第四章_影响药用植物次生代谢的因素
药用植物次生代谢的生物学作用及生态环境因子的影响_鲁守平
天然产物研究与开发Nat Prod Res Dev 2006,18:102721032文章编号:100126880(2006)0621027206 收稿日期:2005212212 接受日期:20062022233通讯作者T el :86210262732775;E 2mail :lsping @s 药用植物次生代谢的生物学作用及生态环境因子的影响鲁守平13,隋新霞2,孙 群1,孙宝启1(1.中国农业大学农学与生物技术学院,北京100094;2.山东省农业科学院作物研究所,济南250100)摘 要:药用植物的很多有效成分为植物的次生代谢产物,包括生物碱、萜类、酚类、甙类等。
这些次生代谢产物在植物的生理调节、自身保护、生存竞争、协调与环境关系等生命活动的许多方面均起着重要作用。
各种生态环境因素包括光、温度、土壤、空气以及生物因素均影响到药用植物的次生代谢过程。
对药用植物次生代谢成分与生态环境因素的关系进行研究有利于揭示药用植物药用有效成分地域性差异的原因,可为药用植物的育种、栽培提供理论依据。
关键词:药用植物;次生代谢;生态因素中图分类号:Q946.8;R914.4文献标识码:AFunctions of Secondary Metabolism of MedicinalPlants and I nfluences of Ecological E nvironmentLU Shou 2ping 13,S UI X in 2xia 2,S UN Qun 1,S UN Bao 2qi 1(1.College o f Agronomy and Biotechnology ,China Agricultural Univer sity ,Beijing 100094,China ;2.Crop Research Institute ,Shandong Academy o f Agriculture Sciences ,Jinan 250100,China )Abstract :M ost of active ingredients of medicinal plants are secondary metabolites including alkaloids ,terpenoids ,phenols ,gly 2cosides ,and s o on.These secondary metabolites participate in many im portant life activities of plant ,such as growth and devel 2opment ,physiological regulation and protection in adverse environments ,survival com petition.The anabolism of secondary metabolites is in fluenced by many ecological environment factors including sunlight ,tem perature ,s oil ,air and biological factors.The study on relationship between secondary metabolism and ecological environment could elucidate com ponent difference of secondary metabolites of medicinal plants in different regions and offer theoretical foundations for the breeding and planting of medicinal plants.K ey w ords :medicinal plant ;secondary metabolism ;biological function ;ecological environment factor 人类利用药用植物来防病治病已有几千年历史。
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。
影响药用植物次生代谢的因素
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
自身的次生代谢物的合成积累直接发生关系。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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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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。
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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。
•
对欧蓍草(锯齿单)的研究也说明了同样的问题。
发现欧蓍草三倍体植株在整个生长季节中，体内含有
在2 000 m含5.44%；
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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。
生药学-第四章 生药的安全性评价
O
COOH
O
NO2
R
Aristolochic acid I R=OCH3 Aristolochic acid II R=H
含马兜铃酸的中草药可引起肾损害。 1993年，比利时学者报道了一些长期服
用含广防己减肥药的年轻女性发生慢性
肾衰竭，这种肾衰竭表现为肾脏进行性
快速纤维化并伴有肾萎缩，国外称为 “ 中 草 药 肾 病 ” （ Chinese herbs nephropathy，CHN）。国内学者依据其
1
A-1
2
A-2
1
B-1
2
B-2
A. 对照品；B. 样品；1. 野百合碱；2. 阿多尼弗林碱
三、生药中主要的内源性有害物质限量
生药中的内源性有害物质可分为两种情况： （1）仅是有毒成分但不是有效成分，如苍耳子
中的苍术苷、千里光中的吡咯里西啶类生物碱 等； （2）既是有毒成分又是有效成分，即以其毒性 来治疗疾病，如附子中的乌头碱，马钱子中的 士的宁等。
乌 头
夹竹桃科、萝藦科植物所含强心苷类成分 则较易产生心脏毒性；
茄科植物所含莨宕烷类生物碱为M-胆碱受 体阻滞剂，中毒时可抑制呼吸中枢；
夹竹桃
颠茄
马钱子所含吲哚类生物碱如士的宁对中枢 神经表现出先兴奋后抑制作用；苦杏仁、桃仁 等所含苦杏仁苷经酶解后可释放出剧毒的氢氰 酸；苍耳子、蓖麻子所含毒蛋白可致严重的肝、 肾损害等。
初步统计显示含HPAs的中草药共38种，其 中临床常用或较常用的有12种，如农吉利、猪 屎豆、千里光、款冬、佩兰等。
此外，民间使用的一些山紫菀类药材，如 大黄橐吾、 宽舌橐吾、齿叶橐吾等，其根及根 茎中HPAs含量很高，毒性很大。
农吉利
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。
药用植物资源学考试资料
1药用植物资源：是指自然资源中对人类有直接或间接医疗作用和保健护理功能的植物总称。
药用植物资源开发利用的产品主要是用以人类防病治病的中药（包括民族药和民间草药等）、植物药、保健品等，此外还包括兽药、农药、功能性饲料添加剂等相关产品。
2药用植物资源学：是研究药用植物资源的种类、分布、蕴藏量、活性成分及其时（间）空（间）变化规律和评价方法、生物多样性保护、可持续利用以及相关信息管理的学科。
3药用植物资源的特点：1地域性2分散性3有限性和可解体性4可再生性5多用性6国际性4药用植物资源学的研究内容1药用植物资源调查2药用植物资源区划与产地适宜性分析3药用植物资源的野生抚育和可持续利用（植物野生抚育研究方面:1生理生态学研究2资源学研究 3生物学研究）4药用植物资源的动态规律和合理开发利用研究5积极寻找和扩大药用植物新资源6 濒危药用植物资源评价与监测5亚洲药用植物种类及其传统医药体系：该区以中医学传统理论为指导，理论系统完整，实践经验丰富。
代表性国家有中国、日本、朝鲜、韩国、越南、新加坡、菲律宾等，约有草药10 000种，人参、五味子、甘草、党参、当归、贝母、大黄、何首乌、6 阿拉伯—伊斯兰药用植物种类及其传统医药体系：北非和中东地区（埃及、南欧、希腊）以阿拉伯传统医学为主，气候干燥，土壤贫瘠，约有草药1 000种，荒漠草原或旱生药用植物，伊朗、土耳其、沙特等中东地区以伊斯兰医学体系影响为主，有草药1 000种。
7 西非—南非药用植物种类及其传统医药体系：以非洲传统医学为主，，包括东非和西非、南非地区，代表性国家有扎伊尔、坦桑尼亚、南非等。
地处热带沙漠、草原，赤道雨林，温带草原地区，植物种类丰富，面积广阔，四周环海，气候多样，植被丰富，有草药约1 000 8 拉丁美洲药用植物种类及其传统医药体系以拉美传统医学为主，有5 000种,代表性国家有巴西、墨西哥、秘鲁、智利等，种族众多，为热带地区，自然条件优越，气候潮湿，雨量充足，是植物资源最丰富的地区。
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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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。
三、温度对次生代谢的影响
• 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。
第四章 影响植物次生代谢的因素
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
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
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
一、地理环境
• （1） 海拔 • （2） 地理位置
（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 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%）。
（2） 地理位置
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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。 因此不同的地理环境不仅影响药用植物次生代谢
2、对次生代谢物成分种类的影响
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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。 • 对欧蓍草(锯齿单)的研究也说明了同样的问题。 发现欧蓍草三倍体植株在整个生长季节中，体内含有 一种叫甘菊色素的成分，而六倍体植株在同样的生长 季节中却不含有这种成分。这种差异在医学上是非常 重要的，因为甘菊色素对人和动物来说是一种细胞色 素，能促进细胞溶解，因而选用不同倍性的核株入药， 可导致两种完全不同的结果。
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。
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
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
第五章 药用植物次生代谢的调控
• 一、优良品种的选育 • 二、多倍体植物的培育 • 三、转基因植物
Hale Waihona Puke 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
一、植物多样性对次生代谢的影响
• 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 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。
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。
金银花
• 光照对秦岭金 银花绿原酸积累动态 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。
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。
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 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。
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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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。
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 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 自身的次生代谢物的合成积累直接发生关系。