因此，為適應國家保護和提高重要藥用植物質量的要求，以及野生資源短缺、中藥質量嚴重退化的嚴峻形勢，必須更好地開發利用藥用植物資源，改善和提高藥用植物質量，加大產業化生產力度，增加藥用物質的產量，滿足市場需求，同時加大對野生資源的保護力度，使其更好地、可持續地為人類服務。同時，加大對野生資源的保護力度，使其更好地、可持續地為人類所用。
藥用植物在開發利用過程中存在許多問題，如種類和數量不清、種質資源保存困難、野生資源破壞嚴重、人工栽培品種質量退化等，嚴重制約了產業的發展。如何對藥用植物資源進行有效分類鑒定，保護瀕危、稀缺資源修復再生，防止退化滅絕，以實現藥材持續供應保障和藥材品質提升，是藥用植物現代化發展領域亟待解決的問題，也是實現中藥產業現代化、國際化的關鍵舉措。
傳統的藥用植物分類鑒別方法主要依據藥材的色、形、香、味、質等感官特征，其不足之處在於對這些特征的把握因人而異，主觀性強，強調經驗積累，準確性不高，未得到國際同行的廣泛認可。因此，如何在分子水平上揭示種質之間的差異已成為研究人員十分關註的問題。現代生物技術為藥用植物種質鑒定開辟了壹條新路。
DNA分子標記（DNA molecular markers）是壹種基於脫氧核糖核酸（DNA）分子差異的標記，壹般具有快速、微量、特異性強、穩定性好、結果直觀可靠等諸多優點，且不受生育期、試驗地、環境條件、貯藏等因素的影響[1]。
DNA分子標記在藥用植物研究中的應用最早始於日本。最早和最頻繁的應用是藥材的鑒定和物種分類。早期的 DNA 分子標記技術包括限制性片段長度多態性（RFLP）和隨機擴增多態性 DNA（RAPD）。隨著生物技術的發展，人們開發出了更高效、更快速的 DNA 分子標記，如限制性片段長度多態性擴增（AFLP）、簡單序列重復（SSR）、序列特征擴增區（SAR）和隨機擴增多態性 DNA（RAPD）。多態性、簡單序列間重復（ISSR）、序列相關擴增多態性（SRAP）、單鏈構象多態性（SSCP）等相繼出現，並被應用於藥用植物種質資源研究的各個方面。
臺灣中興大學應用RFLP技術準確鑒定了苦菊及其偽品[2]，季寶玉等[3]對葛根的研究表明，RAPD可作為種質資源篩選鑒定的關鍵技術；郝剛平等[4]成功地將 AFLP 技術應用於丹參的鑒定；潘清平等[5]利用 ISSR 技術為玉竹商品藥材的鑒定提供了分子依據。潘清平[5]采用 ISSR 技術為玉竹商品藥材的鑒定提供了分子依據。因此，DNA分子標記技術是鑒定藥用植物的有效方法。
表1比較了幾種常用的DNA分子標記技術，每種方法都有各自的優點和局限性，可根據實驗目的、材料和實驗條件進行選擇。
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DNA條形碼技術是利用壹種或幾種標準DNA序列作為標記來實現物種鑒定，類似於超市中利用條形碼掃描來區分不同商品，具有快速簡便、準確可靠、自動化程度高等優點。
陳曉明等[6]研究了4 800種藥用植物及其近緣種的6 600份樣品，證明ITS2在藥用植物鑒定中可發揮關鍵作用；劉梅子等[7]發現ITS2序列對不同地理區域采收的9個常見青蒿物種的鑒定成功率最高，可作為潛在的青蒿植物鑒定條形碼；崔誌偉等[8]利用ITS2和pTS2序列對藥用植物進行了鑒定。]利用ITS2和psbA-tmH有效區分了不同品種的金銀花，表明ITS2和psbA-tmH可作為鑒定不同品種金銀花的優勢條形碼組合；李麗等[9]證明ITS2序列可用於快速鑒定海南西溪科黎族藥用植物。
近年來，新開發的單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）標記技術可以檢測不同等位基因之間僅有的個體堿基差異或僅有的微小插入、缺失等核苷酸差異，可用於區分兩個個體遺傳物質的差異[10]。Chen 等 11]利用 SNP 標記技術結合 ITS2、matK 和 psbA-trnH 標準條形碼序列成功鑒定了西洋參和三七。這證明基於 DNA 條形碼的 SNP 標記技術是鑒定人參屬植物的有效手段。SNP可直接作為序列變異的標記，其檢測分析方法以高精尖的DNA芯片技術取代了傳統的凝膠電泳，被認為是目前應用前景最好的遺傳標記。
DNA條形碼技術可實現快速有效的物種鑒定，已成為當今藥用植物種質資源分類鑒定的主流方法。
傳統的藥用植物種質資源保存壹般采用種子庫的方法，存在占用空間大、保存物種數量有限、管理麻煩、易感染細菌和黴菌、保存時間短等缺點。利用生物技術方法進行離體保存可以很好地解決上述問題。保藏材料回收後，不受自然環境影響，可在短時間內快速繁殖大量種苗，省時省力，同時降低了變質頻率，達到隨時使用、長期保存優質種質資源的目的[12]。
依靠植物細胞的全能性，將外植體接種在濾紙上的MS半固體培養基或液體培養基上，然後置於室溫或低溫條件下進行培養，並適時進行繼代培養[13]，組織培養保存法分為室溫繼代保存法和緩生保存法。組織培養保存法可以有效擴大藥用植物的繁殖量，緩解野生資源不能滿足市場需求的局面，也是保護瀕危珍稀藥用植物的有效手段。
（1）常溫繼代保存法：在常溫條件下，每隔壹段時間將外骨皮進行新壹輪的繼代培養，以達到保存種質的目的，需要時還可隨時擴繁[14]。該方法用於保存鐵皮石斛種質資源，取得了壹定的效果，成功建立了鐵皮石斛快速繁殖體系[13]。該方法間隔時間短，需要不斷繼代培養。
（2）慢生保存法：通過調整培養條件，在保證外骨骼不死亡的前提下抑制其生長，盡量減少養分的消耗，從而盡可能延長繼代培養的時間。主要措施包括降低溫度、調節滲透壓、控制營養水平、使用生長抑制劑或延緩劑、控制培養基的營養比例以及調節光照等[13]。對歐鼠李的離體培養研究旨在探索最適合歐鼠李種質離體保存的條件 [15]。
這種方法可以長期保存植物種質，無需繼代，因此遺傳變異相對較小。最成熟的超低溫保存方法是玻璃化法。利用高濃度復合保護劑處理植物培養物，用液氮冷凍壹定時間，使植物細胞內外溶液凝固成無定形的玻璃化狀態，避免冰晶在形成和融化過程中對細胞的機械損傷。這種狀態下植物細胞的新陳代謝和生長活動幾乎完全停止，同時保持了生物材料的形態發生潛能[16]，是保存種質資源的有效方法。
西洋參懸浮細胞超低溫保存的探索性研究證明了該方法的可行性[17]；封裝玻璃化法超低溫保存技術可實現山藥種質的體外保存[18]；利用玻璃化法保存瀕危植物山茱萸，成功實現了其莖尖的冷凍程序[19]。
小滴玻璃化法是在滴凍法和玻璃化法的基礎上發展起來的，具有成活率高、再生率高、適用範圍廣、處理量大、操作簡便等優點[20]。小滴玻璃化法在藥用植物種質保存中的應用報道較少，但可為其他植物的種質保存提供參考。
人工種子是將組織培養產生的胚用能提供養分的蒴果包裹起來，再在蒴果外包裹壹層保護膜，形成類似天然種子的結構。人工種子具有不受季節限制、營養供應和抗病性較好、能保持優良品種的遺傳特性、便於貯藏和運輸等優點。對於瀕危藥用植物種質資源的保存非常有用。
長期以來，許多珍貴稀有的藥用植物因其獨特的治療、保健和美容功效而供不應求，原藥材價格不斷攀升，極大地刺激了對野生珍稀藥用植物資源的掠奪性采挖和收購，造成資源的毀滅性破壞。此外，全球氣候變暖等自然環境的變化也使得很多地區不再適合原生藥用植物生長。多種原因疊加，導致多種珍稀藥用植物資源瀕臨滅絕。
人工種子技術對於保護瀕危植物種質資源具有重要意義。但該技術依賴於植物組織培養，不適用於難以培養的植物。
利用器官培養和植物幹細胞培養等生物技術方法，也能很好地實現藥用植物資源的可持續利用[30]。此外，DNA分子標記技術在種質資源鑒定、保護對象和原生境保護單元的確定、遷地保護的取樣策略和效果評價、瀕危原因的科學闡明等方面的應用，也可為珍稀瀕危藥用植物資源保護策略的制定和措施的實施提供參考。
生物技術的應用既能更好地利用藥用植物資源，又能最大限度地保護藥用植物資源。生物技術在推動中華文化瑰寶--中醫藥走向世界方面將發揮巨大作用。
藥用植物的栽培存在病毒感染導致質量下降、缺乏科學的質量評價體系等問題。因此，培育脫毒優質藥用植物，建立科學的質量評價體系，創制質量優於天然品種的藥用植物新品種，是當前藥用植物研發領域的熱點方向。
植物病毒被稱為 "植物癌癥"，因為它們會幹擾宿主的新陳代謝，降低產量和質量，甚至導致死亡。尤其是無性繁殖的作物，在連續幾年的栽培過程中容易積累多種病毒，從而導致品質下降[31]。植物病毒已成為降低作物產量和品質的主要因素之壹。
目前，人類已發現近千種植物病毒。感染藥用植物的主要病毒種類包括黃瓜花葉病毒、芋頭花葉病毒、大豆花葉病毒和煙草花葉病毒[32]。全球每年因植物病毒造成的經濟損失約為 600 億美元。因此，加大藥用植物脫病毒技術的研究力度，采取科學有效的防控措施，是當前和今後提高和改善藥用植物品質的重點和難點[33]。表 2 總結了近年來幾種去病毒技術的應用進展。
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除表 2 所列的常用脫毒方法外，還有花藥或花粉培養、珠心胚培養技術等，也可在壹定程度上達到脫病毒的效果。
植物新品種是指通過人工培育、馴化和引種發現或經生物技術改造的野生植物而發展起來的，具有新穎性、特異性、壹致性和穩定性以及名稱確定性的植物品種[45]。
傳統藥用植物新品種的創制壹般采用雜交育種等方法，如桔梗[46]、丹參[47]等藥材已開展雜交育種或利用雜種優勢研究，創制出新品種。但該方法存在不能產生新基因、雜交後代會出現性狀分離、育種過程緩慢、工藝復雜等缺點。現代生物技術方法為培育新品種開辟了新途徑。
誘變育種是指利用各種物理、化學和生物因素誘導植物發生基因突變，促進基因重組，擴大遺傳變異，進而根據育種目標選育出新品種的育種技術[48]。
離子束註射誘變是壹種利用可控射程、集束性和方向性的電荷能量離子束的註射，以獲得相對較高的突變率和相對較寬的突變譜，同時對細胞的損傷程度相對較輕的新品種選育技術。用不同劑量的 12C6+ 離子束均勻輻照紫蘇種子會產生壹些染色體畸變，這為選育優良突變品種提供了更多的可能性 [49]。這表明低劑量 12C6+ 重離子束在輻照誘導新突變類型和培育優良新品種方面具有更大的潛力。
太空育種是壹種利用太空特殊環境產生生物基因突變，選育新品種、新材料的新型育種技術。其最大優勢在於可以在較短時間內獲得常規育種和常規突變育種方法難以獲得的稀有遺傳資源，使植物獲得新基因、新類型、新性狀[50]。據報道，"天丹壹號 "太空丹參是由天士力集團於2008年攜帶丹參種子搭乘 "神舟七號 "飛船進入太空培育成功的，返回地面後經過菌種培育和選育，選育出 "天丹壹號 "太空丹參，其 "天丹壹號 "菌株是最受歡迎的菌株。
誘變育種可以提高變異率，在短時間內獲得更多的變異類型，但誘導變異的方向難以控制，且變異多為有害變異，要獲得更多優良性狀，必須增加變異量。因此，篩選的工作量相當大。
倍性育種包括單倍體育種和多倍體育種。單倍體育種是單倍體培養技術與育種實踐相結合形成的壹種新的育種方法，具有克服遠緣雜交種不育性、提高育種效率和選擇效率、快速獲得純系等優點[48]。以發育期的菘藍花藥為外植體，通過培養和單倍體誘導獲得單倍體小綠苗。染色體加倍後，純合二倍體可在壹代中出現，性狀不分離，表型整齊壹致，可大大縮短育種年限 [51]。
多倍體是染色體數為 3n 或更多的個體、種群和物種。多倍體植物具有更強的適應性和可塑性。藥用植物的多倍體具有抗性強、生物產量高、可育性低和某些藥用成分含量增加等特點。最常用的多倍體誘導劑是秋水仙堿。秋水仙素誘導方法有兩種：體內處理加倍法和體外處理加倍法 [52]。體內加倍法包括液滴法、浸泡法、瓊脂法、噴霧法和註射法。離體加倍法，即組織培養誘變法，是用秋水仙素處理植物的離體部分，然後進行組培，或在組培過程中進行染色體加倍。將秋水仙素和瓊脂混合制成半固體，然後將其塗抹在植物的頂芽或腋芽上，誘導多倍體，這種方法在桔梗[53]和金銀花[54]等藥用植物上取得了成功。用適當濃度的秋水仙堿溶液浸泡帶芽薯蕷莖段也能誘導出四倍體植株，但誘導率不高[55]。在 0.075%秋水仙堿培養基上接種鐵皮石斛類原球莖，誘導率很高 [56]。通過體外培養誘導紫錐菊染色體加倍也取得了成功 [57]。此外，溫度驟變、機械創傷、電離射線、非電離射線、離心力等物理因素，以及有性雜交栽培法、胚乳培養法、體細胞雜交法、體細胞無性系突變法等生物學方法也可誘導染色體加倍。
雖然人工誘導多倍體的頻率高、見效快、方法相對簡單，在生產育種實踐中能產生巨大的經濟效益。但也存在毒性大、嵌合體現象較嚴重、繁殖力下降、穩定時間較長、育種成本高等問題[58]。因此，需要對藥用植物的多倍體育種進行更多更廣泛的研究。
轉基因育種又稱基因工程育種，可將外源基因重組到受體細胞的基因組中，使其按照人們的意願特異表達，經篩選後獲得表達穩定的基因工程新品種。其主要優點是可以克服植物遠緣雜交的不親和性障礙，擴大物種雜交範圍，加快變異速度等，為生物的定向創造提供了可能[59]。在新品種創制方面，培育優質、高產、高效和多種抗性作物大有裨益。目前，植物轉基因的主要方法有農桿菌介導法、聚乙二醇介導法、基因槍法、花粉管通道法、電激穿孔法、顯微註射法和超聲波導入法等。
農桿菌介導法是應用最多、技術較成熟、效果較理想的基因轉化方法。首先將帶有目的基因的植物表達載體轉入農桿菌，然後用農桿菌感染植物，將載體上的目的基因導入並整合到植物基因組中，從而完成目的基因的轉化，獲得轉基因植物。該方法可用於轉化較大的 DNA 片段，可穩定遺傳，重現性好，不易產生基因沈默，但存在只對雙子葉植物敏感的缺陷。該方法已成功應用於丹參[60]、竹葉青和菘藍[61]、黃芪[62]和蒿屬植物[63]等材料上。
基因槍法是繼農桿菌介導轉化法之後又壹種廣泛使用的遺傳轉化技術。利用火藥爆炸或其他驅動力，將含有外源 DNA 的金屬顆粒射入真空室中的靶細胞或組織，從而導入外源基因。該方法不受宿主限制，操作簡單，轉化時間短，但轉化率相對較低，外源 DNA 整合機制尚不清楚。近年來，在大蒜[64]和白三葉[65]等藥用植物上取得了新成果。
花粉管通道法是利用植物開花時萌發的花粉管通道，將外源DNA導入植物授粉後的受精卵中，進而將目的基因整合到受體植物的基因組中，使其自然發育成種子，形成轉基因植物，方法簡單，育種時間短。鐵皮石斛[66]和蓖麻[67]就是通過這種方法獲得轉基因新品種的。表 3 比較了幾種主要植物基因轉化方法的特點。
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雖然轉基因在藥用植物中的應用取得了相當好的效果，但其安全性壹直是爭論的熱點。因此，轉基因藥用植物仍需謹慎對待，必須進行更系統、更深入的研究。
次生代謝工程是利用DNA重組技術，改變產生次生代謝產物的生化反應途徑或引入新的生化反應，從而直接改善或抑制某種或某些次生代謝產物的合成，提高細胞的性能。隨著人們對藥用植物次生代謝產物生物合成途徑的探索日益深入，應用代謝工程技術對植物次生代謝途徑進行基因改造，以大幅增加目標產物的數量，已成為壹個熱門的研究課題。
自1991年美國學者貝利提出次生代謝工程的概念以來，次生代謝工程技術的應用已被廣泛報道。最經典的早期研究是利用該技術實現了水稻胚乳中維生素 A 原（β-胡蘿蔔素）的從無到有[68]。近年來，該技術在藥用植物中的應用也有報道。藥用植物中各種藥用物質的含量往往很低，不能滿足人們的需要。通過二次代謝工程，可以穩定地增加植物中的藥用物質含量。本文簡要介紹了應用次生代謝工程方法增加藥用植物中幾種重要藥效物質含量的研究進展。
苯丙類化合物是植物在長期自然選擇過程中產生的壹類重要的天然有機化合物，壹般具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤、抗自由基、消炎鎮痛、保肝、保護心血管系統等多種生物活性，是壹類非常重要的天然藥效物質。