次生代谢产物生产
植物次生代谢产物的生物合成途径和调控机制
植物次生代谢产物的生物合成途径和调控机制植物次生代谢产物是植物细胞中特异性的化学物质，通常不参与生理代谢，而是用于植物的防御、营养、诱导和吸引昆虫等功能。
这些物质具有广泛的生物活性，在医学、农业和工业等领域有着重要的应用价值。
因此，研究植物次生代谢产物的生物合成途径和调控机制具有重要意义。
一、生物合成途径植物次生代谢产物的生物合成途径通常包括两个主要步骤：前体物质合成和特定的酶催化反应。
前体物质是次生代谢产物的合成基础，也是酶催化反应的产物。
因此，前体物质和酶催化反应的选择和调控对于次生代谢产物的合成至关重要。
1. 前体物质的合成前体物质是次生代谢产物合成的基础，它通常来源于多种生物合成途径。
一般来说，苯丙酮途径或葡萄糖酸途径是最重要的产生芳香族化合物的途径，而异戊二烯途径和二萜类途径则是主要的产生次生代谢产物的途径。
苯丙酮途径是合成芳香族化合物的主要途径之一。
它的前体物质是苯丙氨酸，在植物细胞中，苯丙氨酸不仅被用于生产芳香族化合物，还被用于生产白藜芦醇、黄酮类化合物和异黄酮类等次生代谢产物。
葡萄糖酸途径则是合成芳香族酸类化合物和苯丙素类化合物的重要途径。
它的前体物质是葡萄糖酸或其衍生物，葡萄糖酸途径中，该物质的利用率非常低，只有少数植物物种能够使用葡萄糖酸途径生产异鼠李糖苷和异鼠李糖苷。
异戊二烯途径和二萜类途径则是合成次生代谢产物的重要途径。
异戊二烯途径产生异戊二烯基前体物，其后可以转化为不同种类的次生代谢产物。
二萜类途径是另一个重要的产生次生代谢产物的途径，庞大而丰富的二萜类代谢物对植物在逆境条件下的适应性、成长、繁殖和防御等方面具有重要的作用。
2. 酶催化反应酶催化反应是植物次生代谢产物合成的第二个核心步骤。
酶催化反应涉及到一系列酶，它们的作用是将前体物质转化为次生代谢产物，并将其在植物细胞内进行转运和储存。
植物次生代谢产物的转化主要通过两种方式实现：单一酶催化和特异性酶基组合催化。
任何一种转化都需要相应的酶的存在和配合。
植物次生代谢产物的生物合成与作用
植物次生代谢产物的生物合成与作用近年来，生物科技的发展日新月异，人类对生物的研究已经迈入了一个新的阶段。
生命是自然的奥秘，而植物则是自然界中最为丰富的生物之一。
植物不仅是天然的食物来源，也是制药和化妆品等工业生产的主要原材料之一。
然而，除了我们日常所见的众所周知的营养价值外，植物还有更多令人惊叹的神奇之处。
其中之一就是植物次生代谢产物，也就是植物所产生的化学成分，是植物繁衍生息和适应环境的关键。
一、次生代谢产物的概念一般来说，植物的生物合成过程会产生两种类型的代谢产物，一种是必须的基本代谢产物，如蛋白质、脂肪和碳水化合物等；另一种是非必需的次生代谢产物，例如植物色素、生物碱、黄酮类、鞣质等等。
次生代谢产物多数情况下不会参与植物生长发育，但是它们能够影响植物的生态学和环境适应能力。
二、次生代谢产物的分类次生代谢产物的种类繁多，通常按照其母体代词、化学结构和生物活性等不同方式进行分类。
以下是一些常见的代表性次生代谢产物：（一）生物碱类生物碱类包括各种各样的芳香族和非芳香族化合物，这些化合物在植物中的生物制造和积累的过程中明显与生物生长和发育的特定阶段相关。
这些生物碱类物质的化学结构非常复杂，包括吡啶、喹啉、吖啶、萘、生姜等，常见的包括可卡因和吗啡等。
（二）鞣质类鞣质是一类具有威胁性和回避性质的类黄酮化合物，它们被广泛地应用在广告、传媒和商业宣传中。
鞣质的形成通常是在植物的细胞母细胞中，包括羟肉桂酸、化编号鞣酸、栲酸、山査酚等。
他们通常可被具有还原性的酚类化合物和相应的酸成分通过氧化的过程反应形成。
（三）黄酮类天然黄酮类在植物中的生物合成是通过条理性化合物和硫化物的参与达到的。
而黄酮类的代表性物质基于鲜亮的颜色得到广泛应用。
黄酮类物质不仅具有维生素性功能，还具有抗氧化性质、保健功能、防癌功能等。
常见的有黄酮、异黄酮、酮和酸等。
三、次生代谢产物的生物合成次生代谢产物的生物合成过程远比基本代谢途径复杂得多。
植物次生代谢产物的生产技术及工艺进展
植物次生代谢产物的生产技术及工艺进展植物次生代谢产物是植物生命活动中的重要组成部分，在生态系统中发挥着重要的作用。
它们除了在自己的生长中起到重要的作用外，还有很多药用价值。
其中有一些物质已经被广泛地用于医药、香料、染料、高级材料等领域。
然而，由于各种因素的制约，植物次生代谢产物的生产一直是相对困难的。
接下来，我会就植物次生代谢产物的生产技术及工艺进展这一话题进行探讨。
一、植物次生代谢产物的生产技术大体分类生产一直是植物次生代谢产物生产的难点。
在过去，传统的化学合成方法被认为是主要的生产途径。
然而，这种方法的成本较高，且仅适用于某些化学物质的生产。
现在，人们发现通过细胞培养建立起的次生代谢产物生产系统是一种新的方法。
这种方法借助植物本身的代谢机制，可以建立高效、连续、大规模的生产系统，从而大大提高了生产效率。
接下来，我们将对这两种方法进行简单的介绍。
1.1 传统的化学合成方法传统的化学合成方法是指通过人工合成的方式，在实验室中根据物质结构和反应机理对物质进行合成。
和传统的制药行业一样，这种方法也存在许多缺陷。
首先，植物次生代谢产物的化学结构较为复杂，需要很多繁琐的反应步骤，耗时耗力，且合成的产物纯度较低。
其次，这种方法长期以来忽视了环境和生态等方面问题，不利于现代可持续发展的趋势。
1.2 细胞培养方法细胞培养技术是指在体外培养细胞，利用细胞本身的基因信息和代谢途径来合成目标产品。
细胞培养技术具有高效、连续、规模化生产、高纯度、低成本等优点。
尤其在植物次生代谢产物生产领域已经得到广泛应用，成为一种主要的生产方式。
现有的细胞培养方式大致分为固定化细胞培养、悬浮细胞培养、和器官培养三类。
二、植物次生代谢产物的生产工艺进展近年来，随着生物技术的不断发展，植物次生代谢产物的生产效率有了很大的提高。
这里，我们将分别从遗传工程、代谢工程、转化工程、预处理工程和精制工程等方面来介绍植物次生代谢产物生产的几项技术进展。
植物次生代谢产物的提取与分离纯化研究
植物次生代谢产物的提取与分离纯化研究植物次生代谢产物是指植物在生长、发育过程中，为了同周围环境适应而产生的非必需性代谢产物，主要是为了植物自身的防御，吸引授粉者和抑制其它竞争植物的生长等生命活动需要而产生的。
植物次生代谢产物具有药物学、保健品、食品添加剂等广泛的应用前景，如枸杞中所含有的多种拟黄酮类化合物、茶中所含的儿茶素、白藜芦醇等，已被广泛用于人体健康的调节。
因此，对植物次生代谢产物进行提取、分离和纯化研究具有重要价值。
一、植物次生代谢产物的提取方法植物次生代谢产物的提取是与样品的性质和目的有关的。
目前常用的提取方法有超临界流体萃取法、水蒸气蒸馏法、超声波萃取法、微波辅助提取等方法。
超临界流体萃取法是利用超临界流体的特殊性质对样品进行提取，其优点是操作简单、效率高、纯度高和对样品污染小。
水蒸气蒸馏法适用于提取挥发性成分，其原理是利用水蒸气的温度和压力将挥发性成分分离出来。
超声波萃取法是利用超声波的辐射使样品中的细胞壁破裂，使得植物次生代谢产物溶解在溶剂中，提取效率高且操作简单。
微波辅助提取是将样品在微波辐射下提取，其原理是利用样品分子在微波中的高频振动引起样品温度升高，从而达到提取目的。
二、植物次生代谢产物的分离与纯化方法植物次生代谢产物由于结构复杂、含量低，所以需要用分离与纯化方法进行分离纯化，以提高纯度和获得高品质的产物。
色谱技术是其中最常见的分离纯化方法，包括常压柱层析、高效液相层析、气相色谱等。
其中高效液相层析是目前最为常用的方法之一。
其原理是利用样品成分的化学性质在流动相与固定相界面分配不同而实现分离。
电泳技术也是一种常用的分离纯化方法，包括凝胶电泳和毛细管电泳等。
凝胶电泳技术是将样品置于凝胶中，施加电场，通过电泳作用分离样品分子。
毛细管电泳技术是将样品在液相中注入毛细管，施加电场，通过电泳作用分离样品分子。
电泳技术分离效率高，对大分子有良好的分离效果。
三、植物次生代谢产物的应用展望植物次生代谢产物具有重要的生物活性，例如中药汉防己所含的多种次生代谢产物，可以对肝脏疾病、消化不良等多种疾病有较好的调节作用。
植物中次生代谢产物的生产和开发应用研究
植物中次生代谢产物的生产和开发应用研究对于一些植物来说，生长过程中会产生一些次生代谢产物，这些产物不太影响到植物的生长和发育，但却对人类有着重要的价值。
比如说，黄酮类化合物、生物碱、鞣质、单萜类化合物、多糖等，都是一些常见的次生代谢产物。
这些产物在医学、化工、农业、食品工业等方面都有着不同的应用和作用。
一、次生代谢产物的生产研究植物的次生代谢物往往是受到多种因素调节的。
在长期的生长过程中，植物会受到环境、内部调节和外界刺激等多种因素的影响，导致其次生代谢物的产生和含量的变化。
因此，研究植物次生代谢物的生产过程，探究其影响因素，对于优化次生代谢物的提取和生产具有着重要的意义。
研究表明，诸如干旱、盐渍、低温、高温、紫外线辐射等，均可影响植物的次生代谢物的产生。
而与此同时，种植环境的温度、湿度、光照等因素也会影响到植物次生代谢物的产生。
在生产实践中，可以调节这些因素，以达到提高次生代谢物产量的目的。
同时，也可以通过改良植物的育种方式，选择次生代谢物含量高的品种，实现更高效的次生代谢物生产。
二、次生代谢产物的开发应用研究在植物次生代谢产物的开发应用方面，有了进展，但还处于初级阶段。
在医学领域，许多植物次生代谢物被证明具有一定的药理作用。
比如，叶黄素、花青素等化合物有助于促进视力和强化免疫力。
能不能从植物中准确地提取出这些化合物，制成药物，使其具有更好的预防和治疗作用，这是需要做更多的研究。
在食品工业方面，植物次生代谢物的使用也比较广泛。
目前，许多国家的食品行业均有使用天然色素的趋势，这些天然色素往往来源于植物次生代谢物。
比如，从番茄中提取的番茄红素和从甜菜中提取的天然胡萝卜素等，都可以用于食品加工中。
除此之外，植物次生代谢产物的开发还涉及到化工、农业等多个领域。
综合利用这些次生代谢物的研究仍需加强。
三、最新研究进展随着基因定序和研究技术的不断完善，研究人员对植物次生代谢产物的生产和开发应用的研究也越来越深入。
次生代谢产物
1～2
植物细胞培养
3周
14
Examples of enhancement in natural product yield in selected cell lines compare with parent plant material. (After Fowler, 1983)
Chemical product plant Cell yield (% DW) Whole Ratio cell plant yield / yield (% DW) whole plant 0.1 2.1 2.2 3.0 0.3 0.5 2.0 10 2 8 9 7 3 2
外植体的选择
不同外植体的愈伤组织诱导能力和诱导 的愈伤组织合成次级代谢产物能力均不 同 ,所以 ,在利用植物细胞悬浮培养生 产次生代谢产物时 ,选择能诱导出疏松 易碎 ,生长快速且具有较高次生代谢产 物合成能力的愈伤组织的外植体是非常 重要的。 如在茜草愈伤组织培养过程中 ,来源于 叶柄和茎的愈伤组织蒽醌累积量比来源 于茎尖和叶的愈伤组织高。
然而
随着人们对植物资源尤其是药用植物的利 用度日益增加，使不少植物资源处于濒危 状态。面对着植物有限的蕴藏量，如何进 行合理有效地开发利用是我们亟待解决的 问题。 自从20世纪50年代提出用植物细胞大量培 养作为工业化生产植物次生代谢产物的一 条途径以来，实践表明，采用植物细胞培 养技术生产次生代谢产物是解决资源问题 的较为有效的途径。
Glutathione Nicotine Anthraquinones Rosmarinic acid Ajmalicine SErpentine Diosgenin
N. tabacum N. tabacum M.citrifolia C. blumei C.roseus C. roseus D.deltoidea
【生物技术】第五讲(3)植物代谢产物的生产
2 植物细胞规模化培养体系的建立 2.1 种子细胞的选择
(1)准确选择能产生目的化合物的植物种类; )准确选择能产生目的化合物的植物种类; (2)尽量选择自然状态下产生天然产物的组织器官 ) 为外植体; 为外植体; (3)高产种子细胞克隆的方法:单细胞培养后, (3)高产种子细胞克隆的方法:单细胞培养后,将 高产种子细胞克隆的方法 单细胞扩增形成的愈伤组织分2份 单细胞扩增形成的愈伤组织分 份,1份成分含 份成分含 量分析, 份保留培养. 量分析,另1份保留培养. 份保留培养
长春花碱 治疗白血病 奎宁 致热素 毛地黄 治疗疟疾 杀虫剂 心脏病药
植物细胞大规模培养的技术要求: 植物细胞大规模培养的技术要求:
从工程的角度讲必须要进一步研究和开 发适宜于植物细胞生长和次生代谢产物生产 的生物反应器,建立最佳的控制和调节系统. 的生物反应器,建立最佳的控制和调节系统.
从细胞生长与培养技术方面讲必须满
4 利用细胞培养生产有用物质
4.1 利用细胞培养生产有用物质的一般程序 4.1 (1)选材 应注意以下条件: 应注意以下条件: 药效肯定; ①药效肯定; 对其有效成分有充分的了解; ②对其有效成分有充分的了解; 有测定有效成分和药理的可靠方法; ③有测定有效成分和药理的可靠方法; 市场短缺或价格昂贵; ④市场短缺或价格昂贵; 取有药效成分的部位, ⑤取有药效成分的部位,且该部位较 易形成愈伤组织. 易形成愈伤组织.
筛选出的高效, 高产细胞株系, 筛选出的高效 , 高产细胞株系 , 有 的植物细胞系其高效, 的植物细胞系其高效 , 高产性能稳定 多年, 但有的植物细胞系不稳定, 多年 , 但有的植物细胞系不稳定 , 因 此 , 还需要定期检测 , 更新细胞株系 . 还需要定期检测, 更新细胞株系.
植物次生代谢产物的合成和调节机制
植物次生代谢产物的合成和调节机制植物是地球上最早出现的生命形式之一，与外界环境之间的相互作用使植物体内的化学反应继续进行着。
次生代谢产物是植物体内的一种重要化学物质，依靠这些物质，植物在适应环境中起着关键性的作用。
本文将通过对植物次生代谢产物的合成与调控机制的阐述，来加深大家对植物生长发展的认识。
一、植物次生代谢产物的定义和分类植物通过从原料分子中合成一系列次生代谢产物，这些产物不同于植物生长发育必需的一些基本代谢产物，而是为了植物与环境的适应性而合成的。
这些次生代谢产物可分为多种类型，包括生物碱、赖氨酸、黄酮类、酚类化合物等，它们具有重要的药理学和生理学价值。
二、植物次生代谢产物合成机制植物次生代谢产物在植物体内的合成过程受到多个因素的影响，其中最主要的因素是植物的基因组。
基因组中包含了植物合成多种化合物所需的基因，掌握基因即可掌握植物次生代谢产物的合成机制。
除此之外，次生代谢产物合成还受到植物的内部环境影响，包括植物的生长状态、营养状况、光周期、温度、土壤配比以及植物有无病虫害等因素。
因此，获得特定化学结构的次生代谢产物通常需要满足多种生物学需求。
三、植物次生代谢产物调节机制在植物的次生代谢物中，一类特殊的物质被称为信号分子，它们是植物内部信息传递的承载者，对于调节植物次生代谢产物的合成和积累具有决定性的作用。
植物的信号分子主要包括植物激素，这些激素能够促进或抑制植物次生代谢产物的合成过程。
除此之外，植物体内还存在多种外界信号分子，如光、温度、水分等，这些信号分子能够通过光信号传导途径、激素信号传导途径和色素信号传导途径等途径调节植物次生代谢物的合成。
四、结论植物次生代谢产物是植物应对外界环境变化的重要策略。
次生代谢产物的合成和调节机制紧密相连，合适的合成和调节机制可以提高植物的适应性，使其对环境变化作出快速反应。
随着对植物次生代谢产物研究的深入和扩展，不断探索植物次生代谢产物的合成和调控机制，将有助于推动植物的高效栽培和利用。
植物次生代谢产物的生产和利用
植物次生代谢产物的生产和利用植物次生代谢产物是指植物在生长发育或适应环境中，由非营养性物质合成的化合物。
这些化合物具有多种生物活性，包括药用、香料、染料、抗氧化剂等，是植物中最具活性和最具挑战性的化合物之一。
本文主要介绍植物次生代谢产物的生产和利用。
一、植物次生代谢产物的生产植物次生代谢产物的生产受到多种因素的影响，包括生理因素、环境因素和基因因素等。
其中，环境因素是影响植物次生代谢产物生产的重要因素之一。
例如，植物在光照强度、温度、湿度、气候等环境因素发生变化时，会对其次生代谢产物的数量和品质产生影响。
另一个影响植物次生代谢产物生产的因素是基因。
最近几年的研究表明，在基因水平上对植物次生代谢产物进行调控也十分重要。
例如，通过转化工程，可以使植物产生更多或更优质的某种次生代谢产物，从而使得这些植物更适合于药用、香料等领域的应用。
而对于植物次生代谢产物的生产，选择适当的植物品种也至关重要。
每种植物都有其次生代谢产物的生产数量和品质的特点，在选择植物品种时，必须根据产品性质和市场需求进行选择。
同时，也要考虑到植物的生长特性，例如生长周期、产量和适应性等方面。
二、植物次生代谢产物的利用植物次生代谢产物在各个领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 药用领域植物药是一种重要的药物来源。
可以说，在人类医学历程中，大量的植物次生代谢产物已经被用于治疗各种疾病。
例如，黄芩中的黄芩苷、黄芩素等成分可以抗菌、抗病毒、镇痛、抗炎、抗氧化等。
而中草药的应用更是十分广泛，包括治疗心血管、消化系统、神经系统等疾病。
因此，植物次生代谢产物在药用领域有着非常重要的应用价值。
2. 食品添加剂和香料植物次生代谢产物在食品添加剂和香料领域也有着广泛的应用，例如香菜中的芳樟醇、桂皮中的肉桂醛等成分可以用于食品调味。
这些成分的作用是赋予食品特殊的味道和香气，增加食品的美味度和口感。
3. 日化品领域在日化品领域，植物次生代谢产物也有着重要的应用。
次生代谢产物生产调控的遗传学机制研究
次生代谢产物生产调控的遗传学机制研究生物体的代谢过程是生命的基石，代谢产物（metabolite）则是代谢过程中生成的化合物。
次生代谢产物是生物体在代谢中所产生的独特化学物质，其具有广泛的生理活性和生物学意义，尤其对医药、农业等领域有着广泛的应用。
因此，深入研究次生代谢产物的生产调控是具有重要意义的。
次生代谢产物的生产受到多种因素的调控，其中遗传因素是其中最为重要的一环。
近年来，越来越多的研究表明，次生代谢产物的生产调控涉及到多基因的互作和调节，并受到复杂的表观遗传学调控。
本文将从以下几个方面探讨次生代谢产物的生产调控的遗传学机制。
基因拷贝数和多样性基因家族的存在对于生物体重要性不容小觑。
基因家族是指具有类似序列和结构的一组基因，这些基因可能在生物体中扮演相似的生理和生化功能。
在植物中，次生代谢产物的生产往往依赖于多个基因家族的协作而成，这样的情况称之为“合成基因簇”（biosynthetic gene cluster，BGC）。
BGC中的基因通常形成基因拷贝数或亚基因型。
当基因拷贝数或亚基因型增加时，生物体能够产生更多的多样性次生代谢产物。
基因拷贝数和基因亚型的增加可能是由基因重复事件（gene duplication event）导致。
在此类事件中，基因发生复制、插入或逆转录事件，导致在基因组中分布的不同位置出现类似的序列。
这些序列被称为拷贝（copy）或亚基因型（allelic variant）。
由于拷贝之间和亚基因型之间存在着差异，生物体能够通过这种方式多样化次生代谢产物。
基因转录调控基因转录是基因表达的第一步，其与次生代谢产物的合成直接相关。
调查基因表达的方法往往包括转录组学分析，该分析方法通过分析组织和来源的菌株中同源或类似的基因的转录水平变化，可以揭示次生代谢产物合成的整个过程。
例如，对于Streptomyces coelicolor，转录组学的分析揭示了五个BGCs的空间和时间表达、细胞周期发展和次生代谢产物的分泌。
次生代谢产物的生物合成途径研究
次生代谢产物的生物合成途径研究背景介绍次生代谢产物（Secondary Metabolites）指不参与生命基本代谢需要，但对生物对抗外界压力、互动其他生物等方面起重要作用的分子，如抗生素、化学防御物质、植物色素等。
次生代谢产物广泛分布于细菌、真菌、植物等多种生物中。
除了已知的应用价值，在生命科学研究中也有着重要的地位。
次生代谢产物的生物合成途径由于次生代谢产物与生命活动的必需物质——氨基酸、核苷酸的合成途径无关，因此也被称为非核心代谢途径。
其生物合成通常由解耦呼吸链、于细胞内外部产生电子传递等控制信号来启动、调控。
下文将介绍几种常见的次生代谢产物的生物合成途径：植物类次生代谢物合成途径在植物体内，大部分次生代谢产物来源于苯丙氨酸途径和三羧酸循环。
苯丙氨酸途径是大多数芳香族化合物、坚果醇生物合成的基础。
三羧酸循环产物则通常被认为是萜类化合物的来源。
苯丙氨酸途径，即芳香族氨基酸途径，包括苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸。
苯丙氨酸又称 L-苯丙氨酸，是芳香族化合物的主要前体之一。
苯丙氨酸经过相应的酶催化，可合成芦丁、花青素等一系列丰富多彩的化合物。
三羧酸循环则包括水杨醛、吲哚丙酮、萜类等。
生物合成流程通常在体内开启，通过调节酶催化能力、提高底物浓度等手段实现调控。
真菌类次生代谢物合成途径真菌类次生代谢物的生物合成复杂度、多样性都比植物类高。
最著名的自然产生的真菌次生代谢物可能就是链霉素等几种广泛使用的抗生素了。
链霉素由Streptomyces lynceus 细菌发酵而成，具有抑制蛋白质合成的作用。
有研究表明链霉素的生物合成包括19个酶催化步骤，其次生代谢物合成途径可谓是一部生物化学的“拼图”。
总体而言，真菌类次生代谢物的合成可以分为两个方向：生物合成和非生物合成。
生物合成主要包括伯氨哌酸、大青酸等，主要通过细胞内部的次级代谢途径进行。
而非生物合成则主要是自动氧化、酶联反应等非生物与生物作用的合成，产生的物质包括青霉素、和平胺、谷胺酸等。
次生代谢产物的生产
牡丹 汪师 范学院学报
（ 自然科学ｆ ２ ０ ￣）０ ２ １
次 生 代 谢产 牡丹江师范学院
摘 要
牡丹江 １７ １ ） ５０ ２
主要 阐述 丁生产农生代谢产物 的五种 主要 类 型、 究成果 和发展 趋 势 ， 点谈 了 研 重 细胞组织和细胞培养 法生产班生代谢 产物的情 况． 一 关键 词 班生代谢 ： 细胞培养 法； 生物碱
次生代 谢 产 物 的生 产 主要 分 为 以下 五种 类 型：１直接从植物材料中提取 ；２ 用化学合成 （） （） 模拟；３ 真菌或细菌发酵生产 ；４ 利用植物组 （） （） 织 和细胞 培养法 生 产 次生物 质 ． １ 直接 从植物 中提取 次生代 谢产 物 从远古时代起 ， 人类 已经利用植物的次生代 谢产 物 ， 的就 是 植 物 的 粗 提 取物 ． 用 主要 用 在 以 下方面 ： １ 医药上作 为镇痛或缓和病症 ， （） 如鸦 片， 是从 罂粟 未 成熟 的朔 果 中得 到 的风干 乳状 分 泌物 ， 进一步精制 即可得到海 洛因， 用于缓解病 痛， 直至今天仍然使用 ．２在战争和打猎时用作 （） 毒物 ．如 箭 毒 的 一 种 组 份 是 简 箭 毒 碱 （ｕｏｕａｉｅ ， 从植 物 中提取 的 ．３ 作为元 痛 ｔｂｃｒｒ ）是 ｎ （） 苦致死 术 和死 刑 的 药剂 ．４ 用 作 日常生 活 中的 （） 麻 醉剂 、 幻 剂 或兴 奋 剂 ． 致 以解 除沉 闷或缓 和 疲 劳和饥饿 ．５ 用 作 芳香 剂去 掩 盖 脏 人 的臭 味 及 （） 矫 正腐 败 的 或 乏 味 的食 物 的气 味 ． 恍 牛 儿 醇 如 （ 玫瑰 油 ）沉 香 醇 （ 衣 草 油 ） 丁 子 香 酚 （ 子 、 熏 ， 丁 香 ）二 烯丙基 硫 化物 （ 、 大蒜 ） ．
植物次生代谢产物的生物合成和代谢调控
植物次生代谢产物的生物合成和代谢调控随着人们对植物研究的逐渐深入，越来越多的关于植物次生代谢产物的研究成果也被科学家所发掘。
植物次生代谢产物是指除基本代谢产物之外的、没有直接参与植物生长和繁殖的产物。
这些次生代谢产物在植物的生长和稳定中起到了至关重要的作用。
本文将从植物次生代谢产物的概念出发，探讨植物次生代谢产物的生物合成和代谢调控机制。
一、植物次生代谢产物的概念植物次生代谢产物是指除植物的基本代谢产物之外的，不直接参与植物生长和繁殖的物质。
这些物质在植物的生长和稳定中具有重要的作用，如防御、吸引授粉昆虫等。
植物次生代谢产物种类繁多，包括植物色素、生物碱、黄酮类化合物以及各种挥发性的芳香烃类化合物等。
二、植物次生代谢产物的生物合成植物次生代谢产物的生物合成与生物多样性紧密相关。
在植物细胞中，次生代谢产物的生物合成通常需要经过多个酶的催化，其中每个酶都承担着特定的反应步骤。
通常情况下，次生代谢产物的生物合成可以分为两大步骤：前体物质的合成和后期酶催化反应。
前体物质的合成步骤通常由人体代谢产物的基本代谢产物以及植物表皮和绒毛细胞中的特殊器官的生物合成所提供的化合物进行合成。
后期酶催化反应的步骤则根据具体的反应类型而不同。
三、植物次生代谢产物的代谢调控正如前面所提到的，植物次生代谢产物种类繁多，这些产物的生物合成需要很多同联反应的酶协同合作才能完成。
因此，与植物次生代谢产物相关的代谢途径是非常复杂的。
为了更好地完成代谢调控的目标，植物细胞中有一个完整的信号转导系统来响应各种内外环境刺激，以调节次生代谢产物的合成和积累。
以黄酮类化合物的生物合成为例。
黄酮类化合物是植物次生代谢产物中最为常见的一类，也是关键的抗菌和抗氧化物质。
一个典型的黄酮类化合物生物合成途径可能包括如下酶催化反应：基础化合物->黄酮酸->黄酮->异黄酮->异黄酮酸->花青苷这些反应步骤涉及到诸多的酶和调控因子，因此该代谢途径的调控是非常复杂的。
植物细胞悬浮培养及次生代谢产物生产
有效成分含量高。 次生产物的产量=细胞量*细胞次生代谢产物的产率
可控
遗传因素决定
植物细胞培养具有周期长、细胞抗剪切能 力弱、易聚团等特点。
植物细胞培养反应器的设计不仅要考虑有 利于细胞生长，还要考虑有利于产物的积累 和分离。
适合植物细胞培养的反应器应具有适宜 的氧传递、良好的流动性和较低的剪切力。
4.1 细胞悬浮培养的方法(P117)
分批培养法 连续培养法 半连续培养法 细胞固定化培养
分批培养：把细胞分散在一定溶积的培养基中 进行培养。
注：中途不添加也不更换培养基
设备简单，操作方便，重复性好。 适合与突变体筛选和遗传转化的研究。
•悬浮培养细胞增殖曲线
细胞数量
5
23
4
1
1——滞后期、 2——对数生长期
3 高产细胞系的筛选(P113)
3.1高产细胞系 筛选的整体思路
外植体
愈伤组织的诱导筛选
悬浮培养细胞
高产细胞系筛选
高产细胞系的建立
高产细胞株系的特点
• 培养细胞在遗传上应是稳定的，以得到产量恒定 的产物
• 细胞生长及产物合成的速度快，在较短的时间内 能得到较高产量的终产物
• 代谢产物要在细胞中积累，而不被迅速分解，最 好能将其释放到培养基中
1.3 植物细胞悬浮培养：即是将植物细胞或小 的细胞团在液体培养基中进行大规模培养
的技术。
成功的悬浮细胞培养体系必须满足3个条件：
分散性良好，细胞团较小，一般在 30～50个细胞以下，在实 际培养中很少有完全由单细胞组成的植物细胞悬浮系。
细胞分裂快，均一性好，细胞形状和细胞团大小大致相同，悬 浮系外观为大小均一的小颗粒，培养基清澈透亮，细胞色泽呈 鲜艳的乳白或淡黄色。
次生代谢产物的研究与开发
次生代谢产物的研究与开发随着科学技术的不断发展，生物医药已经从单纯依赖人工合成药物发展到了发掘和利用自然产物的阶段。
自然界中存在着大量的生物代谢产物，其中次生代谢产物备受关注。
次生代谢产物是生物在自然环境中生产的一种物质，具有独特的结构和生物活性。
近年来，次生代谢产物的研究与开发日益受到重视。
一、次生代谢产物的概念次生代谢产物（Secondary metabolite），是指生物在自然环境中为了适应环境而产生的具有一定生物活性的代谢产物。
它们的产生通常与生物的生命关键过程无关，如细胞呼吸、蛋白质合成和细胞分裂等，而是作为生物在生长、繁殖、互相作用和竞争中的适应能力的体现。
次生代谢物作为生物体适应外界环境的重要手段。
对植物而言，它可以作为毒物来抵御天敌；对微生物而言，它可以作为抑菌物质来互相竞争；而对动物而言，它可以作为诱惑物质来吸引异性等。
主要在植物、昆虫、微生物和鱼类等生物中发现。
次生代谢物最早发现于植物中，主要集中于植物的花、叶、根、种子、果实和树皮等部位。
二、次生代谢物的作用与价值近年来，次生代谢产物在药物、食品、化妆品和工业等领域越来越受到研究者的青睐。
作为植物、微生物等生物在生长、繁殖、互相作用和竞争中的适应能力的体现，次生代谢物具有丰富的生物活性，包括抗菌、抗病毒、抗肿瘤、生物诱导和调控等活性。
在药物领域，次生代谢物可用于研发治疗癌症、心脑血管疾病、感染性疾病等的药物；在食品领域，次生代谢物可用于研发保健食品，如膳食纤维、维生素、多糖、活性肽等；在化妆品领域，次生代谢物可用于研发护肤品、防晒品、口腔卫生品等；在工业领域，次生代谢物可用于研发新型精细化工品、生物燃料、工业酶等。
三、次生代谢物在新药研发中的应用近年来，随着科学技术的不断发展，人们对新型天然药物的研究越来越深入。
次生代谢产物因其独特的结构和生物活性，被广泛应用于新药研发中。
以下为几种次生代谢物在新药研发中的应用：1、阿伦酮阿伦酮是由马兜铃属植物产生的一种二萜类次生代谢产物，具有强抗癌活性和细胞毒性。
植物次生代谢产物的提取和分离技术
植物次生代谢产物的提取和分离技术植物次生代谢产物是指植物在代谢过程中，不是直接参与生长发育等基本代谢过程，而是与它们适应外界环境和防御天敌等生存需要有关的代谢产物。
它们对我们生命的健康，新药开发等方面具有广泛的应用价值。
因此，对于植物次生代谢产物的提取和分离技术，一直以来都是生物科技领域的研究热点之一。
一. 植物次生代谢产物的提取技术1.常规提取法常规提取法是指将生鲜草本植物经过切碎、研磨、筛选等步骤后，采用溶剂提取法将其中的次生代谢产物提取出来。
常用的溶剂包括乙醇、乙酸乙酯、正丙醇、丙酮、水等。
这种方法对于固体植物材料的提取适用性非常广泛，操作简单，提取效率相对较高，但可能会因为多种原因造成一定程度的损失。
2.微波提取法微波提取法是指将植物材料与适当的溶剂混合物放在微波设备中进行加热，使次生代谢产物在较短时间内快速地被提取。
这种方法具有时间短、操作简单、提取效率高的优点，同时也能显著减少使用有机溶剂的量，提高提取的绿色性质。
但是，使用微波辐射提取还需要进一步确定其在高浓度下的稳定性和药物活性。
3.超临界提取法超临界提取法是指在一定的温度和压力下，将溶剂转化为超临界流体（SCF），以达到提取次生代谢产物的目的。
超临界流体具有高溶解度、易挥发、绿色环保等特点，不会改变提取物的结构和性质。
该方法具有设备则是复杂，成本较高的问题，但是提取效率相对较高。
二. 植物次生代谢产物的分离技术1.色谱法色谱法是指通过溶液在固定相上的迁移、分配和化合物的作用力发展不同溶出体积，从而将需要分离的化合物分离出来的技术。
色谱法可分为比色谱法和液相色谱法。
其中，液相色谱法是最常用的方法之一，可分为高效液相色谱法和离子交换色谱法等。
2.电泳法电泳法是指将需分离的次生代谢产物溶液置于导电性良好的毛细管内或制成均匀胶体，通过外加电场使被分离的化合物在膘带中移动，从而实现化学分离的一种技术。
电泳法可分为聚丙烯酰胺凝胶电泳法和毛细管电泳法等。
第八章 次生代谢产物的生物合成
第八章次生代谢产物的生物合成
第八章主要介绍了次生代谢产物的生物合成过程。
次生代谢产物是生物体在生长发育过程中产生的非必需化合物，包括各类生物活性物质，如抗生素、激素、色素等。
与基础代谢产物不同，次生代谢产物的合成受到内外环境的影响，并且与生物体的适应性和竞争性有关。
次生代谢产物的生物合成过程通常包括以下几个步骤：
1. 基因调控：次生代谢产物的生物合成通常是由一系列酶催化的反应组成的，这些酶的存在和活性往往是由基因表达调控的。
因此，基因调控是次生代谢产物生物合成的关键步骤。
2. 底物供应：次生代谢产物的生物合成需要适当的底物供应。
这些底物通常是常见的基础代谢产物，如糖类、氨基酸等。
底物供应的充分与否直接影响了次生代谢产物的合成量和质量。
3. 酶催化反应：次生代谢物的生物合成是由一系列酶催化的反应组成的，每个反应都由相应的酶催化。
酶的选择性和催化效率直接影响了产物的合成速率和产率。
4. 产物转化与修饰：次生代谢产物的生物合成通常不止一步反
应，往往需要经过一系列的转化和修饰才能得到最终的产物。
这些转化和修饰过程通常由多个酶催化的反应组成。
5. 终产物产量调节：次生代谢产物的生物合成通常需要在适当的条件下进行，以保证产物的最大产量和质量。
细胞对终产物的浓度和反馈作用能够调节产物产量。
通过了解次生代谢产物的生物合成过程，可以更好地理解和利用这些生物活性物质。
对于抗生素等药物的开发和生产，更好地理解次生代谢产物的生物合成过程也十分重要。
真菌和细菌生产次生代谢产物的分子调控机制
真菌和细菌生产次生代谢产物的分子调控机制真菌和细菌都是生物界中非常重要的一类微生物。
它们能够生产出许多重要的生物活性物质，其中包括生物杀虫剂、抗菌素、激素、色素等等，这些物质被称为次生代谢产物。
在微生物的代谢过程中，次生代谢物的合成是在特定的生物学时期或某些环境刺激下发生的，它们在微生物世界中具有非常重要的生态地位。
那么，什么是分子调控机制呢？微生物合成生物活性物质的过程受到很多因素的影响，其中最主要的是生长环境、营养状况和表观遗传学因素的变化。
这些不同的因素可以通过调控次生代谢产物合成途径中的关键酶的表达、酶活性或合成底物的供应来影响次生代谢合成过程。
在微生物的代谢过程中，真菌和细菌都存在着相似的次生代谢产物。
比如，青霉素是由青霉菌属的真菌产生的一种次生代谢产物，而链霉素则是由链霉菌属的细菌合成的一种次生代谢产物。
虽然真菌和细菌的次生代谢合成产物有很多相似性，但是它们的合成途径以及其分子调控机制则是存在很大的差别的。
以青霉菌为例，它的次生代谢产物主要是由多个编码次生代谢产物酶及调节蛋白的基因簇控制合成。
这些基因簇通常会受到细胞内环境、外部营养供应和压力变化等因素的影响，从而激活次生代谢产物的合成。
在真菌的合成途径中，特定的转录因子也会通过介导信号通路参与次生代谢合成的调控。
当细胞感受到外部的刺激时，转录因子从细胞核向细胞质运动，进而激活或者抑制整个次生代谢途径的合成。
在细菌的合成途径中，相关的基因通常会散落在不同的染色体区域中，这就使得细菌中次生代谢物的合成途径比真菌更加复杂。
而且，相比于真菌，细菌的次生代谢物合成途径更容易受到环境变化的影响。
细菌中的次生代谢产物合成途径会受到多种信号通路、转录因子和其他调节蛋白的调节。
总之，真菌和细菌生产次生代谢产物的分子调控机制非常复杂。
这些微生物合成次生代谢物的过程受到很多内在和外在的因素的调节，从而使得次生代谢合成途径呈现出非常复杂的网络结构。
在未来的研究中，我们可以通过运用生物化学、基因组学、转录组学以及其他生物信息学手段，更加深入地探究微生物次生代谢物合成的分子调控机制，为生物活性物质的开发及使用提供更为科学的理论依据。
次生代谢产物的生物合成途径
次生代谢产物的生物合成途径嘿，大家好！今天咱们聊聊一个神奇又有趣的东西——次生代谢产物的生物合成途径。
别紧张，虽然名字听起来挺复杂的，但其实它的意思并不难懂。
咱们可以把“次生代谢产物”想象成大自然里那些不直接参与生命基本活动的“配角”。
对，就是那些植物、微生物和动物产生的化学物质，它们有时没啥直接关系到生存，可是却能帮助它们保护自己、吸引伴侣，甚至和其他生物打交道。
所以啊，次生代谢产物可谓是自然界中的“多面手”，不仅在生态中扮演着重要角色，甚至还与我们人类的健康和药物密切相关呢！这就得好好说一说了。
讲到生物合成途径，那简直就是这些“配角”的出场方式了。
你看啊，植物也不可能凭空就制造出各种香气扑鼻的化学物质，或者在面对虫子攻击时迅速生产出毒素。
这背后全是复杂的合成途径在默默地支撑着它们。
想象一下，植物就像是个化学工厂，每一片叶子、每一朵花都在不停地生产“货物”。
这些“货物”一方面让植物自己活得更好，另一方面，咱们人类也从中得到了不少好处——比如，药物、香料，甚至是一些天然的保健食品，都是通过这些化学物质变出来的。
要说到次生代谢产物的合成途径，那就得提到两个主角：一是“香气成分”类的东西，二是“防御物质”类的。
香气成分就像是植物的“香水”，它们吸引蜜蜂、蝴蝶这些好朋友来帮忙传播花粉。
防御物质呢，通常是植物在面对天敌时产生的“自卫武器”。
例如一些有毒的物质，或者让虫子觉得味道不对的化学成分，都是植物生存的必杀技。
如果没有这些东西，植物怎么能在大自然里立足呢？这些次生代谢产物的合成途径，大多数都是通过一系列复杂的酶催化反应来完成的。
别看这些反应复杂，实际上每一步都充满着惊人的“智慧”。
就拿最常见的生物碱来说吧，它们常常能击退入侵的害虫或病原菌，而且很多生物碱对咱们人类也是有好处的。
有些生物碱比如吗啡、可卡因等，曾经帮助人类缓解痛苦，甚至用来治疗一些疾病。
听起来是不是有点神奇？不过呢，生物合成途径并不是一蹴而就的，这些复杂的化学反应背后是很多酶在默默工作。
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18.0
2.2
8
Rosmarinic acid C. blumei
27.0
3.0
9
Ajmalicine
C.roseus
2.20.3Fra bibliotek7SErpentine C. roseus
1.8
0.5
3
Diosgenin D.deltoidea
3.5
2.0
2
植物次生代谢产品的市场潜能
产品成分 长春花碱 阿吗灵 奎宁 致热素 毛地黄
• 细胞培养结束后，根据次生代谢产物分 布的情况，分别收集细胞和培养液，选 用相应的生化分离技术对次生代谢产物 进行分离、纯化，并对所得的次生代谢 产物的含量进行测定，对其活性进行鉴 定。
• 如果次生代谢产物存在于细胞内，则要 经过细胞破碎，然后再进行提取和分离 纯化。
• 植物细胞培养进行有效成分的生产发展 到现在,已经取得令人瞩目的成就。
• 然而在植物细胞培养过程中普遍存在的 细胞系不稳定、细胞生长缓慢、不耐剪 切力及代谢物产量低等问题又成为其实 现规模化生产的瓶颈。在目前已经研究 过的植物中，仅有 1/5左右种类的培养 物中目的产物的含量接近或超过原植物， 多数情况下培养细胞合成某些次生代谢 物的能力下降甚至消失。
• 因此充分利用基因工程的手段，筛选高产 细胞系，深入研究特定代谢产物的生物合 成途径，对培养条件进行优化，研究和开 发适合植物细胞培养的生物反应器是解决 这些问题的根本途径。
紫草宁含量（％干重） 1～2 14
Examples of enhancement in natural product yield in selected cell lines compare with parent plant material. (After Fowler, 1983)
Chemical product
提高次生代谢产物生产效 率的途径和方法：
• 选择合适的外植体 • 筛选得到高产细胞系（株） • 寻求合适的培养条件和培养技术
外植体的选择
不同外植体的愈伤组织诱导能力和诱导 的愈伤组织合成次级代谢产物能力均不 同 ,所以 ,在利用植物细胞悬浮培养生 产次生代谢产物时 ,选择能诱导出疏松 易碎 ,生长快速且具有较高次生代谢产 物合成能力的愈伤组织的外植体是非常 重要的。
如在茜草愈伤组织培养过程中 ,来源于 叶柄和茎的愈伤组织蒽醌累积量比来源 于茎尖和叶的愈伤组织高。
筛选得到高产细胞系（株）
• 获得高产株系从选择富含目的产物的植 物品种开始，通过其愈伤组织的诱导， 异质种群的筛选，即从不同的无性繁殖 系中筛选出富含目的产物的品系做种子 细胞。
• 次生产物在植物中的合成与分解过程称为 次生代谢。
次生代谢过程被认为是植物在长期进化 中对生态环境适应的结果，它在处理植 物与生态环境的关系中充当着重要的角 色。许多植物在受到病原微生物的侵染 后，产生并大量积累次生代谢产物，以 增强自身的免疫力和抵抗力。
植物次生代谢途径是高度分支的途径， 这些途径在植物体内或细胞中并不全部 开放，而是定位于某一器官、组织、细 胞或细胞器中并受到独立的调控。
然而
随着人们对植物资源尤其是药用植物的利用度 日益增加，使不少植物资源处于濒危状态。面 对着植物有限的蕴藏量，如何进行合理有效地 开发利用是我们亟待解决的问题。
自从20世纪50年代提出用植物细胞大量培养作 为工业化生产植物次生代谢产物的一条途径以 来，实践表明，采用植物细胞培养技术生产次 生代谢产物是解决资源问题的较为有效的途径。
次生代谢产物生产
• 植物次生代谢产物的概述 • 研究现状 • 植物细胞大规模培养生产次生代谢
产物的基本程序
• 提高次生代谢物生产效率的途径与 方法
• 应用实例 • 前景展望
概述
• 植物次生代谢产物是指植物中一大类并非 植物生长发育所必需的小分子有机化合物， 其产生和分布通常有种属、器官组织和生 长发育期的特异性。
plant
Cell yield (% DW)
Whole plant yield (% DW)
Ratio cell yield /
whole plant
Glutathione N. tabacum
1.0
0.1
10
Nicotine N. tabacum
5.0
2.1
2
Anthraquinones M.citrifolia
植物次生代谢产物在医药、食品、轻化工业等领域 具有重要意义：
• 李时珍（1593）在《本草纲目》中所开列 的1892种药物绝大多数是植物药物，目前 仍有约25％的法定药品来自植物。其药物 的有效成分均为次生产物。
• 许多植物次生代谢产物是优良的食品添加 剂和名贵化妆品原料。有些是生物毒素的 主要来源，可以用于杀虫、杀菌，而对环 境和人畜无害，是理想的环保产品。
• 诱导植物产生旺盛生长的愈伤组织 和悬浮细胞系
• 筛选高产细胞系 • 在生物反应器中进行大规模培养 • 次生代谢产物的提取、纯化和测定
Stages in the development and operation of a plant cell biotechnology process
次生代谢产物的提取、纯化与测 定
植物次生产物种类繁多（据保守估计已超过2万 种），根据分子结构不同大致分为：
酚类化合物－黄酮类 单酚类 醌 类（苯醌、萘醌、蒽醌）
萜类化合物－三萜皂甙 甾体皂甙 单萜、倍半萜、二萜
含氮化合物－生物碱（真生物碱、伪生物碱、 原生物碱） 胺类（伯、仲、叔、季胺） 非蛋白质氨基酸 生氰甙
多炔类、有机酸等
研究现状
• 迄今为止，人们已从培养的植物细胞中 分离出六百多种次生代谢产物，已使包 括紫草、毛地黄、黄连、彩叶紫苏和人 参在内的多种植物细胞培养达到工业化 生产的规模，并且有的已经生产成商品 投入市场。
来自于植物体和细胞培养的紫 草宁含量比较
生产方式 完整植株 植物细胞培养
生产周期 2～3年 3周
用途 治疗白血病 循环系统障碍药 治疗疟疾 杀虫剂 心脏病药
年销售额（亿美元） 18～20（美国） 5～25（全世界） 5～10（美国） 20（全世界） 20～55（美国）
规模化细胞培养是生产植物次生 产物的理想途径：
• 保护生态环境 • 提高生产效率 • 发展新型生物技术产业
植物细胞大规模培养生产次 生代谢产物的基本程序：