次生代谢

植物次生代谢物在农药开发方面的应用

农学11-2 代凯利20116115

次生代谢，是指存在于植物动物和微生物中有别于初生代谢的一类特殊而又复杂的代谢类型。次生代谢物是一大类无明显生理功能或者非生长发育所必需的小分子有机化合物，包括酚类、类萜、含氮化合物和其他次生物质4大类。通常认为次生代谢是生物通过渐变或突变获得的一种适应生存的方式，生物体在长期的进化中对生态环境适应的结果。植物次生代谢物为人类提供丰富的药物、香料和工业原料对人类的生产生活具有重要作用；另一些次生代谢物则与机体抗性信号传导适应性调节生长发育以及植物的花色香味等现象有关。本文就次生代谢物的功能、应用两个方面来展开。

一植物次生代谢物的功能

1.1植物次生代谢物的化学生态学功能

植物次生代谢物按其合成方式可分为组成型和诱导型两种类型，它们在植物与植物、植物与微生物及植物与昆虫之间的关系中行使着重要的化学生态学功能。

在植物与植物之间的作用。植物合成的某些次生代谢物可通过分泌、挥发或淋溶作用进入环境，对周围其它植物（植株）产生相生或相克作用（他感作用）。作物他感作用在可持续除草手段的开发、合理作物轮换顺序的设计及合理作物复合群体的构建等方面有重要应用价值。

在植物与病原菌之间的作用。植物次生代谢物参与了植物的抗病反应。其中，角质、木栓质、木质素、胼胝质和类黑色素色素等组成型高分子量次生代谢物可充当病原菌侵入的物理障碍；丹宁酸、多酚类低分子量组成型次生代谢物可在病原菌侵入后起抗病作用。植物在病原菌或其它诱发因子诱导作用下合成的萜类、异黄酮类、芪类、生物碱类等小分子量次生代谢物（植保素），具有重要的抗病作用。

在植物与昆虫之间的作用。植物次生代谢物可影响昆虫的行为，具有抗虫或刺激取食作用。有多种组成型次生代谢物对昆虫表现出毒性和排趋性。例如，单宁酸对苜蓿象甲虫，多酚对果园秋尺蛾，单宁类化合物对棉叶螨、棉蚜和棉铃虫，黄烷酮、榭皮素、黄烷醇和黄酮对纹棘胚小蠹，桑色素对烟芽夜蛾，榭皮素对棉红铃虫、玉米穗螟和烟芽夜蛾等具有影响发育或抑制生长等效应。

1.2植物次生代谢物与作物品质

植物次生代谢物还与作物（植物）的营养品质、保健品质密切相关。例如维生素A、维生素B、维生素C、维生素D、维生素E、维生素H和维生素K等是

人类所必需的。萜类中的胡萝卜素、黄酮类或异黄酮类中多种成分与人类健康密切相关。另一方面，部分次生代谢物对人类健康也具有不良的作用。例如，棉酚及其衍生物对人和动物有毒，老鼠、狗、兔和鸡等非反刍动物消化了棉酚以后会发生慢性中毒。植物次生代谢物中还有一些具有抗营养作用，例如，植物单宁的含量高时，影响人和动物对蛋白质、纤维素、淀粉和脂肪的消化，从而降低食物或饲料的营养价值。

二植物次生代谢物的应用

几个世纪以来，人类一直从植物中获得碳水化合物、蛋白质等初生代谢物作

为食物来源，同时，人们还从植物中获得了大量的次生代谢物，广泛的用于医药、农药、调味品、香料、颜料以及食物添加剂等。近年来，随着医学、化学、细胞生物学、分子生物学、植物生理学、生态学和食品工业等的发展、人们对植物次生代谢物的认识进一步加强，并加大了这一领域的研究和开发。

植物次生代谢物的药用价值已越来越受到人们的重视。目前世界75%的人口依赖从植物中获取的药物，除化学合成之外，人类大量依赖植物次生代谢物作为药物。

农用价值方面，人类对野生植物中次生代谢产物的应用可追溯到远古时代)

人们在很早就有直接利用植物或其粗提物，来杀死昆虫和微生物的历史。在农业生产中积累了宝贵的经验。人们已从20多种蕨类植物和紫杉罗汉松等很多植物中分离到了具昆虫蜕皮素的活性物质40多种，还从北美冷杉、罗勒等植物中分离到了昆虫保幼激素活性物质，当昆虫取食这些物质时，便影响到昆虫的变态发育过程，导致不育或死亡。

在天然植物次生代谢物中，很多具有生物活性，它们的活性功能是合成物质无法替代的。随着人们生活水平的提高，人们便转向从自然界的植物材料直接获取天然绿色物质，应用于食品工业。如从甜菜汁中提取色素用于冰淇淋，留兰香油中提取香精用于口香糖。花青素作为食用色素，香兰素作为食品调味剂，辣椒素用于辛辣食品添加剂，甜菜苷作为食品中的甜料等等。

当然，次生代谢物在生态学上的意义也是不容忽视的。植物在生存竞争中，合成和利用次生代谢物，既可阻止其他生物的侵袭，又可抑制与其竞争生存条件的其他植物种群的生长发育，既可吸引帮助它们繁衍后代的传粉媒介，又可吸引能与其共生的某些共生物，因此加强对植物次生代谢物的研究，保护我国植物资源，具有重要的生态学意义。

三次生代谢产物在植物源农药开发方面的应用

植物次生代谢产物在农业领域的应用日趋成熟，对农药开发而言，植物源杀虫剂、杀菌剂的开发已初具规模。植物通过向环境中释放特定的次生代谢物质而影响邻近植物(或微生物)的生长，这就是化感作用，也叫做异株克生或他感作用。这种作用包括促进和抑制两个方面，在范围上包括种群内部和物种间的相互作用。目前，基于化感作用原理，对植物次生代谢产物粗提物中某一成分的单一功能(如除草、抑菌、杀虫等)展开研究，最终找到活性单体用以开发植物源农药，逐渐

开发出了植物源除草剂、植物生长调节剂、植物源杀虫剂、植物源杀虫剂等。3.1植物源除草剂

以植物次生代谢产物开发植物源除草剂主要有3种思路：①直接从植物次生物质中分离除草活性成分，人工模拟合成；②以除草活性成分为先导，进行结构修饰，得到目的产物；③系统研究化感物质间的相互作用。使一些简单分子通过协同或加和效应产生除草活性。此外，还要考虑其在土壤中的降解周期和降解产物，避免对农业生态系统产生污染。植物次生代谢产物在其他领域的应用开发也可遵循类似原则。研究发现，脂肪酸、聚乙烯炔和萜类物质具有较好的除草活性。其中倍半萜和单萜类化合物具有较大的开发潜力。此外，苦木素类、高粱醌、鬼臼毒、核桃醌和玉米、高粱、小麦等作物释放的阿魏酸、秀豆酸、咖啡酸及香草酸等也具备较好的除草活性。

3.2 植物源杀菌剂

到目前为止，以植物次生代谢产物活性成分为先导化合物开发的杀菌剂主要

有乙蒜素、稻瘟灵、恶霉灵等。对于植物次生物质抑菌杀菌作用机理的研究也取得了一定进展，但还有一些问题需要深入探讨：杀菌物质的靶标位点需要明确：活性物质的结构也需要进一步研究；利用构效关系人工模拟合成高效杀菌剂的工作也需要花费大量精力完成。另外，杀菌剂对生态系统的影响需要全面准确的评估，以确保其不会在环境中和生物体内残留而造成污染。

3.3 植物源杀虫剂

植物次生代谢产物中具有杀虫活性的成分主要包括生物碱类、糖苷类、酚类、萜烯类和精油等。一些次生物质如菊酯、鱼藤酮和烟碱等已被开发成市售杀虫剂，而新的植物源杀虫活性物质也不断见诸报道。

3.4 物源生长调节剂

植物次生代谢产物在生境中的化感作用不只表现为对其他植物的抑制，也包括互利共生，具有生长调节作用的植物激素类物质参与了相关过程。植物激素是植物体在正常发育过程中或特殊环境影响下的代谢产物，通过诱导基因表达或信号转导来调控或启动植物的生理代谢过程，其在植物体内含量极微，难以提取。化学合成的植物生长调节剂属于农药，其毒性较低，可以调节作物生长发育，缩短水果、蔬菜的成熟期，提高产量，改良品质，是农业现代化的重要手段之一。但盲目使用或滥用这些化学制剂会适得其反，造成果蔬外形或味道异常，影响农产品安全。使用植物源生长调节剂则有助于改善此类问题，因其来源于植物本身，易被生态系统接纳，在施用后易降解，不会造成残留。

四结语

相对于植物初生代谢，植物次生代谢主要合成生物正常生理活动必须物质，合成的是一些对植物细胞没有直接作用，甚至对自身没有直接益处的化合物。但这些化合物在植物生活中有着重要的意义，在抵御虫害、调控自身、提高繁殖能力等方面有着重要作用。当然，植物次生代谢产物除了本文提到的在生物源农药方面的研究，次生代谢调控的生物化学、分子生物学和基因工程已成了当今国际生物界十分活跃的前沿研究领域。

参考文献：

[1]何水林，郑金贵，王晓峰等.植物次生代谢：功能、调控及其基因工程[J].应用与环境生物学报，2002，8（5）：558~563.

[2]高丽君，崔建华，刘风云等.植物次生代谢物的应用与开发[J].生物学通报，2004，39（7）：5.

[3]徐正浩，崔绍荣，何勇等.植物此生代谢物质和害虫防治[J].植物保护，2004，30（4）.

[4]贾明慧，张辉，张爱华等.植物次生代谢产物在国内农药开发方面的研究进展[J].中国植保，2012，32（3）.

[5]高菊芳，陶黎明.抗营养性植物次生代谢产物的潜在治疗性应用[J].世界农药，2004，26（3）.

植物次生代谢工程试题

植物次生代谢工程试题一、简答题（20分） 1. 植物次生代谢产物的概念及分类 2. 植物次生代谢的特点和主要途径 3. 植物次生代谢工程的主要研究策略二、论述题（40分）结合近年植物次生代谢的研究进展论述植物次生代谢工程的研究意义。药用植物次生代谢工程的市场应用前景植物次生代谢物（plant secondary metabolites）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。植物次生代谢物种类繁多，化学结构迥异。现在，已知大约有10，000种次生代谢物，包括酚类、黄酮类、香豆素、木脂素、生物碱、糖苷、萜类、甾类、皂苷、多炔类、有机酸等，可分为酚性化合物、萜烯类化合物、含氮有机物三大类。植物次生代谢是植物在长期进化中对生态环境适应的结果，对植物在其生态系统中的生存起作用，如抗虫、抗病、异株相克、吸引昆虫授粉、与共生微生物相互作用等。植物次生代谢物的应用，其历史悠久，各民族传统草药和香料的有效成分大多是植物次生代谢物。现在，这些天然产物仍在人的生活中起着重要的作用，尤其是为医药、轻工、化工、食品及农药等工业的发展所必不可少的。以医药为例，至今人们依赖于从植物中提取的重要的药物就有五十多种。随着“重返大自然”的呼声日益高涨，人们已认识到：现在是从高等植物的次生代谢产物中去寻找、开发新药的

时代。然而，长期不当采集致使生态环境受到破坏，许多野生植物趋于濒危，有些需要特殊环境的植物人工引种困难。能够引种栽培的植物要占用大量的农田，加之人工栽培受环境的制约，次生物的含量和质量不稳定。此外，在通常的情况下，天然植株中目的次生产物含量过低（如紫杉醇），在对资源植物有效成分分析的基础上，采用化学合成的方法，又会遇到工艺流程复杂、成本高、合成过程中形成同分异构体及造成环境污染等许多问题。近年来，随着对植物代谢生理生化及生态适应方面认识的深入，以及分子生物学的渗透，将外源新基因转入植物现在已属常规的操作，基因枪轰击和根癌农杆菌介导是最常用的方法，植物次生代谢分子生物学研究发展迅速。以基因工程大规模生产次生代谢产物，其具有诱人的前景。应用次生代谢工程改良植物性状的可能性有多种多样：使内源性抗性化合物（如植物抗毒素）在高水平上表达，表现出更高的抗虫抗病能力，提高产量和质量；在花卉栽培中培育出新的花色、花香；提高水果的口感；降低食品和饲料中有毒成分的含量；提高有益成分的含量。药用植物的代谢工程是针对提高某种重要次生代谢物或者其前体的含量的，以期解决药源问题。紫杉醇是获得美国FDA(1992)认证的优良抗肿瘤药物。由于紫杉醇结构复杂，化学全合成步骤多，产量低，而且成本很高。目前，临床上使用的紫杉醇，主要是从红豆杉属植物的树皮、枝叶等组织中分离提取获得的，也有部分是以红豆杉组织粗提液中的紫杉烷类物质为前体，通过化学半合成得到。但是红豆杉植物生长缓慢，紫杉醇的含量非常少，大量砍伐、毁坏，会导致红豆杉资源趋于枯竭。为寻找紫杉醇及其半合成前体的继续稳定供应的渠道，人们纷纷把眼光转向生物技术方法，如组织器官培养、细胞大规模培养、微生物发酵等。阐明紫杉醇生物合成途径及其调控机制，实施次生代谢工程，是应用生物技术方法大量生产紫杉醇的重要措施。为此，各国科学家付出艰辛努力寻找新的药源和替代物，其中对紫杉醇生源途径的研究处于核心地位。红豆杉树皮中紫杉醇的含量为万分之二，其在国际市场上售价为20万美元/kg，远远不能够满足市场需求。如果能够用基因工程的方法提高其含量，将具有巨大的经济效益和社会效益。 2. 3 代谢工程大量的天然产物都由相似的基本骨架经过不同的结构修饰而成, 催化这些修饰过程的酶大多具有底物特异性。近年来对次生代谢途径的研究有了长足的进展, 但是在代谢途径的总体调控以及次生代谢途径之间的协调等方面, 仍然了解甚少。最近, 科学家非常重视预见性代谢工程[20] , 即利用系统生物学的方法来整合代谢组、蛋白组和转录组的分析数据, 从而在代谢网络的水平上进行反复的系统模拟, 最终得到比较接近真实状态的结果。现有的各种数据库和仪器分析手段已经使这样的系统分析在一定程度上成为可能。近年来通过代谢工程改善植物品质已经有一些成功的例子, 如将胡萝卜素代谢途径在稻米的胚乳中表达, 创制了金色稻米( golden rice) , 为提高某些不发达地区人群胡萝卜素摄入量开辟了一个新的途径[21] 。我国唐克轩课题组通过基因工程显著提高了颠茄毛状根莨菪烷类生物碱的合成与积累。最近, 美国加利福尼亚大学伯克利分校的Jay D. Keasling 等采用一系列的转基因调控方法, 通过基因工程酵母合成了青蒿素的前体物质) ) ) 青蒿酸, 其产量超过100 mg/ L, 为有效降低抗疟药物的成本提供了机遇。此外, 植物次生代谢的酶类还可以用于环境修复[ 23] 、工业生物技术等其他目的[ 20] 。

植物次生代谢产物造福人类的研究

植物次生代谢产物造福人类的研究 1.植物次生代谢产物的作用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。 2.植物次生代谢产物分类这些次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、类萜、甾体及其甙、生物碱七大类。还有人根据次生产物的生源途径分为酚类化合物、类萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类，其中像单宁类、类黄酮又都属于酚类化合物，酚类化合物占植物次生代谢产物的70%。 3.植物次生代谢产物研究成果对于植物次生代谢产物，多数专家教授都对此做过深入的研究，研究成果广泛用于人类生活。造福人类的最显著成果，当属诺贝尔奖获得者：屠呦呦女士，屠呦呦女士研究的抗击疟疾的青蒿素，为我国赢得了荣誉、为世界的医学研究以及疟疾治疗都做出了突出贡献。也让我国的其他研究专家和研究成果受到了世界瞩目，其中通过特定的提取技术，将植物的次生代谢产物也就是植物在生命活动中受到威胁而产生的抗体运用到人类生活各个方面的研究是未来重点研究课题，这个利用植物代谢抗体做研究的已有开发立项，可换称之为一种植物抗生素及其应用，已列为国家发明专利。 4.植物次生代谢产物对人类的可用之处一篇植物酚类物质研究文献中提到酚类物质在人和动物中的营养功能，

由于酚类物质结构中含有较多的羟基，因此表现出很强的抗氧化作用，在流行病学上发现类黄酮投入的量和心脏病、中风、肺癌、胃癌发生率成反比，所以有所谓的“法兰西困惑”现象，法国人经常饮用葡萄酒，而红葡萄酒中含有大量的多酚类物质如原花色素、儿茶素等，这些物质能预防冠心病，抑制血管动脉粥样硬化，从而延长人的寿命。而此研究专利利用植物次生代谢产物中：酮类、醌类的杀菌复合机理，酚酸的杀菌作用以及祛味、滋阴功效，类黄酮的抗炎症、抗变性、抗肿瘤、抗病毒的作用已运用于生物医学板块抗击HPV病毒、子宫癌、宫颈与阴道炎症等女性生殖道疾病，滋养保护女性生殖道。多聚体单宁类与蛋白质发生聚合反应产生收敛作用可使粗大毛孔收缩、绷紧而减少细纹，单宁对紫外线光区有强烈的吸收作用，对紫外线的吸收达98%以上，是天然防晒佳品，单宁有它特有的分子结构及功能集保湿、除皱、美白、防腐作用于一体运用于化妆品板块皮肤护理，缓解因环境及敏感肌自身问题带来的各种皮肤问题。 5.展望植物的次生代谢产物，由于其具有的多种活性，在医药化工，农家肥，化妆品等领域都得到了广泛的应用。随着基因组学，蛋白质组学等现代生物技术的快速发展，植物中各种次生代谢产物的种类、结构、含量以及他们的代谢途径、互作方式等研究将逐步得以深入，有助于未来各种植物代谢产物的定向合成和利用。进而使植物代谢产物呈现出更加广阔的应用前景。以下是国家发明专利：专利号：zl200610044372.x

植物次生代谢物质种类及结构

植物次生代谢物质种类及结构次生代谢产物的化学结构差异很大，通常归为萜类化合物（萜类、甾体类）、酚类化合物（苯丙烷类、醌类、黄酮类、鞣质）、含氮化合物（生物碱、氰苷、芥子油苷、非蛋白氨基酸）和其他次生代谢产物四大类。（1）酚类广义的酚类分为黄酮类、简单酚类和黄酮类。黄酮类是以一大类苯色同环为基础，具有C3、C6、CH6结构的酚类化合物，其生物合成的前体是苯丙氨酸和乌龙基辅酶A。根据在B环上的连接位置的不同可分为2-苯基衍生物（黄酮、黄酮醇类）3-苯基衍生物（异黄酮）和4-苯基衍生物（新黄酮），很多黄酮类成分用于心血管疾病的治疗，如槐树槐米中的芦丁是用于治疗毛细血管脆性引起的出血症及辅助治疗高血压，许多异黄酮是植保素。简单酚类是含有一个被烃基取代苯环的化合物，某些成分有调节植物生长的作用，有些是植保素的重要成分。醌类化合物是有苯式多环烃氢化合物（如萘、蒽等）的芳香二氧化物。醌类的存在是植物成色的主要原因之一，有些醌类是抗菌、抗癌的主要成分，如胡桃醌和紫草宁。举例（1）苦荞麦中含有黄酮类物质，主要成分是芦丁。芦丁含量占总黄酮的70～90%，芦丁又名芸香甙、维生素P，具有降低毛细血管脆性和异常通透性，改善微循环的作用，在临床上主要用于糖尿病、高血压、高血糖等的辅助治疗。而芦丁在其它谷物中几乎没有。（2）胡桃醌作为氢化胡桃醌（三羟基萘）的苷存在于胡桃科植物胡桃及其同属植物黑核桃的未成熟的外果皮（青皮）中。可从天然物质中分离，也可化学合成。桃醌具有止血和抗菌活性，也曾用于治疗湿疹、牛皮和发癣。（2）萜类化合物

萜类化合物是由异戊二烯单元（5碳）组成的化合物，通过异戊二烯途径（又称甲羟戊酸途径），由2个、3个或4个异戊二烯单元分别组成产生的单萜、倍半萜和二萜称为低等萜类。单萜和倍半萜是植物挥发油的主要成分，也是香料的主要成分，许多倍半萜和二萜化合物是植保素。一些萜类成分具有重要的药用价值，如倍半萜成分青蒿素是治疗疟疾的最佳药物，抗癌药物紫杉醇是二萜类生物碱，存在于裸子植物红豆杉中。甾类化合物和三萜的合成前体都是含30个碳原子的鲨烯，高等萜类。甾类化合物由1个环戊烷并多氢菲母核和3个侧链基本骨架组成植物体内三萜皂苷元和甾体皂苷元分别与糖类结合形成三萜皂苷如人参皂苷和薯蓣皂苷等。举例（1）青蒿素来源主要是从青蒿中直接提取得到；或提取青蒿中含量较高的青蒿酸，然后半合成得到。除青蒿外，尚未发现含有青蒿素的其它天然植物资源。主要用于间日疟、恶性疟的症状控制，以及耐氯喹虫株的治疗，也可用以治疗凶险型恶性疟，如脑型、黄疸型等。亦可用以治疗系统性红斑狼疮与盘状红斑狼疮。（2）紫杉醇是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物, 也是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物。通过Ⅱ-Ⅲ临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。（3）含氮有机物含氮有机化合物中最大的一类次生代谢物质是生物碱,是一类含氮的碱性天然产物,已知的达5500种以上。按其生源途径可分为真生物碱、伪生物碱和原生物碱。真生物碱和原生物碱都是氨基酸衍生物,但后者不含杂氮环。伪生物碱不是来自氨基酸,而是来自萜类、嘌呤和甾类化合物。许多生物碱是药用植物的有效成分,如小檗碱、莨菪碱等,还有些是植保素。含氮有机化合物还有胺类、是NH3中的氢的不同取代产物;非蛋白氨基酸,即蛋白质氨基酸类似物;生氰苷,即植物生氰过程中产生HCN的前体物质如苦杏仁苷和亚麻苦苷。举例

植物次生代谢物质对昆虫的作用

植物次生代谢物质对昆虫的作用 [摘要]:次生代谢物质就是植物在长期进化过程中适应生态环境的结果,是植物自身防御机制的表现(Zobayed等，2005),也是植物自身用于减少昆虫、微生物或自然危害的物质基础。这也是植物次生代谢物最原始、最重要的功能。其中，利用植物次生代谢物质防治病虫害是近年来的热点。本文主要论述植物此生代谢物质与昆虫间的相互作用，以及病虫害防御现状。【关键词】：次生代谢物质防御机制昆虫 1.植物次生代谢物质的概念及种类特定条件下，一些重要触及代谢产物，如乙酰辅酶A、丙二酸单酰辅酶A、莽草酸及一些氨基酸等，作为原料或前体，进一步经历不同代谢过程（即次级代谢）所产生的萜类、酚类、生物碱等化合物，即次级代谢产物。一些萜类物质影响植物的生长发育，还有一些植物的萜类有毒，可防止哺乳动物的吞食。酚类中的类黄酮类和黄酮醇类不只存在于花器官，也存在绿叶中，吸收在外线B，使植物细胞免受伤害异黄酮类还具有杀虫及抑制病原微生物生长作用。生物碱具有着很大的药用价值。等等。利用植物次生代谢物质从事病虫害防止具有重要的应用价值。 2.植物次生代谢物质对昆虫的作用 2.1植物次生物质对昆虫的防御功能 2.1.1对昆虫的趋避和阻止昆虫产卵植物本身虽然不能移动,但它可以通过产生一些挥发性次生物质，引起昆虫的负趋向运动和无定向移动，从而可避免或抵御昆虫取食。比如胡椒树叶挥发物对家蝇有驱避和阻碍取食作用。另外，在昆虫个寻找寄主植物过程中，植物挥发性次生物质可作为诱导植食性昆虫寻找食物、产卵场所的信号物质。 2.1.2阻止昆虫取食次生物质中的生物碱,类黄酮和萜内酯等可以对昆虫取食其抑制作用。例如一些茄科植物体内含有的澎体生物碱起到抵制马铃薯叶甲虫取食。 2.1.3抑制昆虫的生长发育植物次生物质抑制昆虫的生长、生殖及存活。植物的一些次生物质可以通过降低营养来减少昆虫的取食。另外昆虫的生长发育、变态和生殖的化学调节是通过

植物次生代谢物途径及其研究进展_王莉

武汉植物学研究2007,25(5):500～508 Jou r na l of W uhan B ot an ical R esearch 植物次生代谢物途径及其研究进展王莉1,2,史玲玲1,张艳霞1,刘玉军1* (1.北京林业大学生物科学与技术学院,北京　100083;2.西藏民族学院医学系,西藏咸阳　712082) 摘　要:植物次生代谢是植物在长期进化过程中与环境相互作用的结果,由初生代谢派生。萜类、生物碱类、苯丙烷类为植物次生代谢物的主要类型,其代谢途径多以代谢频道形式存在,具有种属、生长发育期等特异性。从植物次生代谢物的分类、代谢途径及代谢调控基因工程等方面展开论述,重点介绍了次生代谢物的生物合成途径,以及利用基因工程等技术对植物次生代谢途径进行遗传改良等方面的研究进展,为全面认识植物代谢网络、合理定位次生代谢及其关键酶、促进野生植物资源可持续利用等提供理论依据。关键词:次生代谢;代谢频道;调控机制;限速酶中图分类号:Q946.8 文献标识码:A 文章编号:1000-470X(2007)05-0500-09 B i osynthesis and R egulati on of the Secondary M etabolites i n P l ants WANG Li1,2,S H I Ling-Ling1,ZHANG Yan-X ia1,LI U Yu-Jun1* (1.Co ll ege o fB iol og ical S cie nce and B i otec hno l ogy,B eiji ng Forest ry Un i versit y,Beijing　100083,Ch i na; 2.D e part m en t ofMed i ci ne,Ti bet In s tit u t e for Nati ona lities,X i anyang,T i bet　712082,Ch ina) Abst ract:P l a nt secondar y m etabolis m is r esu lt e d fro m interacti o ns bet w een plan ts and envir on m ents dur- i n g the long-ter m evo l u tion pr oce ss,and is de rived fro m t h e so-called pri m ar y m e tabo lis m.Terpenoids,al- kalo i d s and pheny lpr opanoids are the m ai n t h r ee types of p lant secondar y m etabolites,t h eir m etabo lic pathw ays m ostly exist in a w ay ofm etabo lic channels,and t h e pa t h w ay s po ssess characte ristics o f the spe-cies,the genus and t h e phase o f gro w t h and developm en.t The p r esent pape r carried out discussions on the classification of p lant seconda r y m e tabo lites,the m e tabo lic pathw ays and t h e gene eng i n ee ring ofm etabo lic r egu l a ti o ns.In order t o pr ovide t h eo r e tica l bases fo r co m pr ehensi v e l y understanding t h e plantm e tabo lis m net w or k,the ir r easonab l e positioning o f secondary m e tabo lis m and its key enzym es,and for sti m ulating the sustainab le exploration o fw il d p lant r esources,the d iscussions we r e e mphasized on biosynthe tic pathw ays of t h e secondar y m e tabo lites and so m e o ther aspects including gene tic i m pr ove m ent stra t e gies on plan t secondar y m e tabo lic pa t h w ays by using gene-engineeri n g techno logy. K ey w ords:Secondary m etabolis m;M e tabo lic channe l;Regu lation m echanis m;Rate li m iti n g enzym e 植物次生代谢(secondary m e tabo lis m)是由初生代谢(pri m a r y m e tabo lit e)派生的一类特殊代谢过程[1](见图1),是植物在长期进化中与环境相互作用的结果。近来的研究发现,植物次生代谢物(sec-ondar y m e tabo lite)在植物生命活动的许多方面均起着重要作用,且部分是植物生命活动所必需的[2]。例如,吲哚乙酸、赤霉素直接参与生命活动的调节;木质素为细胞次生壁的重要组成成分;叶绿素、类胡萝卜素等萜类物质作为光合色素参与光合作用过程等[3]。随着次生代谢产物在医药、食品、轻化工等领域的广泛应用,其物质的种类、代谢途径,以及代谢机理等相关问题亦倍受研究者关注,是植物生理学、植物化学等众多学科的主要研究内容之一。植物次生代谢物的产生和分布通常有种属、器官组织和生长发育期的特异性。目前其分类方法主要有如下三种:①根据化学结构不同,分为酚类、萜类和含氮有机物等[4];②根据结构特征和生理作用不同,分为抗生素(植保素)、生长刺激素、维生素、色素、生物碱与植物毒素等;③根据其生物合成的起始分子不同,分为萜类、生物碱类、苯丙烷类及其衍生物等三个主要类型。笔者将按第三种分类方法对其物质种类、代谢类型等方面的研究进展进行概述。收稿日期:2007-02-09,修回日期:2007-09-20。　基金项目:西藏自治区科技厅重大项目(2002-66)资助。　作者简介:王莉(1972-),女,讲师,理学博士,研究方向为药用植物学。　*通讯作者(E-m ail:y jli u@https://www.360docs.net/doc/c116647337.html,)。

植物次生代谢物研究进展

植物次生代谢物研究进展药用植物学廖凯 1植物次生代谢物 1.1植物次生代谢物定义植物的代谢产物可分为两类，即初生代谢产物(Primary metabolites)和次生代谢产物( secondary metabolites)。初生代谢物是指维持植物体正常生命活动所必需的物质和能量代谢，包括合成代谢和分解代谢，初生代谢产生的代谢产物称为初生代谢产物(Primary etabolites)，如糖类、脂类、氨基酸、核酸以及它们的多聚体（淀粉、多糖、蛋白质、RNA 和DNA等），这些物质的分子量一般很大，又称为大分子化合物。而植物次生代谢的概念最早于1891年由Kossel明确提出，与初生代谢物（糖类、蛋白质和脂肪类）相比，次生代谢产物不是细胞生命活动或植物生长发育所必需的，其在已知的光合作用、呼吸、同化物运输以及生长分化等过程中没有明显的或直接的作用。因此多年来曾一直被认为是植物体内的废物。随着研究的不断深入，表明植物次生代谢物的形成多与植物的抗病、抗逆有关，在处理植物与生态环境关系上充当着重要的角色。并且通过对植物次生代谢的调控，改变次生代谢物的含量，可提高植物的防御能力，大量有益的次生代谢物还可用于医药生产和人类疾病的防治等方面。植物的次生代谢是植物体利用初生代谢产物，在一系列酶的催化作用下，进一步进行合成或分解代谢，产生的代谢产物称为次生代谢产物，如生物碱、糖苷、黄酮类、挥发油等，由于这些化合物分子量一般很小(2500以下)，又称为小分子化合物，习惯上称为天然产物(Natural Products)。次生代谢是一类特殊而且复杂的代谢类型，通常认为植物的次生代谢是通过渐变或突变获得的一种适应生存的方式，是植物体在长期的进化过和中对生态环境适应的结果。它们通过降解或合成产生，不再对代谢过程起作用。 1.2 植物次生代谢产物的分类植物次生代谢产物种类繁多，在来源、结构和功能方面均有不同之处。目前己知的结构达3万余种。植物次生代谢产物根据结构异同可分为酚类(phenolic)、萜类(terpene)和含氮化合物(nitrogen—containing compound) 等三大类。各大类再根据其化学结构和性质又可分为黄酮类、简单酚类、醌类、挥发油类、萜类、生物碱类和胺类等，其中前三种属于酚类，生物碱类和胺类则包含在含氮化合物中。广义的酚类化合物分为黄酮类、简单酚类和醌类。黄酮类是一大类以苯色酮环为基础，具有C6—C3—C6结构的酚类化合物．其生物合成

02植物次生代谢产物的主要类群

2 植物次生代谢产物的主要类群 2.1 萜类 (terpene) 2.2 甾体类 (steroid) 2.3 苯丙烷类 (phenylpropanoid) 2.4 醌类 (quinonoid) 2.5 黄酮类 (flavonoid) 2.6 鞣质 (tannin) 2.7 生物碱 (alkaloid) 2.8 氰苷、芥子油苷、非蛋白氨基酸 (cyanogenic glycoside, glucosinolate, nonprotein amino acid) 次生代谢产物的化学结构差异很大，通常归为萜类化合物（萜类、甾体类）、酚类化合物（苯丙烷类、醌类、黄酮类、鞣质）、含氮化合物（生物碱、氰苷、芥子油苷、非蛋白氨基酸）三大类除以上三大类外，植物还产生多炔类、有机酸等次生代谢物质多炔是植物体内发现的天然炔类，主要分布于菊科及伞形科植物，现已发现1000种左右有机酸广泛分布于植物各部位，一些有机酸如茉莉酸在植物信号传递中起重要作用根据结构特征和生理作用也可将次生代谢产物分为抗生素（植保素）、生长刺激素、维生素、色素、生物碱与毒素等不同类型 3.1 萜类 terpene ?萜类或类萜在植物界中广泛存在，由异戊二烯组成，有链状的，也有环状的，一般不溶于水 ?萜类种类依异戊二烯数目而定，有单萜、倍半萜、双萜、三萜、四萜和多萜之分 ?萜类的生物合成有两条途径：甲羟戊酸途径和丙酮酸/磷酸甘油醛途径，前者研究得比较清楚，后者仍有些未明，两条途径都是经过异戊烯基焦磷酸（IPP）进一步合成各种萜类化合物 3.1.1 单萜（monoterpene） ?单萜广泛存在于高等植物中，多分布于樟科、松科、伞形科、姜科、芸香科、桃金娘科、唇形科、菊科的植物中?单萜常温下一般是挥发性液体，沸点140-200℃。有的单萜与糖结合成苷，则不具有挥发性 ?单萜依据碳架可分为链状、单环、双环和三环4个大类 3.1.1.1 链状单萜 ?月桂烯（杨梅烯，myrcene）广泛存在于植物界，杨梅叶、松节油、黄柏果油、桂油、柠檬草油、啤酒花油和芫荽油等挥发油中含有；是香料工业中重要的反应中间体 ?芳樟醇（linalool）(里哪醇、沉香醇) 化学名：3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇，具一个手性碳原子，有一对对映异构体。(-)-(R)-芳樟醇存在于香紫苏油、香柠檬油、芳樟油中， (+)-(S)-芳樟醇存在于芫荽油、桔油及素馨花挥发油中。芳樟醇具有抗菌、抗病毒和镇静等作用。芳樟醇对正常人体的心脏和呼吸功能具有较明显的抑制作用，具降压作用；具有优美而偷快的花香香气不同旋光性的芳樟醇具有不同的香气。用于多种香型的香精调配，如百合、丁香、橙花等各种香精。是合成芳樟醇类香料化合物和维生素E、A的重要原料。世界上每年耗用量数万吨，产值数亿美元。我国每年需要量达400吨，主要依靠进口（林耀红，1997）。西南化工研究院于1997年底投资1000余万元，建设年产1000t芳樟醇生产装置，该装置1999年已建成投产芳樟醇与茶叶：茶叶中的芳樟醇具铃兰香气，系阿萨姆种及我国大叶种茶香气中含量最高的物质，其含量在新梢各部位的分布表现为芽>第一叶>第二叶>第三叶>茎，各季含量以春茶最高，夏茶最低，加工过程中，芳樟醇大量产生于揉捻及发酵工序芳樟醇还有四种顺式和反式毗喃型及呋喃型氧化物。 ?柠檬醇，顺式异构体称为橙花醇（nerol），反式异构体称香叶醇或牦牛儿醇（geraniol），均有玫瑰香气。橙花醇的香气更为柔和，常用于香水配方。 ?柠檬醛（citral），反式的习称香叶醛（geranial），顺式的称橙花醛（neral）。柠檬醛通常为混合物，以橙花醛为主，具有柠檬香气 ?香叶醇（ geraniol ）：香叶醇是玫瑰中的主体花香成分，是中小叶种茶叶中的主要香气成分，具典型玫瑰香型。祁门红茶中香叶醇含量极高。香叶醇在新梢各部分的含量分布及其季节和加工变化与芳樟醇相似。1990年，Yano 指出香叶醇的前体为香叶基-β葡糖甙；1993年，Guo相继在乌龙茶的研究中分离并鉴定出了香叶基-6-O-R-D-吡喃木糖-β-D-吡喃葡糖甙，第一次发现单萜烯醇配糖体的糖体部分存在非单糖结构。 3.1.1.2 单环单萜 ?柠檬烯（limonene），(+)-柠檬烯在芸香科桔属植物果皮的挥发油中约含90%，(-)-柠檬烯存在于薄荷、土荆芥、缬草的挥发油中 ?萜品醇（terpineol），也称松油醇，存在于樟脑油、八角茴香油及橙花油中，用于香料配制 ?薄荷醇（menthol），又称薄荷脑。由于有3个不对称碳原子，应有4对不同的立体异构体

植物次生代谢和植物防御反应

植物次生代谢和植物防御反应 A：什么是植物次生代谢产物，它与植物防御的关系简述，与药材形成关系简述？植物生长发育过程中经常受到各种环境胁迫，由于植物本身的特性，它不能通过移动的方式来逃避食草动物和病原菌以及一些非生物环境因素，因此只能通过其他方式进行自我防御。次生代谢产物(Secondary metabolites)是由次生代谢(Secondary metablism)产生的一类细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子有机化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。植物次生代谢产物是植物对环境的一种适应，是在长期进化过程中植物与生物和非生物因素相互作用的结果。这些化合物在植物生命活动的许多方面起着重要作用，涉及到机体防御、生长发育和信号传导等。除此之外，植物次生代谢产物也是许多中药的主要药效成分，是保持药用植物的药材质量及其有效性的基础。 B：植物次生代谢物的主要分类以及次生代谢物生物合成的主要途径与初生代谢物的关系？根据植物次生代谢产物的生源途径分为萜类化合物、酚类化合物以及含氮化合物等三大类。植物初生代谢通过光合作用、柠檬酸循环等途径，为次生代谢提供能量和一些小分子化合物原料。次生代谢也会对初生代谢产生影响。绿色植物及藻类通过光合作用将二氧化碳和水合成为糖类，进一步通过不同的途径，产生三磷酸腺苷(ATP)、辅酶(NADH)、丙酮酸、磷酸烯醇式丙酮酸、4一磷酸一赤藓糖、核糖等维持植物肌体生命活动不可缺少的物质。磷酸烯醇式丙酮酸与4一磷酸一赤藓糖可进一步合成莽草酸(植物次生代谢的起始物)，而丙酮酸经过氢化、脱羧后生成乙酰辅酶A(植物次生代谢的起始物)，再进入柠檬酸循环中，生成一系列的有机酸及丙二酸单酰辅酶A等，并通过固氮反应得到一系列的氨基酸(合成含氮化合物的底物)，这些过程为初生代谢过程。在特定的条件下，一些重要的初生代谢产物，如乙酰辅酶A、丙二酰辅酶A、莽草酸及一些氨基酸等作为原料或前体(底物)，又进一步进行不同的次生代谢过程，产生酚类化合物(如黄酮类化合物)、异戊二烯类化合物(如萜类化合物)和含氮化合物(如生物碱)等。

果蔬营养物质的次生代谢物质的研究进展

果蔬营养物质的次生代谢物质的研究进展摘要：本文分析了果蔬中部分次生代谢产物，如黄酮类化合物、萜类化合物、单宁类化合物的类型、作用机理、提取制备、检测及其应用现状，并展望了果蔬次生代谢产物的开发前景。关键词：次生代谢产物、类型、作用机理、提取制备、检测、应用现状一、前言我们的生活离不开水果、蔬菜，因为它们不仅为我们的食物增添了不同的风味，同时还为人类提供生存所需的营养物质。果蔬中含有丰富的维生素，铁、磷、钙等矿物质、粗纤维和酚类物质，这些物质为人体的营养需求、调节人体的生理功能、维持人体的酸碱平衡起到非常重要的作用[1-2]。果蔬中富含的胡萝卜素、番茄红素，长期食用可有效的预防夜盲症、脚气、皮肤粘膜溃烂等常见疾病。果蔬中所含的酚类物质，如黄酮、花色素等，可以做到清除活性氧自由基、增强抗氧化酶活性、阻断脂质过氧化链式反应，减少膜脂质过氧化损伤、减少DNA损伤，从而起到抗氧化的作用[3]。黄酮类化合物、萜类化合物和单宁类化合物作为果蔬中的次生代谢产物，不仅为果蔬带来了风味和营养，同时还具有很强的生理功能。随着生活水平的不断提高和食品保健意识逐渐增强，果蔬中具有显著生理活性的各类功能因子引起广泛的关注和浓厚的研究兴趣。本文在前人研究的基础上，重点论述了果蔬的次生代谢产物的类型、作用机理、提取制备、检测及其应用现状，对其发展前景进行了展望，用以促进我国果蔬加工行业的发展。二、果蔬次生代谢物质类型及作用机理 1、黄酮类化合物黄酮类化合物，又称生物类黄酮，是指具有色酮环与苯环为基本结构的一类化合物的总称，是多酚类化合物中最大一个亚类。自然界中最常见的是黄酮和黄酮醇，其他包括双氢黄（醇）、异黄酮、双黄酮、黄烷醇、查尔酮、橙酮、花色苷及新黄酮类等。不同的黄酮类化合物具有不同的生物活性，主要的生理活性有：维生素P样作用、抗菌作用、抑制癌细胞的生长或抗癌作用、解痉挛作用、降低血压作用、女性刺激样作用、抑制胆碱酯酶作用、扩张冠状动脉的作用等。此外，还有大量研究表明黄酮类化合物有降血脂、止血、镇咳祛痰、降低血管脆性、抑制血小板聚集等多种药理作用[10]。天然来源的生物黄酮分子量小，能被人体迅速吸收，通过血脑屏障，进入脂肪组织，具有调节血脂、消除氧自由基、抗氧化、抗肿瘤、抗辐射、抗衰老、抗过敏、抗菌、抗病毒以及雌激素样活性等生理功能。许多应用研究表明，黄酮类化合物具有预防心血管疾病、防癌抗癌、防止骨质疏松和改善动物生长等作用。黄酮类化合物以其光谱的药理作用引人注目。此外，黄酮类化合物也是重要的功能食品添加剂、天然抗氧化剂、天然色素、天然甜味剂[14]。花青素、花色苷是黄酮类化合物中比较典型的化合物。花青素，又称花色素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，也是植物花瓣中的主要呈色物质。在植物细胞液泡不同的pH值条件下，使花瓣呈现五彩缤纷的颜色。在酸性条件下呈红色，其颜色的深浅与花青素的含量呈正相关性，可用分光光度计快速测定，在碱性条件下呈蓝色。花青素的颜色受许多因子的影响，低温、缺氧和缺磷等不良环境也会促进花青素的形成和累积。花青素作为一种天然食用色素，安全、无毒、资源丰富，而且具有一定营养和药理作用，在食品、化妆、医药等方面有着巨大的应用潜力。但是和其他天然色素一样，其染色力弱，使用剂量大，不稳定（易受pH、氧化剂、亲核剂、酶、金属离子、

植物次生代谢产物在生产生活中的应用

植物次生代谢产物在生产生活中的应用作者：唐璐(2011015292) 地址：西北农林科技大学创新生技113 导教师：韩锋摘要：次生代谢是植物重要的生命活动, 与植物的生长发育及其对环境的适应密切相关。同时次生代谢产物也是重要的药物和化工原料来源。植物次生代谢物的种类繁多,与初生代谢物相比虽不是植物生长发育所必需的,但其在植物防御、作物改良、医药生产及人类疾病的防治等方面具有重要意义. 关键词：次生代谢，研究意义，类型，功能，应用。１.植物次生代谢产物植物次生代谢产物是植物对环境的一种适应，是在长期进化过程中植物与生物和非生物因素相互作用的结果。在对环境胁迫的适应、植物与植物之间的相互竞争和协同进化、植物对昆虫的危害、草食性动物的采食及病原微生物的侵袭等过程的防御中起着重要作用。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。它们是细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。这些次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、类萜、甾体及其甙、生物碱七大类。还有人根据次生产物的生源途径分为酚类化合物、类萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类，据报道每一大类的已知化合物都有数千种甚至数万种以上。２. 植物次生代谢研究的意义植物和微生物能够合成大量次生代谢产物 (secondary metabolites) , 又称天然产物。这些小分子有机物在植物类群中特异性分布, 往往不是细胞正常生命活动所必需的。据估计,植物次生代谢产物在10 万种以上, 包括萜类、酚类( 黄酮类、花色苷) 、生物碱、多炔等, 它们都是由初生代谢途径衍生而来的。次生代谢是在植物长期演化过程中产生的,与植物对环境的适应密切相关, 并非可有可无。从功能上看, 许多物种的生存已离不开这些天然产物。例如虫媒植物的生长并不需要昆虫, 但离开了昆虫授粉则无法完成世代交替。而吸引昆虫的往往就是这些次生代谢产物) ) ) 具有气味的挥发性物质或表现出颜色的花色苷类或胡萝卜素类。由此可见, 植物天然产物在功能上并不总是处于次要地位。越来越多的工作显示, 次生代谢与植物的抗性与品质紧密相关, 植物对病害和虫害的抗性在很大程度上取决于细胞内植保素的合成调控。３.代谢产物在生产生活中的应用植物次生代谢是植物在长期进化中对生态环境适应的结果。产物其代谢产物具有多种复杂的生物学功能，在提高植物对物理环境的适应性和种间竞争力、抵御天敌的侵袭，增强抗药病性等方面起着重要作用。植物次生代谢物也是人类生活、生产中不可缺少的重要物质。为医药、轻工、化工、食品及农药等工业提供了宝

植物次生代谢物的类型及其对植物自身的作用

植物次生代谢物的类型及其对植物自身的作用植物次生代谢产物种类繁多，性质各异。目前已知结构的超过10万种，主要有生物碱、生氰糖苷等含氮化合物；单萜、倍半萜等萜类化合物；黄酮、醌等酚类化合物。一些植物次生代谢产物是理想的农药开发前体，具有较高的应用价值和开发潜力，为世界各国研究者所关注。我国对植物次生代谢产物在农业中的应用也进行了研究，并取得了一定的进展。 1 植物次生代谢产物化感作用的研究植物通过向环境中释放特定的次生代谢物质而影响邻近植物（或微生物）的生长，这就是化感作用，也叫做异株克生或他感作用。目前学术界认同的化感物质主要有15大类，包括酚酸类及其衍生物、黄酮类、萜类和甾族化合物等，几乎涵盖了所有的植物次生代谢产物。化感物质的释放主要经植物的根系分泌、茎叶挥发、残体分解以及雨雾淋溶等途径。印度学者指出，化感作用可提高农田、草原和森林系统的生产力，减少现代农业生产的负面效应。如养分流失和农药污染，保护未受污染的自然环境和具有高生产力的土地资源。化感物质对某些植物的生长存在抑制作用。如某些药用植物含有的黄酮、蒽醌、生物碱、萜类、酚酸类生理活性物质是化感物质的主要来源，它们使得药用植物易发生化感作用，出现连作障碍。张连学等发现，人参、西洋参产生连作障碍主要是由于化感物质—土壤变劣—病原微生物的相互作用，其课题组报道，外源人参皂苷会明显抑制人参愈伤组织鲜重的增加，使人参苗幼根中丙二醛（MDA）

含量显著升高，幼苗体内3种抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性发生变化，致使人参细胞内活性氧平衡系统受损，细胞无法进行正常生理代谢，从而抑制人参生长。人参皂苷粗提液对西洋参幼苗各项生理指标均表现出低促、高抑现象。高浓度下幼苗叶片中超氧阴离子自由基和丙二醛含量均显著增加，叶片及幼根的相对电导率也明显升高，幼苗根尖细胞核膜膨胀，核仁变形，液泡膜解体，不能完成正常的生命活动。雷锋杰等研究发现，人参根系分泌物中的某些成分能显著抑制大黄和水飞蓟种子的萌发及α-淀粉酶活性。 2 植物次生代谢产物在植物源农药开发方面的研究 2.1 植物源除草剂目前对植物源除草剂的开发尚未取得突破性进展，但仍有一些相关的试验结论可供参考。刘迎等研究发现，白三叶草地上部和根部水浸液中存在某些具有除草活性的次生成分，能显著抑制苘麻和稗草种子的萌发。罗小勇报道，紫丁香的叶和花，菊花桃的根、茎和花等器官中均含有高除草活性的物质，对生菜、黄瓜、反枝苋、苘麻、小麦和稗草具有不同程度的抑制作用，其对胚根（或种子根）生长的抑制效果高于胚轴（或胚芽鞘），并有一定的选择性。徐路明等发现，荆条花、马尾松叶、雪松叶和鸡爪槭叶的提取物均有一定的除草活性。其中荆条花提取物最具开发潜力。查友贵等对紫茎泽兰提取物进行系统研究，发现其对高粱、小麦、黄瓜、油菜的幼苗表现出较强的除草活性，且热稳定性和水稳定性较好。刘玉燕等报道，菊苣根提取物的16 种处理对稗草、反枝苋均有显著除草活性，与2，4-二氯基苯氧酸阳性对照组比较，部分处理有等效功能。上述研究中使用的多为植物器官的粗提物，进一步的研究需要对次生代谢成分进行分离提纯，找出用于除草剂研发的先导化合物。Macias研究发现，脂肪

植物细胞培养生产次生代谢产物的研究进展

植物细胞培养生产次生代谢产物的研究进展 . 利用植物细胞培养生产代谢产物具有十分广阔的前景。文章就植物细胞培养生产次生代谢产物过程中各种理化条件优化以及植物细胞培养过程相关模型建立的研究进行了综述。 . 植物细胞培养条件优化模型植物细胞培养始于本世纪初，并不可争议地具有工业化潜力。目前植物细胞培养生产的化合物很多，包括糖类、酚类、脂类、蛋白质、核酸以及帖类和生物碱等初生和次生代谢产物，植物细胞培养的应用主要包括以下3个方面：有用物质（次生代谢产物）的生产；植物无性系的快速繁殖和遗传突变体的筛选；植物细胞遗传、生理、生化和病毒方面的深入研究。但是由于植物细胞大规模培养技术的局限性使得植物细胞仍难以实现大规模工业化生产，迫切需要进一步研究和发展细胞培养条件的优化控制及其工艺。目前，世界上众多研究工作集中在优化细胞培养环境、改变细胞特性、提高目标产物的产率并保证其生产稳定性上。 1 植物细胞悬浮培养条件的优化 1.1 植物细胞培养过程中物理因素的优化控制对于植物细胞培养来说，环境中的许多物理因素对细胞的生长以及目标次生代谢产物的合成具有很大的影响。如通过温度、光照、电场、磁场电磁辐射、机械力以及超声波等对于植物细胞培养过程都有着十分重要的作用。植物细胞的生长、繁殖和次生代谢物的生产需要一定的温度条件，在一定的温度范围内细胞才能正常生长、繁殖和维持正常的新陈代谢，植物细胞培养的最适温度一般为25℃，但不同的植物种类略有差异，而且植物细胞生长和次生代谢产物的合成所需的温度并不一致，因此选择合理的培养温度并进行相应的调控对于细胞生长以及产物合成十分关键，H.J.G.ten Hoopen等［1］曾对Catharanthus roseus细胞的培养过程、Toshiya Takeda等［2］对Strawberry细胞的培养过程分别进行温度的阶段性调控，结果都在很大程度上提高了产物的产率；培养基的pH值与细胞生长繁殖以及次生代谢产物的生产关系密切，与培养温度相似，细胞的生长繁殖与次生代谢产物合成时所需的pH值通常并不一致，需要在不同的阶段控制不同的pH值；目前关于电场的作用机理膜周电泳学说，该学说认为对细胞施加稳定的电场能够导致膜中带电物质的重新分配，最终导致原生质体生长和分化效应。石贵玉等［3］曾对银杏细胞培养细胞施加一定的高压电场进行刺激，结果发现对细胞的相关指标产生了较大的影响；而磁场的作用机理使它加速了细胞内的氧化磷酸化过程，从而促进ATP的合成，最终使得有丝分裂指数增高。王曼丝等［4］和洪丽萍等［5］分别研究过磁场对滇紫草细胞培养过程的影响；有研究表明［6］宇宙中的电磁波对生物体都会产生巨大的影响；超声波的运用主要是有利于细胞次生代谢物向细胞外释放。目前在这些方面的一些研究主要还是停留在机理的探讨上，而如何在细胞大量培养时综合利用并对这些因素进行调控还有待进一步的研究。 1.2 植物细胞培养过程中化学因素的优化控制植物细胞培养过程中的一些化学因素如培养基组成、溶氧、其它添加物等对于细胞的生长也具有十分重要的意义。合理的培养基组分、适当的溶氧以及其它诱导子及其前体等物质的有效调控能够在很大程度上促进细胞的生长以及次生代谢物的合成。培养基中的碳源、氮源及其一些微量的金属离子以及一些有机物质不仅是细胞生长以及合

植物次生代谢产物讲解

2015年春季学期植物生理学课程论文植物次生代谢产物的研究应用概况系别：专业：姓名：学号： —2015.6.18—

一、植物次级代谢产物概况植物次生代谢产物是植物的次生代谢产生的各种小分子有机化合物。次生代谢由初生代谢衍生而来。初生代谢是生物共有的代谢途径合成糖类、脂类、核酸和蛋白质等初生代谢产物。初生代谢产物经一系列味促反应转化成为结构复杂的次生代谢产物其产生和分布通常具有种属、器官、组织和生长发育期的特异性。次生代谢产物广泛参与植物的生长、发育和防御等生理过程在植物生命活动过程中发挥着重要作用。植物次生代谢产物种类丰富、来源多样根据其基本结构特点可分为萜类、酚类和含氮化合物三大类。植物次生代谢产物是天然药物和工业原料的重要来源。中国是世界上使用和出口中药材最多的国家，而其中80% 以上的中药材来自药用植物。本文介绍一些重要植物次生代谢产物的生理功能及应用。植物次生代谢产物被广泛应用于药物、香料、化妆品、染料等领域，但它在植物中的含量一般较低。通过对植物次生代谢产物合成途径的解析，在体外可通过化学合成法或半合成法对其有效成分进行合成，但在实际工业生产中仍存在各种各样的问题，如工艺流程复杂、成本高昂、排放物对环境造成污染等，因此研究植物次生代谢产物的代谢工程成为生命科学领域的热点问题之一。二、萜类化合物的应用萜类化合物是植物界中广泛存在的一类次级代谢产物，一般不溶于水。萜类是由异戊二烯组成的，萜类化合物的结构有链状的，也有环状的。萜类化合物的种类是根据异戊二烯的数目二确定的：有单萜、倍半萜、双萜、三萜、四萜和多萜之分，是自然界分布广泛、种类最多的一类植物天然产物，具有重要的生理学和社会学功能。迄今已从动物、植物和微生物中分离了4 万多种萜类化合物。在植物细胞中，低相对分子质量的萜类是挥发油，相对分子质量增高就成为树脂、胡萝卜素等较复杂的化合物，更大相对分子质量的萜则形成橡胶等高分子化合物。植物中的萜类化合物按其在植物体内的生理功能可分为初生代谢物和次生代谢物两大类。初生代谢萜类化合物包括赤霉素、甾体、胡萝卜素、植物激素、多聚萜醇、醌类等。这些化合物在保证生物膜系的完整性、光保护、植物生长发育进程及细胞膜系统上的电子传递等功能方面具有重要作用。次生代谢萜类化合物通常具有重要的商业价值，常被用作食品添加剂、农药和药物等。 2.1除虫菊酯除虫菊酯是单萜类的髙效天然杀虫剂，存在于菊科植物除虫菊的根、茎、叶和花等部位。天然除虫菊酯最主要的杀虫成分为除虫菊酯和除虫菊酯图对蚜虫、菜靑虫、棉铃虫等几乎所有农业害虫均有极强的触杀作用并且易分解不污染环境对人畜等哺乳动物安全无毒。用除虫菊的花、叶做成蚊香可以杀蚊驱蝇对奥虫、虱子及跳蚤均有特效