次生代谢综诉.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流次生代谢综诉.精品文档.植物次生代谢物研究与利用摘 要:植物次生代谢物的种类繁多,与初生代谢物相比虽不是植物生长发育所必需的,但其在植物防御、作物改良、医药生产及人类疾病的防治等方面具有重要意义.关键词:次生代谢物;类型;功能;应用植物作为地球生物圈的主要构成成分,与人类的生活息息相关.它不仅为人类提供了生命所必需的糖类、脂类以及蛋白质等初生代谢物,同时也为人类提供了许多有益的次生代谢物(Secondary metabo-lites),如生物碱、萜类、黄酮类及酚类等化合物.植物次生代谢(Plant secondary metabolism)是
2、相对于 植 物 初 生 代 谢 或 称 基 本 代谢 (Primarymetabolism) 1 而言。次生代谢产物(Secondarymetabolites)是指植物中一大类并非生长育所必需的小分子有机化合物,这些物质在植物体内含量不等并且有自己独特的代谢途径。植物次生代谢产物通常是由初生代谢产物派生而来,其产生和分布通常有种属、器官、组织和生长发育期的特异性。植物次生代谢物(secondary metabolite)在植物生命活动的许多方面均起着重要作用,而且许多植物次生代谢产物是植物生命活动所必需的2。例如,吲哚乙酸、赤霉素、木质素、叶绿素、类胡萝卜素等都是植物在各种生理生化代谢过程中不
3、可缺少的3。1植物次生代谢物的主要类型及分布植物次生代谢产物种类繁多,结构迥异,根据其化学结构和性质,一般将其分为三大类:类(phe-nolic)、萜类(terpene)和含氮化合物(nitrogen-containing compound).而每一大类的化合都有数千种甚至数万种以上.但其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的异性,因此往往局限在某一个或分类学上相近的几个植物种类.1.1酚类酚类物质广泛地存在于高等植物、苔藓、地钱和微生物中,广义的酚类化合物主要包括黄酮类、简单酚类和醌类等.1.1.1黄酮类是一大类以苯色酮环为基础,具有C6-C3-C6结构的酚类化合物,广泛地分在各
4、种植物中.一般可分为花色苷、黄酮醇和黄酮三类.花色苷主要分布于花瓣中,在植物的细胞内一般是以糖苷的形式存在,与糖基解离的花色苷剩余部分则称为花色素.花色素的功能主要作为诱引色,吸引昆虫或动物采食,协助传粉和传播种子.另外在一些植物的果实、叶片、茎干和根中也存在花色苷.黄酮醇和黄酮与花色素的结构非常相似,大部分呈淡黄色或象牙白色,和花色素一样也是植物花的呈色物质.这些物质还存在于植物叶片内,对动物起拒食剂的作用,也可以吸收大量紫外线,保护叶片不受其危害.像豆科的植保素多为异黄酮类,即黄酮的类似物,还有对预防心血管疾病有重要作用的大豆异黄酮、槐米中的芦丁等,都属于黄酮类物质.1.1. 2简单酚类是
5、含有一个被羟基取代苯环的化合物,广泛分布于植物叶片及其它组织中.如在某些植物的抗病过程中具有重要作用的原儿茶酸和绿原酸的衍生物植保素;对植物生长有严重抑制作用的单宁类化合物没食子鞣质.这类化合物甚至可以抑制周围其他植物的生长,形成植物异株相克现象.1.1. 3醌类由苯式多环羟碳氢化合物(如萘、蒽等)衍生的芳香二氧化合物,存在于所有主要植物类群中.它也是植物呈色的主要原因之一,如紫草(Lithospermum erythrorhizon)栓皮层中的紫草宁,存在于胡桃中的胡桃醌等,它们还是抗菌的主要成分.1.2萜类植物萜类化合物是由异戊二烯(五碳)单元组成的化合物及其衍生物,也称为异戊间二烯化合物
6、(isoprenoid),或萜烯类化合物(terpenoid),或萜烯(terpene).目前在植物中已经发现了数千种萜烯类化合物,包括由2个异戊二烯单元头尾相连形成的单萜、3个异戊二烯单元构成的倍半萜、4个异戊二烯单元构成的二萜和多萜等.通常分为低等萜类和高等萜类.单萜和倍半萜是挥发性植物精油的主要成分,而植物体内释放的挥发性精油(包括异戊二烯本身)的量是非常惊人的.据测算,每年地球上植物释放出的挥发性物质大约有14亿砘,其中大部分为碳氢类萜烯化合物.仅橘皮中就存在着71种挥发性的植物精油,其中大部分是单萜,主要是柠檬油精.最知名的一种植物精油是存在于松属(Pinus)植物的松节油,其中含有
7、大量的单萜类化合物.再如薄荷油中的薄荷醇、薄荷酮都是单萜的衍生物.广泛存在于针叶植物和许多热带被子植物中的树脂、橡胶都属于多萜,目前世界上发现的产胶植物大约2000种1.3含氮化合物是一类分子结构中含有氮原子的植物次生代谢物,主要包括生物碱、胺类、非蛋白氨基酸和生氰苷.1.3.1生物碱是植物中广泛存在的一类含氮次生代谢物,分子结构中具有多种含氮杂环,多为药用植物主要有效成分.自然界20%左右的维管植物含有生物碱,其中大多数是草本双子叶植物,单子叶植物和裸子植物很少含生物碱.最早发现的生物碱是1805年从罂栗中提纯的吗啡(morphine),其他广为人知的生物碱有烟草中的尼古丁(nicotine
8、)、可可豆中的可可碱(theobromine)、咖啡豆和茶叶中的咖啡因(Caffeine)等,目前在4000余种植物中发现了大约3000多种生物碱.现已深入研究的有烟草的烟碱、吡咯啶生物碱、毒藜碱,毛茛科的小檗碱,曼陀罗的莨菪碱、东莨菪碱等3.它们绝大多数在植物茎中合成,也有少数在根中合成的,如尼古丁.1.3.2胺类是NH3中氢的不同取代产物,根据取代基数目分为伯、仲、叔和季胺四种.现已鉴定结构的约100种,在种子植物中分布广泛,常存在于花部,具臭味.1.3.3非蛋白氨基酸即不组成植物蛋白的氨基酸,以游离的形式存在.目前已鉴定结构的达400多种,对动物常有毒性,多集中于豆科植物中.由于与蛋白氨
9、基酸类似,易被错误地结合进正常蛋白质,导致蛋白质功能的丧失.1.3.4生氰苷一类由脱羧氨基酸形成的O-糖苷,它是植物生氰过程中产生HCN的前体.其本身无毒性,当含生氰苷的植物被损伤后,则会释放出有毒的氢氰酸(HCN)气体.现已鉴定结构的达30种左右,存在于多种植物内,最常见的有豆科植物、蔷薇科植物等.如苦杏仁苷和亚麻苦苷.2植物次生代谢物的功能及应用 植物次生代谢是植物在长期进化中对生态环境适应的结果。其代谢产物具有多种复杂的生物学功能,在提高植物对物理环境的适应性和种间竞争能力、抵御天敌的侵袭、增强抗病性等方面起着重要作用4。植物次生代谢物也是人类生活、生产中不可缺少的重要物质,为医药、轻工
10、、化工、食品及农药等工业提供了宝贵的原料5。尤其是医药生产,作为天然活性物质的植物次生代谢物,是解决目前世界面临的医药毒副作用大,一些疑难疾病(如癌症、艾滋病等)无法医治等难题的一条重要途径。植物次生代谢产物具有一定的生理活性及药理作用,如生物碱具有抗炎、抗菌、扩张血管、强心、平喘、抗癌等作用;黄酮类化合物具有抗氧化、抗癌、抗艾滋病、抗菌、抗过敏、抗炎等多种生理活性及药理作用,且无毒副作用,对人类的肿瘤、衰老、心血管疾病的防治具有重要意义。几个世纪以来,人类一直从植物中获得大量的次生代谢产物用于医药卫生。目前,世界 75的人口依赖从植物中获取药物,除化学合成之外,人类大量依赖植物次生代谢产物作
11、为药物。2.1对植物本身的防御作用2.1.1增强植物的抗病性20世纪60年代发现,许多植物在受到微生物,特别是真菌侵染时会产生并积累一些小分子抗菌物质,用以增强自身的抵抗力,抵御病原菌的入侵.这些次生代谢物则被称为植保素.目前已鉴定的植保素有200多种,其中很大一部分来自豆科植物,如大豆根系中的大豆抗毒素(glyceollin)、豌豆豆荚中的豌豆素(pisatin)、大豆豆荚中的菜豆素(phaseollin)等.植保素是受诱导产生的,在植物受感染之前是检测不到的,因此其产生与植物抗病有关.研究还发现,植物在受真菌侵害时会引起木质化作用,形成大量的木质素.木质化的细胞壁不仅有助于抗拒昆虫和动物的
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