第六章植物的次级代谢产物
植物次级代谢产生与开发的研究与应用
植物次级代谢产生与开发的研究与应用在植物中，次级代谢产物一直以来就为生命科学提供了强大的研究工具，同时也是药品和其他高附加值产品的重要原料之一。
植物次级代谢产物不仅具有与生物体有关的重要生理活性，而且具有很高的商业价值和工业应用前景。
本文将从植物次级代谢产物的生物学基础出发，分析其在医药、养殖和保健产品方面的应用前景。
一、植物次级代谢产物的生物学基础1. 生化学特性植物的次级代谢产物通常由复杂的天然产物组成，包括末端产物、中间产物和前体物质。
这些产物通常是化学结构复杂的有机分子，具有从生化学到生理学多个层面的生物活性，如抗氧化、抗炎、促进生长等作用。
2. 生理学作用植物次级代谢产物在生物体内发挥重要的生理学作用，包括对细胞的生长和分化、代谢和信号传递的调节作用。
同时，植物次级代谢产物还可以与动物体内的受体相互作用，发挥药理学作用，包括镇痛、抗过敏、抗癌等功效。
3. 生态学作用植物次级代谢产物在生态学方面也具有重要作用，包括对植物自身的保护作用、营养的生物稳定和生态系统的稳定性等多重作用。
二、植物次级代谢产物在医药中的应用前景1. 抗肿瘤药物植物次级代谢产物很多都具有抗癌作用，如紫锥菊的多种活性成分可以减缓肿瘤的生长速度，乔木犀的化学成分可以诱导肿瘤细胞凋亡等。
2. 抗炎药物植物次级代谢产物中含有大量的抗氧化剂和消炎成分，如甘草酸、黄酮类物质等，可以用于制作消炎药物和抗氧化保健药品。
3. 免疫调节药物植物次级代谢产物通常具有调节免疫功能的作用，如中药苍耳子、藤黄等都是相对有效的免疫调节药物，可以用于人类免疫系统的调节。
三、植物次级代谢产物在养殖领域中的应用前景1. 养殖抗菌剂植物次级代谢产物中具有抗菌作用的成分，在养殖领域常用于替代传统抗生素，如植物挥发油、桂皮酸等。
2. 养殖保健产品植物次级代谢产物中含有丰富的抗氧化剂和高营养素，可作为养殖保健产品的原材料，如金丝楠可以提取多种营养素。
3. 环保型养殖药物植物次级代谢产物中的成分通常是天然的，可以被生物体代谢吸收，不会污染环境，具有环保优势，如茶多酚（一种天然生物防腐剂）等。
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。
植物次生代谢产物——单宁酸
植物次生代谢产物——单宁酸植物次生代谢次生代谢产物——单宁酸摘要：相对于植物初生代谢，主要合成生物正常生理活动必须物质，植物次生代谢合成的是一些对植物细胞没有直接作用，甚至对自身没有直接益处的化合物，但这些化合物在植物生活中有着重要的意义。
在抵御虫害、调控自身、提高繁殖能力等方面有着重要作用。
1.植物次生代谢简介生物体中用于合成生物体生存所必需的化合物如糖类、脂肪酸类、核酸类的代谢叫初生代谢，而有些生物体以一些初生代谢产物为原料，在一系列酶的催化作用下，形成一些对植物体没有直接助益的特殊物质，这一过程称为次生代谢。
次生代谢是一类特殊而且复杂的代谢类型，人们已知某些次生代谢物与植物的抗病、抗逆相关，有的作为植物逆境传递信号，有的增强植物的抗病性等。
次生代谢在植物和许多微生物的整个代谢活动中具有重要作用。
在植物发育期或某个器官组织中，次生代谢甚至成为代谢的主要成分。
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。
2.次生代谢的意义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。
2.1对植物生存的意义植物次生代谢物对植物的生存有着重要的作用，为植物抵御不良环境，防止动物采食，取得竞争优势有着重要的作用，具体表现如下：1、抵御不良物理环境，提高适应能力植物想要在某种特定环境中生存，就必须适应其中的温度、水分、光照、大气、盐分、养分等各种因素。
植物次生代谢产物与应用
植物次生代谢产物与应用植物次生代谢产物是植物在生长和发育过程中产生的非必需化合物，它们不仅具有植物自身的生理功能，还具有广泛的应用价值。
本文将介绍植物次生代谢产物的种类、功能以及在医药、食品和化妆品等领域的应用。
植物次生代谢产物的种类多样，包括生物碱、酚类化合物、黄酮类、类胡萝卜素、萜类化合物等。
它们在植物的生长发育过程中起到调节生长、抗逆性和防御机制等重要作用。
这些化合物通常具有强烈的草药香气和色彩，因此被广泛应用于医药、食品和化妆品等领域。
在医药领域，植物次生代谢产物具有广泛的应用价值。
许多植物次生代谢产物具有抗氧化、抗炎、抗菌和抗肿瘤等药理活性，被用于制备药物。
例如，黄酮类化合物具有抗肿瘤和抗氧化活性，被广泛用于抗癌药物的研发；生物碱类化合物具有抗菌和抗寄生虫活性，被用于制备抗生素和抗寄生虫药物。
此外，一些植物次生代谢产物还具有镇痛、降血压和抗抑郁等药理活性，被用于治疗多种疾病。
在食品领域，植物次生代谢产物也被广泛应用。
许多植物次生代谢产物具有丰富的营养价值和独特的风味，被用于增加食品的口感和营养价值。
例如，类胡萝卜素是一种天然色素，具有丰富的维生素A活性，可以用于食品的着色和营养强化；酚类化合物具有抗氧化活性，可以用于保护食品的品质和延长食品的保质期。
此外，一些植物次生代谢产物还具有抑制食品中的微生物生长和改善食品口感的作用，被用于食品的防腐和调味。
在化妆品领域，植物次生代谢产物也得到了广泛的应用。
许多植物次生代谢产物具有保湿、抗衰老和美白等功效，被用于制备化妆品。
例如，黄酮类化合物具有抗氧化和抗衰老活性，被用于制备抗衰老化妆品；酚类化合物具有抗炎和美白活性，被用于制备美白化妆品。
此外，一些植物次生代谢产物还具有促进皮肤修复和改善毛发质量的作用，被用于制备护肤品和洗发水。
植物次生代谢产物具有丰富的种类和多样的功能，在医药、食品和化妆品等领域具有广泛的应用价值。
通过研究和开发植物次生代谢产物，不仅可以开发出新型药物、食品和化妆品，还可以促进植物资源的合理利用和保护。
植物次生代谢物植物所产生的次生代谢产物的种类和功能研究
植物次生代谢物植物所产生的次生代谢产物的种类和功能研究植物次生代谢物：植物所产生的次生代谢产物的种类和功能研究植物是自然界中最为丰富多样的生物之一，它们可以通过光合作用将阳光、水和二氧化碳转化为能量和营养物质。
除了这些基本的生物合成过程外，植物还能产生一系列具有特殊生物活性的分子，被称为次生代谢物。
这些次生代谢物在植物的生长发育、适应环境应激以及与其他生物的互动中起着重要的作用。
本文将对植物的次生代谢物的种类和功能进行探讨。
一、植物次生代谢物的分类植物的次生代谢物可以根据其化学结构和生物学功能进行分类。
常见的分类方法包括生理学分类和化学分类。
1. 生理学分类：植物次生代谢物根据其在植物生理学中的作用和功能进行分类。
例如，植物次生代谢物可以分为抗菌物质、抗氧化剂、抗虫剂、抗霉剂等。
这种分类方法主要关注植物次生代谢物在植物自身的生长和防御过程中的功能。
2. 化学分类：植物次生代谢物根据其化学结构和成分进行分类。
根据化学结构的不同，植物次生代谢物可分为类固醇、生物碱、黄酮类、多酚类、挥发油等。
这种分类方法主要关注植物次生代谢物的化学构成和性质。
二、植物次生代谢物的功能植物次生代谢物在植物的生长发育和适应环境应激过程中起着重要的作用。
以下是一些常见的植物次生代谢物及其功能的介绍。
1. 抗氧化剂：许多植物次生代谢物具有抗氧化剂的功能，可以帮助植物抵御氧化应激和自由基损伤。
例如，类黄酮和多酚类化合物可以中和自由基，防止细胞氧化损伤。
2. 抗菌物质：植物次生代谢物中的一些化合物具有抗菌和抗真菌的能力，可以用来对抗病原体和害虫。
例如，挥发油和生物碱类化合物常被用作天然杀虫剂和抗菌剂。
3. 信号调节物质：植物次生代谢物还起着调节生长和发育的作用。
一些植物激素和类黄酮类化合物可以调控植物的生长、开花和果实发育过程。
4. 防御物质：植物次生代谢物中的一些化合物可以用来防御外界的伤害和应对环境压力。
例如，根据研究发现，一些次生代谢物能够帮助植物抵御盐胁迫、干旱和低温等逆境。
植物次生代谢产物的生物合成
植物次生代谢产物的生物合成植物是自然界中最为丰富多彩的生物之一。
除了为我们提供氧气和食物以外，植物还含有一些特殊的化合物，也就是所谓的次生代谢产物。
这些次生代谢产物可以帮助植物进行自我防御和与外部环境的交互，是生命存在所必需的。
而这些化合物的生物合成，正是植物竞争环境和控制环境的关键所在。
一、次生代谢产物的类型植物次生代谢产物是植物在进行光合作用以外的代谢过程中产生的一类有机化合物。
它们大多数没有直接参与到植物的生长和发育过程中，而是在植物生长过程中产生的，具有重要的药用和生态意义。
常见的植物次生代谢产物包括：（1）生物碱类：生物碱是植物跨界界面的重要代表，根据不同的化学结构，可以将其分为多种类型，常见的有吗啡、樟榄、马钱子、黄连等等；（2）挥发油类：挥发油是植物所分泌出的含有芳香物质的油性化合物，通常使用蒸馏法分离出来，常见的有薄荷油、丁香油等；（3）黄酮类：黄酮类是一类含杂环的多羟基化合物，常见的有芦荟素、大黄素、芹菜素等等；（4）鞣质类：鞣质是植物中天然存在的具有收敛和抑菌作用的物质，包括银杏酚酸、栎酸等等。
二、次生代谢产物的生物合成次生代谢产物的生物合成进程，是精密的生化反应过程。
植物细胞内分子间的反应会构成高复杂性的分子网络，以实现次生代谢产物的生物合成。
其中，植物次生代谢产物的生物合成通常被分为两个阶段：前体物质的合成和次生代谢物的形成。
这两个阶段组成了植物次生代谢产物的合成过程。
（1）前体物质的合成植物次生代谢产物的前体物质常常是来自于一系列基本代谢通路的中间产物。
这些中间产物是经过多个酶的反应后，在次生代谢产物的合成过程中发挥了重要的作用。
在这个过程中，一般会涉及到一系列转移酶、增效酶和调节酶等来控制前体物质的稳定性和选择性。
细胞膜上的输运蛋白和脂肪酸分解途径，也对前体物质的合成和运输发挥了一定的作用。
（2）次生代谢物的形成次生代谢产物的形成可以理解为前体物质经过精密的生化反应后形成的化合物。
次生代谢产物
pH：培养基的pH值与细胞生长繁殖以及次 生代谢产物的生产关系密切，与培养温度相 似，细胞的生长繁殖与次生代谢产物合成时 所需的pH值通常并不一致，需要在不同的阶 段控制不同的pH值。 电场：膜周电泳学说认为对细胞施加稳定 的电场能够导致膜中带电物质的重新分配， 最终导致原生质体生长和分化效应。 磁场：加速了细胞内的氧化磷酸化过程， 从而促进ATP的合成，最终使得有丝分裂指 数增高。 超声波：有利于细胞次生代谢物向细胞外 释放。
Glutathione Nicotine Anthraquinones Rosmarinic acid Ajmalicine SErpentine Diosgenin
N. tabacum N. tabacum M.citrifolia C. blumei C.roseus C. roseus D.deltoidea
溶氧：在植物细胞悬浮培养中，溶氧对 细胞的生长和代谢有很大的影响，同时， 在培养条件中溶氧也是最复杂的因素之 一，溶氧有一定的极限，过高或过低都 会影响到细胞生长和产物合成，特别是 在高密度培养时，供氧不足往往可能是 限制产量的主要因素之一，因此溶氧参 数的调控对于植物细胞培养十分关键。
前体饲喂：前体是指处于目的代谢物代谢途径 上游的物质。植物体内合成代谢处于代谢的众 多分支之中，因此前体化合物的供给不足和信 号诱导的缺乏会严重影响次生代谢产物的积累。 通过前体饲喂细胞，一方面可以通过增加底物 量来加快反应速率和提高产率，另一方面还能 够反馈抑制分支路径而促进反应顺利进行。 然而，许多外源前体的加入有时又会抑制植物 细胞的生长，最终影响了次生代谢物的产量， 因此就许多前体而言，存在一个前体的最佳添 加浓度；类似于前体的最佳添加浓度，前体也 有最佳添加时间，当外源前体在这个时间加入， 培养物的次生代谢物的产量要高于在其它时间 加入时的产量。
第五、六章 植物体内有机物的代谢
库
源
库 库 源 库
三.运输的途径
1.短距离运输
胞内运输—细胞内、细胞器之间的物质交换 胞间运输—共质体运输：胞间连丝 质外体运输：空间中自由扩散的被动 运输过程 替代运输：共质体-质外体替代运输
2.长距离运输—— 韧皮部
同化产物经过维管系统从源到库的运输
实验依据—环割实验
实验依据—同位素示踪法： 用14CO2饲喂叶片，确认光合作用产物存在的部位。
苯丙氨酸 桂皮酸 4-香豆醇咖啡酸+ 阿魏醇
三.简单酚类(simple phenolic compound)
苯丙氨酸途径(shikimic acid pathway)
四.木质素 lignin 是简单酚类的醇衍生物。 生物合成： 苯丙氨酸 桂皮酸 +酪氨酸
↓ 4-香豆醇 + 松柏醇+ 羟基阿魏醇 + 芥子醇 ↘ 木质素↙
（2）传递细胞（transfer cell）的胞壁向内生长，增加质膜表面积，且 胞间连丝长且分枝，增强物质运送筛分子，分布于中脉周围；
（3）居间细胞(intermediary cell)有许多胞间连丝，与邻近细胞(特别是 维管束)联系，它能合成棉子糖和水苏糖等。
四.运输的方向
1.同位素示踪法：
用14CO2 及 KH232PO 4饲喂上 下端叶片
细胞质中形成 通过质膜细胞壁
五.类黄酮类 (flavonoid)
（1）结构和生物合成
↗芳香族环B ←苯丙氨酸途径 结构15碳化合物 → 三碳桥C ↘芳香族环 A ←丙二酸途径
丙二酸途径(malonic acid pathway)—花色素
（2）类黄酮功能
1）呈现颜色 芳香族环B的取代基不同 →花色有异的花色素（anthocyanidin）
植物次生代谢产物及利用课件
• 呼吸作用
糖 酵 解
三羧酸循环
• 初生代谢（primary metabolism），指维持基
本生命活动（如生长、繁殖和运动等）所必需
的各种物质的代谢过程
• 这些物质称为初生代谢产物(primary
metabolite)，如糖类、蛋白质（氨基酸）、脂
类、DNA、RNA等
• 几乎在所有的生物体中，这些物质都存在，而
• 有些非蛋白氨基酸阻止蛋白氨基酸的合成或吸 收，有些错误地被掺入到蛋白质
其他次生代谢产物
• 除以上三大类外，植物还产生多炔类、有机酸、 香豆素类等次生代谢物质 • 多炔是植物体内发现的天然炔类，主要分布于 菊科及伞形科植物，现已发现1000种左右
且代谢途径都是相同的
• 次生代谢（ secondary metabolism ）是相对于 初生代谢而言的，这个概念最早是由Kössel于 1891年明确提出的。 • 植物次生代谢是指那些由植物体内有机化合物 的主要代谢途径（初生代谢）衍生而来，最终 合成一些具有种、属特异性的有机化合物的代 谢过程。这些化合物称为次生代谢产物，在植 物界中不是普遍存在的。
• 目前已发现含有生物碱的植物将近 100 多个科， 同一科植物中常含多种结构相似的生物碱 • 植物器官中的生物碱含量一般在万分之几到百 分之一二，象金鸡纳树皮那样含奎宁碱 12% 是 极少的
含氰苷（cyanogenic glycoside）
• 含氰苷广泛分布于植物界，以豆类、禾谷类和 玫瑰一些种类最多 • 含氰苷本身无毒，但植物破碎后释放挥发性的 氰化氢 (HCN) 。含氰苷——液泡，糖苷酶—— 细胞质
生物碱和异黄酮成分都是植保素。
• 化感物质（allelochemical ） 植物通过向环境释放某些化学物质而实现与同 种或他种植物之间的化学相互作用，这种作用 称为化感作用，这些化学物质称化感物质。化 感物质都是植物的次生代谢产物，但并非所有 次生代谢产物都是化感物质。很多萜类、酚酸、 氰苷都是化感物质。