逆境与药用植物次生代谢

最佳防御假说
• 植物只有在其产生的次生代谢产物所获得的防御收益大于 其生长所获得的收益时，才产生次生代谢产物。
• 理论基础：植物次生代谢产物的产生是以减少植物生长的 机会成本为代价的。环境胁迫条件下，植物生长减慢，此 时，产生次生代谢产物的成本较低。同时，植物受损的补 偿能力较差，次生代谢产物的防御收益增加。因此，环境 胁迫条件下，植物会产生较多的次生代谢产物。
• 若要系统阐释诱导子对药用植物次生代谢物的诱导及调控 机制，分析诱导子在作用次生代谢物产生和积累的同时， 探讨其产生过程中，细胞信号转导的变化，功能基因及调 控因子的表达情况；建立诱导子-代谢物-基因(信号分子) 等相关网络模型，将是非常可行和有价值的。
• 药用植物的次生代谢受多种因素的影响，一种次生代谢 产物的合成可能受几种因素的诱导，一种因素又可诱导 几种次生代谢产物的合成积累，同一因素对不同药用植 物的诱导作用还可能不同，这些都给实际应用药用植物 次生代谢调控生产药用次生代谢产物带来了一定的困难。
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最佳防御假说
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资源获得假说
碳素/营养平衡假说
• 植物体内以碳(C)为基础的次生代谢产物(如酚类、萜烯类 等)与植物体内的C／N(碳素／营养)比呈正相关，而以氮 (N)为基础的次生代谢物质(如生物碱等含N化合物)与植物 体内的C／N比呈负相关。
• 理论基础是植物营养对其自身生长的影响大于其对光合作 用的影响之上，在营养胁迫时，植物生长的速度大为减慢， 而光合作用的变化不大，植物会积累较多的碳、氢元素， 体内C／N比增大，因此，以C为基础的酚类、萜烯类物质 增多；反之，在遮荫条件下，光合作用降低，体内C／N 比降低，酚类、萜烯类物质减少。
• 通过添加各种诱导子以激活植物细胞防御响应已经成为提 高植物培养体系次生代谢产物合成有效策略之一。
• 已经有大量的实验证明添加各种诱导子能不同程度的增加 各种植物次生代谢物的产量，但是目前对于其机制研究还 处于起步阶段。
• 在对机制的探求中，结合植物细胞信号转导途径、基因、 酶活力等来研究植物细胞相关生理变化是一种相对有效的 方法。
资源获得假说
• 由于自然选择的结果，在环境恶劣的自然条件下生长的植 物，具有生长慢而次生代谢产物多的特点，而在良好的自 然条件下生长的植物，具有生长较快且次生代谢产物少的 特点。即植物潜在的生长速度降低时，植物产生的用于防 御的次生代谢产物的数量就会增加。
• 理论依据：环境胁迫条件下，植物生长的潜在速度较慢， 受到损害时，其损失的相对成本较高。
药用植物次生产物的防御诱导
药用植物次生产物的防御诱导
药用植物次生产物的防御诱导
生长和防御的抉择
• 逆境影响次生代谢产物含量 • 逆境影响生物量
如何协调？
生长分化平衡假说
• 在资源充足时，植物以生长为主，而在资源匮乏时，植物 以分化为主，任何对植物生长影响超过对植物光合作用影 响的环境因子(如营养匮乏、C源自文库2浓度升高，低温等)都会 导致次生代谢产物的增多。
• 理论基础是植物的生长发育在细胞水平可分为生长和分化 2个过程，前者主要指细胞的分裂和增大，后者主要包括 细胞的特化和成熟。次生代谢产物是细胞特化和成熟过程 中生理活动的产物，因此，随植物生长年龄的增大和老化 含量增加。
次生产物的生态学意义
• 提高植物对物理环境的适应性 脱落酸 脯氨酸 甜菜碱 • 抵御天敌的侵袭 异类黄酮 蓖麻蛋白 鞣质 • 增强抗病性 植保素 • 提高植物种间竞争能力 桉树脑 樟脑 • 维系植物与其他生物间的互惠关系 花色甙 甲基丁子香酚
次生产物诱导机制假说
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碳素/营养平衡假说
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生长分化平衡假说
逆境与药用植物次生代谢
主要内容
• 次生代谢产物概念 • 次生代谢产物的生态学意义 • 次生代谢产物形成假说 • 研究实例
次生代谢产物概念
• 次生代谢产物(也称次生产物、次生物质)：
指植物中一大类对于细胞生命活动或植物生长发育正 常进行并非必需的小分子有机化合物，这些在植物体内含 量不等的化合物均有自己独特的代谢途径，通常由初生代 谢派生而来