生物技術是本世紀發展最快、最有生命力的一門高技術前沿學科，它在中藥材品種改良方面具有很好的應用潛力，在現階段尤以細胞工程技術相對比較成熟一些，應用的可能性更大。目前，國內外廣泛開展的生物技術育種工作主要有以下幾個方面：
一、單倍體育種
自1964年Guha等獲得曼陀羅的花藥單倍體植株以來，單倍體育種在國際上引起很大重視，各國紛紛開展這方面的研究工作，并已先后在水稻、小麥、油菜、苜蓿以及許多藥用植物中獲得單倍體植株，共計70個屬206個種。美國、日本、加拿大、印度、中國、澳大利亞及一些國際研究機構都高度重視該項技術的育種應用價值，紛紛將其應用于品種改良，并已獲得了一些優良品種應用于生產。通過單倍體途徑選育新品種，有其獨特的優點，其來自父母本的顯隱性狀均可以當代表現出來，經染色體加倍就可以得到純合的二倍體。這是一個較快培育出新品種的方法。
我國在藥用植物的花藥培養方面也做了很多的工作。1979年，我國首先用地黃花粉誘導出了綠色植物，并對獲得的植株進行了染色體鑒定。1980年，又報道了用烏頭的花藥成功培養出完整植株。同年，用薏苡花粉孢子體也培養出植株，并對花粉植株進行了染色體鑒定。1981年，用寧夏枸杞花藥培養成功，獲得了花粉植株。1985年用寧夏枸杞未授粉的子房培養，獲得了再生植株，還從中鑒定出了同源四倍體新類型，為選育枸杞新品種、新類型奠定了基礎。1986年，人參、平貝母的花藥培養成功，獲得了再生植株。
二、多倍體育種
染色體是植物遺傳基因的主要載體，因此染色體組倍數性的變化是導致植物產生較大遺傳變異、產生新品種的重要方面。植物多倍體一般具有根、莖、葉、花、果的巨型性，抗逆性強，藥用成分含量高等特性，這正是藥材的優質、高產育種所希望達到的目的，因此藥用植物的多倍體育種具有較高的應用價值和增產潛力。例如菖蒲在長期自然變異過程中形成了二倍體、三倍體、四倍體和六倍體各種類型。據化學測定，其根莖的含油量、精油的化學成分，植物體內草酸鈣的含量均與染色體倍數有關，二倍體中不含(-細辛醚，三倍體含20％～30％的(-細辛醚和順甲異丁香油酚的混合物，四倍體精油中含有比三倍體高兩倍的(-細辛醚。據日本光罔佑彥報道，白花曼陀羅四倍體生藥重量為二倍體的l.72倍，總生物堿含量是二倍體的1.76倍，表現出多倍體育種的優異效果。四倍體蛔蒿中山道年的含量達到2.46％，而二倍體蛔蒿中只含0.8％，四倍體中山道年含量是二倍體的三倍之多。此外，日本學者還育出了甘菊的四倍體品種，其甘菊含量是二倍體的1.2倍，花體積是二倍體的2.3倍，因此日本把多倍體育種作為藥用植物的重要育種方法之一，并廣泛應用。我國也對當歸、牛膝、板藍根進行了多倍體育種，獲得了新品種，取得了較好的增產效益。
用植株和種子處理獲得多倍體是成功的，但是存在著工作量大，易出現嵌合體等缺點。在組織培養中，用秋水仙素等誘變劑處理培養的愈傷組織胚狀體或叢生芽從而獲得多倍體植株，是誘發產生多倍體的較好方法。近十年來，我們教研室先后承擔了國家科技部、國家中醫藥管理局和江蘇省科技廳下達的丹參、黃芩、柴胡、菊花和薄荷等大宗藥材的生物技術多倍體育種技術的研究課題，經過課題組人員十年的努力，目前已經如期地完成了丹參和黃芩的多倍體優良品種的選育工作，其中丹參多倍體優良品種已經于1995年通過國家藥品監督管理局的科技成果鑒定，并于1996年列入國家科技部重點科技成果推廣項目。目前已經在江蘇省和陜西省天士力丹參藥源基地大面積示范推廣，取得了明顯的增產優質效果。黃芩多倍體優良品種也已經申請國家中醫藥管理局的科技成果鑒定，并正在進行中。柴胡、菊花、薄荷和桔梗的多倍體育種工作也正在進行，取得了比較理想的效果。現以丹參和黃芩為例，將目前藥材生產中的質量問題和我們進行生物技術多倍體育種所取得的實際增產優質效果作一介紹。
丹參是我國大宗藥材，以干燥根莖入藥，具有祛瘀止痛，活血通經，清心除煩和滋補作用，主要用于心血管系統疾病，長期以來廣泛地應用于臨床和制劑，國內外市場需求量很大。丹參藥材生產上主要采用切根繁殖，品種退化混雜嚴重，藥材產量和化學成分逐年下降，質量得不到保證。按國家藥典規定，丹參藥材的丹參酮ⅡA含量不能低于0.2％，可是目前丹參藥材中丹參酮ⅡA的含量大部分只有0.05％～0.15％，長期低于國家藥典規定的水平。 為此，我們應用組織培養新技術，對地道丹參品種進行優良品種的培育，經過八年努力，培育出了產量高，藥材質量好的優良品種，經過多年試種和鑒定，多倍體優良品種丹參藥材的丹參酮ⅡA的含量達到了0.3％～0.4％，達到和超過了國家藥典規定的質量指標要求，同時丹參素的含量也比普通丹參提高了80％。該優良品種在田間生長旺盛，整齊，純度高，根部藥材色澤紫紅，粗細均勻，藥材外觀質量高，達到特級或一級標準，真正達到了高產優質的要求。在多倍體優良品種培育成功的同時，我們采用組織培養快繁技術，繁殖出了大量植株進行示范擴大試驗，在大面積推廣中產生了較高的經濟效益和長期的社會效益。
黃芩也是我國的主要藥材，多年生草本，以根入藥，主產于我國華北地區，尤以河北省承德地區最好，每年除國內銷售外，大量出口東南亞各國、北美及歐洲地區。黃芩主要有效成分為黃芩苷，具有抗菌、抗病毒、抗真菌、解熱、降壓和抗癌作用，廣泛用于臨床。黃芩目前人工種植發展很快，一般采用分株和種子繁殖，長期以來，只種不選，自繁自種，品種混雜，化學成分含量不斷下降。按國家藥典規定，黃芩藥材的黃芩苷含量不能低于8.0％，可是目前黃芩藥材中黃芩苷含量大部分只有6.0％。為此，我們應用組織培養新技術，對河北承德地區的地道黃芩品種進行優良品種的培育，經過六年努力，培育出了產量高，藥材質量好的黃芩優良品種，經過兩年試種和鑒定，多倍體優良品種黃芩藥材的黃芩苷的含量達到了12％～15％，達到和超過了國家藥典規定的質量指標要求，同時產量比原黃芩品種增加了120％，真正達到了高產優質的要求。同時，我們采用組織培養快繁技術，繁殖出了大量植株進行示范擴大試驗，表現出生長旺盛，整齊，純度高，根部藥材深黃，粗細均勻，藥材外觀質量高，達到特級或一級標準。在大面積推廣中將產生較高的經濟效益和長期的社會效益。
丹參和黃芩多倍體育種課題的研究實踐證明，多倍體育種在藥用植物上具有特殊的應用價值，尤其對根莖類無性繁殖為主的中藥材，藥材增產效果顯著，為我國藥材的育種工作開辟了有效育種途徑。我們把生物技術的先進手段和傳統育種技術有機地結合起來，將農業科研中成熟的育種經驗引進藥用植物的育種中，充分考慮藥用植物的特殊要求，對誘導獲得的優良品系，重點進行根部藥材化學成分測定和產量比較試驗，從中選出的優良品系不僅農藝性狀好，產量高，而且藥材的有效化學成分含量也較高，藥材質量達到特級或一級標準。同時，我們建立并優化了藥用植物組織培養、快速繁殖、生根移栽的全套方法技術。一旦獲得藥用植物優良品種或品系后，在最佳培養基上培養，就能在較短的時間內生產出大量叢生芽和克隆試管苗，再移栽到大田生產，采用克隆技術，一年中可快速繁殖數十萬優質種苗，從而為優良品系的大面積推廣生產提供繁苗的技術保證。
我們多年的研究工作實踐證明，應用生物新技術進行中藥材優良品種的培育（包括多倍體育種和其他育種技術）和克隆化快速繁殖，然后按國家GAP要求建立大面積基地生產，是從根本上解決目前我國中藥材質量問題的有效途徑。只有解決了這個源頭問題，其他問題（包括用中藥材制成的中成藥系列產品）才會迎刃而解。
一、單倍體育種
自1964年Guha等獲得曼陀羅的花藥單倍體植株以來，單倍體育種在國際上引起很大重視，各國紛紛開展這方面的研究工作，并已先后在水稻、小麥、油菜、苜蓿以及許多藥用植物中獲得單倍體植株，共計70個屬206個種。美國、日本、加拿大、印度、中國、澳大利亞及一些國際研究機構都高度重視該項技術的育種應用價值，紛紛將其應用于品種改良，并已獲得了一些優良品種應用于生產。通過單倍體途徑選育新品種，有其獨特的優點，其來自父母本的顯隱性狀均可以當代表現出來，經染色體加倍就可以得到純合的二倍體。這是一個較快培育出新品種的方法。
我國在藥用植物的花藥培養方面也做了很多的工作。1979年，我國首先用地黃花粉誘導出了綠色植物，并對獲得的植株進行了染色體鑒定。1980年，又報道了用烏頭的花藥成功培養出完整植株。同年，用薏苡花粉孢子體也培養出植株，并對花粉植株進行了染色體鑒定。1981年，用寧夏枸杞花藥培養成功，獲得了花粉植株。1985年用寧夏枸杞未授粉的子房培養，獲得了再生植株，還從中鑒定出了同源四倍體新類型，為選育枸杞新品種、新類型奠定了基礎。1986年，人參、平貝母的花藥培養成功，獲得了再生植株。
二、多倍體育種
染色體是植物遺傳基因的主要載體，因此染色體組倍數性的變化是導致植物產生較大遺傳變異、產生新品種的重要方面。植物多倍體一般具有根、莖、葉、花、果的巨型性，抗逆性強，藥用成分含量高等特性，這正是藥材的優質、高產育種所希望達到的目的，因此藥用植物的多倍體育種具有較高的應用價值和增產潛力。例如菖蒲在長期自然變異過程中形成了二倍體、三倍體、四倍體和六倍體各種類型。據化學測定，其根莖的含油量、精油的化學成分，植物體內草酸鈣的含量均與染色體倍數有關，二倍體中不含(-細辛醚，三倍體含20％～30％的(-細辛醚和順甲異丁香油酚的混合物，四倍體精油中含有比三倍體高兩倍的(-細辛醚。據日本光罔佑彥報道，白花曼陀羅四倍體生藥重量為二倍體的l.72倍，總生物堿含量是二倍體的1.76倍，表現出多倍體育種的優異效果。四倍體蛔蒿中山道年的含量達到2.46％，而二倍體蛔蒿中只含0.8％，四倍體中山道年含量是二倍體的三倍之多。此外，日本學者還育出了甘菊的四倍體品種，其甘菊含量是二倍體的1.2倍，花體積是二倍體的2.3倍，因此日本把多倍體育種作為藥用植物的重要育種方法之一，并廣泛應用。我國也對當歸、牛膝、板藍根進行了多倍體育種，獲得了新品種，取得了較好的增產效益。
用植株和種子處理獲得多倍體是成功的，但是存在著工作量大，易出現嵌合體等缺點。在組織培養中，用秋水仙素等誘變劑處理培養的愈傷組織胚狀體或叢生芽從而獲得多倍體植株，是誘發產生多倍體的較好方法。近十年來，我們教研室先后承擔了國家科技部、國家中醫藥管理局和江蘇省科技廳下達的丹參、黃芩、柴胡、菊花和薄荷等大宗藥材的生物技術多倍體育種技術的研究課題，經過課題組人員十年的努力，目前已經如期地完成了丹參和黃芩的多倍體優良品種的選育工作，其中丹參多倍體優良品種已經于1995年通過國家藥品監督管理局的科技成果鑒定，并于1996年列入國家科技部重點科技成果推廣項目。目前已經在江蘇省和陜西省天士力丹參藥源基地大面積示范推廣，取得了明顯的增產優質效果。黃芩多倍體優良品種也已經申請國家中醫藥管理局的科技成果鑒定，并正在進行中。柴胡、菊花、薄荷和桔梗的多倍體育種工作也正在進行，取得了比較理想的效果。現以丹參和黃芩為例，將目前藥材生產中的質量問題和我們進行生物技術多倍體育種所取得的實際增產優質效果作一介紹。
丹參是我國大宗藥材，以干燥根莖入藥，具有祛瘀止痛，活血通經，清心除煩和滋補作用，主要用于心血管系統疾病，長期以來廣泛地應用于臨床和制劑，國內外市場需求量很大。丹參藥材生產上主要采用切根繁殖，品種退化混雜嚴重，藥材產量和化學成分逐年下降，質量得不到保證。按國家藥典規定，丹參藥材的丹參酮ⅡA含量不能低于0.2％，可是目前丹參藥材中丹參酮ⅡA的含量大部分只有0.05％～0.15％，長期低于國家藥典規定的水平。 為此，我們應用組織培養新技術，對地道丹參品種進行優良品種的培育，經過八年努力，培育出了產量高，藥材質量好的優良品種，經過多年試種和鑒定，多倍體優良品種丹參藥材的丹參酮ⅡA的含量達到了0.3％～0.4％，達到和超過了國家藥典規定的質量指標要求，同時丹參素的含量也比普通丹參提高了80％。該優良品種在田間生長旺盛，整齊，純度高，根部藥材色澤紫紅，粗細均勻，藥材外觀質量高，達到特級或一級標準，真正達到了高產優質的要求。在多倍體優良品種培育成功的同時，我們采用組織培養快繁技術，繁殖出了大量植株進行示范擴大試驗，在大面積推廣中產生了較高的經濟效益和長期的社會效益。
黃芩也是我國的主要藥材，多年生草本，以根入藥，主產于我國華北地區，尤以河北省承德地區最好，每年除國內銷售外，大量出口東南亞各國、北美及歐洲地區。黃芩主要有效成分為黃芩苷，具有抗菌、抗病毒、抗真菌、解熱、降壓和抗癌作用，廣泛用于臨床。黃芩目前人工種植發展很快，一般采用分株和種子繁殖，長期以來，只種不選，自繁自種，品種混雜，化學成分含量不斷下降。按國家藥典規定，黃芩藥材的黃芩苷含量不能低于8.0％，可是目前黃芩藥材中黃芩苷含量大部分只有6.0％。為此，我們應用組織培養新技術，對河北承德地區的地道黃芩品種進行優良品種的培育，經過六年努力，培育出了產量高，藥材質量好的黃芩優良品種，經過兩年試種和鑒定，多倍體優良品種黃芩藥材的黃芩苷的含量達到了12％～15％，達到和超過了國家藥典規定的質量指標要求，同時產量比原黃芩品種增加了120％，真正達到了高產優質的要求。同時，我們采用組織培養快繁技術，繁殖出了大量植株進行示范擴大試驗，表現出生長旺盛，整齊，純度高，根部藥材深黃，粗細均勻，藥材外觀質量高，達到特級或一級標準。在大面積推廣中將產生較高的經濟效益和長期的社會效益。
丹參和黃芩多倍體育種課題的研究實踐證明，多倍體育種在藥用植物上具有特殊的應用價值，尤其對根莖類無性繁殖為主的中藥材，藥材增產效果顯著，為我國藥材的育種工作開辟了有效育種途徑。我們把生物技術的先進手段和傳統育種技術有機地結合起來，將農業科研中成熟的育種經驗引進藥用植物的育種中，充分考慮藥用植物的特殊要求，對誘導獲得的優良品系，重點進行根部藥材化學成分測定和產量比較試驗，從中選出的優良品系不僅農藝性狀好，產量高，而且藥材的有效化學成分含量也較高，藥材質量達到特級或一級標準。同時，我們建立并優化了藥用植物組織培養、快速繁殖、生根移栽的全套方法技術。一旦獲得藥用植物優良品種或品系后，在最佳培養基上培養，就能在較短的時間內生產出大量叢生芽和克隆試管苗，再移栽到大田生產，采用克隆技術，一年中可快速繁殖數十萬優質種苗，從而為優良品系的大面積推廣生產提供繁苗的技術保證。
我們多年的研究工作實踐證明，應用生物新技術進行中藥材優良品種的培育（包括多倍體育種和其他育種技術）和克隆化快速繁殖，然后按國家GAP要求建立大面積基地生產，是從根本上解決目前我國中藥材質量問題的有效途徑。只有解決了這個源頭問題，其他問題（包括用中藥材制成的中成藥系列產品）才會迎刃而解。