李玉花课题组依托主持完成的国家林业局948项目""药用植物规模化繁殖生产技术与加工工艺引进""（2014-4-60）、参与完成的国家公益项目""五加科植物生物反应器培养工艺与利用研究""（20100400703）及黑龙江省应用技术研究与开发计划重大项目""人参培养根产业化生产、有效活性物质的高效转化及细胞合成利用研究""（GA16C106），历经十多年的攻关和实践，在药用植物规模化离体培养、活性药用物质诱导积累、珍稀药用成分的高效转化与异源合成等方面取得重大突破并实现了工业化应用。国内首次建造了5吨级药用植物生物反应器，固定化酶膜生物反应器，实现了珍稀药用植物的快速规模化繁殖及稀有人参皂苷的高效生产，形成了林药资源的绿色安全生产及可持续高值化利用的新模式。

  该项目的主要内容及创新点如下：

（1）首次创建了培养过程中可调节通气量的球形组合气升式气体分布器，通过优化培养基成分及渗透压，实现了大型吨级植物生物反应器培养五加科药用植物的组织及细胞。通过微钢颗粒的直径大小，确定聚合球形气体分布器的通气微孔的大小，进一步通过调节进气压力控制生物反应器中的通气量，使植物生长过程中通气量对植物的剪切力达到最适宜的条件，这是促进植物的生长的关键条件。利用蔗糖浓度调节培养液的渗透压及优化调节无菌培养系统等培养条件，实现了人参及西洋参等五加科植物培养根5吨级规模化离体培养生产体系。

（2）创建了生物量迅速生长期与活性物质高效积累期的分步培养技术，实现了最佳生物量的增加及活性物质的积累。在种子罐培养4周的培养根经切割1cm左右转入生产罐，保证生长期培养7-8周，使人参、西洋参等培养根生物量增加25-30倍。之后为1周为活性物质积累期，经胁迫诱导总皂苷等活性物质积累量达到3.5%-5%，与5-6年生人参、西洋参等皂苷含量接近。

（3）创建了多种位点特异性糖苷酶组合高效转化稀有皂苷的技术体系，实现了普通皂苷向多种稀有皂苷的定向转化。通过开发高活性的热稳定性糖苷水解酶，结合酶膜固定化技术高效定向水解皂苷骨架上的糖基，使普通皂苷酶解转化为稀有皂苷，转化率达到68%-75%，使稀有皂苷含量从植物鲜重的十万分之一提升400-1000倍。

（4）首次解析了龙牙楤木皂苷合成途径，明确了关键酶基因及催化机制，开发了齐墩果烷型五环三萜皂苷绿色生物合成技术。通过人参及龙牙楤木五环皂苷合成途径的解析，利用挖掘的关键催化酶及优化萜类合成途径的酿酒酵母底盘细胞，合成了齐墩果烷型人参皂苷、齐墩果烷型楤木皂苷等活性物质的生物合成。

  该项目申请发明专利8项，授权4项，实用新型3项，软件2项。发表SCI论文7篇，中文核心期刊6篇。建立了人参培养根规模化生产企业标准1套，提出了产业化生产稀有人参皂苷的技术体系1套，可以根据企业需求放大规模生产。成套技术在大连富生天然药物开发有限公司、安赛搏（重庆）生物技术有限公司、瑞莱茵（北京）生物科技有限公司、云南与诺生物工程有限责任公司等企业成功推广应用，大幅缩短了珍稀药用植物的培养周期。在规模化离体培养体系中，人参培养根培养60-70天，生物量可增殖30倍以上，总皂苷含量达5%，药用活性成分接近5-6年生种植人参。西洋参培养根生物量可增殖25倍，总皂苷含量达3.5%。楤木细胞的增殖量15-20天增加20倍，细胞主要皂苷含量与楤木叶片含量接近。并通过高效转化技术将人参中仅含十万分之一的稀有皂苷增加400-1000倍，显著降低了稀有皂苷的分离及提取成本。近3年，合作企业累计增加产值4140万元，同时，成果的应用减少使用林地、耕地约3万亩，让生态效益和经济效益实现共赢。项目成果被""中国教育电视台""、""中国大学生在线""和""科学网""等多家媒体宣传报道，获得黑龙江省政协优秀提案，主要完成人李玉花教授荣获黑龙江省五一劳动奖章。项目组主动开展药用植物科普宣传活动，针对五加科药用植物的种植、病虫害防治、离体培养、产品深加工等方面的科技知识对农民及相关加工企业进行宣传，在社会上产生了良好的反响。综上，本项目的技术成果系统化解决了林药产业的可持续发展的战略难题，对健康中国具有重要的意义。中国林学会评价认为成果总体水平国际先进，部分成果国际领先。

  中医药是中华文明传承数千年的瑰宝，近年来，随着""健康中国""战略的深入推进，人民群众对健康美好生活需求的提升，对于中医药也有了更高的期盼。同时，世界各国对天然植物药材需求每年呈两位数增长，预计未来年需求量将翻三番，这给我国的林药产业带来前所未有的发展机遇，也给林药资源带来了极大的冲击和压力。由于天然植物资源匮乏，继续采取砍伐、毁林等方式提取加工已很难可持续经营，而且利用林地及大田栽培模式同样受生长周期长、连作障碍及大田农药、重金属污染等问题的影响，药用植物的可持续绿色生产受到很大的制约，急需引入新的技术以实现产业升级。