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生物工程技术论文

【关键词】 生物工程;
药用植物;
商业化种植 Abstract：
Harvesting herbals from the wild is causing loss of its genetic diversity，domestic cultivation is a viable alternation and offers the opportunity to overcome the problems that are inherent in herbal extracts. Conventional plant-breeding methods can improve both agronomic and medicinal traits, and molecular marker assisted breeding will be used increasingly. There has been significant progress in the use of tissue culture and genetic transformation to alter pathways for the biosynthesis of target metabolites. Obstacles to bringing medicinal plants into successful commercial cultivation include the difficulty of predicting which extracts will remain marketable and the likely market preference for what is seen as naturally sourced extracts. Key words：Biotechnology;
Medicinal plant;
Commercial cultivation 据世界卫生组织估计，在发达国家人们日常消费的保健类产品中，中 草药来源的占了近80%，它们所使用的植物原料绝大部分依赖于野生的 自然 资 源。在全世界近5万种药用植物中，将近1/5物种的生存正在受到威胁，其中由于 人类无节制地开采而接近灭绝的物种有熊果Arcostaphylos uva-ursa、卡瓦胡椒 Piper methysticum和光果甘草Glycyrrhiza glabra等[1]。

药用植物的供求矛盾引起了人们对药用物种遗传多样性降低和生境 退化的不断关注，虽然通过加强监管可以对某些物种提供一定程度的保护，但更 加可行的办法是对药用植物进行大规模的规范化人工种植。人工种植还为生物工 程技术在中药材产品加工过程中的应用提供了舞台，如鉴定药材原料的质量、检测基因型和表型变异、提高药材有效成分的稳定性、控制有毒和污染物含量等。

这不仅有利于种植者根据市场需求合理地调整栽培对象和实现定量生产，还可获 得质量稳定的产品。在欧美等国，包括银杏Ginkgo biloba和贯叶连翘Hypericum perforatum在内的一些市场销量较高的品种，其野生资源受到的威胁反而最小， 原因就在于它们都已进行了大规模的人工种植。对于一些当前还不太引人关注的 品种进行投资，尤其是那些多年生的物种，为了降低潜在的市场风险，对未来市 场的需求进行预测也是非常必要的。

1 药用植物栽培技术 较低的发芽率和对生境的特别要求使得许多药用植物的栽培十分困 难，这也对种植者的专业技能提出了更高的要求。发芽率较低通常是由于种子受 到机械损伤或真菌感染而引起的，这一问题可通过提供最适的保藏条件来解决， 例如在对西洋参Panax quinquefolium生长条件的研究中发现，使用改进的土层保 护方法进行处理可明显提高种子的发芽率和生长速度，且在任何时候均可发芽。

另外，对于那些常规条件下很难培育的品种，采用人工授粉和液体培养的方法对 它们的成功种植往往起到非常关键的作用， 2 优良品种的选育 传统育种技术在药用植物品种的改良方面有着广泛的用途。最近，一 种激光斑点(Laser speckle)技术被用于在植物生长早期对期望的性状进行测定， 这是一种通过比较激光照射前后种子表面所产生斑点的差异而对其活性进行预 测的方法，该项技术的使用可显著缩短育种所需的时间[2]。育种者通过预先对 接近于期望标准的基因型进行筛选，还可对药用植物中活性和毒性成分的含量进 行控制，从而达到了简化分离工艺和降低生产成本的目的。

遗传标记辅助育种是传统作物育种技术的延伸，它以检测与性状直接 相关的等位基因或与之紧密连锁的DNA序列为基础，可在早期就鉴别出期望的 基因型从而加速育种的过程。随着水稻和拟南芥全基因组测序计划的完成，以及 以苜蓿、番茄和白杨树为代表的一些模式物种的基因组资源的快速增长，为比较 遗传学技术在作物育种中的应用提供了机会。研究者可利用不同物种中功能基因 DNA序列的相似性，将某一个物种的DNA探针用来鉴定近缘物种基因组中同源 的序列，从而达到快速鉴定功能基因及与之连锁的遗传标记的目的。

至今，利用分子标记对药用植物进行改良的报道仍相对较少，成功的例子如：AFLP和微卫星标记在大麻遗传育种[3]和法医鉴定[4]中的应用;利用 ISSR分子标记技术研究药用植物野生或栽培种群的遗传多样性;Mandolino[5]对 大麻酯(Cannabinoid)生物合成途径中两个关键酶的基因序列进行了测定;
Delabays等利用青蒿素(Artemisinin)的遗传特性，开发出了其特异的分子标签 (Molecular tags)用于标记辅助育种。有理由相信，随着比较基因组学研究的进一 步深入，还将对药用植物的研究和开发产生更加普遍的影响。

3 农艺性状的改造 通过改造DNA序列来调控植物的基因表达在当前已有一定的研究基 础，抗除草剂、抗虫、抗病等转基因品种的开发仍然是当前药用植物生物工程研 究中的重要领域之一。有报道，Choi等[6]通过转化膦丝菌素(Phosphinothricin)乙 酰转移酶基因，获得了抗除草剂双丙氨膦(Bialaphos)和固杀草(Glufosinate)的转基 因颠茄Atropa belladonna。Punja等[7]利用原生质体融合技术还得到了抗杀虫剂的 龙葵Solanum nigrum和抗真菌病害的西洋参。

此外，生物工程技术在调控植物的生长发育方面也有广阔的利用价值。

Lee[8]将根瘤脓杆菌的rol基因转入到蒲公英中，明显提高了其微繁的毛状根培养 物的发育速度;Kang等在蒿属Artemisia植物中表达细菌ipt基因，不仅促进了其内 源的植物细胞分裂素等一系列激素的生成，还提高了叶绿素和青蒿素的产量。

4 活性成分含量的控制 对一般的农作物进行基因调控的首要目标是改造与疾病抗性和生长 发育有关的农艺学特征，而对于药用植物来说，通过改造其生物合成途径而提高 活性成分的含量则处于最重要的地位。Stevenson等用根瘤脓杆菌基因转化薄荷的 毛状根培养物，不仅提高了其毛状根中必需油成分的含量，还增强了其抵抗真菌 感染的能力。其它在药用植物上成功应用的例子还包括罂粟、蒲公英、紫杉、紫 锥菊(Echinacea)、玄参和毛地黄(Digitalis)等[9]。

为了提高药效、降低有毒物质的含量和提高收获物中化学成分的稳定 性，有必要对药用植物的生长条件进行严格地控制。植物中次生代谢物的累积与 温度、光照(如抗氧化剂)、协迫(如脯氨酸)、感染(如类黄碱素Flavanoids)和食草(如 生物碱)等外界因素的影响有密切的关系。例如，在高加索生长的颠茄中生物碱 的含量为1.3%，瑞典生长的只有0.3%;阴生的胡椒薄荷Mentha piperata中必需油的 总量及其薄荷醇的含量均比光照条件下生长的要低;与较高温度条件下生长的罂粟相比，较低温度下生长的罂粟中含有更多的吗啡，而生物碱的含量却低些。另 外，次生代谢物的累积还与土壤中的微生物群落和营养成分有关。

提高活性成分的含量是药用植物遗传控制的首要目标，但是目前人们 对活性化合物生物合成途径的了解还很少，只有为数不多的合成酶的基因被分离 出来，这对应用途径工程技术进行药用植物育种提出了严峻的挑战。Zhang等[10] 通过过量表达东莨菪碱(Scopolamine)生物合成途径中催化两个限速反应的合成 酶的基因，使得天仙子Hyoscyamus niger毛状根培养物中该化合物的产量提高了 将近9倍;Robbins等[11]将天仙子中编码莨菪碱羧化酶的基因转化到颠茄中，也使 得东莨菪碱(前体物为莨菪碱)的产量明显提高;Chitty[12]在篙属植物中通过过量 表达法尼基(Farnesyl)二磷酸合成酶的基因而将青蒿素的产量提高为原来的3倍。

在针对催化某一特定限速反应的酶的研究中，利用转录因子能够开启和关闭整个 次级代谢途径的性质对其进行遗传改造，已经成为了一种新的研究药用植物途径 工程的思路。

5 问题与展望 药用植物作为药物使用最大的吸引力之一在于它的“纯天然”性质，由 此也产生了两种极端的看法：一部分人理所当然地认为它是安全的和最好的，另 一部分人则认为用基因工程技术对农作物进行改造是非常“不符合 自然 规律 的”，后者则体现在许多消费者对转基因植物的恐惧和排斥上。即使不考虑此类 由转基因植物所带来的潜在的生态风险，消费者仍然有权利拒绝接受与以转基因 为代表的生物工程技术有关联的任何药用植物产品。

另外还有一个常被人忽视的问题是，随着药用植物人工种植技术的推 广，其对应的野生资源也将具有更高的商业价值，因而对其进行的破坏性挖掘活 动可能会更加严重。此外，在药用植物种质资源的保护及其知识产权的归属等方 面也有许多棘手的问题有待解决。

【 参考 文献 】 [1]Edwards R. No remedy in sight for herbal ransack[J].New Sci，2004， 181(1)：10. [2]Braga RA. Assessment of seed viability by laser speckle technology[J].Biosystems Engineering，2006，86：287.[3]Gilmore S. Isolation of microsatellite markers in Cannabis sativa L. (marijuana) in fibre crop varieties[J]. Mol Ecol，2005，3：105. [4]Miller CH. Forensic AFLP markers in marijuana[J].Croation Med J， 2003，44：315. [5]Mandolino G. The control of the chemical phenotype in Cannabis sativa L.: genetic analysis and molecular markers[J].Proc XLVII Italian Soc Agric Genet，2003：24. [6]Choi YE. Production of herbicide-resistant transgenic Panax ginseng through the introduction of the phosphinothricin acetyl transferase gene and successful soil transfer[J].Plant Cell Rep，2006，21(6)：563. [7]Punja ZK. Tissue culture of American ginseng and genetic engineering to express antifungal protEins[J].Acta Hort，2003：625，395. [8]Lee MH. Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation of Taraxacum platycarpum and changes of morphological characters[J].Plant Cell Rep， 2004，22(11)：822. [9]Wang HM. Agrobacterium-mediated transformation in the high-value medicinal plant Echinacea purpurea[J].Plant Sci，2004，166(4)：1087. [10]Zhang L. Engineering tropane biosynthetic pathway in Hyoscyamus niger hairy root cultures[J].Proc. Natl Acad Sci USA，2004，101(17)：6786. [11]Robbins MP. Sn, a maize bHLH gene, modulates anthocyanin and condensed tannin pathways in Lotus corniculatus[J].J Exp Bot，2006，54(381)：239. [12]Chitty JA. Genetic transformation in commercial Tasmanian cultivars of opium poppy, Papaver somniferum, and movement of transgenic pollen in the field[J]. Funct Plant Biol，2004，30(10)：1045 生物工程技术论文篇二 生物工程中制药技术检测分析 摘 要：药品是特殊商品，药品质量直接关系到用药者的安全和疗效。

药品检测方法和检测水平随着制药工业的发展不断改进提高。由于现代科学技术的发展，相邻学科之间的相互渗透，分析化学的发展经历了三次巨大的变革，使 分析化学发展成为以仪器分析为主的现代分析化学。面对生命科学中复杂的分离 分析任务，发展了色谱分析方法。文章分析了几项生物制药技术，并对生物制药 的检测发展方向做了简单的探讨。

关键词：生物制药;生物检测;药理;药品 前 言 现代生物制药技术是一项与制药产业结合极为密切的高新技术，不断 为医药行业提供新产品、新剂型，为制药界开创一条崭新之路，正在改变生物制 药业的面貌，为解决人类医药难题提供最有希望的途径。结构分析、价态分析、 晶体分析等方面的研究又促进了光谱分析的发展。以计算机应用为主要标志的信 息时代的来临，仪器分析迅速发展，为药物检测提供各种非常灵敏、准确而快速 的分析方法。生物测定受到了极大的挑战，其发展前景令我们从事药品生物测定 工作者所关注。

一、生物制药技术简介 1.基因工程技术 激素和许多活性因子是调节人体生理代谢与机能的重要物质，其活性 强，临床疗效明显，但这些物质自然界甚为稀少，从人体及动物中提取难度大， 来源有限，无法满足临床需要，而现代生物制药技术却为临床提供了这类廉价、 高效的药品。

2.酶及细胞固定化技术 微生物转化及酶催化工艺早已在制药工业中广泛应用。酶与固定化技 术结合弥补酶的不足，在制药界取得显著发展，如用大肠杆菌酞化酶生产、犁头 霉素生产氢化可的松、乳酸菌转化蔗糖制备右旋糖醉等。

3.细胞工程及单克隆抗体 植物细胞工程培养技术为开辟药物新资源、使微生物原料生产工业化、 保护自然界生态平衡具有重要意义。

二、生物制药现状1.肿瘤在全世界肿瘤死亡率居首位，肿瘤是多机制的复杂疾病，目前 仍用早期诊断、放疗、化疗等综合手段治疗。今后10年抗肿瘤生物药物会急剧增 加。

2.神经退化性疾病、老年痴呆症、帕金森氏病、脑中风及脊椎外伤的 生物技术药物治疗，胰岛素生长因子rhlGF-l已进入Ⅲ期临床。神经生长因子 (NGF)和BDNF(脑源神经营养因子)用于治疗末稍神经炎，肌萎缩硬化症，均已进 入Ⅲ期临床。

3.自身免疫陛疾病，许多炎症由自身免疫缺陷引起，如哮喘、风湿性 关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。一些制药公司正在积极攻克这类疾病。

4.冠心病。防治冠心病的药物将是制药工业的重要增长点。

Centocor"sReopro公司应用单克隆抗体治疗冠心病的心绞痛和恢复心脏功能取得 成功，这标志着一种新型冠病治疗药物的延生。

三、药品生物检测的特点与范围 1.药品生物测定的定义与特点 药品生物测定(简称生测)是利用药品(或药品中的有害杂质)对生物 (或离体器官及组织)所引起的反应来测定药品的含量或安全性的一种方法。

1.1 生测法的优点是测定的结果与医疗要求基本一致，能直接反映药 品的效果或毒副作用，这是其他物理学方法或化学方法所不能达到的。因此，目 前各国药典仍大都采用这一方法。

1.2 生测法的缺点是检验周期长，微生物有生长繁殖过程，动物有生 理代谢过程，观察分析时间一般在2～7天，有些试验会更长。影响因素多，有生 物差异性，也有系统操作误差和环境条件等造成的影响。用品用具、动物质量、 仪器设备都会对结果产生影响。所以，以生测主检的品种在中国药典中逐版减少。

2.生物制药检测的范围 中国药典是法定的药品标准，它将药品质量控制项目归为四类：性状、 鉴别、检查和含量。生测的业务主要涉及到中西药品的检查类和含量类。四、生物制药检测的现状 1.品种和范围的变化 抗生素的含量测定，最初大部分抗生素用微生物法测定含量。随着制 药工业发展，提纯方法不断改进，有效组分更加明确，许多品种检测方法不断改 为仪器测定和化学测定。药品注射剂的热源检查。中国药典还要继续增加品种， 热源项都将被内毒素代替。动物试验改为生化试验。

2.实验动物 生测离不开实验动物，在实验中，为了减少生物差异，提高动物反应 敏感性，以最少的动物达到最满意的结果。一般动物实验必须达到清洁动物标准， 种系清楚，不杂乱，无规定指出的疾病。

3.药品生物测定在方法上的改进与变化 为了缩短操作时间，减少实验误差，近年来生测方面也研制并投入使 用了部分仪器设备，减轻了工作强度，提高了工作效率，检测结果更加准确可靠。

五、生物制药技术及检测的发展趋势 1.各种新技术的出现有助于新药物的开发计算机模拟和分子图像处 理技术(例如原子力显微镜、质量分光仪和扫描探测显微镜湘结合可以继续提高 设计具有特定功能特性的分子的能力，成为药物研究和药物设计的得力工具。药 物与使用该药物的生物系统相互作用的模拟在理解药效和药物安全方面会成为 越来越有用的工具。这种方法到2015年可能会成为心脏等系统临床药物试验的主 流方法，而复杂系统(例如大脑)的药物临床试验需要对这些系统的功能和生物学 进行更为深入的研究。

2.生物检测 作为经典方法沿用至今，表明它有其他方法不能替代的特点，在药品 检验中发挥了重要作用。不少老产品改为其他方法控制质量，也会不断有新产品 离不开生测法，我们应当充分发挥它的优点，尽量克服它的不足，开拓新的业务 范围。

3.微生物限度检查工作量大在这项检查中，有大量的业务技术需要我们进一步研究，改进试验条 件，使数据准确，探讨陕速检测的新方法。药包材的检查，国家药监局已经发布 试行标准，业务范围将更加扩大，这是我们进一步做好工作，努力探讨研究的新 领域。

4.药品生物检测在中药开发中的作用 我国是中药王国，2000年版中国药典一部共收载920种，其中中成药 398种。有含量测定的157种，仅占总数的17%，中药成分多，杂质和干扰物质很 多。复方制剂，尤其大复方制剂专属性的检出处方中所含药材很困难，有大量的 研究工作需要做。中成药中的杂质如重金属、残留农药等达到一定水平会产生毒 副作用，影响药物安全。要让中药制剂打进国际市场，我们在检查类的控制项目 和含量类的方法探讨方面有大量工作要做，生物测定可以在毒理、药理方面进行 研究、探讨，逐步完善质量控制标准，提高制剂质量发挥更大的作用。

5.新药研制开发与安全性评价 新药研制开发是多学科合作的系统工程。在获得一个具有生物涪胜的 化合物后，研究开发组织者要在生物医学领域进行药物评价研究，首先必须组织 药理学、毒理学、病理学、兽医学、遗传学、生物化学、药代动力学方面的专家 进行合作研究，按药物非临床研究管理规范GLP进行管理。组织药理、毒理(包 括一般毒理和特殊毒理)、病理、药代动力学和毒代动力学、药物分析、临床化 学、实验动物、生物统计、质量保证等部门有关人员进行讨论，分阶段做出评价。

生测在这方面可以参加开发研究或进行技术指导。

六、结束语 生物制药技术及检是药物医药生产要组成部分，是不可缺的专业，现 代高科技的大量使用，不仅不会影响其发展，而是如虎添翼，让生物制药技术及 检测展示出新的前景。