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       【摘要】 
       药用植物是一类具有特殊用途的经济植物，以采集野生植物为主，育种和栽培技术薄弱，供需矛盾突出。近几年我国育成了一批优质、高产、稳产、抗性强、适应性相对较广的药用植物新品种，为资源保护和利用、推动中药现代化奠定了基础。该文综述了近年来我国在药用植物育种中所取得的成就，主要介绍了诱变育种、组织培养技术、选择育种、杂交育种，并对其存在的问题及发展前景作了简要分析。
       【关键词】  药用植物； 种质资源； 育种
       药用植物是一类具有特殊用途的经济植物。在我国，药用植物经过几千年的应用和发展，已经形成了具有悠久历史的传统中医药。到目前为止，我国已报道并应用的药用植物有11 000种［1］。但在长期的利用过程中却忽视了对野生种质资源可持续利用的研究，致使许多种类由丰富变为稀少，甚至到了濒危的程度。如甘草、黄芩、远志、冬虫夏草等的蕴藏量明显减少。开展药用植物资源的可持续利用是保护野生种质资源遗传多样性、保护生态环境的唯一有效手段。
         
       在药用植物资源的可持续利用研究中，种质资源中良种的优选、优育十分重要，尤其是野生亲缘植物和古老的地方种是长期自然选择和人工选择的产物，由于天然杂交、基因重组、分离、基因漂变或突变，可能蕴藏着丰富的已知或未知的有用基因，具有独特的优良性状和抗御自然灾害的特性，是进行优良个体筛选的物质基础，也是品种改良的源泉。药用植物的育种目标既要提高入药部位的生物产量，更要提高药用成分的相对含量。常规技术和植物生物技术的有效结合加速了药用植物新品种选育的进程，使得药用植物育种工作卓有成效。本文从诱变育种﹑倍性育种﹑选择育种﹑杂交育种﹑组织培养几个方面讨论种质资源的搜集及整理的必要性，以及目前我国药用植物育种的研究进展，即分子标记辅助选择和空间育种在药用植物育种中应用的可行性。
       1  药用植物育种研究进展
        药用植物的育种目标既要提高入药部位的生物产量，更要提高药用成分的相对含量。常规技术和植物生物技术的有效结合加速了药用植物新品种选育的进程，使得药用植物育种工作卓有成效。
       1.1 诱变育种诱变育种是指利用各种物理因素、化学因素和生物因素诱导植物发生突变，根据育种目标进行选择新品种的育种技术［2］。诱变育种突变频率高，诱发变异较易稳定，适用范围广，可有效改良作物个别单一性状，缩短育种年限的特点。
       1.1.1 离子束诱变育种离子束生物工程是利用低能重离子注入生物体、组织或细胞，使其产生生物学效应的科学。如使染色体产生各种变异、改变细胞的跨膜电位、对细胞的膜或壁进行刻蚀加工产生可修复的微孔或洞等。这就决定了注入离子的质、能、电联合作用的生物学效应比核辐射产生的生物学效应具有更丰富的内容和更宽广的诱变图谱。单个离子注入技术的发展大大地克服了核辐射诱变的盲目性并降低辐射诱变的负效应，使定向诱变成为可能［3］。
       
       自20世纪80年代利用离子束注入对农作物品种改良获得成功后，此项技术开始应用于药用植物育种。甄卫军等［4］将离子束注入麻黄草种子后，对种子的生长产生了良好的生物学效应。注入剂量4×106 N+/cm2发芽率最高为76%，比对照增长43.4％，注入剂量4×106 N+/cm2时，和硕蓝麻黄草种子盆栽出土率最高为42.3%，比对照增加了64%。魏胜林等［5］对甘草干种子注入能量为25keV，注入量为600×2.6×1013～3 600×2.6×1013/cm2的N+，其中1 800×2.6×1013/cm2的注入量能有效提高甘草6 d幼苗的主根生长和30 d幼苗根冠比干重和鲜重，促进侧根发生，明显刺激6 d和30 d幼苗的下胚轴和主根、茎高的生长。魏胜林等［6］对甘草干种子注入总量为4.68×1016/cm2、能量为10～25 keV的N+对甘草叶片腺体数、腺体分泌多糖、叶内多糖、叶片总多糖均有刺激效应。其中15 keV的N+注入叶片腺体分泌多糖比对照提高44.1%（P<0.01），20 keV的N+注入甘草叶片总多糖含量比对照提高31.8%（P<0.01）。李晓瑾等［7］将离子束注入新采及陈年的两种甘草种子发现离子注入对不同生命活力的甘草种子产生的生物效应不同，贮藏3年以上的光果甘草种子发芽率及呼吸率均提高，而新采的乌拉尔甘草却降低 。
       
       此外彭镇华等以低能N+离子的不同剂量注入银杏胚部，引起酯酶同工酶和过氧化物同工酶在数量、种类和活性上的变化；注入剂量会导致酶谱的变化但不显著。新疆大学离子束生物工程实验室对低能离子注入麻黄种子生物效应进行了初步研究表明离子注入对麻黄种子的生长起良好的生物效应。内蒙古大学内蒙自治区离子束生物工程重点实验室通过对黄芪、沙棘和麻黄初步实验结果表明，离子束注入药用植物种子可引起明显的生物效应，具有可喜的应用前景［8］。
       1.1.2 辐射育种辐射育种是利用物理诱变因素引起染色体、基因和细胞质的变异，用以改良某些或某个特别性状，在药用植物中应用较多的主要是以γ射线和微波为辐射源。
        射线辐射育种在药用植物中的研究应用较早，1921年Blakesles首先用X射线照射曼陀罗的种子，获得了各种形态的突变型，20世纪70年代以后Michalaski用20kR剂量的γ射线照射毛花洋地黄进行选择，获得了有效成分含量高的品系［9］。Darimow用X射线处理罗木的种子，所得的突变体生物碱含量特别高。Deril等用X射线照射香罗勒的种子，选育出了高产的一叶萩突变品系。Getsadze用10-11 kR的γ射线照射香罗勒的种子得到了突变体，不但具有高的精油产量，而且具有抗镰孢菌的能力。我国的辐射育种开始于1987年，所育成的品种抗病、耐贮藏，且早熟。四川省中药研究所用二氧化碳激光照射薏苡种子，育成四激薏78-1号新品种，具有植株矮，分蘖多，千粒重大等优点［10］。药用植物人参、元胡等的辐射育种已经开始［11］。
       
       大多数微波辐射处理是针对提高种子发芽率而开展的，利用家用微波炉即可实现，简单方便。其作用机理为将高频辐射波转化为种子内的分子动能，激活种子内部处于休眠状态的成分从而在一定程度上解除休眠；另外微波穿透力大，使种子内部温度升高，加快细胞分裂和生长，因而有促进生长和缩短发芽历期的作用。但是不同类型的植物种子，是否存在着一个共同范围内的最佳微波辐射量，即种子质量与辐射量的关系还需进一步实验研究［12］。
       
       申志英等［13］对龙胆种子发芽率进行微波辐射方面研究。低温沙藏的种子，用家用微波炉(150 W)分别辐射15，20，25，30 s，结果表明微波辐射15s发芽率提高10%～16%，可提前2～3 d萌发。申志英等［14］将春播前的射干种子搓去种皮，用家用微波炉（150 W）辐射30 s发芽率提高50%左右，且出芽速度快较整齐。
       1.1.3 化学诱变化学诱变是利用一些烷化剂、碱基类似物或叠氮化物等化学诱变剂，采用浸渍法、滴注法、注射法、涂抹法或熏蒸法处理植物种子、花粉、子房、合子、茎尖等部位，使后代产生遗传性的改变。甲基磺酸乙酯（EMS）被证明是最为有效而且负面影响小的诱变剂。与其他烷化诱变剂类似，是通过与核苷酸中的磷酸、嘌呤和嘧啶等分子直接反应来诱发突变。EMS诱变后产生的突变频率高，且多为显性突变体，易于突变体的筛选［15］。
       
       EMS诱发的突变主要通过两个步骤来完成，首先鸟嘌呤的O6位置被烷基化，成为一个带正电荷的季铵基团，从而发生两种遗传效应：一是烷化的鸟嘌呤与胸腺嘧啶配对，代替胞嘧啶，发生转换型的突变；二是由于鸟嘌呤的N27烷基活化,糖苷键断裂造成脱嘌而后在DNA复制过程中，烷基化鸟嘌呤与胸腺嘧啶配对，导致碱基替换，即G：C变为A：T。EMS化学诱变产生点突变的频率较高，而染色体畸变相对较少，可以对作物的某一种特殊性状进行改良［16］。
       
       化学诱变在农作物中如玉米、水稻、大豆等种质资源创新及育种中使用比较广泛，报道较多，但在药用植物中的应用还比较少，通常将该技术与组织培养结合起来使用。如张秀省等［17］报道利用EMS处理长春花愈伤组织发现愈伤组织发生了变异，不仅生长快,且吲哚总碱含量高。
       1.2 倍性育种根据育种目标的要求，采用染色体数加倍或染色体数减半的方法选育植物新品种的途径称为倍性育种，包括两种形式：①利用染色体数加倍的多倍体育种；②利用染色体数减半的单倍体育种。
       1.2.1 单倍体育种单倍体只含有其双亲的一套染色体组的类型。获得单倍体的方法有单性生殖法、体细胞染色体消失法和组织和细胞的离体培养技术等。
        单倍体植株往往不能结实，在培养基中用秋水仙素处理使染色体加倍可以获得纯合二倍体植株，这种培养技术在育种上的应用被称为单倍体育种。单倍体育种具有高速、高效率、基因型一次纯合等优点，因此通过花药或花粉培养获得单倍体的育种技术，已经成为一种崭新的育种手段。Pelletier(1972)首次利用石刁柏花药进行离体培养成功获得了含有一定比例单倍体细胞的混倍体愈伤组织。Dore(1974～1979)在Pelletier工作的基础上，利用花药离体培养技术，首次获得超雄（XY）和纯合的二倍体雌株（YY），然后用组织培养的方法，大量繁殖超雄株和两个纯系的雌株种植于田间进行杂交，选育出早熟高产的杂交组合。利用此组合产生的杂交种子用于进行商业生产从而获得全部是早熟高产的雄性植株（XY）；Falarigna（1986）得到的全雄系杂种比标准品种增产60%～100%。北京农业大学、西北农业大学和天津农学院等单位均对石刁柏花药培养的接种时期、诱导方法、培养基配比、控制体细胞干扰、染色体自发加倍变化及根分化等方法进行研究，也获得花药培养的单倍体植株［18］。褚云霞等［19，20］作百合花药培养花粉植株单倍体率可达25%。S.S.Bhatmagar以麻黄雌配子体为外植体诱导产生愈伤组织，经分化培养得到完整的单倍体植株。
       1.2.2 多倍体育种植物多倍性是植物的细胞内存在3个或3个以上染色体组。多倍体植株的农艺性状通常有明显变化，突出表现在根、茎、叶器官上具有巨型性，往往也具有较大的花和果实，这能大幅度提高以相应部位入药的药材的产量［21］。
        多倍体植株叶部形态有明显的变化，多倍体植株叶片的气孔大于二倍体，其保卫细胞中的叶绿体数随倍性水平的提高而增加，每视野中气孔数多倍体明显少于二倍体，这可以作为初步鉴定多倍体植株的一个依据［22］。
         
       秋水仙素是一种微管解聚剂，常用于诱发植物染色体加倍。秋水仙素与正在进行有丝分裂的细胞接触时，首先与微管蛋白异二聚体结合，从而阻断微管蛋白组装成微管并引起原有微管解聚，使细胞中与微管相关的功能受到阻碍和丧失，不能形成纺锤丝，阻碍了中期以后的细胞分裂进程。当秋水仙素被洗掉，细胞恢复正常分裂功能后，染色体数目增加了1倍，产生染色体数加倍的核。但各种植物和不同组织中的微管蛋白与秋水仙素结合能力不同，因此处理时要注意秋水仙素不同浓度、不同时间、不同处理及恢复期的温度等等对植物细胞产生的不同程度的影响［23］。表1列出了近年来药用植物多倍体育种的进展情况。表1  近年来药用植物多倍体诱导的研究进展（略）
        三倍体植株的同源染色体为三组，在进行减数分裂的后期，染色体无法完成均衡分配，整个染色体的分配过程或者说减数分裂的过程杂乱无章，无法形成正常的配子，结果，导致形成染色体数目极不均衡的配子，造成生殖细胞的高度败育，产生无籽现象。这一特点也被用于药用植物的育种上来。如安巍等［53］采用倍性育种的方法，成功地培育出了三倍体无籽枸杞。
       1.3 植物组织培养辅助育种技术植物组织培养是生物技术中应用较成熟，与常规的诱变育种方法相比，具有明显的优越性。首先在组织培养条件下可以反复大批量的在培养瓶中处理植物愈伤组织、丛生芽，提高多倍体诱导成功率，其次由于组织培养技术不受节气等自然调节的影响可以大大缩短诱导时间并在短期内快速鉴定出大批量株系，繁殖大量试管苗。
       
       许鸿源等［54］以三七根为外植体，以MS+2,4－D为基本培养基，研究了6BA、KT、ZT和灵发素（LFS）对愈伤组织诱导的影响，结果表明在CK的基础上添加2 mg/L LFS可以促进茎段愈伤组织早发生1～2周，诱导率达到81.5%，比CK高出30%。LFS能使愈伤组织鲜重在40d内增加到了60.2%，而KT、ZT和6BA仅增加了13.4%～21.8%。
        王会等［55］将薰衣草无菌苗茎段进行丛芽诱导和生根壮苗研究。在MS培养基础上，以不同激素配比对薰衣草进行丛芽诱导及生根壮苗研究，结果表明：MS+6-BA 2.0mg/L+IBA 0.25 mg/L+GA 2.0 mg/L丛芽诱导效果显著，诱导增殖系数为12。培养基MS+NAA 0.5 mg/L适宜薰衣草壮苗生根；活性炭对薰衣草壮苗生根有抑制作用。宋馨等［56］用20 bayed和Saxena将贯叶连翘根作为外植体，在生物反应器预培养后，转入设计的电脑控制环境的系统（CCES）培养瓶中生长发现增加CO2供给的CCES系统植株生长量，叶绿素a和b增加金丝桃素等活性成分含量都是最大的。
       
       李琰等［57］对杜仲的组织培养方面研究作了大量研究，研究发现：MS培养基有利于杜仲幼茎愈伤组织的诱导，而B5培养基不仅对叶的愈伤组织诱导有利，对茎和叶愈伤组织的继代培养也是最理想的。在杜仲愈伤组织诱导中田间材料幼叶取样时间以3月中旬为好，幼茎的取材时间以4月中旬以前最佳，无菌苗以下胚轴、子叶、真叶诱导效果较好，诱导愈伤组织的培养基pH值以6.3较适宜，培养室的光照条件以12h光照，12h暗培养较有利愈伤组织。诱导茎段的大小和接种方式以0.7cm长度横放方式诱导效果较好［58］。愈伤组织继代培养时接种量在0.35 g左右比较合适，愈伤组织的生长曲线大致呈 S形，在20 d时达到最大值，而总黄酮和绿原酸的含量均在16 d时达到最大值。在继代培养中，茎和叶愈伤组织的增长量、绿原酸和总黄酮含量均在第3代达到最大值，下胚轴诱导的愈伤组织的增长量，绿原酸和总黄酮含录均在第4代达到最大值，子叶愈伤组织的增长录和总黄酮含量在第5代达到最大值，绿原酸含量于第4代达到最大值。不同来源的愈伤组织中叶愈伤组织中绿原酸含量最高下胚轴愈伤组织中总黄酮含量最高［59］。
       1.4  选择育种选择育种是指直接利用自然变异 ，不需要人工创造新变异而从中进行选择，并通过比较试验的育种途径。
        药用植物长期以来野生群居生长，在自然状态下，由于天然杂交、基因重组、分离、基因漂变或突变，个体间在遗传性状上存在很大差异，其中可能蕴藏着丰富的已知或未知的有用基因，如控制高产、优质、抗病、抗逆等优良性状的基因和控制有效成分代谢途径和代谢速度的基因等［60］。这种在自然状态下产生的变异是进行优良个体筛选的物质基础，通过定向选择，可以实现有利基因的积累，从而显著改变原始群体的面貌，促使新变异的出现，直至选育出优良的品系或品种。
        近几年在广东省中药材规范化、产业化建设过程中，广州中医药大学联合相关的中药企业在省内建立了穿心莲、广藿香、阳春砂仁、广佛手、巴戟天、高良姜、溪黄草、化州橘红、山银花、五爪龙、九节茶、广金钱草、鸡肾草、何首乌、鱼腥草等10多种中药材规范化种植研究(GAP)基地。对这些中药材规范化种植生产的各个环节进行了系统的研究、总结和整理。其中，开展了这些中药材的物种鉴定和优良品种繁育研究。对这些中药材的不同栽培品种进行了调查、鉴定，初步筛选出不同的农家种，如砂仁的“圆果”“长果”；巴戟天的“小叶种”“大叶种”；广藿香的“牌香”“肇香”“南香”；广佛手的“握拳果”“张手果”；鸡肾草的“小叶鸡肾草”“大叶鸡肾草”等；并初步筛选出优良品种，如巴戟天的“小叶种”、广藿香的“牌香”等［61］。
       
       韩维亚等［62］运用林木选择育种原理，从297株雌银杏古树中发现并选育出两个具有药用价值高、结实早、丰产稳产、抗逆性强等特点的黑银杏优良无性系-中银黑1号和中银黑2号。黑银杏种仁中总黄酮含量0.9 mg/kg，叶片中总黄酮含量8.5 g/kg，分别比普通银杏(梅核白果)高50%和41.7%。
        近年来人参育种取得了很大成效，中国农业科学院特产研究所采用集团选育法育出了有效成分含量较高的黄果人参新品种，赵寿经等［63］运用高产选育方法育成吉参1号品种。徐昭玺等［64］（1997）对人参选择育种开展了研究，发现人参混合选择效果不明显，不同等级的母株对后代产量的影响较大。
       
       郭巧生等［65］从4个栽培类型的药用菊花中选育出具有优良栽培性状且高产的“红心菊”和“小自菊”两个推广材料。
       1.5  杂交育种杂交育种是指以基因型不同的品种进行交配或结合长成杂种，通过培育选择，获得新品种的方法。杂交育种是选育新品种主要途径，是近代育种工作最重要的方法。由于杂交引起基因重组，后代会出现组合双亲控制的优良性状基因型，产生加性效应，并利用某些基因互作，形成具超亲类型新个体，为培育选择提供了物质基础。杂种后代群体，通过培育、鉴定、选择等步骤，获得优良单系，再经过无性繁殖就形成新品种。杂交育种按性质可分为有性杂交育种和无性杂交育种。在有性杂交育种中，根据亲缘关系的远近，又可分为品种间杂交和远缘杂交。一般杂交育种是指品种间杂交育种。按育种不同要求可采用简单杂交，回交和复式杂交等方式。杂交育种主要考虑亲本应具有重要目标性状的基因，选择育种值大的性状。考虑亲本间性状基因互补，选生态地理上相距远的双亲配合力高的作亲本并配制组合等。
       
       杂交育种作为一种常规的育种技术，在药用植物育种上也得到了广泛的应用。如黄春洪（2001）进行了根状茎组的盾叶薯蓣×穿龙薯蓣、盾叶薯蓣×山萆薢的杂交研究，能够产生杂交种子，而在盾叶薯蓣×山萆薢，这分属两组的代表植物的杂交试验中没有获得杂交种子［66］。赵合句等［67］对1983年育成的松蓝与荠菜属间杂交品系进行了比较试验，发现杂交品系在产量、抗病性等方面具有较大的优势。韩宁林等［68］对湖北不同群体间银杏远距离花粉授粉，获得在叶产量、芽数、苗高和地茎粗等方面具有杂种优势的后代。刘玮等［69］进行了丁香属植物的有性杂交试验，研究表明18个组合中有5个获得了杂种，同时发现后代结实率存在较大差异。王秋颖等［70］对多个天麻品种进行多年正反交试验，培育出4个杂交品种，其中3个是高产品种，同时这些品种遗传稳定，天麻个数和产量与双亲相比都有较大的提高，可大面积推广。王锦秀等［71］为培育大果粒枸杞新品种，2002～2004年采用枸杞与番茄进行属间远缘杂交育种试验，共配置21个杂交组合，从中筛选出7个杂交组合，培养出7个杂交后代株系，其中有2个株系已开花结果，这一研究结果说明某些茄科植物不同属间进行杂交是可行的。
       2 讨论
       2.1  种质资源对于药用植物育种的重要性“药用植物的种质资源”是泛指一切可用于药物开发的植物遗传资源，是所有药用植物物种的总和。种质资源遗传多样性是药用植物种质鉴定的基础，是利用基因资源的基础，是引种栽培和资源保护的基础，同时也是育种的基础。种质资源是药材生产的源头，种质的优劣对产量和质量有决定性的影响，种质资源研究特别是种质资源遗传多样性的研究在药用植物开发中具有重要意义因此需要投入更多力量加以研究［72］。药用植物种质资源研究的主要内容包括种质资源的调查、收集和整理，建立种质资源描述系统；种质资源的保存技术研究；种质资源的鉴定和评价研究，以提高药材质量，培育优良品种为目标，筛选优良种质资源［73］。
       
       我国是中药材原料的重要出口国，野生植物资源保护力度不够，只开发不抚育造成了野生植物资源的迅速减少，许多珍贵的药用植物已经处于濒危甚至灭绝的边缘。目前在我国以上工作已经开始进行，如种质资源的收集、整理、评价［74］；种质资源保护技术［75］；以及为有效保护资源而开展的各种育种工作。
       2.2 分子标记辅助选择在药用植物育种中的可行性和前景DNA分子遗传标记技术又称DNA分子诊断技术，是指通过直接分析遗传物质的多态性来判断生物内在基因排布规律以及其外在性状表现规律的技术。任何生物种或个体都具有特定的DNA多态性，通过直接诊断分析DNA的多态性便能避开遗传特性表现过程中的环境因素，数量性状遗传或部分与完全显性的干扰，快速准确地测定DNA的差异性［76］。
       
       DNA分子作为遗传信息的载体，不受外界因素和生物体发育阶段及器官组织差异的影响，具有较强的遗传稳定性和较高的化学稳定性，在陈旧标本中所保存下来的DNA仍能够用于DNA分子遗传标记的研究，所以随着分子生物学和分子克隆技术的发展，DNA分子标记技术会越来越丰富并且在药用植物学的发展中得到满意结果，目前用于药用植物育种的分子遗传标记技术有RFLP，RAPD，APPCR，AFLP等［77］。
       2.3  空间技术在药用植物育种中的应用空间诱变育种，是利用高空气球、返回式卫星、飞船等航天器，将作物种子、组织、器官或生命个体搭载到宇宙空间，利用宇宙空间特殊的环境诱变作用使生物基因产生变异，再返回地面进行选育，培育新品种、新材料的作物育种新技术。它是航天高科技与农业遗传育种相结合的产物，是综合了宇航、遗传、辐射、育种等跨学科的高新技术。航天育种的最大优势在于有可能在较短的时间内创造目前常规诱变育种方法难以获得的罕见基因资源，培育出有突破性的优良品种［78］。
       
       1994，1996年发射的返地卫星，分别搭载了红花、桔梗等药用植物种子。经研究发现了抗逆性增强、活性成分提高，品质得到了明显改良［79］。
       
       药用植物品质(产量及药用成分)的优良性、均一性、稳定性和可控性是保证中药生产和中成药疗效的首要环节，优良品种是生产优良药材的基础，只有经过选育的良种才能实现品种的生物学性状整齐、遗传基因稳定、产量稳定、药用成分含量高目稳定可控。因此，开展药用植物选育种研究是实现中药现代化与产业化的客观要求。但我国药用植物资源众多，一方面野生资源数量和种类在迅速减少，另一方面人工驯化和育种工作没有全面系统展开，为保证药用植物的可持续发展，还有待于加大研究力度，选育具有我国自主知识产权的品种。
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