生物技术是本世纪发展最快、最有生命力的一门高技术前沿学科，它在中药材品种改良方面具有很好的应用潜力，在现阶段尤以细胞工程技术相对比较成熟一些，应用的可能性更大。目前，国内外广泛开展的生物技术育种工作主要有以下几个方面：
一、单倍体育种
自1964年Guha等获得曼陀罗的花药单倍体植株以来，单倍体育种在国际上引起很大重视，各国纷纷开展这方面的研究工作，并已先后在水稻、小麦、油菜、苜蓿以及许多药用植物中获得单倍体植株，共计70个属206个种。美国、日本、加拿大、印度、中国、澳大利亚及一些国际研究机构都高度重视该项技术的育种应用价值，纷纷将其应用于品种改良，并已获得了一些优良品种应用于生产。通过单倍体途径选育新品种，有其独特的优点，其来自父母本的显隐性状均可以当代表现出来，经染色体加倍就可以得到纯合的二倍体。这是一个较快培育出新品种的方法。
我国在药用植物的花药培养方面也做了很多的工作。1979年，我国首先用地黄花粉诱导出了绿色植物，并对获得的植株进行了染色体鉴定。1980年，又报道了用乌头的花药成功培养出完整植株。同年，用薏苡花粉孢子体也培养出植株，并对花粉植株进行了染色体鉴定。1981年，用宁夏枸杞花药培养成功，获得了花粉植株。1985年用宁夏枸杞未授粉的子房培养，获得了再生植株，还从中鉴定出了同源四倍体新类型，为选育枸杞新品种、新类型奠定了基础。1986年，人参、平贝母的花药培养成功，获得了再生植株。
二、多倍体育种
染色体是植物遗传基因的主要载体，因此染色体组倍数性的变化是导致植物产生较大遗传变异、产生新品种的重要方面。植物多倍体一般具有根、茎、叶、花、果的巨型性，抗逆性强，药用成分含量高等特性，这正是药材的优质、高产育种所希望达到的目的，因此药用植物的多倍体育种具有较高的应用价值和增产潜力。例如菖蒲在长期自然变异过程中形成了二倍体、三倍体、四倍体和六倍体各种类型。据化学测定，其根茎的含油量、精油的化学成分，植物体内草酸钙的含量均与染色体倍数有关，二倍体中不含(-细辛醚，三倍体含20％～30％的(-细辛醚和顺甲异丁香油酚的混合物，四倍体精油中含有比三倍体高两倍的(-细辛醚。据日本光罔佑彦报道，白花曼陀罗四倍体生药重量为二倍体的l.72倍，总生物碱含量是二倍体的1.76倍，表现出多倍体育种的优异效果。四倍体蛔蒿中山道年的含量达到2.46％，而二倍体蛔蒿中只含0.8％，四倍体中山道年含量是二倍体的三倍之多。此外，日本学者还育出了甘菊的四倍体品种，其甘菊含量是二倍体的1.2倍，花体积是二倍体的2.3倍，因此日本把多倍体育种作为药用植物的重要育种方法之一，并广泛应用。我国也对当归、牛膝、板蓝根进行了多倍体育种，获得了新品种，取得了较好的增产效益。
用植株和种子处理获得多倍体是成功的，但是存在着工作量大，易出现嵌合体等缺点。在组织培养中，用秋水仙素等诱变剂处理培养的愈伤组织胚状体或丛生芽从而获得多倍体植株，是诱发产生多倍体的较好方法。近十年来，我们教研室先后承担了国家科技部、国家中医药管理局和江苏省科技厅下达的丹参、黄芩、柴胡、菊花和薄荷等大宗药材的生物技术多倍体育种技术的研究课题，经过课题组人员十年的努力，目前已经如期地完成了丹参和黄芩的多倍体优良品种的选育工作，其中丹参多倍体优良品种已经于1995年通过国家药品监督管理局的科技成果鉴定，并于1996年列入国家科技部重点科技成果推广项目。目前已经在江苏省和陕西省天士力丹参药源基地大面积示范推广，取得了明显的增产优质效果。黄芩多倍体优良品种也已经申请国家中医药管理局的科技成果鉴定，并正在进行中。柴胡、菊花、薄荷和桔梗的多倍体育种工作也正在进行，取得了比较理想的效果。现以丹参和黄芩为例，将目前药材生产中的质量问题和我们进行生物技术多倍体育种所取得的实际增产优质效果作一介绍。
丹参是我国大宗药材，以干燥根茎入药，具有祛瘀止痛，活血通经，清心除烦和滋补作用，主要用于心血管系统疾病，长期以来广泛地应用于临床和制剂，国内外市场需求量很大。丹参药材生产上主要采用切根繁殖，品种退化混杂严重，药材产量和化学成分逐年下降，质量得不到保证。按国家药典规定，丹参药材的丹参酮ⅡA含量不能低于0.2％，可是目前丹参药材中丹参酮ⅡA的含量大部分只有0.05％～0.15％，长期低于国家药典规定的水平。 为此，我们应用组织培养新技术，对地道丹参品种进行优良品种的培育，经过八年努力，培育出了产量高，药材质量好的优良品种，经过多年试种和鉴定，多倍体优良品种丹参药材的丹参酮ⅡA的含量达到了0.3％～0.4％，达到和超过了国家药典规定的质量指标要求，同时丹参素的含量也比普通丹参提高了80％。该优良品种在田间生长旺盛，整齐，纯度高，根部药材色泽紫红，粗细均匀，药材外观质量高，达到特级或一级标准，真正达到了高产优质的要求。在多倍体优良品种培育成功的同时，我们采用组织培养快繁技术，繁殖出了大量植株进行示范扩大试验，在大面积推广中产生了较高的经济效益和长期的社会效益。
黄芩也是我国的主要药材，多年生草本，以根入药，主产于我国华北地区，尤以河北省承德地区最好，每年除国内销售外，大量出口东南亚各国、北美及欧洲地区。黄芩主要有效成分为黄芩苷，具有抗菌、抗病毒、抗真菌、解热、降压和抗癌作用，广泛用于临床。黄芩目前人工种植发展很快，一般采用分株和种子繁殖，长期以来，只种不选，自繁自种，品种混杂，化学成分含量不断下降。按国家药典规定，黄芩药材的黄芩苷含量不能低于8.0％，可是目前黄芩药材中黄芩苷含量大部分只有6.0％。为此，我们应用组织培养新技术，对河北承德地区的地道黄芩品种进行优良品种的培育，经过六年努力，培育出了产量高，药材质量好的黄芩优良品种，经过两年试种和鉴定，多倍体优良品种黄芩药材的黄芩苷的含量达到了12％～15％，达到和超过了国家药典规定的质量指标要求，同时产量比原黄芩品种增加了120％，真正达到了高产优质的要求。同时，我们采用组织培养快繁技术，繁殖出了大量植株进行示范扩大试验，表现出生长旺盛，整齐，纯度高，根部药材深黄，粗细均匀，药材外观质量高，达到特级或一级标准。在大面积推广中将产生较高的经济效益和长期的社会效益。
丹参和黄芩多倍体育种课题的研究实践证明，多倍体育种在药用植物上具有特殊的应用价值，尤其对根茎类无性繁殖为主的中药材，药材增产效果显著，为我国药材的育种工作开辟了有效育种途径。我们把生物技术的先进手段和传统育种技术有机地结合起来，将农业科研中成熟的育种经验引进药用植物的育种中，充分考虑药用植物的特殊要求，对诱导获得的优良品系，重点进行根部药材化学成分测定和产量比较试验，从中选出的优良品系不仅农艺性状好，产量高，而且药材的有效化学成分含量也较高，药材质量达到特级或一级标准。同时，我们建立并优化了药用植物组织培养、快速繁殖、生根移栽的全套方法技术。一旦获得药用植物优良品种或品系后，在最佳培养基上培养，就能在较短的时间内生产出大量丛生芽和克隆试管苗，再移栽到大田生产，采用克隆技术，一年中可快速繁殖数十万优质种苗，从而为优良品系的大面积推广生产提供繁苗的技术保证。
我们多年的研究工作实践证明，应用生物新技术进行中药材优良品种的培育（包括多倍体育种和其他育种技术）和克隆化快速繁殖，然后按国家GAP要求建立大面积基地生产，是从根本上解决目前我国中药材质量问题的有效途径。只有解决了这个源头问题，其他问题（包括用中药材制成的中成药系列产品）才会迎刃而解。