植物次级代谢产物(研究运用)
植物次生代谢物的研究进展
植物次生代谢物的研究进展植物次生代谢物的种类、合成途径及应用研究进展摘要：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。
本文综述了植物次生代谢物的主要类型、合成途径及应用价值，同时对合理开发植物次生代谢资源做了展望。
关键词：次生代谢;生理功能 ; 应用进展The Type,Biosynthesis and Application Progress of theSecondary metabolism in PlantsAbstract: Plant secondary metabolism result from the process that plant is of long-term evolution and the environment interaction,Derived from primary metabolism.T erpenoids, alkaloids, benzene propane classes are the main kind of plant secondary metabolites.Its metabolic pathway mainly depend on metabolic channels and has the specificity of such as species, growth development period.Main types of plant secondary metabolites is reviewed in this paper, the synthesis methods and application value, at the same time of plant secondary metabolism resources reasonable development were discussed.Keywords: secondary metabolism ; physiological functions ; application progress0 前言植物次生代谢(secondary metabolism)的概念最早于1991年由Kossel明确提出，是由初生代谢(primary metabolite)派生的一类特殊代谢所产生的物质。
第六章 植物体的次级代谢产物
• 糖类、脂类、核酸和蛋白质等有机物之 间的转化。
• 初生代谢产物（primary metabolites）：一 般指糖类、脂类、核酸和蛋白质等。 • 次生代谢产物（secondary metabolites）： 指由糖类等有机物次生代谢衍生出来的物 质。一般存在于液泡或细胞壁中，大部分 不再参与代谢。
次级含氮化合物由不同氨基酸衍生而来。 生物碱
含氰苷
••••••
4.1 生物碱（alkaloid）
是一类含氮的杂环化合物，含量低， 呈碱性。 通常含量很低，且具有器官特异性。
几种主要的生物碱
组别
吡咯环 托品烷 喹嗪
前体物质
鸟氨酸 鸟氨酸 赖氨酸
例子
烟碱 阿托品 可卡因 羽扇豆碱
医用
兴奋剂、镇静剂
兴奋剂、麻醉剂
分萜类、酚类和含氮次生化合物三类。
次生代谢产物在植物体内的作用： • 是植物生命活动的必需物质。如IAA、GA等 激素，构成细胞壁的木质素等。
• 使植物呈现色香味，有利于授粉。如叶绿素、 花色素等。 • 防御天敌。某些次生代谢物对植物无毒而对 动物有毒。
还可成为重要药物或工业原料。如奎宁碱、橡胶等。
多萜
樟脑
除虫菊素
薄荷醇
青蒿素
红豆杉醇
橡胶
三、酚类
3.1 酚类（phenol）的种类
是芳香族环上的氢原子被羟基或功能衍生 物取代后生成的化合物。
C6 C3
— 6C苯环 C3 — 3C链
酚类化合物的种类（根据芳香环上的碳原子数目分 ） 种类 简单苯丙酸类 苯丙酸内酯 例子 桂皮酸、香豆酸、咖啡酸 香豆素
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。
植物次生代谢产物的功能及应用概述
植物次生代谢产物的功能及应用概述
植物次生代谢产物是植物生长过程中产生的化学物质，与植物基本代谢不同，通常不参与生物合成和能量代谢。
这些化合物通常用于植物的防御、通讯和识别，也具有许多医学、农业和化学应用。
以下是植物次生代谢产物的功能和应用概述：
1. 防御：植物次生代谢产物被用作植物的自卫机制，以应对对它们具有威胁的生物或生理条件。
常见的防御化合物包括挥发性的杀虫剂和排异物质，如挥发性有机化合物、生物碱和鞣质。
2. 医学应用：植物次生代谢产物也被广泛用于医疗和药学领域。
白杨树中的水杨酸衍生物是常用的疼痛和发热的非处方药。
红酒中的多酚类化合物具有抗氧化物、抗癌和抗炎症性质。
黄酮类存在于许多果蔬中，具有抗癌和抗炎症特性。
3. 植物生长调节：某些次生代谢产物也被用作植物生长调节剂。
藜芦酸是一种具有植物激素活性的化合物，可以促进植物的生长，增加产量。
4. 食品和保健品：植物次生代谢产物也被广泛用于食品和保健品。
类黄酮是一类常见的物质，在柑橘类水果中含量丰富，具有收敛和抗过敏作用。
多酚类化合物在红酒、葡萄皮和黑巧克力等食物中存在，具有抗氧化和抗炎症特性。
总之，植物次生代谢产物在医学、农业、化学和食品工业中具有广泛的应用前景，将持续为人类健康和经济发展做出贡献。
植物细胞培养次级代谢产物
• 1 目前生产紫杉醇的主要方法
• 紫杉醇的生产方法主要是提取分离和化学
合成，提取分离的方法按来源不同又可分 为三大类：从植 物中分离提取 、从真菌 中 分离提取及从培养细胞中分离提取．
2 利用红豆杉细胞培养生产紫杉醇 的研究
• 在细胞的大规模培养前 ，应进行小规模培养 ，观
• 目前 ，所有的红豆杉均已建立脱分化的愈伤培养体系．其针叶、
嫩芽、茎段、树皮、种仁均可作为外
• 植体 ，但不同外植体的诱导效果与培养基和培养条件有关 系，
而且不同外植体形成的愈伤组织 的质量也
• 会有差异．一般而言 ，来 自老茎 、树皮 的愈伤组织紫杉醇含量
较高．亚红豆杉 、南方
• 3 紫杉醇生产存在的问题及生产方法展望
• 利用红豆杉细胞培养生产紫杉醇是一种具有较多优点的方
法，受到许多研究者的重视．目前未能实 现工业化生产 ， 这主要是因为 ：植物细胞生长慢 ，紫杉醇含量低 ，使得 单位时间单位质量细胞紫杉醇含量 较低 ，即使在理论上 工业化生产也不能取得经济效益．但是 ，细胞培养生产 紫杉醇仍是具有发展潜力的 方法 ，在过去的一二十年里 ， 随着生物技术的不断发展 ，细胞培养生产紫杉醇的方法 从无到有 ，并且 日益 接近工业化生产的要求，所以，有 理由相信，随着生物技术的进一步发展，此法最终可达到 工业化生产的 要求。
累大量的微管，这些微管的积累干扰了细 胞的各种功能,特别是使细胞分裂停止于有 丝分裂期，阻断了细胞的正常分裂。 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。
紫杉醇生产方法的研究
[摘 要] 总结 了紫杉 醇的生产方法 ，分 析 了这 些方法的优 点和缺点 ，从 红豆杉 愈伤组织诱 导 、高产 细胞 系的选择 、 细 胞悬浮培养及代谢调控四方面着重介绍了 细胞培养生产紫杉醇的研究现状．对紫杉 醇的生产方法进行 了展望．
植物次级代谢产物的生物学功能研究
植物次级代谢产物的生物学功能研究作为自然界最古老、最基础的生命形式之一，植物在数亿年的进化过程中，发展出了各种各样的保护性机制。
其中，次级代谢产物是植物抵御侵袭和适应环境的关键手段。
它们是一类天然的有机化合物，与植物自身的生长、繁殖、营养代谢等过程密切相关。
而且，许多植物次级代谢产物具有重要的生物学功能，对人类的健康、医疗等方面也具有广泛的应用前景。
因此，研究植物次级代谢产物的生物学功能，对于深入理解植物生物学、开发新型植物药物等具有重要的理论和实践意义。
一、植物次级代谢产物的基本特征植物次级代谢产物是指与植物基础代谢过程无直接关系的代谢产物。
它们包括广泛的有机物质，如类黄酮、生物碱、酚类、醇类、酮类、萜类等等。
这些化合物对植物的生命过程并不是必需的，但它们却起到了一些非常重要的保护作用，如抗病、抗虫、抗逆境等。
同时，植物次级代谢产物还具有其他的生物学功能，如与植物的营养代谢、生长发育、环境适应等方面有关。
二、植物次级代谢产物的生物学功能1. 抗氧化作用植物次级代谢产物中，大部分都是具有抗氧化作用的物质，如类黄酮、多酚、维生素C和E等。
这些物质可以抑制自由基的生成，减少氧化损伤，并且能够增强机体的抗氧化能力，对于预防肿瘤、心脑血管疾病等都有较好的效果。
2. 抗菌、抗病毒作用植物次级代谢产物中，还有一些具有明显的抗菌、抗病毒作用的物质，如生物碱、黄酮类物质等。
它们通过抑制病原微生物的生长和繁殖，起到了非常好的抗病作用。
3. 杀虫作用植物次级代谢产物中，还有一些具有杀虫作用的物质，如挥发油、生物碱、萜类物质等。
这些物质通过与害虫接触，破坏其神经系统、呼吸系统和其他生命过程，从而起到杀虫作用。
4. 调节植物生长植物次级代谢产物还能够调节植物生长发育，如多酚、赤霉素等。
这样的物质不仅能够促进植物生长，还能够延缓植物衰老，提高其适应环境的能力。
5. 植物物质代谢和营养植物次级代谢产物还参与了植物的物质代谢和营养过程，如类黄酮和黄酮类物质能促进植物的光合作用和呼吸作用，提高植物的光合效率和营养效率。
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。
植物次级代谢产物的合成与利用研究
植物次级代谢产物的合成与利用研究植物次级代谢产物是植物在适应环境和抵御外界压力的过程中产生的化学物质。
它们不仅在植物的生长发育中起着重要的调节作用，还具有丰富的药用和工业价值。
因此，研究植物次级代谢产物的合成与利用具有重要的科学意义和应用价值。
植物次级代谢产物的合成是一个复杂而精细的过程。
它涉及到植物体内的多个代谢途径和酶系统的协同作用。
首先，植物通过光合作用将二氧化碳和水转化为光合产物，然后通过一系列的代谢反应将光合产物转化为次级代谢产物。
这个过程中，植物需要合成和调控多种酶和调节因子，以保证次级代谢产物的合成和积累。
例如，植物中的酚类化合物是一类重要的次级代谢产物，它们具有抗氧化、抗病毒和抗肿瘤等多种生物活性。
研究表明，酚类化合物的合成主要依赖于苯丙氨酸途径和黄酮途径。
苯丙氨酸途径是植物合成酚类化合物的核心途径，它包括苯丙氨酸的合成、苯丙氨酸的转化和酚类化合物的合成三个关键步骤。
黄酮途径是植物合成黄酮类化合物的重要途径，它包括黄酮酸的合成、黄酮酸的转化和黄酮类化合物的合成三个关键步骤。
通过研究这些关键酶和调节因子的功能和调控机制，可以揭示植物次级代谢产物的合成途径和调控网络，为进一步优化植物次级代谢产物的合成提供理论基础和技术支持。
植物次级代谢产物的利用是一个多样而广泛的领域。
它涉及到药物、食品、化妆品、农药、染料等多个工业和生活领域。
以药物为例，植物次级代谢产物中的多种活性成分已经被开发成为了许多重要的药物。
例如，中药中的黄连素和青蒿素是两种具有广谱抗菌和抗疟疾活性的化合物，它们已经成为了世界上最重要的抗菌和抗疟疾药物之一。
此外，植物次级代谢产物还可以用于食品添加剂和保健品的开发。
例如，茶叶中的茶多酚和花青素是两种具有抗氧化和抗衰老活性的化合物，它们已经被广泛应用于食品和保健品的生产中。
此外，植物次级代谢产物还可以用于农药和染料的开发。
例如，植物中的生物碱和花色素是两类重要的农药和染料原料，它们具有广谱的杀虫和染色活性。
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专业应用
7
专业应用
8
酚类的生物合成
• 植物的酚类化合物是通过多条途径合成的，其中 以莽草酸途径（酚类合成的中心）为主。
• E4P与PEP结合形成中间产物莽草酸，莽草酸再 与PEP作用，脱去Pi,形成分支酸（莽草酸途径重 要枢纽物质）去向有两个。
专业应用
9
简单酚类
简单苯丙酸类、苯丙酸内酯和苯甲酸衍生物属于简 单分类。它们广泛分布于维管植物。其中许多在 植物防御食草昆虫和真菌侵袭中起重要功能。
专业应用
10
木质素
• 木质素（lignin）：在植物体中的数量很大，仅次于 纤维素，是植物体中的重要组成物质。
• 以苯丙氨酸为生物合成起点
• 木质素是4-香豆醇，松柏醇和芥子醇三种不同木质醇 单体的聚合物。可能在过氧化物酶和漆酶作用下，再 氧化聚合作用生成木质素，分别形成对羟基苯丙烷 （H型），愈创木基（G型），紫丁香型（G型）。
专业应用
4
萜类的生物合成
萜类的生物合成有两条途径：甲羟戊酸途径和甲基 赤藓醇磷酸途径，两者都形成异戊烯焦磷酸 （IPP），然后进一步合成萜类，所以IPP亦称为 “活跃异戊二烯”。
专业应用
5
萜类的功能
• 影响植物的生长发育。 • 防止植物被哺乳动物和昆虫吞食。 • 药用或工业原料
专业应用
6
酚类
• 酚类是芳香族环上的氢原子被羟基或功能衍生物 取代后生成的化合物，种类繁多是重要的次级代 谢产物之一。
专业应用
19
次级代谢产物的生物技术应用
• 一、花色改良育种 • 二、改良农作物品质及提高抗逆性 • 三、药用植物的快速繁殖
专业应用
20
O(∩_∩)O谢谢
专业应用
21
• 在细胞质中形成，运送到细胞壁形成木质素，为细胞 壁主要组成之一
专业应用
11
类黄酮类
• 它是两个芳香环被三碳桥连起来的15碳化合物， 根据三碳桥的氧化程度，分为四种：花色素苷， 黄酮，黄酮醇和异黄酮。
专业应用
12
功能
• 1.呈现颜色
• 类黄酮包含各种有色物质，其中最普遍的有色类 黄酮是花色素苷，花果实大多呈红，淡红，紫， 蓝等色，都与花色素苷有关。
• 在完整植物中，存在于叶表皮液泡中，本身无毒， 分解含氰苷的酶——糖苷酶，存在于叶肉中，互 不接触。当叶肉被咬碎后，两者混合分解成酮和 HCN
专业应用
18
芥子油苷
• 十字花科植物如甘蓝，花椰菜，萝卜和油菜中含 有芥子油苷
• 可被葡萄糖硫苷酶水解产生有刺激性，化学活性 的物质。可做抗毒素或拒食剂来抵抗食草动物。
心材腐败。
专业应用
14
次级含氮化合物
• 植物次级代谢产物中有许多是含氮的，大多数含 氮次级产物是从普通的氨基酸合成的。
• 着重介绍生物碱和含氰苷，都具有防御功能。
专业应用
15
生物碱
• 生物碱是一类含氮杂环化合物，通常有一个含N 的杂环，其碱性即来自含N的杂环。
• 植物器官中生物碱的含量很低，植物在不同生长 时期所含生物碱的成分和含量常有不同。
• 2.防御伤害
• 黄酮类和黄酮醇类存在于叶片中，吸收紫外线， 使细胞免受UV-B的伤害
• 异黄酮类，有不同的功能（鱼藤根中的鱼藤酮有 很强的杀虫作用）
专业应用
13
鞣质
• 在植物酚类多聚体中具有防御功能的，除了木质 素外，就是鞣质（俗名单宁）。鞣质可分两类： 缩合鞣质和可水解鞣质。
• 鞣质有毒，草食动物吃后明显抑制生长。 • 鞣质在口腔中与蛋白质结合，有涩味。 • 树干心材的鞣质丰富，能防止真菌和细菌引起的
• 生物碱的种类很多，其生物合成的前身也不同。
专业应用
16
• 生物碱是核酸的组成部分，又是维生素B1，叶酸 和生物素的组成部分，具有重要的生理意义。
• 对动物有毒性，有防御敌害的意义。
• 是重要药物的有效成分。
麻黄
专业应用
17
含氰苷
• 含氰苷广泛分布于植物界，其中以豆类，禾谷类 和玫瑰一些种类最多。
专业应用
2
次级代谢产物
次级代谢产物： 植物体中还有许多由糖类等有机物代
谢衍生出来的物质，如萜类、酚类、生物碱等。 称为次级代谢产物（secondary product）
专业应用
3
萜类
• 萜类（terpene）是以异戊二烯为单位组成的。 • 根据异戊二烯的数目而定
分为：单贴、倍半萜、双贴、三萜、四萜和多萜
植物次级代谢产物
专业应用
1
初级代谢与次级代谢
初级代谢：是许多生物都具有的生物化学反应，例如能量代 谢及氨基酸、蛋白质、核酸的合成等，均称为初级代谢 （primary metabolism） 称为初级代谢产物是维持生物 生命活动和营养的必需物质。
次级代谢：次级代谢是在一定的生长时期（一般是稳定生长 期），生物以初级代谢产物为前体合成的对生物本身的生 命活动没有明确功能的物质的过程。