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第一章 中草药生物技术概论1

第一节 中草药生物技术的范畴1

一、中草药概念的辨析1

二、中草药生物技术的概念3

1.生物技术的概念及其发展3

2.中草药生物技术的概念4

三、中草药生物技术的构成5

1.细胞工程5

2.发酵工程5

3.酶工程6

4.基因工程6

5.分子标记技术6

第二节 中草药生物技术的研究内容7

一、细胞工程的研究内容7

二、发酵工程的研究内容8

三、酶工程的研究内容8

四、基因工程的研究内容9

五、分子标记技术的研究内容10

第三节 中草药生物技术的研究进展11

一、我国药用植物资源的研究现状11

二、我国药用植物资源开发利用的研究进展12

1.通过植物次生代谢工程开发药物13

2.药用植物组织细胞培养取得进展13

3.药用植物的发酵工程产品投入市场15

三、药用植物酶和蛋白质工程的研究亟待加强16

四、中草药基因工程研究的热点和发展趋势16

1.转基因药用植物16

2.次生代谢途径关键基因的克隆及代谢工程16

3.药用植物分子标记育种17

第四节 中草药生物技术的产业化与发展前景17

一、中草药生物技术的产业化研究概述17

1.药用植物生物技术的产业化初具雏形17

2.医药生物技术产业化进展迅速18

3.我国医药生物技术及其产业发展面临的问题19

二、中草药生物技术的发展前景21

1.应用生物技术开展药用植物资源研究及品种选育21

2.利用植物细胞培养及转基因技术生产次生代谢产物21

3.分子标记技术在药用植物研究上的应用前景22

第二章 中草药组织培养的基本技术27

第一节 药用植物组织培养技术27

一、药用植物组织培养的基本原理27

1.植物细胞的全能性27

2.植物细胞全能性的实现28

二、药用植物组织培养的基本技术29

1.植物组织培养的基本设施29

2.常用工具和器皿的准备、清洗和灭菌32

3.培养基及其配制33

4.外植体的制备38

5.接种与培养40

6.定期检查和细胞学观察44

7.生根与移栽44

第二节 药用植物组织培养中存在的问题与对策47

一、污染的原因及对策47

1.真菌性污染及对策47

2.细菌性污染及对策48

3.常见污染方面的问题及对策49

二、褐变现象产生的机制及对策50

1.褐变现象产生的影响因素50

2.褐变的主要机制51

3.克服褐变现象的对策52

三、玻璃化的原因及对策53

1.玻璃苗发生的影响因素53

2.玻璃化主要机制55

3.克服玻璃化现象的对策56

第三章 中草药原生质体培养与细胞杂交60

第一节 原生质体培养60

一、材料的选择与预处理61

1.材料的选择61

2.材料的预处理62

二、原生质体分离与纯化62

1.原生质体分离的基本技术62

2.原生质体纯化65

三、原生质体鉴定与活力测定66

1.原生质体鉴定66

2.活力测定66

3.活力计算67

四、原生质体培养与植株再生67

1.原生质体的培养基67

2.原生质体培养条件69

3.原生质体培养方法69

4.原生质体发育与植株再生程序71

五、提高原生质体培养质量的技术要点72

1.选择适当的起始材料72

2.材料预质壁分离72

3.培养基的组成72

4.选择适宜的培养方法72

5.原生质体植板密度73

6.防止褐变73

六、药用植物原生质体培养73

1.药用植物原生质体培养现状74

2.几种重要药用植物的原生质体培养76

第二节 细胞杂交80

一、诱导原生质体融合80

1.原生质体融合方法80

2.对称性融合与非对称性融合86

二、融合体的检测与筛选87

三、杂种植株的鉴定89

1.形态学鉴定89

2.细胞学鉴定89

3.同工酶谱分析89

4.分子生物学方法89

5.其他方法90

第三节 杂种植株的遗传与育种应用90

一、植物体细胞杂交与遗传育种90

二、药用植物体细胞杂交在品种改良中的应用91

三、药用植物体细胞杂交遗传育种应用举例92

1.原生质体对称性电融合实例93

2.“供体／受体”系统原生质体融合实例94

3.“配子体／体细胞”系统原生质体融合实例96

第四章 药用植物的细胞培养与发酵工程技术102

第一节 药用植物细胞培养的基本技术102

一、药用植物细胞培养的主要材料和条件102

1.外植体和细胞培养材料的选择102

2.培养基103

3.培养条件104

二、药用植物细胞悬浮培养系的建立和高产细胞株的筛选方法105

1.愈伤组织诱导和继代培养106

2.液体悬浮培养的建立106

3.用振荡法或酶法游离出单个细胞或小细胞团进行继代培养107

4.高产细胞株的筛选107

三、药用植物悬浮细胞的继代培养108

1.批量培养108

2.连续培养109

四、药用植物悬浮细胞的同步培养109

1.体积选择法110

2.冷处理方法110

3.营养饥饿法110

4.生长素饥饿法110

5.抑制和抑制解除法111

6.有丝分裂阻抑法111

五、药用植物细胞悬浮培养过程中各种参数的测定111

1.细胞大小测定111

2.细胞重量测定112

3.细胞体积测定112

4.有丝分裂指数测定112

5.细胞起始密度测定113

6.活细胞率测定114

第二节 药用植物细胞的大量培养114

一、药用植物细胞大规模培养工艺与技术优化116

1.药用植物细胞大规模培养工艺116

2.药用植物细胞大规模培养过程的优化121

3.药用植物细胞大规模培养过程中的几个问题124

二、药用植物细胞大规模培养应用实例125

1.红豆杉细胞培养生产紫杉醇125

2.人参细胞培养生产人参皂苷126

3.长春花细胞培养生产生物碱127

4.紫草细胞培养生产紫草宁及其衍生物128

5.丹参细胞培养生产二萜醌类和酚酸类化合物129

第三节 药用真菌发酵工程的技术与应用131

一、药用真菌的基本生产技术132

1.一般生产技术132

2.发酵工程生产技术133

二、药用真菌发酵工程技术的应用135

1.灵芝液体深层发酵技术135

2.云芝液体深层发酵技术136

3.冬虫夏草菌液体深层发酵137

4.猴头菌的液体发酵技术138

第五章 药用植物组织培养技术的应用145

第一节 药用植物茎培养的技术145

一、离体茎培养的基本过程145

1.主要材料145

2.茎培养的具体过程148

3.离体茎的培养结果148

二、影响茎培养的因素149

1.植物生长激素149

2.茎段的褐变149

3.植株的年龄及生理状态149

4.芽的部位149

5.茎尖的大小149

第二节 药用植物茎尖培养的应用技术150

一、药用植物的快速繁殖150

1.快速繁殖体系的建立151

2.影响快速繁殖的主要因素与解决方法155

二、药用植物的脱毒培养156

1.植物组织培养脱毒技术的现状157

2.茎尖培养脱毒的理论基础158

3.茎尖培养育成脱毒苗的方法159

4.通过茎尖培养提高植株脱毒率的有效措施165

5.茎尖培养脱毒的注意事项167

第三节 药用植物茎尖培养的应用实例167

一、药用植物脱毒培养的应用实例167

1.地黄病毒病及脱毒培养167

2.甘薯病毒病及脱毒培养169

二、药用植物快速繁殖的应用实例173

1.芦荟的快速繁殖173

2.构杞的快速繁殖174

3.贝母的快速繁殖175

第四节 药用植物种质资源的超低温保存与人工种子178

一、药用植物种质资源的超低温保存179

1.种质资源保存概述179

2.种质资源超低温保存的原理179

3.种质资源超低温保存的程序和影响因素180

4.药用植物种质资源超低温保存应用实例183

二、植物体细胞胚胎发生与人工种子184

1.植物体细胞胚184

2.人工种子的概念、结构和原理185

3.人工种子制作的基本过程186

4.人工种子实用化的关键技术188

5.药用植物人工种子制作应用实例190

6.人工种子的意义与发展前景191

第六章 药用植物育种技术及应用197

第一节 药用植物的单倍体育种197

一、单倍体与单倍体育种197

二、单倍体在药用植物育种中的作用198

三、应用组织培养技术进行单倍体育种199

1.应用花药（或花粉）培养技术培育单倍体199

2.应用子房培养技术培育单倍体206

四、中草药单倍体育种的应用实例208

1.花药培养技术培育单倍体的应用实例208

2.子房培养技术培育单倍体的应用实例209

第二节 药用植物的多倍体育种210

一、多倍体与多倍体育种210

二、多倍体在药用植物育种中的作用211

三、应用组织培养技术进行多倍体育种212

1.应用胚乳培养技术培育三倍体212

2.应用组织培养技术培育多倍体215

四、药用植物的多倍体育种的应用实例219

1.胚乳培养技术培育多倍体的应用实例219

2.组织培养技术培育多倍体的应用实例220

第三节 药用植物的细胞突变体育种222

一、突变与细胞突变体育种223

二、利用细胞变异筛选突变体的优缺点223

三、利用植物组织细胞培养技术进行突变体育种的途径224

1.应用单细胞培养技术培育突变体224

2.应用体细胞无性系变异培育突变体231

四、中草药的突变体育种的应用实例236

1.单细胞培养技术培育突变体的应用实例236

2.体细胞无性系变异产生突变体的应用实例236

第七章 酶工程技术及应用241

第一节 酶工程的基本技术241

一、酶242

1.酶的发现历史及其化学本质242

2.酶作为催化剂的特点242

二、酶工程简介244

1.酶的合成244

2.酶的分离纯化244

3.酶的固定化245

4.细胞的固定化250

5.固定化酶反应器概述250

6.固定化酶反应器的选择256

7.固定化酶反应器操作257

第二节 酶工程技术在制药工业中的应用257

一、青霉素酰化酶在新型抗生素生产中的应用257

二、酶应用于生物大分子258

三、固定化酶在生物传感方面的应用259

第三节 酶工程技术研究及应用进展260

一、紫杉醇及其药源问题260

二、紫杉醇生物合成途径及其相关酶克隆研究现状261

三、从10-DAB开始酶法半合成紫杉醇的可行性与其优势263

四、与紫杉醇相关的酶催化研究现状264

1.紫杉醇及其类似物的酶催化修饰264

2.紫杉醇骨架前体紫杉萜的酶催化合成265

3.紫杉醇全合成过程中外消旋同分异构体混合物的酶法拆分266

五、酶法半合成紫杉醇需要解决的主要问题与研究方向267

第八章 药用植物基因工程技术270

第一节 目的基因的克隆270

一、根据基因编码产物的功能克隆基因的方法270

二、根据已知核苷酸或蛋白序列克隆基因的方法271

1.同源克隆271

2.电子克隆272

三、利用各种遗传标记技术克隆基因的方法273

四、通过创造突变体克隆基因的方法274

1.转座子标签法274

2.T-DNA标签法275

五、根据基因的差异表达克隆基因的方法276

1.差减杂交276

2.mRNA差异显示276

3.代表性差示分析277

4.抑制性差减杂交277

5.DNA微阵列277

第二节 植物基因转化载体系统的构建278

一、根癌农杆菌Ti质粒基因转化载体构建278

1.Ti质粒的改造及卸甲载体构建278

2.中间载体的构建279

3.中间载体上的启动子元件280

4.中间载体对植物的转化281

二、发根农杆菌Ri质粒基因转化载体构建282

1.发根农杆菌的分类282

2.Ri质粒的结构特征和发根农杆菌对植物的转化机制283

3.Ri质粒载体的构建286

第三节 目的基因的遗传转化系统286

一、载体型植物遗传转化系统286

1.转化受体系统的建立286

2.根癌农杆菌Ti质粒介导的遗传转化法287

3.发根农杆菌Ri质粒介导的遗传转化法289

二、DNA直接转化系统293

三、种质转化系统295

四、各种转化系统的比较296

第四节 转基因植物的检测297

一、报告基因的检测297

1.新霉素磷酸转移酶基因的检测298

2.潮霉素磷酸转移酶基因的检测298

3.庆大霉素抗性基因的检测298

4.氯霉素乙酰转移酶基因的检测298

5.β-葡萄糖苷酸酶基因的检测298

6.荧光素酶基因的检测299

7.冠瘿碱合成酶基因的检测300

8.绿色荧光蛋白基因的检测300

二、外源基因整合水平上的鉴定300

1.PCR检测转化植株301

2.Southern杂交检测转化植株301

三、外源基因转录水平上的检测302

1.Northern杂交检测302

2.反转录PCR检测303

四、外源基因翻译水平上的检测304

1.Western杂交检测304

2.免疫技术检测305

五、基因工程在中草药遗传改良中的应用前景和问题306

第九章 药用植物基因工程技术的应用311

第一节 药用植物抗性基因工程311

一、药用植物抗虫基因工程311

1.苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因311

2.蛋白酶抑制剂基因315

3.α-淀粉酶抑制剂基因316

4.植物凝集素基因316

二、药用植物抗病及其他抗性基因工程318

1.病毒外壳蛋白基因及其应用318

2.核糖体失活蛋白基因及其应用319

3.几丁质酶基因及其应用320

4.β-1，3-葡聚糖酶基因及其应用321

5.抗菌肽基因及其应用321

6.病毒卫星RNA的利用322

7.病毒复制酶基因及其应用323

8.溶菌酶基因及其应用323

9.硫堇323

10.植物防卫素323

11.其他抗性基因324

第二节 药用植物的代谢工程327

一、黄酮类化合物及其代谢工程327

1.黄酮类化合物的生物功能328

2.黄酮类化合物的生物合成途径328

3.黄酮类化合物合成的代谢工程329

二、萜类物质及其代谢工程331

1.青蒿素的代谢工程332

2.紫杉醇的代谢工程334

3.其他萜类物质及其代谢工程337

三、生物碱及其代谢工程338

1.萜类吲哚生物碱及其代谢工程338

2.莨菪烷生物碱及其代谢工程341

3.其他生物碱及其代谢工程344

四、其他植物次生代谢物及其代谢工程344

第三节 毛状根培养技术的应用345

一、毛状根培养在次生代谢产物生产中的应用345

1.利用毛状根培养生产次生代谢物的优点346

2.影响毛状根生长和次生代谢产物合成的因素347

二、毛状根的大规模培养348

1.生物反应器应用于植物组织、细胞培养的发展概况348

2.适用于毛状根大规模培养的生物反应器348

3.毛状根大规模培养的新技术350

4.毛状根大规模培养的新型反应器设计原则351

三、菘蓝毛状根的诱导351

四、人参毛状根的诱导353

五、甘草毛状根的诱导354

六、其他药用植物毛状根的诱导355

第四节 转基因植物作为生物反应器生产药物355

一、疫苗的生产358

二、抗体的生产358

三、其他蛋白质药物及细胞因子的生产359

四、利用转基因植物生产糖类物质359

第五节 药用植物基因工程可能涉及的安全性360

一、药用植物基因工程的环境安全性360

二、药用植物基因工程的食品安全性362

三、基因工程技术的发展对药用植物转基因安全性的影响363

第十章 分子标记技术在药用植物中的应用373

第一节 分子标记的种类与基本技术373

一、分子标记的种类373

二、常用分子标记的基本原理与技术375

1.RFLP标记技术375

2.VNTR标记技术378

3.SSR标记技术379

4.ISSR标记技术380

5.RAPD标记及其衍生的分子标记381

6.SCAR标记和STS标记384

7.AFLP标记技术384

三、分子标记在分子生物学研究中的应用388

第二节 分子标记技术在药用植物中的应用390

一、种质资源鉴定391

1.分子标记在药用植物分类上的应用391

2.植物药材的真伪鉴别392

3.中草药的道地性分析393

4.中药材基原植物的鉴定394

5.复方制剂、粉剂中药材的成分分析394

二、分子标记辅助药用植物育种395

三、分子标记技术在药用植物研究上的应用前景396

第十一章 中药现代化与生物技术402

第一节 中药现代化的内容402

一、中药现代化的背景402

1.中药产业发展的良好机遇402

2.中药产业发展面临的挑战403

二、我国中药现代化的战略目标与内容405

1.中药现代化的战略目标405

2.中药现代化的内容406

三、中药现代化行动计划的实施与进展409

第二节 生物技术在中药现代化中的作用410

一、生物技术在中药现代化研究中的作用410

二、利用生物技术保护和开发中药材资源412

1.利用生物技术保护中药资源413

2.利用生物技术研究中药资源生物多样性及可持续利用413

三、生物技术在中药材GAP基地建设中的作用414

四、现代中药基础理论研究与生物技术应用417

1.国外对现代中药基础理论的研究现状417

2.我国在现代中药基础理论研究上的成就与进展419

五、其他生物高新技术在中药研究中的应用420

1.基因芯片技术在中药研究中的应用420

2.指纹图谱技术在中药材质量控制中的意义与作用425

附录434

1.植物组织细胞培养常用培养基配方434

2.部分中草药植物组织培养种类名录438

3.药用植物主要栽培品种病害名录442

4.利用Ri质粒转化成功的植物及其毛状根中含有的重要次生代谢产物名录448

5.医药标准和规范453

5.1 中药材生产质量管理规范（GAP）453

5.2 药品生产质量管理规范（GMP）（1998年修订）458

5.3 药品经营质量管理规范（GSP）认证管理办法（试行）465

5.4 药品临床试验管理规范（GCP）468

5.5 药品非临床研究质量管理规范（GLP）475