产上的应用一、应用生物技术开展药用植物快速繁殖、资源保护

(一)采用组织培养方法进行药用植物的脱病毒、快繁、保存和纯化

1.稀缺或急需药用植物良种的快速繁殖2.杂种一代及基因工程植株的快速繁殖3.濒危植株的快速繁殖4.带病药用植株的脱毒(二)建立药用植物种质基因库将离体培养的药用植物器官、组织和细胞在常温下或超低温下保存，建立集约化的细胞库，可作为种质保存的一种形式并在需要时可以随时取出利用。在分子水平上可以建立DNA库，在低温条件下保存药用植物的基因组总DNA、克隆的基因、组装好的质粒和RFLP探针，即使在某种药用植物灭绝的情况下，其基因也可得以保存并加以利用。

第三节现代生物技术在药用植物生产上的应用8二、应用生物技术进行药用植物育种

(一)花药培养为主的单倍体育种

通过单倍体育种途径选育新品种，由于其来自父母本的显隐性状均可以当代表现出来，经染色体加倍后就可获得纯合的二倍体，这比常规的育种方法缩短了育种年限。(二)利用组织培养技术诱导多倍体

利用组织培养技术诱导多倍体操作简便，实验条件容易控制，重复性好，诱导效率高，嵌合体少，易于大批量处理和筛选，筛选出的优质株系可以应用组织培养技术在短期内大量繁殖，大大地缩短了育种周期。(三)胚乳培养产生三倍体植株胚乳是由精细胞和两个极核融合而产生的，因此是三倍体细胞。胚乳培养是产生三倍体植株的主要方法。植株经自然加倍或秋水仙碱处理加倍可以产生六倍体，是产生多倍体植株的有效途径。

二、应用生物技术进行药用植物育种

(一)花药培养为主的单倍9(四)体细胞突变育种

在药用植物细胞培养中，筛选或诱发次生代谢产物高的体细胞突变系，进而培养成高产细胞系是提高细胞培养产物产量的有效途径。(五)转基因抗病育种

通过分子生物学技术可以使自身获得抗病毒的能力以提高药用植物产量，并获得高质量的药源，避免了从以往使用农药而带来的不良后果。(六)利用原生质体融合进行细胞杂交育种

由于裸露的原生质体彼此可以融合，从而使原来不能杂交的药用植物(如自交不亲和或远缘杂交不亲和)的杂交变为可能。通过原生质体培养能得到由单细胞衍生出来的体细胞克隆细胞系，这是药用植物筛选高产、稳定细胞系的较好途径。还可利用原生质体培养和细胞融合将产生药用植物的活性成分的基因导入到其他作物中。(四)体细胞突变育种

在药用植物细胞培养中，筛选或诱发次10三、DNA分子标记在药用植物分类和药材鉴定上的应用

(一)分子水平上的药用植物分类药用植物资源的研究采用经典的形态学划分物种是建立在个体性状描述的宏观观测水平基础上，易引起争议。现代的分子生物学表明，药用植物的遗传多样性是由于基因多态性所致，而DNA分子标记技术就是一种在DNA分子水平上检测基因多态性的技术。(二)药材的分子鉴定

传统的中药鉴别方法主要依据药材的颜色、形状、气味、味道和质地等感性特征，这些特征的把握因人而异。DNA分子作为遗传信息的直接载体，每一个体的任一体细胞均含有相同的遗传信息，多态性几乎遍及整个基因组。药用植物就是运用DNA分子标记技术对生药和含有生药的中成药及其基源进行真伪的鉴定，特别适合于近缘品种、易混淆品种、珍稀品种、破碎药材、陈旧药材的鉴定。地道药材除了与栽培方法、生态环境有关外，还与物种居群的遗传特异性有关，利用RAPD技术可以在DNA水平上鉴定两者的差异。三、DNA分子标记在药用植物分类和药材鉴定上的应用

(一)分11四、应用生物技术加快次生代谢物的生产

(一)对次生物质代谢途径的研究

由于植物组织和细胞培养技术的发展，以及单细胞的培养成功，使植物像微生物那样在大容积的发酵罐中进行发酵培养成为可能，并大量生产了微生物所不能合成的药用成分。通过筛选高产细胞系，改进培养条件和技术，以及设计适合植物细胞培养的发酵罐来提高次生代谢物的含量。(二)对次生代谢物的生物合成途径的研究

在次生代谢物生物合成途径的研究中，通过改变次生代谢关键酶基因来调控次生代谢物的产生是比较理想的方法，还可以加入所需次生代谢物生物合成的前体物质，或者加入诱导子、抑制剂及激活生物合成途径的关键酶或抑制支路产物的形成，从而对次生代谢物进行调控。先搞清次生代谢物的生物合成途径，找出形成活性成分的关键酶，确定其基因结构，再进行克隆、表达或基因重组以提高活性成分的含量。四、应用生物技术加快次生代谢物的生产

(一)对次生物质代谢途12(三)利用发根农杆菌遗传转化获得毛状根生产次生代谢产物发根农杆菌(Agrobacteriumrhizogenes)含有诱导生根的质粒-Ri质粒，用它来侵染药用植物可建立起"毛状根"培养系统。与传统的