次级代谢产物合成调节
植物次生代谢产物的生物合成及代谢调控
植物次生代谢产物的生物合成及代谢调控随着越来越多的植物次生代谢产物被发现，人们对于这些代谢产物所具备的丰富功能也越来越着迷。
植物次生代谢产物是指植物在生长发育过程中，不参与维持生命活动的基础代谢，而具有防御、诱惑、异色、芳香或药用等特殊功能的代谢产物。
这些代谢产物不仅可以为植物提供保护，还能为人类提供种类繁多的物质用途。
本文将以植物次生代谢产物中的生物合成及代谢调控为主题，对植物次生代谢产物进行分析。
一、植物次生代谢产物的生物合成1.苯丙素途径苯丙素途径是植物次生代谢最重要的途径之一，通常起始物质是苯丙氨酸、酪氨酸和3-羟基-3-甲基戊酸等。
该途径合成的产物包括类黄酮、异黄酮、类黄酮苷、绿原酸、橙酮、萜类化合物等。
其中，类黄酮是最为常见的代谢产物，也是人类最为熟悉的植物次级代谢产物。
除此之外，类黄酮也是很多药物和化妆品的主要成分之一。
2.萜类途径萜类途径是植物次生代谢中最为丰富的途径之一，以异戊二烯基二磷酸甲基(Geranyl pyrophosphate, GPP)和异戊二烯基二磷酸异甲基(Farnesyl pyrophosphate, FPP)为起始物质。
萜类化合物具有广泛的生物活性，如抗氧化、抗肿瘤和抗菌等。
而其中最为著名的化合物就是茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate, MeJA)。
茉莉酸甲酯是植物响应外界各种环境刺激和内部信号的重要介质。
3.生物碱途径生物碱途径是由香豆素衍生的代谢途径，它的产物主要包括生物碱、黄酮类化合物、斑毒和哌啶等。
生物碱是具有广泛作用的天然产物，在医学、兽药和保健品等领域具有广泛用途。
二、植物次生代谢产物代谢调控1.调节基因的调控植物次生代谢通路的生产是由多个基因调节的结果，包括基因的表达、转录和翻译等过程。
研究表明，外源性或内源性诱导体会启动植物基因调节网络，为植物代谢提供正向反馈机制。
2.酶的调控植物中代谢酶的多样性和时序性是植物次生代谢产物生物合成的主要调节因素。
植物次级代谢产物的来源和调节
植物次级代谢产物的来源和调节植物次级代谢产物是指植物在生长过程中自我保护以及与外界环境互动时产生的化学物质。
它们对植物具有重要的生理和生态作用，也是重要的天然产物来源。
下面我们来探讨植物次级代谢产物的来源和调节。
一、植物次级代谢产物的来源植物次级代谢产物主要来源于植物的非生命活动组织，如茎、叶、根和花等。
它们的产生与植物的环境适应性和遗传基因有关，同时还受到外部生物和非生物因素的影响。
1. 环境适应性植物是复杂的有机体，在其生长过程中受到环境条件的制约。
它们需要适应各种外界环境因素的影响，如温度、光照、湿度、土壤养分等。
这些因素的变化直接或间接导致植物次级代谢产物的产生和积累。
例如，气候干燥的地区植物为了防止水分流失，常常会合成挥发性化合物，如萜类物质，来保持自身湿度。
而在高温或寒冷的环境中，植物的色素和香气物质会发生变化，以适应新的生长环境。
2. 遗传基因每个物种都有不同的遗传基因，不同的基因表达导致产生各种不同的化学物质。
例如，一些作物植物中的类黄酮物质主要是由酚类化合物催化得来，而在地球上发现的产量高的类黄酮主要由花色素合成，可以看出遗传因素在植物次级代谢产物中起着至关重要的作用。
3. 外部生物和非生物因素植物在与外部生物互动的同时也会产生一些次级代谢产物。
例如，珊瑚类植物在受到藻类的侵入时，会产生化学物质来抵抗它们。
此外，土壤中的昆虫、细菌和真菌等生物也会改变植物次级代谢产物的生成。
二、植物次级代谢产物的调节植物次级代谢产物的生成和调节是一个复杂而精密的生化过程。
它主要受到激素、信号转导、基因表达等因素的调节。
以下是植物次级代谢产物的调节因素的简单介绍：1. 激素植物激素对植物次级代谢产物的生成和调节起着至关重要的作用。
激素可以促进或调控植物次级代谢产物的合成，并对植物生长和发育有重要的影响。
例如，植物激素乙烯在植物次级代谢产物合成中起到了不可或缺的作用。
2. 信号转导植物信号转导是指植物细胞内外信息的传递过程。
次级代谢产物合成精选全文
2异戊二烯单位
异戊二烯单位可参与萜和一些抗生素的合成如真菌代谢物、动植物和真菌的甾类化合物和萜的形成
木霉素、羧链孢酸、新生霉素
3经修饰的氨基酸－－构筑同型肽类抗生素
正常氨基酸和经过修饰的非蛋白氨基酸可用于合成同型肽类抗生素有些次级代谢物含有不寻常的氨基酸
适用于讲座演讲授课培训等场景
次级代谢产物合成
次级代谢产物的生物合成
第一节 微生物的代谢产物
初级代谢：指与微生物的生长繁殖有密切关系的代谢活动 初级代谢产物：指与微生物生长繁殖有密切关系的代谢产物如氨基酸、蛋白质、核酸、核苷酸、维生素、脂肪酸等
初级代谢产物的特点
菌体生长繁殖所必须的物质
各种微生物所共有的产物
前体与中间体的区别： 前体的结构往往略需改变后才进入到代谢途径中去；有时指同一物质
可作为次级代谢物前体的物质
Betina认为次级代谢物的前体大多数源自初级代谢的中间体： 糖类 莽草酸/或芳香氨基酸 非芳香氨基酸 C1化合物 脂肪酸 柠檬酸循环中间体 嘌呤和嘧啶
源于次级代谢物合成所涉及的酶特异性较低; 对底物作用不完全; 同一底物可被多种酶催化
5一种微生物的不同菌株可以产生多种在分子结构上完全不同的次级代谢产物
产黄青霉
6次级代谢物的合成对环境因素特别敏感其合成信息受环境因素的调节
用于青霉菌的二种培养基： Raulin培养基：葡萄糖5%、酒石酸0.27%、酒石酸铵0.27%、磷酸氢二铵0.04%、硫酸镁0.027%、硫酸铵0.017%、硫酸锌0.005%、硫酸亚铁0.005% Czapek——Dox培养基：葡萄糖5%、硝酸钠0.2%、磷酸氢二钾0.1%、氯化钾0.05%、硫酸镁0.05%、硫酸亚铁0.001%
第七章微生物的次级代谢及其调节
第七章微生物的次级代谢及其调节授课内容：第一节次级代谢与次级代谢产物第二节次级代谢产物的生物合成第三节次级代谢的特点第四节次级代谢的生理功能第七章微生物的次级代谢第一节次级代谢与次级代谢产物一、次级代谢的概念微生物在一定的生长时期（一般是稳定生长期），以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动没有明确功能的物质过程。
是某些微生物为了避免在代谢过程中某种代谢产物的积累造成的不利作用而产生的一类有利于生存的代谢类型。
这一过程的产物称为次级代谢产物。
也有把初级代谢产物的非生理量的积累，看成是次级代谢产物，例如微生物发酵产生的维生素、柠檬酸、谷氨酸等。
二、次级代谢产物的类型（一）根据产物的作用分类根据次级代谢产物的作用可以分为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等类型。
1、抗生素：这是微生物、植物和动物所产生的，具有在低浓度下有选择地抑制或杀灭其他微生物或肿瘤细胞的功能的一类次级产物。
目前从自然界发现和分离的抗生素已有5000种；通过化学结构的改造，共制备了约3万余种半合成抗生素。
青霉素、链霉素、四环素类、红霉素、新生霉素、多粘霉素、利福平、放线菌素（更生霉素）、博莱霉素（争光霉素）等达数百种抗生素已进行工业生产。
以青霉素类、头孢菌素类、四环素类、氨基糖苷类及大环内酯类最常用。
2、激素：微生物产生的一些可以刺激动、植物生长或性器官发育的一类次级物质。
例如赤霉菌产生的赤霉素。
3、维生素：作为次生物质，是指在特定条件下，微生物产生的远远超过自身需要量的那些维生素，例如丙酸细菌产生维生素B；分枝杆菌产生吡哆素和烟酰胺；假单胞菌产生生物素；12以及霉菌产生的核黄素和β-胡萝卜素等。
4、生物碱：大部分生物碱是由植物产生的碱性含氮有机物。
麦角菌可以产生麦角菌生物碱。
5、色素：是一类本身具有颜色并能使其他物质着色的高分子有机物质。
不少微生物在代谢过程中产生各种有色的产物。
例如由黏质赛氏杆菌产生灵菌红素，在细胞内积累，使菌落呈红色。
次级代谢产物的生物合成与调节
氯霉素，利福霉素等
怎样解除这种分解代谢物调整？
六、能荷调整（磷酸盐旳调整）
↓*2
八氢番茄红素
↓
六氢番茄红素
↓
ζ—胡萝卜素
↓
链孢红素
↓
番茄红素
↙
↘
γ—胡萝卜素
δ—胡萝卜素
↓
↓
海胆酮 ←─β—胡萝卜素
α—胡萝卜素
↓
Байду номын сангаас
↓
↓
角黄素
β—隐黄质
叶黄素
↓
↓
虾青素
玉米黄素
↓↑
环氧玉米黄素 → 辣椒红素
↓↑
紫黄素
→ 辣椒玉红素
↓
新黄素
类胡萝卜素旳生物合成途径
•次级代谢酶旳专一性低
相对来说催化初级代谢产物合成旳酶专一性强，催化 次级代谢产物合成旳某些酶专一性不强，所以在某种 次级代谢产物合成旳培养基中加入不同旳前体物时， 往往能够造成机体合成不同类型旳次级代谢产物。
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七、细胞膜透性旳调整
外界物质旳吸收或代谢产物旳分泌都需经细胞 膜旳运送，如发生障碍，则胞内合成代谢物不 能分泌出来，影响发酵产物收获，或胞外营养 物不能进入胞内，也影响产物合成，产量下降。
在青霉素发酵中，产生菌细胞膜输入硫化物能 力旳大小影响青霉素发酵单位旳高下。假如输 入硫化物能力增长，硫源供给允足，合成青霉 素旳量就增多。
（1）筛选营养缺陷型回复突变株
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
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微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
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4 磷酸盐调整
过量磷酸盐对四环类、氨基糖苷类和多 烯类、大环内酯类等32种抗生素生物合 成产生阻抑作用。这些次级代谢产物生 物合Hale Waihona Puke 只有在适当磷酸盐浓度下才能进 行。
磷酸盐浓度高低还能调整次级代谢产物 合成期出现早晚，当磷酸盐靠近耗尽时， 才开始进入次级代谢产物合成期。磷酸 盐起始浓度高，耗尽时间长，合成期就 向后拖延。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
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比如，在合成杀假丝菌素灰色链霉菌培养 液中添加5 mmol/L磷酸盐，产生菌对氧需 要量显著增加，细胞内ATP浓度增大，抗 生素合成马上停顿，同时还伴有RNA、 DNA和蛋白质合成速率恢复到菌体生长久 速率水平，促进了初级代谢；当磷酸盐被 耗尽时，菌体生长速率开始下降，抗生素 合成又重新开始。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
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诱导酶合成诱导剂有些需外源加入，称 外源诱导剂，
有些是菌体代谢过程中本身产生，则称 内源诱导剂。
在抗生素发酵过程中，有初级代谢产物 似乎对次级代谢产物合成酶也起诱导作 用。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
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4．7 反馈调整
在次级代谢产物合成中，反馈调整起着主要作
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
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1 初级代谢对次级代谢调整
微生物初级代谢对次级代谢含有调整作 用。当初级代谢和次级代谢含有共同合 成路径时，初级代谢终产物过量，往往 会抑制次级代谢合成，这是因为这些终 产物抑制了在次级代谢产物合成中主要 分叉中间体合成。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
植物次级代谢产物的生物合成与调节机制
植物次级代谢产物的生物合成与调节机制植物是我们生命中不可或缺的一部分，而植物次级代谢产物在我们的日常生活中发挥着非常重要的作用。
植物次级代谢产物是指在植物体内发生的非生命必需的化学反应，可以提高植物对环境、生物和化学物质的适应性。
让我们来了解一下植物次级代谢产物的生物合成与调节机制。
一、植物次级代谢产物的生物合成植物次级代谢产物的生物合成是一个非常复杂的过程，需要多种酶和基因的参与。
植物次级代谢产物的合成会依靠植物的生物化学反应路径，并且通常是从原料分子中合成的。
从原料分子中合成植物次级代谢产物需要多个酶的参与，如下图所示，以三萜醇为例。
首先，植物会将异戊烯化合物合成类胡萝卜素，在异戊烯环上进行氢化，合成了顺式茄红素和反式茄红素。
随后，茄红素羧化，以一个羧基连接到环上，并通过环氧化还原反应，形成了三萜甲醇，从而得到三萜醇。
除了以上的生物合成路径，植物次级代谢产物的合成还包括：1. 醇合成法：如三萜醇的合成。
2. 酸合成法：如花青素的合成。
3. 氨基酸合成法：如生物碱、甾体类的合成。
总之，植物次级代谢产物的生物合成是一个非常复杂的过程，需要多种酶和基因的参与。
只有在特定的环境和调节作用下，才能最终形成植物次级代谢产物。
二、植物次级代谢产物的调节机制植物次级代谢产物的调节机制可能取决于环境和植物内部的信号通路，包括激素、信号蛋白、转录因子等。
我们来了解一下植物次级代谢产物的调节机制。
1. 环境调节植物次级代谢产物的合成会受到环境因素的影响，例如日光强度、土壤水分、温度变化等，这些环境因素的变化可能会促进或抑制植物次级代谢产物的合成产量。
2. 激素调节植物激素是一种信号分子，可以在植物生长、发育、代谢中发挥至关重要的作用。
例如，植物雄性激素赤霉素(gibberellins)族可以促进膜脂、类胡萝卜素和木质素的合成。
另外，生长素(IAA)、脱落酸(ABA)也可以通过激励或者抑制次级代谢产物的合成调节。
3. 信号蛋白调节信号蛋白是植物中的一类重要的调节因子，它可以调节植物次级代谢产物的合成，选择性的响应特定类型的信号物。
微生物次级代谢
第二节
次级代谢产物的生物合
一、次级代谢产物的生源
生源：次级代谢产物分子构建单位的来源。
聚酮体
甲羟戊酸
生源
环多醇和氨基环多醇
芳香族化合物
环己醇与氨基环己醇
由芳香中间体合成的抗生素和其它次级 代谢物
二、次级代谢的调节控制
微生物体内的次级代谢和初级代谢一样，都受菌体代
谢的调节. 由于它们的代谢途径是相互交错的，所以
在调节控制上是相互影响的。
(1)初级代谢对次级代谢的调节
微生物的初级代谢对次级代谢具有调节作用。当 初级代谢和次级代谢具有共同的合成途径时，初级
代谢的终产物过量，往往会抑制次级代谢的合成，
这是因为这些终产物抑制了在次级代谢产物合成中 重要的分叉中间体的合成。
如赖氨酸和青霉素的生物合成过程中有共同中间体 a—氨基己二酸，当培养液中赖氨酸过量时，则抑制 a—氨基己二酸的合成，进而影响到青霉素的合成。
生物碱：
大部分生物碱是植物产生的，有些微生物也能产生。
毒素：
微生物一定条件下产生的对人和动物有毒害作用的化合物。
色素：
微生物在代谢过程中产生各种有色的产物，有的微生物 将产生的色素分泌到细胞外，有的在细胞内积累，从而使菌 落呈现各种颜色。
维生素：
在特定条件下，微生物产生的远远超过自身需要的那些微生 物。
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次级代谢：微生物在一定的生长时期，以初级
代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动 无明确功能的物质的过程。 产物：毒素、色素、抗生素、生物碱等。
初级代谢与次级代谢之间的关系
初级代谢与次级代谢是在某些机体内存在的两种既有 系又有区别的代谢类型，初级代谢是次级代谢的基础， 初级代谢为次级代谢产物合成提供前体物和所需能量。 次级代谢是初级代谢在特定条件下的继续与发展，避 免初级代谢产物过量积累对机体的毒害。
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5、磷酸盐的调节作用
磷酸盐是很重要的菌丝体生长限制养分。 磷酸盐浓度在0.3~300mM范围不会妨碍细胞 生长，无机磷浓度超过10mM时，许多次级产 物合成受到抑制。 1）无机磷促进初级代谢、抑制次级代谢 磷是微生物进行平衡生长的限制因素之一。 2）无机磷能改变碳水化合物的分解途径
次级代谢产物合成调节
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一、概论
（一）次级代谢特征 明显特征是：合成多发生在生长结束之后，其 可分为营养生长期和次级产物形成期，次级产 物合成过程一般是在培养液中缺乏某种营养物， 生长受到限制时被启动。 由生长期向次级产物形成期转化时，菌体形态 上会有一些变化。
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一种微生物的次级产物多是一群具有相似 结构的化合物。 参与次级代谢的酶对底物的特异性不强。 次级代谢又称为“多向代谢作用”。 可以利用诱变使某种酶失活，使之变成不 能合成正常次级产物的“阻断型”突变株， 添加所缺失中间产物的结构类似物时，就 会合成具有特殊性质新型次级产物——这 种作用称为“突变生物合成”。
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1、参与抗生素合成作用的酶的 诱导与解阻遏
许多研究表明，参与抗生素合成的酶是 通过诱导作用合成的，具有诱导作用的 物质只有在生长末期加入，对次级产物 形成才有刺激作用，在活跃生长期和产 物合成期加入则不起作用。 次级产物合成与生长速率有关，生长速 率降低也是一种诱导因素。
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2、抗生素生物合成启动的控制
加入标记的中间产物 同位素脉冲标记法（短时标记法） 同位素竞争实验法（单向途径）
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（三）无细胞提取液系统应用 （体外酶反应法）
只能进行合成途径中少数几步反应，不 能连续供应所需能量和辅酶等因子。
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（四）药物抑制法应用
某些药物能特异抑制合成途径中某种酶 活性，造成该酶底物（中间产物）积累 以及末端产物合成能力丧失。
G-6-P(Madry 等) ATP, 鸟嘌呤核苷四磷酸和五磷酸 控制NH3同化作用的酶（Gln合成酶、 Glu脱氢酶、Ala脱氢酶） 生长速率
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7、抗生素合成的终止
3种可能原因: 1）合成途径一个或多个酶不可逆的衰退； 2）积累的抗生素产生反馈抑制作用； 3）抗生素中间前体的耗竭。
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3）磷限制了次级产物合成的诱导物的合成 4）过量的磷抑制了次级产物前体的形成 乙酰CoA和丙二酰CoA缩合形成的抗生素对 过量的磷极其敏感。 多肽类抗生素，参与的AA经过ATP活化， 变成氨酰腺嘌呤核苷酸，放出PPi 。 5）磷抑制或阻遏次级产物合成所必需的磷 酸酯酶。
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6、分解代谢物对次级代谢实行 调控的细胞内作用因子
次级代谢启动之前，细胞必须合成一类起 诱导和激活作用的物质。
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3、碳源分解代谢物调节作用
cAMP是否参与抗生素合成的碳代谢调节作用还 不清楚，但高浓度cAMP并不能逆转碳源分解代 谢物对抗生素合成的阻遏作用。 许多抗生素合成受葡萄糖抑制。 高浓度碳源对抗生素合成也有不利影响。
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4、氮源分解物对次级代谢影响
编码抗生素合成酶基因位于染色体和染色体 外遗传物质上。 1）合成酶的阻遏 2）对已合成酶的抑制作用 3）初级代谢末端产物的反馈抑制作用 次级代谢进行将积累的初级产物转化为次级 产物，可以消除反馈抑制作用。 向发酵液中添加次级产物前体，并不一定能 促进次级产物合成。
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4）细胞中效应物对次级代谢作用控制 细胞中一些小分子对次级代谢起辅阻遏物 或抑制剂作用；
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8、人工克服次级代谢调控作用的 限制
加入诱导物、限磷、流加糖等 诱变→零单位突变→回复突变 抗代谢物
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9、定向抗生素生物合成
1）抗生素产生菌的突变作用 2）简单使用非天然前体 3）在合成各个步骤使用抑制剂或诱导物 4）利用阻断型突变株，或加入非天然前 体进行突变生物合成（诱变合成） 5）使用独特的基质和培养基 6）利用极端环境微生物作为生产菌株
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（二）次级代谢产物类型
1、糖类次级代谢产物 链霉素、卡那霉素 2、多肽类 -内酰胺类、青霉素、头孢菌素 3、聚酯酰类 一类聚乙酰：大环内酯类和多聚醚类 一类聚异戊二烯：萜类、甾类、类胡 萝卜素 4、核酸碱基类似物类 5、其它类型
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二、次级代谢作用的调控
（一）次级代谢与生命活动关系
次级产物具有富集营养物功能； 次级代谢有助于清除不平衡生长时积累 的有害的低分子量中间代谢产物。 一些次级产物对寄主有毒。
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（二）次级产物生物合成作用的 调控机制
首先要清楚： ①参与合成的酶何时出现，如何控制 ②前体从哪些初级代谢中得到 ③上述两种系统如何协调以保证合成高 效进行。
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7）通过另一微生物的酶改造产物 8）混合培养发酵 9）基因操纵
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三、研究生物合成的方法
（一）生化突变株的应用 合成—系列酶—基因编码；诱变—突变株 分离突变株，鉴定产物，互养实验 次级产物合成可利用阻断型突变株之间的共合 成作用进行研究。 琼脂条法
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（二）同位素示踪技术应用