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）.。