影响药用植物次生代谢的因素(1)
植物代谢调控复习
第一章植物代谢调控：运用现代生物技术理论和方法研究植物代谢产物,尤其是次级代谢产物的人为调控生产的一门科学,是一门基于生物学和天然产物化学基础的交叉应用学科，旨在对于重要生物资源的再生和利用。
药用植物活性成分代谢调控的目的？①解决濒临灭绝的药用植物资源问题，对这些药用植物可采用人工驯化和规范化种植等方法生产。
②特殊生物资源的代谢调控生产技术，为工业化生产提供技术支持，比如采用组织快速繁殖和细胞培养的技术工业化生产紫草素。
③寻找不同于传统意义上的天然产物活性成分的生产方式，例如采用生物转化技术对一些植物活性物质结构修饰，得到理想的药用化合物。
第二章1.一次代谢：维持植物机体生命活动的代谢过程叫一次代谢。
糖类、脂肪、蛋白质在植物体内不可以相互转化。
糖类，蛋白质和脂肪是初级代谢产物，是植物维持生命活动的基本物质；2.二次代谢：以某些一次代谢产物为原料，经一系列特殊生物反应生成一些小分子物质的过生物碱、萜类和黄酮等是次级代谢产物，对生物的生存和适应具有重要的作用。
次生代谢物质结构的多样性决定了其生物活性的多样性，被人们作为寻找药物的源泉，例如人参中的人参皂苷，黄花蒿中的青蒿素以及红豆杉中的紫杉醇都被开发成治疗不同疾病的药物。
同位素跟踪/标记技术是早期的生物合成途径探索中采用的标记技术，现在普遍认为生物碱类物质是以氨基酸为合成前体，醋酸-丙二酸途径可以合成脂肪酸、酚类、蒽酮/蒽醌等物质。
1.氨基酸途径：以一些氨基酸为前体，经过一定的生物合成反应生成生物碱的合成途径。
不是所有的氨基酸都可以合成含氮类物质。
4.甲戊二羟酸途径：以甲戊二羟酸为前体，经过一定的生物合成反应生成萜类化合物和甾体类化合物的途径。
甲戊二羟酸是合成萜类化合物的前体，15个碳原子的焦磷酸金合欢酯FPP是合成倍半萜的前体，两分子FPP聚合成的30碳的角鲨烯是合成三萜和甾体物质的直接前体。
5. 桂皮酸—莽草酸途径：以莽草酸途径产生的芳香族氨基酸为前体，进一步合成桂皮酸，在经过不同分支途径合成苯丙素类化合物的途径。
药用植物次生代谢工程研究进展
药用植物次生代谢工程研究概况摘要高等植物的次生代谢产物是许多天然药物的重要来源，随着对药用植物次生代谢合成途径日渐全面的认识，采取有效的代谢工程策略对植物次生代谢途径进行遗传改良，已经取得了诸多研究成果。
本文介绍了黄酮类化合物 ( flavonoids )、萜类化合物( terpenoids )及生物碱( alkaloid )这三种重要药用植物次生代谢产物的结构及生物合成途径，说明了次生代谢工程在提取高质量药用植物活性物质中的研究现状，为今后药用植物次生代谢产物的大规模研究和利用提供借鉴。
关键词植物药；次生代谢产物；代谢工程高等植物的次生代谢产物是许多天然药物的重要来源，植物药在国际医药市场中占有重要的地位。
由于许多植物的天然活性物质的结构特殊，很难用化学方法完全合成，因此这类物质的生产必须依赖于天然植物资源。
针对植物天然药物可持续发展问题，药用植物次生代谢产物的应用吸引了国内外众多研究者的关注。
植物次生代谢的概念最早于1891年由Kossel 明确提出。
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。
次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、萜类、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、萜类化合物、含氮化合物( 如生物碱) 等三大类。
代谢工程( Metabolic engineering )是生物工程的一个新的分支，通过基因工程的方法改变细胞的代谢途径，主要是针对提高某种重要的次生代谢物或其前体的含量，以期在较广范围内改善细胞性能，满足人类对生物体的特定需求。
随着现代生物工程技术的发展，充分利用基因组学的研究成果，解析和调控植物次生代谢的生物合成途径，进而利用代谢工程的方法大幅度提高药用植物中目标产物的含量，不仅具有理论上的可行性，而且已经成为改造物种的有力工具1. 植物次生代谢产物合成途径了解植物次生代谢合成途径是实施次生代谢工程的基础。
药用植物次生代谢与调控实验报告
药用植物次生代谢与调控实验报告一、实验目的：本实验旨在通过对药用植物的次生代谢及其调控因素的研究，探讨药用植物成分的变化规律及其调控机制，为药用植物的开发和利用提供科学依据。
二、实验材料与方法：实验材料：1.药用植物：选择其中一种药用植物作为实验材料，如金银花、人参等。
2.实验设备：显微镜、植物培养箱、高效液相色谱仪等。
实验方法：1.取药用植物的根、茎、叶等部位，进行分离和干燥。
2.利用高效液相色谱仪等技术，对药用植物进行成分分析，并跟踪不同发育阶段或不同生长环境下的成分变化。
3.对药用植物的次生代谢进行调控实验，如改变光照强度、添加适量的激素等，观察其对次生代谢的影响。
4.对实验结果进行统计学分析，并结合相关文献，讨论药用植物次生代谢及其调控机制。
三、实验结果：1.成分分析结果表明，药用植物在不同部位含有不同种类的次生代谢产物，如根部富含活性成分A，茎部富含活性成分B，叶部富含活性成分C等。
2.药用植物的次生代谢产物在不同发育阶段或不同生长环境下会发生变化，如在植物的开花期，药用植物的活性成分A的含量明显增加。
3.药用植物的次生代谢受到光照强度的影响，阳光照射下，药用植物的活性成分B的合成速度加快。
4.添加适量的激素能够促进药用植物次生代谢产物的合成，如加入激素X后，药用植物的活性成分C的含量明显增加。
四、实验讨论：通过本实验的分析结果，可以得出以下结论：1.药用植物的次生代谢产物具有组织特异性，即不同部位富含不同种类的次生代谢产物。
2.药用植物的次生代谢产物在不同的发育阶段或不同的生长环境下会发生变化，这可能与植物的生理状态有关。
3.光照强度对药用植物的次生代谢产物具有影响，这可能与光合作用和色素合成相关。
4.激素对药用植物的次生代谢产物具有调节作用，这可能与激素参与植物的生长和发育有关。
五、实验总结：本实验通过对药用植物的次生代谢和调控进行研究，探究了药用植物成分的变化规律及其调控机制。
实验结果表明，次生代谢产物具有组织特异性，且受到环境因素和激素的调节。
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2、对次生代谢物成份种类影响
•
除了在次生代谢物含量上有显著差异以外，不一
样倍性植株有时在次生代谢物成份种类上也存在显著
差异。
•
对印度洋葱不一样细胞型中相关次生代谢物进行
比较研究、发觉不一样细胞型在成份种类上有显著差
异。
•
对欧蓍草(锯齿单)研究也说明了一样问题。发觉
生代谢影响
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一、植物多样性对次生代谢影响
•
长久野生或栽培植物品种，因为自然选择和入工
培育，产生了适应于不一样纬度、不一样海拔、不一
样土壤和不一样耕作制度植株生态型，形成了植物多
样性和生理代谢上复杂性。
• 不一样生态型同一个植物，即使现在处于同一年 纪、同一生长时期，是生长在同一立地条件下，其不 一样生态型个体次生代谢物含量仍有较大差异，而是
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第二节 环境原因对次生代谢影响
• 一、地理环境 • 二、光对次生代谢影响 • 三、温度对次生代谢影响 • 四、土壤原因对次生代谢影响
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一、地理环境
• （1） 海拔 • （2） 地理位置
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（1） 海拔
不一样海拔影响药用植物次生代谢产物形成。如：
成量(吴炳辅等，1986)。药用植物微量元素含量
与其生长土壤中该元素水平亲密相关。
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微量元素吸收
•
植物吸收土壤中微量元素，存在着主动吸收和被
动吸收问题。选择性地吸收和富集与植物基因相关，
次生代谢在中药生态农业中的作用及利用
次生代谢在中药生态农业中的作用及利用一、农业生产方式对药用植物次生代谢的影响植物的次生代谢是植物长期的进化过程中产生的，与植物对环境的适应密切相关，植物产生具有生态功能的次生代谢物帮助他在不同的环境条件下生存下来。
同时其代谢过程也极易受植物生存环境的影响，次生代谢产物的合成也可以被一些物理或化学的环境因子刺激或者改变，植物次生代谢产物的生物合成严格受到土壤、气候、农业措施、营养条件改变等影响。
在农业生产中可以根据现代植物生理学的理论，通过合理施肥、灌溉排水、控制栽培密度、改变栽培方式等实现对植物次生代谢的调节，达到少施化肥和农药、减少环境污染、生产出优质安全农产品的目标。
（一）施肥与次生代谢植物中不同种类次生代谢产物的合成和积累对各种营养元素的需求不同，合理施肥才是保证药用植物生长发育状况良好和次生代谢物含量符合要求的前提条件。
中药材生产的过程中，应当根据不同药用植物的营养特点和土壤供肥能力，确定施肥的种类、时间和数量，以基肥、有机肥、生物菌肥为主，土壤施肥和叶面施肥相结合。
对于药用植物而言，品质形成的养分需求规律比提高产量的养分需求规律更加重要，因为，药用植物的生产更加注重的是品质，且施肥对于药用植物产量和品质的影响经常是相矛盾的。
例如，通过比较道地和非道地野生苍术土壤的供肥能力发现，道地茅苍术土壤处于低钾水平，并通过苍术植株不同程度低钾胁迫受控实验分析显示，低钾胁迫组的株高、根茎粗、叶片数、分枝数、须根数、地上及地下鲜重与干重等指标均较正常组显著降低（P＜0.05）。
但是，低钾胁迫组挥发油组分显示出质量分数较大的组分数目显著增多、各组分的量趋于均衡、茅术醇与β-桉油醇2个主要成分的量显著下降（P＜0.05），表明适度低钾胁迫导致的苍术挥发油组分变化与道地药材苍术的挥发油特征相符。
还有不少学者关于苍术的施肥研究表明，适量增加氮、磷、钾肥施用量可以提高茅苍术根茎的产量，以钾肥为例，每亩12～15 kg为宜，随着施肥处理的不同，其组分的变化规律也不相同，不同施肥处理对茅苍术根茎中活性物质含量的影响较大。
药用植物次生代谢与化学分类
药用植物次生代谢(3)
• 影响药用植物次生代谢的因素 • 初生代谢和酶对药用植物次生代谢的影响 • 环境因素对药用植物次生代谢的影响 • 光照的影响：光质、光强和光照时间 • 温度的影响：适温有利于无氮物质的合成，高温有
利于生物碱、蛋白质等含氮物质的合成
• 土壤的影响：质地、水分、酸碱度、肥力状况及所
• 优良品种的选育 • 高产细胞系的选择和单细胞克隆技术的应用 • 转基因药用植物的应用 • 提高药用植物次生代谢物产量的途径 • 增加次生代谢的前体物质 • 提高代谢酶活力 • 诱导子（刺激剂）的作用 • 基因的（一）药用植物的化学成分：氨基酸和生物
碱类、糖及苷类、酚类及黄酮类、苯丙素类 化合物、鞣质、醌类化合物、萜类化合物及 挥发油、脂类、生物大分子（蛋白质和核 酸）；
• （二）不同植物类群化学成分（自学）
药用植物次生代谢(1)
• 代谢途径及产物 • 乙酰辅酶A途径：包括两条支途径（乙酸—丙二酸途径
和甲戊二羟酸途径）
• 莽草酸途径 • 氨基酸途径 • 复合途径 • 次生代谢的基础理论 • 次生代谢的全能性观点 • 次生代谢的多途径观点
药用植物次生代谢(2)
• 次生代谢的可调控性观点 • 次生代谢物分布特性 • 药用植物近缘种次生代谢物分布的相似性 • 药用植物次生代谢物分布的部位差异性 • 药用植物次生代谢物分布的复杂性 • 次生代谢物积累动态：积累具时效性，在生
含元素等
遗传因素对药用植物次生代谢的影响(1)
• （1）药用植物多样性 • （2）染色体与染色体组多态性 • ①对次生代谢物含量的影响； • ②对次生代谢物成分种类的影响
• 细胞培养技术与药用植物次生代谢产物的
生产
植物次生代谢产物及影响其积累的因素研究综述
生 物 都 能合 成 次 生代 谢 产 物 （ｅｏｄｒ ｔｂｌｅ） ｓｃｎａ ｍｅ ｏｉｓ。 ｙ ａ ｔ 植 物次 生 代谢 产物 是 由植 物体 通 过次 生代 谢途 径 合成
的小分子有机化合物 ， 通常由初生代谢产物派生而来 。
植 物 次生 代谢 产 物不 仅具 有 明显 的种 属特 异性 ，就是
在 植 物 当中几 乎无 处不 在 ＿。 ｌ ３ １
酚类物质广泛地存在于高等植物、苔藓 （ｒ ｐ ｙ Ｂｙ ｈ— ｏ
ｔ）地 钱 （ ｒｈ ｎｉ ｐ ｌｍ ｒｈ ） ａ、 Ｍａｃ ａ ｔ ｏ ｏ ａ 和微 生 物 中 ， 义 的 ａ ｙ ｐ 广
酚类化合物主要包括黄酮类 、 简单 酚类和醌类等。 黄酮
江 西 林 业 科 技
２ １ 第 ３期 ０ ２年
植物次 生代 谢产 物及 影响其积 累的 因素研 究综述
李 彦 ， 东， 周晓 楼浙辉 肖 ， 相元
（． １ 南京林业大学森林资源与环境学院， 江苏南京 ２ ０ ３ ； ． １０ ７ ２ 江西省林业科 学院， 江西南 昌 ３０ １ ） ３０ ３
由于所 处 的生 长环境 不 同 ，对环 境将会 产 生不 同的反 应。 同一植 株不 同部位 各次 生代 谢产 物含 量不 同 ， 同 不
等） 的芳香二氧化物。 醌类的存在是植物呈色 的主要原 因之一醌 和紫草宁口。 ４ 酚类化合物对很多食品及饮料的色泽 、 １ 味 道及 风 味有 着较 大 的贡 献 。一些 类黄 酮化 合 物还 具有
在同一植物体 内也不是普遍存在 ，而是限制于一些特
可将其分为三大类 ： ①萜类 （ ｒｅｅ ， ｔ ｐｎ ）包括单萜 、 ｅ 倍半 萜 、 素苷 、 色 柠檬 素 、 葫芦 素 、 强心 烯 、 羟酸 内脂 、 胡 萝 类
药用植物次生代谢产物积累规律的研究概况
药用植物次生代谢产物积累规律的研究概况一、本文概述随着现代医药学的发展，药用植物作为天然药物的重要来源，其研究价值日益凸显。
药用植物的次生代谢产物，作为其主要活性成分，具有广泛的生物活性和药理作用，对于人类疾病的防治具有重要意义。
本文旨在探讨药用植物次生代谢产物的积累规律，以期为药用植物资源的合理开发和利用提供理论支撑。
本文首先介绍了药用植物次生代谢产物的概念和种类，阐述了次生代谢产物在药用植物中的重要性和作用。
接着，从生物合成途径、环境因素和遗传调控等方面，分析了次生代谢产物积累的影响因素，探讨了次生代谢产物积累的一般规律。
在此基础上，本文综述了近年来国内外在药用植物次生代谢产物积累规律研究方面的主要成果和进展，包括次生代谢产物积累与植物生长发育的关系、次生代谢产物积累与环境因子的关系、次生代谢产物积累的遗传调控机制等方面的研究。
通过对药用植物次生代谢产物积累规律的研究概况进行梳理和总结，本文旨在为药用植物资源的合理开发和利用提供理论支持和实践指导，推动药用植物次生代谢产物的研究向更深层次、更广领域发展，为人类的健康事业作出更大的贡献。
二、药用植物次生代谢产物的合成途径与调控机制次生代谢产物是药用植物在生长发育过程中，为适应环境压力或完成特定生理功能而合成的一类非必需小分子化合物。
这些化合物通常具有显著的生物活性，如抗菌、抗病毒、抗氧化、抗肿瘤等，是许多中药材的主要药效成分。
因此，研究药用植物次生代谢产物的合成途径与调控机制，对于深入理解其药用价值和提高药材质量具有重要意义。
次生代谢产物的合成途径通常包括初生代谢产物的转化和专门的次生代谢途径。
初生代谢产物，如糖、氨基酸和脂肪酸等，通过一系列酶促反应转化为次生代谢产物。
这些反应可能涉及多个生物合成途径，如苯丙烷途径、黄酮途径、萜类途径等。
这些途径中的关键酶和调控因子在次生代谢产物的合成中发挥着重要作用。
调控机制方面，药用植物次生代谢产物的合成受到多种内外因素的调控。
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因此不同的地理环境不仅影响药用植物次生代谢
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二、光对次生代谢的影响
•
光是植物发育的重要生态因素，它作为一种调
节信号调节植物各种生理代谢过程。光对于黄酮、
黄酮醇、花色素苷、蒽醌、多酚、挥发油、萜烯及
其他次生代谢物的合成和积累具有重要影响。
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金银花
•
光照对秦岭金
银花绿原酸积累动态
被动吸收的问题。选择性地吸收和富集与植物的基因
有关，同时它又与外界的生长条件有关。也就是说，
它既受自身遗传因素的影响(主动吸收)，也受产地等
生态因素的影响(被动吸收)，二者所占比例各是多少，
通常是很难确定的。因此，在分析微量元素对次生代
谢物合成积累的影响时，要综合分析，更应注重植物
自身吸收朗微量元素，因为植物吸收的微量元素与其
• 高温高湿的土壤有利于无氮化合物的合成，不 利于生物碱的合成，而高温低湿环境有利于生物碱 的积累，不利于碳水化合物和脂肪的合成。
• 对于某种药用植物来说，在不同的海拔高度生 长状况有一定差异。海拔高度对药用植物生长的影 响实质上是温度和湿度的影响，从而导致了同一种 植物次生代谢吻含量上的差异。
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鲁番），主含氧化胡椒酮（4.1%～63.0%）、氧化椒
烯酮30.0%～53.9%，不含或仅含少量胡薄荷酮与薄荷
酮；
•
生长在高海拔地区（如阿勒泰、塔城等）既有氧
化胡椒酮（23.5%～48.8%）、氧化胡椒烯酮
（10.8%～21.5%），也含一定量的胡薄荷酮（8.1%～
35.0%）和薄荷酮（9.0%～15.6%）。
自身的次生代谢物的合成积累直接发生关系。
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第三节 遗传因素对次生代谢的影响
• 一、植物多样性对次生代谢的影响 • 二、植物染色体与染色体组多态性对次
生代谢的影响
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一、植物多样性对次生代ห้องสมุดไป่ตู้的影响
•
长期野生或栽培的植物品种，由于自然选择和入
工培育，产生了适应于不同纬度、不同海拔、不同土
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二、植物染色体与染色体组多态性对 次生代谢的影响
• 1．对次生代谢物含量的影响 • 2对次生代谢物成分种类的影响
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1．对次生代谢物含量的影响
• 染色体是遗传信息的载体，染色体数目与结 构的变化往往会对表型特征及次生代谢物含量产 生很大影响。现有资料表明，染色体数目的变异 对植物次生代谢物具有很重要的影响。例如， Rowson(1944)发现曼佗罗四倍体植株叶中生物碱 的含量比二倍体要高许多，同样的颠茄同源四倍 体植株生物碱含量比二倍体高出1536％；多倍体 植株中生物碱的含量高于二倍体植株是个普遍的 趋势
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6
黄花烟草
•
黄花烟草在海拔
800 m含烟碱3.58%，
在2 000 m含5.44%；
•
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7
麻黄
• 生长在赤峰的麻 黄生物碱含量（1.4%） 低于大同的（1.8%～ 1.9%）。
•
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厚叶岩白菜
• 厚叶岩白菜生长 在海拔400 m处，根 茎中鞣质含量为15%， 生长在海拔2 300~2 400 m处的含量达 2.5%，中海拔地区的 鞣质含量则介于两者 之间。
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2、对次生代谢物成分种类的影响
•
除了在次生代谢物含量上有明显差异以外，不同
倍性植株有时在次生代谢物成分种类上也存在明显的
差异。
•
对印度洋葱不同细胞型中有关的次生代谢物进行
比较研究、发现不同细胞型在成分种类上有明显差异。
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山莨菪
•
• 产于青藏高原的山 莨菪碱含量随海拔的 升高而增。三白叶草 的环境湿度能决定基 因型，进而影响药材 品质产生差异。
• 因此、遗传因素
的多态性和生物因素
的多样性，都能对植
物次生代谢物的含量
产生影响。
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四、土壤因素对次生代谢的影响
•
土壤是植物生长的基础，由于土壤类型、质
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第二节 环境因素对次生代谢的影响
• 一、地理环境 • 二、光对次生代谢的影响 • 三、温度对次生代谢的影响 • 四、土壤因素对次生代谢的影响
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一、地理环境
• （1） 海拔 • （2） 地理位置
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（1） 海拔
不同海拔影响药用植物次生代谢产物的形成。如：
•
生长在低海拔的假薄荷（如乌鲁木齐、乌苏、吐
第四章 影响植物次生代谢的因素
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1
主要内容
• 第一节 初生代谢与酶对次生代谢的影响 • 第二节 环境因素对次生代谢的影响 • 第三节 遗传因素对次生代谢的影响
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2
第一节 初生代谢与酶对次生代谢的影响
• 一、初生代谢对次生代谢的影响 • 二、酶对次生代谢的影响
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地、含水量、pH值、肥力状况以及所含微量元素
的不同，造成了植物次生代谢物含量的差异。研
究表明，某种微量元素的短缺，可能影响某种次
生代谢物的合成量(吴炳辅等，1986)。药用植物
微量元素含量与其生长的土壤中该元素水平密切
相关。
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微量元素的吸收
•
植物吸收土壤中的微量元素，存在着主动吸收和
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（2） 地理位置
•
同一种植物生长在不同的地区，形成了不同的
次生代谢产物。如分布于不同地区的薄荷所含有的主
要成分不同。
•
分布于南方各省区的主要含有薄荷酮和胡薄荷酮；
•
分布在北方新疆、辽宁等地的主要含有氧化胡椒
酮和氧化胡椒烯酮；
•
分布在西南各省区的主要含有香芹酮和柠檬烯；
•
分布在苏皖地区的主要含有薄荷酮和薄荷醇乙酯。
壤和不同耕作制度的植株生态型，形成了植物的多样
性和生理代谢上的复杂性。
• 不同生态型的同一种植物，即使现在处于同一年 龄、同一生长时期，是生长在同一立地条件下，其不 同生态型个体的次生代谢物含量仍有较大差异，而是 是复杂多样的。
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杜仲
• 例如杜仲，在同一立地条件下生长的同一年龄、 同一生长时期的不同无性系，次生代谢物含量 存在显著差异。
的影响，主要表现为
生长在阳坡的植物叶、
花蕾、茎中的绿原酸
含量均高于生长在阴
坡的同类样品。
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穿心莲
• 北京植物所药用研 究组发现，穿心莲总 内脂含量在全光照条 件下，较遮荫条件的 高10％~)％，光对次生 代谢的影响可能通过 光合磷酸化而发生。
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三、温度对次生代谢的影响