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
贵的原料。尤其是医药生产，作为天然活性物质的植物次生代谢物，是是解决目前世界面临的医药毒素作用大，一些疑难疾病（如癌症、艾滋病等）无法医治等难题的一条重要途径。为此,科学工作者正在重新认识民间的传统草药,力图从野生植物中寻找高效、低毒和价廉的药物,希望用以攻克对人类健康和生命危害严重的疾病,如心血管病、癌症、艾滋病等,并在这方面取得了重大进展.下面列举几种富含有益次生代谢物成分并被广泛应用的重要药用植物.
3.1 红豆杉 红豆杉的药用价值主要体现在它的提取物———次生代谢衍生物———紫杉醇. 紫杉醇的分子结构式为:C47H51NO14 ,是萜类环状结构的天然次生代谢物,是目前最有效的天然抗癌药物. 根据方唯硕博士的研究成果,紫杉醇最早是从短叶红豆杉的树皮中分离出来的. 是治疗转移性卵巢癌和乳腺癌的最好药物之一,同时对肺癌、食道癌也有显著疗效,对肾炎及细小病毒炎症有明显抑制,预计每年世界范围内紫杉醇的需求量可达数百公斤. 紫杉醇的抗癌机理是:它能与微量蛋白结合,并促进其聚合,抑制癌细胞的有丝分裂,有效阻止癌细胞的增殖.
3.2 银杏 银杏( Ginkgo biloba L . ) 是我国的古老树种之一,为单科单属单种植物,特产于我国,是著名的“活化石”. 主要的次生代谢成分有: ①黄酮类化合物,包括黄酮、黄酮醇及其糖苷、双黄酮,原花青素,儿茶素等; ②萜类化合物,主要是二萜及倍半萜内酯(白果内酯) ,这是银杏特有的化合物,是银杏的重要有效成分; ③烷基酚和烷基酚酸类,这一成分是银杏的主要毒性成分; ④甾体化合物,如谷甾醇、谷甾醇葡萄糖苷、菜油甾醇、2. 2 —二氢菜子甾醇. 主要的药理作用有以下几方面: ①扩张血管; ②降低血清胆固醇; ③血小板活化因子的拮抗作用; ④神经保护作用; ⑤清除自由基作用; ⑥抗缺氧作用; ⑦改善记 忆; ⑧抗病毒作用.
3.3 红景天 红景天( Rhodiola rosea L . ) 系红景天科红景天属植物,是一种适于特殊地区开发的环境适应药用植物. 主要含有香豆素类、黄酮类和苷类等有效成分,其中红景天素、红景天苷及苷元有明显的抗缺氧、抗疲劳、抗衰老等作用,同时对神经系统、内分泌系统、物质代谢等均有影响. 是继人参、刺五加、绞股蓝之后,可供寻找抗衰老、补益强壮,防治神经系统、心血管系统疾病的又一值得重视研究的天然药物.
3.4 芦荟[ Aloe vera L.Var. Chinensis (Haw. ) Berger. ] ,因其味苦如胆,又名象胆,是百合科芦荟属的常绿植物,全国各地均有栽培. 其主要的化学成分有:羟基蒽醌类化合物. 包括芦荟大黄素、芦荟苦味素和芦荟素A. 其它如糖类、氨基酸类、脂类、有机酸和矿物质均较丰富,脂类中包括烷烃、类异戊二烯、基醇以及甾醇类等化合物. 主要用于抗肿瘤,扑杀机体内癌细胞的正常性细胞,另外在保护肝脏、抗胃损伤、美容护肤等方面均有重要应用,对治疗心血管疾病,调节机体代谢等均有功效.
4.对植物代谢的认识
地球上被子植物有400科, 10000 多属, 近30万种。大多数的属在次生代谢途径上或多或少有所特异。30 万种植物的次生代谢产物是一个巨大的宝藏。在基因组学、代谢组学和转基因技术等快速发展的今天, 我们有必要对一些重要次生代谢产物的代谢途径及其调控进行深入研究,通过各种技术手段, 更合理有效地发展利用并保护我们的植物资源。
[参考文献]
[1 ]陈晓亚,叶和春. 植物次生代谢及其调控[A] . 李承森. 植物科学进展(第一卷) [C] . 北京:高等教育出版社,1998 ,293 - 304.
[2 ]戴勋. 植物次生代谢[J ] . 昭通师范高等专科学校学报,2002 ,24 (5) :35 - 38.
[3 ]杜近义,胡国斌,秦际威. 植物次生代谢物的生态学意义[J ] . 生物学杂志,1999 ,16 (5) :9 - 10.
[4]何水林等. 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.
[5]陈虎彪等. 重要药用植物研究现状[A] . 李承森. 植物科学进展(第三卷)
[C] . 北京:高等教育出版社,施普林格出版社,2000 ,227 -236.
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
贵的原料。尤其是医药生产，作为天然活性物质的植物次生代谢物，是是解决目前世界面临的医药毒素作用大，一些疑难疾病（如癌症、艾滋病等）无法医治等难题的一条重要途径。为此,科学工作者正在重新认识民间的传统草药,力图从野生植物中寻找高效、低毒和价廉的药物,希望用以攻克对人类健康和生命危害严重的疾病,如心血管病、癌症、艾滋病等,并在这方面取得了重大进展.下面列举几种富含有益次生代谢物成分并被广泛应用的重要药用植物.
3.1 红豆杉 红豆杉的药用价值主要体现在它的提取物———次生代谢衍生物———紫杉醇. 紫杉醇的分子结构式为:C47H51NO14 ,是萜类环状结构的天然次生代谢物,是目前最有效的天然抗癌药物. 根据方唯硕博士的研究成果,紫杉醇最早是从短叶红豆杉的树皮中分离出来的. 是治疗转移性卵巢癌和乳腺癌的最好药物之一,同时对肺癌、食道癌也有显著疗效,对肾炎及细小病毒炎症有明显抑制,预计每年世界范围内紫杉醇的需求量可达数百公斤. 紫杉醇的抗癌机理是:它能与微量蛋白结合,并促进其聚合,抑制癌细胞的有丝分裂,有效阻止癌细胞的增殖.
3.2 银杏 银杏( Ginkgo biloba L . ) 是我国的古老树种之一,为单科单属单种植物,特产于我国,是著名的“活化石”. 主要的次生代谢成分有: ①黄酮类化合物,包括黄酮、黄酮醇及其糖苷、双黄酮,原花青素,儿茶素等; ②萜类化合物,主要是二萜及倍半萜内酯(白果内酯) ,这是银杏特有的化合物,是银杏的重要有效成分; ③烷基酚和烷基酚酸类,这一成分是银杏的主要毒性成分; ④甾体化合物,如谷甾醇、谷甾醇葡萄糖苷、菜油甾醇、2. 2 —二氢菜子甾醇. 主要的药理作用有以下几方面: ①扩张血管; ②降低血清胆固醇; ③血小板活化因子的拮抗作用; ④神经保护作用; ⑤清除自由基作用; ⑥抗缺氧作用; ⑦改善记 忆; ⑧抗病毒作用.
3.3 红景天 红景天( Rhodiola rosea L . ) 系红景天科红景天属植物,是一种适于特殊地区开发的环境适应药用植物. 主要含有香豆素类、黄酮类和苷类等有效成分,其中红景天素、红景天苷及苷元有明显的抗缺氧、抗疲劳、抗衰老等作用,同时对神经系统、内分泌系统、物质代谢等均有影响. 是继人参、刺五加、绞股蓝之后,可供寻找抗衰老、补益强壮,防治神经系统、心血管系统疾病的又一值得重视研究的天然药物.
3.4 芦荟[ Aloe vera L.Var. Chinensis (Haw. ) Berger. ] ,因其味苦如胆,又名象胆,是百合科芦荟属的常绿植物,全国各地均有栽培. 其主要的化学成分有:羟基蒽醌类化合物. 包括芦荟大黄素、芦荟苦味素和芦荟素A. 其它如糖类、氨基酸类、脂类、有机酸和矿物质均较丰富,脂类中包括烷烃、类异戊二烯、基醇以及甾醇类等化合物. 主要用于抗肿瘤,扑杀机体内癌细胞的正常性细胞,另外在保护肝脏、抗胃损伤、美容护肤等方面均有重要应用,对治疗心血管疾病,调节机体代谢等均有功效.
4.对植物代谢的认识
地球上被子植物有400科, 10000 多属, 近30万种。大多数的属在次生代谢途径上或多或少有所特异。30 万种植物的次生代谢产物是一个巨大的宝藏。在基因组学、代谢组学和转基因技术等快速发展的今天, 我们有必要对一些重要次生代谢产物的代谢途径及其调控进行深入研究,通过各种技术手段, 更合理有效地发展利用并保护我们的植物资源。
[参考文献]
[1 ]陈晓亚,叶和春. 植物次生代谢及其调控[A] . 李承森. 植物科学进展(第一卷) [C] . 北京:高等教育出版社,1998 ,293 - 304.
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[C] . 北京:高等教育出版社,施普林格出版社,2000 ,227 -236.