生物技术与药用植物次生代谢产物_谢静

生物技术与药用植物次生代谢产物

谢静

(成都医学院药学系,四川成都610083)

作者简介:谢静(1979-),女,四川眉山籍,硕士,从事天然药物教学和研究工作。

【关键词】　药用植物;次生代谢产物:生物技术

【中图分类号】　R282.71 【文献标识码】　A 【文章编号】　1672-7193(2007)03-0089-02

药用植物在我国传统医学中具有重要地位。目前我国药用植物有11118种,市售中成药中,从植物中提取的药物或经半合成的药物占商品的20%[1]。药用植物体内的次生代谢产物是细胞生命活动或植物生长发育非必需的一类小分子化合物,其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。自然界许多药用植物的有效成分都是其次生代谢产物,萜烯、酚、生物碱三类化合物是植物中最重要的次生代谢产物。

20世纪50年代药用植物次生代谢产物的工业化生产开

始利用植物细胞大量培养作为主要手段。目前药用植物的生物技术研究主要集中在药用植物资源学研究、药用植物栽培学研究、药用植物生态学研究、药用植物化学研究、质量控制和药效评价等领域,近年已经取得了一定的进展[2]。下面就生物技术应用于药用植物次生代谢产物方面的研究情况进行综述。

1　细胞培养技术和药用活性成分生产

我国传统药材中88%为植物药。植物单个细胞在适宜的环境下可分化发育成植株,并具有整株植物所具有的合成化合物的能力,也即植物细胞具有全能性,这为通过植物组织和细胞培养来获得其药用活性成分提供了有效途径。

目前利用细胞培养技术生产药用植物有效成分主要有三种方法:液体悬浮培养、固定化细胞培养和发酵工程技术[3]。液体悬浮培养主要用于生产细胞内的有效成分,利用该方法生产植物来源药物最成功的是紫杉醇和紫草宁色素的生产。

紫杉醇是20世纪70年代从短叶红豆杉树皮中提取出来的具有独特抗癌作用的天然产物,被认为是治疗卵巢癌的首选药物,近年不断发现它对其它癌症的治疗作用,是有发展前途的抗癌新药。到目前为止,发现紫杉醇只存在于裸子植物红豆杉科的红豆杉属Taxus L 和澳洲红豆杉属种中。由于红豆杉类植物多属珍稀物种,数量稀少,生长缓慢,紫杉醇的含量又非常低,而全球每年需要紫杉醇200～300kg,所以靠砍伐提取的方法远不能满足人们对紫杉醇的需要[4]。为了克服这一问题研究人员从各个方面探索解决紫杉醇的来源问题,1991年美国研究人员用75000生物反应器生产紫杉醇获得成功

[5]

。

紫草宁色素是一组蒽醌类色素,主要是作为染料和在化妆品中的生产,还兼有抑菌消炎作用,在国际市场上价格十分昂贵[6]。日本三井石化公司1983年用细胞培养法生产紫草宁色素投入市场,成为药用植物细胞工程产品化和商业化的先例[7]。

我国的细胞培养始于20世纪50年代,在我国研究比较成功的例子是人参,1964年中国科学院上海植物生理研究所的罗士韦研究员首先成功地进行了人参的组织培养,随后我国和其他国家的学者将人参的细织培养过渡到工业化生产。目前人参的10L 体积的大规模培养在我国已实现,对其培养细胞进行化学成分和药理活性比较分析,表明与种植人参无明显差异,中国药科大学丁家宜等已将其作为美容保健品投放市场,这是我国药用植物生物技术产品商品化的第一个范例[3]。

据不完全统计,目前已经从400多种植物中建立了组织和细胞培养物,从中分离出600多种代谢产物,其中40多种化合物在数量上超过或等于原植物[8]。其中代表性的研究成果如:紫草、红豆杉、人参、黄连、毛地黄、长春花、曲洋参等细胞培养,但是至今只有少数品种(紫草、人参等)达到了生产规模[9]。和植物栽培比较,尽管它有许多优点,如不受地域及气候条件的影响,可进行特定的生物转化反应,生产人们需要的活性成分、缩短生物合成周期、产量大、不污染环境等[10,11],但由于增殖率不够高,产物不稳定,常低于原植物的水平,导致成本高不能与栽培植物和微生物发酵竞争,成为阻碍细胞培养技术进入商业性开发的主要因素。因此,多年来研究方向一直集中在提高培养物的增殖速度和保持产物的稳定和高产上。

植物组织和细胞培养的工业化生产遇到的主要问题[12]:

(1)利用植物组织和细胞培养成本高于采集野生植物或

种植的生产方式,限制了此技术的发展。

(2)植物组织和细胞培养与微生物发酵相比,生长速度

慢、活性物质产量低。利用链霉菌发酵生产抗生素的发酵周期为72～96h,其最终产物高达8000mg/I 。,而植物组织和细胞培养的周期在18天以上,有效成分的含量也较低。

(3)适合植物组织和细胞培养的生物反应器尚有待研究

解决。问题的关键不是受制造生物反应器工程技术的制约,而是人们对植物组织和细胞在离体培养条件下的生长与发育的规律了解甚少。

(4)对植物次生代谢产物合成途径及所参与反应的各种

酶的了解不多,有的甚至连有效成分的化学结构尚未明确,因此对次生代谢的调控存在着很大的盲目性。

2　毛状根培养

利用发根农杆菌感染双子叶植物形成毛状根,是近10年来继细胞培养后又一新的培养系统。发状根的培养对中草药

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非常重要,因为约1/3的传统中草约是植物的根部,故用发状根的培养生产次生代谢产物前景广阔。目前我国已在长春花、烟草、紫草、绞股蓝、人参、曼陀罗、颠茄、丹参、黄芩、甘草和青蒿等40多种植物材料中建立了毛状根的培养系统[13]。据不完全统计,国内外目前已对23科50余种药用植物进行了毛状根培养的研究,建立了长期的毛状根培养系统和获得了次生代谢产物[14]。

发根农杆菌(Agr obacteriu m rhizogenes)是一种革兰氏阴性土壤菌,在自然界作为双子叶植物的病原菌广泛存在,它能使许多双子叶植物染上毛根病。现已查明毛根病的秘密在于发根农杆菌含有R i-质粒,在感染植物细胞过程中通过V ir区(致病区)片段的作用,可将质粒上的T-DNA传递到植物细胞与细胞的DNA基因组整合,在T-DNA片断上包含有植物激素合成酶基因,能在被感染的植物细胞中表达[10]。作为表现型从被感染的部位长出毛状根(也叫发状根),将毛状根分离,在离体条件下用抗生素可将细菌杀灭得到无菌的毛状根。

用毛状根作为培养系统生产有用的活性成分,优于常规的细胞培养。毛状根培养物属于激素自养型,即在无激素的培养基上就能旺盛生长,因而简化了培养基。毛状根的增殖速度远比细胞培养物快得多。由于发根农杆菌及其R i.质粒转化产生的发状根比较容易再生出新植株,而且很多植物的发状根在离体培养条件下都表现出原植株次生代谢产物的合成能力,因此发状根培养又被称为转基因器官培养,是一条利用生物技术生产次生代谢产物的新的有效途径,很适用于有价值的次生代谢产物的生产。但是具体的培养条件对生长和有效成分含量的影响的研究,以及大规模培养的技术操作,还有待于进一步完善。

3　冠瘿组织培养

有些药用植物的活性成分仅仅在叶片和茎轴中合成,利用组织培养或毛状根培养难以产生这类活性成分,而利用冠瘿组织培养物却能达到这一目的。冠瘿组织来源于冠瘿瘤,冠瘿瘤的产生与根癌农杆菌(Agr obacteriu m tu me尼rciens)有关。它和发根农杆菌是同属的另一种土壤杆菌,也是植物的一种病原菌,根癌农杆菌含有Ti质粒、转化后的表现型是冠瘿瘤[15]。用冠瘿组织作为培养系统也具有生长素自养、增殖速度快等特点,也可以像细胞培养一样做悬浮培养。利用冠瘿组织培养物生产活性成分的研究已有一些报道,如用西洋参冠瘿细胞培养人参皂苷[16]。研究结果表明冠瘿组织可以作为生产植物活性成分的培养系统来利用。

4　转基因植物和有用活性成分生产

由于分子生物学领域的进展,如今已有可能人工设计新的植物性状用于改良作物的品质和抗性。关键在于用什么方法将外源基因导入植物的基因组,并能得到高效表达。目前已有各种各样的方法,这些方法各有所长,其中用农杆菌做载体将外源基因导入植物基因组的方法比较成熟,以生产医药生物技术产品(如抗体、干扰素、胰岛素等)为目标的转基因动植物的研究最具吸引力。这些产品具有极高的医疗价值,受到广泛重视,这种转基因动植物被称为“新一代制药厂”。

现在,医药生物技术产品多半由细胞培养和微生物发酵方法生产,这种方法面临着两个难题:由发酵工程生产的生化药物回收仍有困难,生产成本高;某些蛋白质难以由发酵工艺获得。而用转基因动植物来生产医药生物技术产品有很多优点。它可以在自然状态下表达复杂的天然蛋白质,可以从动物的乳汁、血液中不断获得或从收获的植物体中提取。动物饲养或植物栽培要比细胞培养、微生物发酵容易得多。动植物体就像天然的发酵罐,而且可以传代。

用转基因植物生产医药生物技术产品的研究已有相当成功的例子。如a-柘楼素、血管紧张肽转化酶抑制剂、抗体、细菌和病毒的抗原、脑啡肽、表皮生长因子、促红细胞生成素、生长激素、人血清蛋白、干扰素和水蛭素等。这些实验大多以烟草作为受体植物,目前表达都较低,还很难表现出它们的应用价值,但具有一定的理论意义,为今后的传统药材基因工程研究开创了成功的先例。

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(收稿日期:2007-01-29)

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生物技术与药用植物次生代谢产物_谢静

生物技术与药用植物次生代谢产物 谢静 (成都医学院药学系,四川成都610083) 作者简介:谢静(1979-),女,四川眉山籍,硕士,从事天然药物教学和研究工作。 【关键词】　药用植物;次生代谢产物:生物技术 【中图分类号】　R282.71 【文献标识码】　A 【文章编号】　1672-7193(2007)03-0089-02 药用植物在我国传统医学中具有重要地位。目前我国药用植物有11118种,市售中成药中,从植物中提取的药物或经半合成的药物占商品的20%[1]。药用植物体内的次生代谢产物是细胞生命活动或植物生长发育非必需的一类小分子化合物,其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。自然界许多药用植物的有效成分都是其次生代谢产物,萜烯、酚、生物碱三类化合物是植物中最重要的次生代谢产物。 20世纪50年代药用植物次生代谢产物的工业化生产开 始利用植物细胞大量培养作为主要手段。目前药用植物的生物技术研究主要集中在药用植物资源学研究、药用植物栽培学研究、药用植物生态学研究、药用植物化学研究、质量控制和药效评价等领域,近年已经取得了一定的进展[2]。下面就生物技术应用于药用植物次生代谢产物方面的研究情况进行综述。 1　细胞培养技术和药用活性成分生产 我国传统药材中88%为植物药。植物单个细胞在适宜的环境下可分化发育成植株,并具有整株植物所具有的合成化合物的能力,也即植物细胞具有全能性,这为通过植物组织和细胞培养来获得其药用活性成分提供了有效途径。 目前利用细胞培养技术生产药用植物有效成分主要有三种方法:液体悬浮培养、固定化细胞培养和发酵工程技术[3]。液体悬浮培养主要用于生产细胞内的有效成分,利用该方法生产植物来源药物最成功的是紫杉醇和紫草宁色素的生产。 紫杉醇是20世纪70年代从短叶红豆杉树皮中提取出来的具有独特抗癌作用的天然产物,被认为是治疗卵巢癌的首选药物,近年不断发现它对其它癌症的治疗作用,是有发展前途的抗癌新药。到目前为止,发现紫杉醇只存在于裸子植物红豆杉科的红豆杉属Taxus L 和澳洲红豆杉属种中。由于红豆杉类植物多属珍稀物种,数量稀少,生长缓慢,紫杉醇的含量又非常低,而全球每年需要紫杉醇200～300kg,所以靠砍伐提取的方法远不能满足人们对紫杉醇的需要[4]。为了克服这一问题研究人员从各个方面探索解决紫杉醇的来源问题,1991年美国研究人员用75000生物反应器生产紫杉醇获得成功 [5] 。 紫草宁色素是一组蒽醌类色素,主要是作为染料和在化妆品中的生产,还兼有抑菌消炎作用,在国际市场上价格十分昂贵[6]。日本三井石化公司1983年用细胞培养法生产紫草宁色素投入市场,成为药用植物细胞工程产品化和商业化的先例[7]。 我国的细胞培养始于20世纪50年代,在我国研究比较成功的例子是人参,1964年中国科学院上海植物生理研究所的罗士韦研究员首先成功地进行了人参的组织培养,随后我国和其他国家的学者将人参的细织培养过渡到工业化生产。目前人参的10L 体积的大规模培养在我国已实现,对其培养细胞进行化学成分和药理活性比较分析,表明与种植人参无明显差异,中国药科大学丁家宜等已将其作为美容保健品投放市场,这是我国药用植物生物技术产品商品化的第一个范例[3]。 据不完全统计,目前已经从400多种植物中建立了组织和细胞培养物,从中分离出600多种代谢产物,其中40多种化合物在数量上超过或等于原植物[8]。其中代表性的研究成果如:紫草、红豆杉、人参、黄连、毛地黄、长春花、曲洋参等细胞培养,但是至今只有少数品种(紫草、人参等)达到了生产规模[9]。和植物栽培比较,尽管它有许多优点,如不受地域及气候条件的影响,可进行特定的生物转化反应,生产人们需要的活性成分、缩短生物合成周期、产量大、不污染环境等[10,11],但由于增殖率不够高,产物不稳定,常低于原植物的水平,导致成本高不能与栽培植物和微生物发酵竞争,成为阻碍细胞培养技术进入商业性开发的主要因素。因此,多年来研究方向一直集中在提高培养物的增殖速度和保持产物的稳定和高产上。 植物组织和细胞培养的工业化生产遇到的主要问题[12]: (1)利用植物组织和细胞培养成本高于采集野生植物或 种植的生产方式,限制了此技术的发展。 (2)植物组织和细胞培养与微生物发酵相比,生长速度 慢、活性物质产量低。利用链霉菌发酵生产抗生素的发酵周期为72～96h,其最终产物高达8000mg/I 。,而植物组织和细胞培养的周期在18天以上,有效成分的含量也较低。 (3)适合植物组织和细胞培养的生物反应器尚有待研究 解决。问题的关键不是受制造生物反应器工程技术的制约,而是人们对植物组织和细胞在离体培养条件下的生长与发育的规律了解甚少。 (4)对植物次生代谢产物合成途径及所参与反应的各种 酶的了解不多,有的甚至连有效成分的化学结构尚未明确,因此对次生代谢的调控存在着很大的盲目性。 2　毛状根培养 利用发根农杆菌感染双子叶植物形成毛状根,是近10年来继细胞培养后又一新的培养系统。发状根的培养对中草药 9 8

药用植物次生代谢工程研究进展

药用植物次生代谢工程研究概况 摘要高等植物的次生代谢产物是许多天然药物的重要来源，随着对药用植物次生代谢合成途径日渐全面的认识，采取有效的代谢工程策略对植物次生代谢途径进行遗传改良，已经取得了诸多研究成果。本文介绍了黄酮类化合物 ( flavonoids )、萜类化合物 ( terpenoids )及生物碱( alkaloid )这三种重要药用植物次生代谢产物的结构及生物合成途径，说明了次生代谢工程在提取高质量药用植物活性物质中的研究现状，为今后药用植物次生代谢产物的大规模研究和利用提供借鉴。 关键词植物药；次生代谢产物；代谢工程 高等植物的次生代谢产物是许多天然药物的重要来源，植物药在国际医药市场中占有重要的地位。由于许多植物的天然活性物质的结构特殊，很难用化学方法完全合成，因此这类物质的生产必须依赖于天然植物资源。针对植物天然药物可持续发展问题，药用植物次生代谢产物的应用吸引了国内外众多研究者的关注。 植物次生代谢的概念最早于1891年由Kossel 明确提出。次生代谢产物(Secondary metabolites) 是由次生代谢(Secondary metablism) 产生的一类细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子有机化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、萜类、甾体及其甙、生物碱七大类。还有人根据次生产物的生源途径分为酚类化合物、萜类化合物、含氮化合物( 如生物碱) 等三大类。 代谢工程( Metabolic engineering )是生物工程的一个新的分支，通过基因工程的方法改变细胞的代谢途径，主要是针对提高某种重要的次生代谢物或其前体的含量，以期在较广范围内改善细胞性能，满足人类对生物体的特定需求。随着现代生物工程技术的发展，充分利用基因组学的研究成果，解析和调控植物次生代谢的生物合成途径，进而利用代谢工程的方法大幅度提高药用植物中目标产

植物次生代谢工程试题

植物次生代谢工程试题 一、简答题（20分） 1. 植物次生代谢产物的概念及分类 2. 植物次生代谢的特点和主要途径 3. 植物次生代谢工程的主要研究策略 二、论述题（40分） 结合近年植物次生代谢的研究进展论述植物次生代谢工程的研究意义。 药用植物次生代谢工程的市场应用前景 植物次生代谢物（plant secondary metabolites）是指植物中一大类并非植物生长发育所必需的小分子有机化合物，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。植物次生代谢物种类繁多，化学结构迥异。现在，已知大约有10，000种次生代谢物，包括酚类、黄酮类、香豆素、木脂素、生物碱、糖苷、萜类、甾类、皂苷、多炔类、有机酸等，可分为酚性化合物、萜烯类化合物、含氮有机物三大类。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，对植物在其生态系统中的生存起作用，如抗虫、抗病、异株相克、吸引昆虫授粉、与共生微生物相互作用等。 植物次生代谢物的应用，其历史悠久，各民族传统草药和香料的有效成分大多是植物次生代谢物。现在，这些天然产物仍在人的生活中起着重要的作用，尤其是为医药、轻工、化工、食品及农药等工业的发展所必不可少的。以医药为例，至今人们依赖于从植物中提取的重要的药物就有五十多种。随着“重返大自然”的呼声日益高涨，人们已认识到：现在是从高等植物的次生代谢产物中去寻找、开发新药的

时代。然而，长期不当采集致使生态环境受到破坏，许多野生植物趋于濒危，有些需要特殊环境的植物人工引种困难。能够引种栽培的植物要占用大量的农田，加之人工栽培受环境的制约，次生物的含量和质量不稳定。此外，在通常的情况下，天然植株中目的次生产物含量过低（如紫杉醇），在对资源植物有效成分分析的基础上，采用化学合成的方法，又会遇到工艺流程复杂、成本高、合成过程中形成同分异构体及造成环境污染等许多问题。近年来，随着对植物代谢生理生化及生态适应方面认识的深入，以及分子生物学的渗透，将外源新基因转入植物现在已属常规的操作，基因枪轰击和根癌农杆菌介导是最常用的方法，植物次生代谢分子生物学研究发展迅速。以基因工程大规模生产次生代谢产物，其具有诱人的前景。 应用次生代谢工程改良植物性状的可能性有多种多样：使内源性抗性化合物（如植物抗毒素）在高水平上表达，表现出更高的抗虫抗病能力，提高产量和质量；在花卉栽培中培育出新的花色、花香；提高水果的口感；降低食品和饲料中有毒成分的含量；提高有益成分的含量。药用植物的代谢工程是针对提高某种重要次生代谢物或者其前体的含量的，以期解决药源问题。紫杉醇是获得美国FDA(1992)认证的优良抗肿瘤药物。由于紫杉醇结构复杂，化学全合成步骤多，产量低，而且成本很高。目前，临床上使用的紫杉醇，主要是从红豆杉属植物的树皮、枝叶等组织中分离提取获得的，也有部分是以红豆杉组织粗提液中的紫杉烷类物质为前体，通过化学半合成得到。但是红豆杉植物生长缓慢，紫杉醇的含量非常少，大量砍伐、毁坏，会导致红豆杉资源趋于枯竭。为寻找紫杉醇及其半合成前体的继续稳定供应的渠道，人们纷纷把眼光转向生物技术方法，如组织器官培养、细胞大规模培养、微生物发酵等。阐明紫杉醇生物合成途径及其调控机制，实施次生代谢工程，是应用生物技术方法大量生产紫杉醇的重要措施。为此，各国科学家付出艰辛努力寻找新的药源和替代物，其中对紫杉醇生源途径的研究处于核心地位。红豆杉树皮中紫杉醇的含量为万分之二，其在国际市场上售价为20万美元/kg，远远不能够满足市场需求。如果能够用基因工程的方法提高其含量，将具有巨大的经济效益和社会效益。 2. 3 代谢工程 大量的天然产物都由相似的基本骨架经过不同的结构修饰而成, 催化这些修饰过程的酶大多具有底物特异性。近年来对次生代谢途径的研究有了长足的进展, 但是在代谢途径的总体调控以及次生代谢途径之间的协调等方面, 仍然了解甚少。最近, 科学家非常重视预见性代谢工程[20] , 即利用系统生物学的方法来整合代谢组、蛋白组和转录组的分析数据, 从而在代谢网络的水平上进行反复的系统模拟, 最终得到比较接近真实状态的结果。现有的各种数据库和仪器分析手段已经使这样的系统分析在一定程度上成为可能。近年来通过代谢工程改善植物品质已经有一些成功的例子, 如将胡萝卜素代谢途径在稻米的胚乳中表达, 创制了金色稻米( golden rice) , 为提高某些不发达地区人群胡萝卜素摄入量开辟了一个新的途径[21] 。我国唐克轩课题组通过基因工程显著提高了颠茄毛状根莨菪烷类生物碱的合成与积累。最近, 美国加利福尼亚大学伯克利分校的Jay D. Keasling 等采用一系列的转基因调控方法, 通过基因工程酵母合成了青蒿素的前体物质) ) ) 青蒿酸, 其产量超过100 mg/ L, 为有效降低抗疟药物的成本提供了机遇。此外, 植物次生代谢的酶类还可以用于环境修复[ 23] 、工业生物技术等其他目的[ 20] 。

毕业论文(生物技术在药用植物中的应用及研究进展)

毕业论文

生物技术及应用论文关于生物技术的论文 生物技术在药用植物中的应用及研究进展 摘要：参阅大量文献资料对近年来生物技术在我国药用植物研究中的应用进展进行了综述。从组织培养技术在药用植物中的应用、细胞培养的研究概况、基因工程和分子生物学在药用植物中的应用等内容出发，指明了生物技术在我国药用植物中的应用前景。 关键词：中草药；生物技术；组织培养；基因工程 我国野生药用植物种质资源非常丰富，已发现11 000多种药用植物，种类和数量均居世界首位，为我国研制新的天然药物奠定了良好的资源基础。但传统的中草药获取方法是以采集和消耗大量的野生植物资源为代价的，当采集和消耗量超过自然资源的再生能力时，必然会导致物种濒危甚至灭绝。为了解决药用植物的供需矛盾，人们多采用人工栽培的方法扩大药源，但在人工栽培药用植物时又面临着花费时间长、繁殖系数小、耗种量大、种子带病与农药残留等问题，严重影响了产量和品质。近年来，生物技术的兴起，为我国药用植物的研究和发展提供了良机和手段。 1 植物组织培养 1.1历史与现状

近40年来，植物组织培养已成为生物学科研究的重要技术手段，并在农业、林业、医药业等行业中被广泛应用，产生了巨大的经济效益和社会效益。而我国药用植物组织培养的研究，可以追溯到20世纪60年代。1964年。中国科学院上海植物生理研究所罗士韦教授等首先报道了人参组织培养获得成功的研究成果。到目前为止，已有100多种药用植物通过离体培养获得试管植株，其中大多数为珍贵的药用植物。其中有的还利用试管繁殖技术用于生产栽培种植药材，如苦丁茶、芦荟、怀地黄、枸杞、金钱莲等。宁夏农林科学院枸杞研究所利用试管繁殖与嫩枝扦插相结合的方法繁殖新品种宁杞1号和宁杞2号苗木100多万株，加速了该品种的推广。 1.2组织培养技术在药用植物中的应用 1.2.1 药用植物种苗的快速繁殖利用植物组织培养技术进行药用植株无性繁殖来解决药用植物天然资源不足这一棘手问题，具有成本低、效率高、生产周期短、无性遗传特性一致的优点。特别是对某些种子繁殖慢、难繁殖的药用植物。组织培养通过选择材料的部位(如根、茎、叶的段、片、块等)，运用培养基获得芽体，最后培养成为植株。现在已经在药用植物中广泛应用，已在上百种药用植物上成功完成组织培养。 1.2.2无性植株的再生无性植株的再生是对植物通过组织培养和遗传工程进行品种改良的一个先决条件，也是实现获得大量人工种苗的重要途径，目前我国药用植物用组织培养技术繁殖的无性系可概括

基因工程在药用植物次生代谢物研究中的应用

基因工程在药用植物次生代谢物研究中的 应用

基因工程在药用植物次生代谢物研究中的应用 摘要： 目的：药用植物遗传背景基础资料缺乏，对其次生代谢途径及其调控机制的认识不够深入，阻碍了细胞或组织培养、代谢工程等在获取高价值次生代谢物上的广泛应用。功能基因组学方法，尤其cDNA-AFLP 转录轮廓分析和代谢组学的整合运用，将次生代谢物的变化与相关基因的表达相关联，在挖掘次生代谢物生物合成相关基因、探索次生代谢途径方面展现出广阔的应用前景，是植物次生代谢物研究的新趋势和重要手段之一，将有力地促进药用植物资源更好的开发利用。植物在长期进化过程中与环境相互作用，产生大量不同种类的小分子有机化合物——次生代谢物(secondarymetabolites)。 【关键词】次生代谢物；功能基因组学；转录组学；代谢组学；代谢工程 植物在长期进化过程中与环境相互作用，产生大量不同种类的小分子有机化合物——次生代谢物(secondary metabolites)。次生代谢物在植物适应特殊生态环境、对抗生物或非生物压力等方面发挥着重要作用，如抵御病虫害、适应生态环境变化、诱导授粉或防紫外线灼伤等[1-2]。很多次生代谢物化学结构复杂而独特，具有特殊的生物活性，是药用植物的主要活性成分[3]。药用植物在药物研发中应用广泛，是传统中药主要来源，其次生代谢物是新药、新先导化合物(drug leads)、新化学实体(new chemical entities，NCEs) 的重要来源[4-5]。 从生物合成的起源来看，药用植物次生代谢物可分为5大类：多聚酮类(polyketides)、异戊二烯类(isoprenoids)、生物碱类(alkaloids)、苯丙烷类(phenyl propanoids)、黄酮类(flavonoids)。多聚酮类由乙酸-丙二酸途径(acetate-malonate pathway)产生；异戊二烯类（包括萜类和固醇类）由五碳前体异戊烯焦磷酸(isopenteny l diphosphate，IPP）经过经典的甲羟戊酸途径(mevalonic acid pathway，MVA pathway)或MEP 代谢途径 (methyl-erythritol phosphate pathway)产生；生物碱类由不同种类的氨基酸合成；苯丙

药用植物与生药学复习题

药用植物与生药学复习题绪论 1.药用植物学研究的内容？ 2.生药学研究的内容？ 3.什么是中药和草药？ 4.什么是道地药材？ 植物的细胞 1.什么是模式细胞？ 2.原生质体及后含物的含义？ 3.淀粉粒有哪几种类型？ 4.晶体有哪几种类型？ 5.纹孔有哪几种类型？ 6.细胞壁特化有几种类型？分别是如何形成的？如何鉴别？ 植物的组织 1.分生组织细胞有什么特点？ 2.气孔有哪几种轴式？ 3.简述腺鳞与腺毛的异同点？ 4.周皮包括那几层结构？ 5.皮孔是怎样形成的？ 6.分泌腔有几种类型？如何鉴别？ 7.无节乳汁管是怎样形成的？ 8.举例说明晶鞘纤维的含义（解释晶鞘纤维，并举例？） 9.输导组织包括那些结构？ 10.维管束有哪些类型？ 根的形态与显微构造 1.解释主根、测根、纤维根、定根、不定根、根系？

2.根冠的构造包括那几部分？ 3.根的初生构造特点？ 4.什么是凯氏带？凯氏点？ 5.什么是通道细胞？ 6.侧根的发生位置？ 7.根的次生构造特点？ 8.根的初生构造于根的次生构造有什么区别？ 9.什么是根被？ 10.植物学的上根皮与药材学上根皮有什么区别？ 11.举例说明根的异常构造的特点？ 茎的形态与显微构造 1.茎与根的区别？（茎的特征与习性，根的特征与习性） 2.双子叶植物茎的初生构造特点？与根的初生构造的区别？ 3.双子叶植物茎的次生构造特点？与初生构造的区别？与根的次生构造的区别？ 4.年轮是如何形成的？ 5.什么是早材？什么是晚材？什么是心材？什么是边材？ 6.树皮的两种含义？ 7.以黄连为例说明双子叶植物根茎的构造特点？ 8.以大黄为例说明双子叶植物根茎的异常构造特点？ 叶的形态与显微构造 1.什么是掌状网脉？什么是羽状网脉？ 2.如何鉴别单叶与复叶？（试述单叶与复叶的区别） 3.什么是蒸腾作用？有什么意义？ 4.双子叶植物叶片的构造分为哪三部分？各有什么特点？ 5.单子叶植物叶片的构造特点？ 6.什么是等面叶？什么是异面叶？ 7.什么是泡状细胞？在何类植物体中？有什么生理意义？

植物次生代谢产物造福人类的研究

植物次生代谢产物造福人类的研究 1.植物次生代谢产物的作用 次生代谢过程被认为是植物在长期进化中对生态环境适应的结果，它在处理植物与生态环境的关系中充当着重要的角色。许多植物在受到病原微生物的侵染后，产生并大量积累次生代谢产物，以增强自身的免疫力和抵抗力。 2.植物次生代谢产物分类 这些次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、类萜、甾 体及其甙、生物碱七大类。还有人根据次生产物的生源途径分为酚类化 合物、类萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类，其中像单宁类、类黄酮又都属于酚类化合物，酚类化合物占植物次生代谢产物的70%。 3.植物次生代谢产物研究成果 对于植物次生代谢产物，多数专家教授都对此做过深入的研究，研究成果广泛用于人类生活。造福人类的最显著成果，当属诺贝尔奖获得 者：屠呦呦女士，屠呦呦女士研究的抗击疟疾的青蒿素，为我国赢得了 荣誉、为世界的医学研究以及疟疾治疗都做出了突出贡献。也让我国的 其他研究专家和研究成果受到了世界瞩目，其中通过特定的提取技术， 将植物的次生代谢产物也就是植物在生命活动中受到威胁而产生的抗体 运用到人类生活各个方面的研究是未来重点研究课题，这个利用植物代 谢抗体做研究的已有开发立项，可换称之为一种植物抗生素及其应用， 已列为国家发明专利。 4.植物次生代谢产物对人类的可用之处 一篇植物酚类物质研究文献中提到酚类物质在人和动物中的营养功能，

由于酚类物质结构中含有较多的羟基，因此表现出很强的抗氧化作用，在流行病学上发现类黄酮投入的量和心脏病、中风、肺癌、胃癌发生率成反比，所以有所谓的“法兰西困惑”现象，法国人经常饮用葡萄酒，而红葡萄酒中含有大量的多酚类物质如原花色素、儿茶素等，这些物质能预防冠心病，抑制血管动脉粥样硬化，从而延长人的寿命。而此研究专利利用植物次生代谢产物中：酮类、醌类的杀菌复合机理，酚酸的杀菌作用以及祛味、滋阴功效，类黄酮的抗炎症、抗变性、抗肿瘤、抗病毒的作用已运用于生物医学板块抗击HPV病毒、子宫癌、宫颈与阴道炎症等女性生殖道疾病，滋养保护女性生殖道。 多聚体单宁类与蛋白质发生聚合反应产生收敛作用可使粗大毛孔收缩、绷紧而减少细纹，单宁对紫外线光区有强烈的吸收作用，对紫外线的吸收达98%以上，是天然防晒佳品，单宁有它特有的分子结构及功能集保湿、除皱、美白、防腐作用于一体运用于化妆品板块皮肤护理，缓解因环境及敏感肌自身问题带来的各种皮肤问题。 5.展望 植物的次生代谢产物，由于其具有的多种活性，在医药化工，农家肥，化妆品等领域都得到了广泛的应用。随着基因组学，蛋白质组学等现代生物技术的快速发展，植物中各种次生代谢产物的种类、结构、含量以及他们的代谢途径、互作方式等研究将逐步得以深入，有助于未来各种植物代谢产物的定向合成和利用。进而使植物代谢产物呈现出更加广阔的应用前景。 以下是国家发明专利： 专利号：zl200610044372.x

植物次生代谢物质种类及结构

植物次生代谢物质种类及结构 次生代谢产物的化学结构差异很大，通常归为萜类化合物（萜类、甾体类）、酚类化合物（苯丙烷类、醌类、黄酮类、鞣质）、含氮化合物（生物碱、氰苷、芥子油苷、非蛋白氨基酸）和其他次生代谢产物四大类。 （1）酚类 广义的酚类分为黄酮类、简单酚类和黄酮类。黄酮类是以一大类苯色同环为基础，具有C3、C6、CH6结构的酚类化合物，其生物合成的前体是苯丙氨酸和乌龙基辅酶A。根据在B环上的连接位置的不同可分为2-苯基衍生物（黄酮、黄酮醇类）3-苯基衍生物（异黄酮）和4-苯基衍生物（新黄酮），很多黄酮类成分用于心血管疾病的治疗，如槐树槐米中的芦丁是用于治疗毛细血管脆性引起的出血症及辅助治疗高血压，许多异黄酮是植保素。 简单酚类是含有一个被烃基取代苯环的化合物，某些成分有调节植物生长的作用，有些是植保素的重要成分。 醌类化合物是有苯式多环烃氢化合物（如萘、蒽等）的芳香二氧化物。醌类的存在是植物成色的主要原因之一，有些醌类是抗菌、抗癌的主要成分，如胡桃醌和紫草宁。 举例 （1）苦荞麦中含有黄酮类物质，主要成分是芦丁。芦丁含量占总黄酮的70～90%，芦丁又名芸香甙、维生素P，具有降低毛细血管脆性和异常通透性，改善微循环的作用，在临床上主要用于糖尿病、高血压、高血糖等的辅助治疗。而芦丁在其它谷物中几乎没有。 （2）胡桃醌作为氢化胡桃醌（三羟基萘）的苷存在于胡桃科植物胡桃及其同属植物黑核桃的未成熟的外果皮（青皮）中。可从天然物质中分离，也可化学合成。桃醌具有止血和抗菌活性，也曾用于治疗湿疹、牛皮和发癣。 （2）萜类化合物

萜类化合物是由异戊二烯单元（5碳）组成的化合物，通过异戊二烯途径（又称甲羟戊酸途径），由2个、3个或4个异戊二烯单元分别组成产生的单萜、倍半萜和二萜称为低等萜类。单萜和倍半萜是植物挥发油的主要成分，也是香料的主要成分，许多倍半萜和二萜化合物是植保素。一些萜类成分具有重要的药用价值，如倍半萜成分青蒿素是治疗疟疾的最佳药物，抗癌药物紫杉醇是二萜类生物碱，存在于裸子植物红豆杉中。 甾类化合物和三萜的合成前体都是含30个碳原子的鲨烯，高等萜类。甾类化合物由1个环戊烷并多氢菲母核和3个侧链基本骨架组成植物体内三萜皂苷元和甾体皂苷元分别与糖类结合形成三萜皂苷如人参皂苷和薯蓣皂苷等。 举例 （1）青蒿素来源主要是从青蒿中直接提取得到；或提取青蒿中含量较高的青蒿酸，然后半合成得到。除青蒿外，尚未发现含有青蒿素的其它天然植物资源。主要用于间日疟、恶性疟的症状控制，以及耐氯喹虫株的治疗，也可用以治疗凶险型恶性疟，如脑型、黄疸型等。亦可用以治疗系统性红斑狼疮与盘状红斑狼疮。 （2）紫杉醇是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物, 也是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物。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。 （3）含氮有机物 含氮有机化合物中最大的一类次生代谢物质是生物碱,是一类含氮的碱性天然产物,已知的达5500种以上。按其生源途径可分为真生物碱、伪生物碱和原生物碱。真生物碱和原生物碱都是氨基酸衍生物,但后者不含杂氮环。伪生物碱不是来自氨基酸,而是来自萜类、嘌呤和甾类化合物。许多生物碱是药用植物的有效成分,如小檗碱、莨菪碱等,还有些是植保素。 含氮有机化合物还有胺类、是NH3中的氢的不同取代产物;非蛋白氨基酸,即蛋白质氨基酸类似物;生氰苷,即植物生氰过程中产生HCN的前体物质如苦杏仁苷和亚麻苦苷。 举例

光对药用植物次生代谢产物形成与积累影响的研究进展

光对药用植物次生代谢产物形成与积累影 响的研究进展 植物次生代谢的概念最早于1891 年由Kossel 明确提出，它是相对于初生代谢或基本代谢而言的。植物的次生代谢是植物在长期进化中与环境相互作用的结果，次生代谢产物在植物提高自身保护和生存竞争能力、协调与环境关系中充当着重要角色。 植物生长发育过程中经常受到各种环境胁迫。植物次生代谢产物（Secondarymetabolites）是由次生代谢（Secondarymetablism）产生的一类细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子有机化合物，是植物对环境的一种适应。次生代谢产物通常也是中药的主要药效成分，次生代谢产物在药用植物体内的分布和代谢及次生代谢产物的分类、化学、药理药效等已进行了大量研究，但对研究环境胁迫对中药次生代谢产物积累的影响刚刚起步。 研究逆境条件下药用植物次生代谢产物的产生和积累变化以及药效成分变化的机制，可为药用植物栽培环境的选择以及相适应的栽培技术制定提供理论依据，这将有利于传统中药药源植物的标准化和目标化种植，并对中药材质量控制及可持续利用具有重要意义。 光照对药用植物次生代谢的影响 首先，光强不同对药用植物次生代谢的影响也不同。将虎杖愈伤组织分别于暗光、弱光和强光3个条件下进行培养，结果在弱光条件下培养的虎杖愈伤组织中白藜芦醇的含量最高；遮阴条件下培养的长春花叶片中生物碱和黄酮的合成呈下降趋势，单层遮阴条件下2种双吲哚生物碱（长春碱和长春新碱）含量最高，双层遮阴条件下 2 种单吲哚生物碱（文多灵和长春质碱）含量最高；全光照条件下培养的

长春花叶片中总黄酮含量最高。其次，光质对药用植物次生代谢也有很大影响。与同等光合有效辐射强度的白光相比，白光补充蓝光处理和白光补充红光处理均能使丹参根系中丹酚酸B的含量提高。而将冬凌草再生植株置于不同光质的培养箱中培养30d后，绿光照射条件下冬凌草体内冬凌草甲素和迷迭香酸积累量最高，其次为白光，而红光条件下2种次生代谢产物的积累量最低。 此外，光照时间是影响药用植物次生代谢的另一个重要因素，因此根据药用植物开花所需时间的长短将其分为长日照植物、短日照植物和中间性植物。对于某些药用植物来说，适当缩短或延长光照时间，其药用次生代谢物的含量也随之改变，如长日照可提高许多药用植物酚酸和黄酮类化合物的含量。 光照胁迫对次生代谢产物的影响 光照是植物生长所必需的，在植物生长发育及初生代谢中起重要作用。在植物化学生态研究中，光照也是广泛受到重视的生态因子，它影响着许多植物次生代谢过程。很多情况下适当改变光照强度、光照时间及光质，在一定程度上可刺激药用植物体内次生代谢产物的合成和积累。王洋等研究发现喜树幼苗叶片的喜树碱含量随着遮阴程度的增加而增加，当光强为全光照的40％时喜树碱含量显著增加，但光强为全光照的20％时（严重遮阴），喜树碱含量降低，分析认为喜树碱含量的变化是喜树幼苗通过次生代谢过程对不良环境（遮阴）的一种适应性反应。广西莪术为阳生植物，陈旭等研究发现，通过人为的遮阴使其光照强度减少至自然光照强度的85％，该环境条件下莪术挥发油和莪术醇含量最高。王华田等有相似的报道，银杏叶片中的黄酮和内酯含量受光照强度的影响，人为遮阴处理后叶片黄酮和内酯含量发生变化，在42％的自然光照强度条件下，黄酮含量和内酯含量最高。

药用植物学答案

《药用植物学》辅导资料 一、选择: 植物的主要化学成分特征是 A黄酮类 B强心苷 C皂苷 D生物碱类 E酚类 2.马兜铃花的特征是 A花被管基部球形 B花被管顶端向一侧扩大 C花被管顶端3裂 D雄蕊12 E雄蕊6 3.具有单性花的科是 A马兜铃科 B蓼科 C小檗科 D葫芦科 E天南星科 4.具有托叶的科是 A豆科 B木兰科 C桑科 D罂粟科 E 蓼科 5.蓼科植物的特征是 A木本植物 B草本植物 C花两侧对称 D花辐射对称 E托叶形成鞘状 6.何首乌花的特征是 A花被外侧3片背部有翅 B花被5裂 C花被6裂 D花被外侧3片背部无翅 E花白色 7.百合科植物的果实是 A瘦果 B蒴果 C胞果 D浆果 E核果 8.商陆科植物的特征是： A单叶互生 B全缘 C单被花 D重被花 E子房上位 的特征是： A草本 B单叶 C复叶 D特立中央胎座 E中轴胎座10.为Campanulaceae的植物是 A太子参 B党参 C沙参 D华山参 E人参11.具有两侧对称花的科是 A毛茛科 B百合科 C豆科 D天南星科 E唇形科12.属于Ranunculaceae的属是 A天南星属 B乌头属 C铁线莲属 D百合属 E黄精属13.花两侧对称的科或属是 A乌头属 B唇形科 C百合科 D木兰属 E忍冬科14.沙参属的特征是 A有白色乳汁 B花钟形 C具心皮柄 D聚合果 E蒴果 的特征是 A草本 B灌木 C雄蕊离心式发育 D具有花盘 E聚合果16.小檗科的特征是 A草本 B灌木 C聚合果 D单雌蕊 E单性花主要特征是 A含有皂苷类化合物 B常为木质藤本 C花单性 D雄花的雄蕊通常6 E伞形花序 属的特征是 A藤本 B乔木 C单性花 D辐射对称花 E浆果19.具油细胞的科是

植物次生代谢物途径及其研究进展_王莉

武汉植物学研究2007,25(5):500～508 Jou r na l of W uhan B ot an ical R esearch 植物次生代谢物途径及其研究进展 王莉1,2,史玲玲1,张艳霞1,刘玉军1* (1.北京林业大学生物科学与技术学院,北京　100083;2.西藏民族学院医学系,西藏咸阳　712082) 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。从植物次生代谢物的分类、代谢途径及代谢调控基因工程等方面展开论述,重点介绍了次生代谢物的生物合成途径,以及利用基因工程等技术对植物次生代谢途径进行遗传改良等方面的研究进展,为全面认识植物代谢网络、合理定位次生代谢及其关键酶、促进野生植物资源可持续利用等提供理论依据。 关键词:次生代谢;代谢频道;调控机制;限速酶 中图分类号:Q946.8 文献标识码:A 文章编号:1000-470X(2007)05-0500-09 B i osynthesis and R egulati on of the Secondary M etabolites i n P l ants WANG Li1,2,S H I Ling-Ling1,ZHANG Yan-X ia1,LI U Yu-Jun1* (1.Co ll ege o fB iol og ical S cie nce and B i otec hno l ogy,B eiji ng Forest ry Un i versit y,Beijing　100083,Ch i na; 2.D e part m en t ofMed i ci ne,Ti bet In s tit u t e for Nati ona lities,X i anyang,T i bet　712082,Ch ina) Abst ract:P l a nt secondar y m etabolis m is r esu lt e d fro m interacti o ns bet w een plan ts and envir on m ents dur- i n g the long-ter m evo l u tion pr oce ss,and is de rived fro m t h e so-called pri m ar y m e tabo lis m.Terpenoids,al- kalo i d s and pheny lpr opanoids are the m ai n t h r ee types of p lant secondar y m etabolites,t h eir m etabo lic pathw ays m ostly exist in a w ay ofm etabo lic channels,and t h e pa t h w ay s po ssess characte ristics o f the spe-cies,the genus and t h e phase o f gro w t h and developm en.t The p r esent pape r carried out discussions on the classification of p lant seconda r y m e tabo lites,the m e tabo lic pathw ays and t h e gene eng i n ee ring ofm etabo lic r egu l a ti o ns.In order t o pr ovide t h eo r e tica l bases fo r co m pr ehensi v e l y understanding t h e plantm e tabo lis m net w or k,the ir r easonab l e positioning o f secondary m e tabo lis m and its key enzym es,and for sti m ulating the sustainab le exploration o fw il d p lant r esources,the d iscussions we r e e mphasized on biosynthe tic pathw ays of t h e secondar y m e tabo lites and so m e o ther aspects including gene tic i m pr ove m ent stra t e gies on plan t secondar y m e tabo lic pa t h w ays by using gene-engineeri n g techno logy. K ey w ords:Secondary m etabolis m;M e tabo lic channe l;Regu lation m echanis m;Rate li m iti n g enzym e 植物次生代谢(secondary m e tabo lis m)是由初生代谢(pri m a r y m e tabo lit e)派生的一类特殊代谢过程[1](见图1),是植物在长期进化中与环境相互作用的结果。近来的研究发现,植物次生代谢物(sec-ondar y m e tabo lite)在植物生命活动的许多方面均起着重要作用,且部分是植物生命活动所必需的[2]。例如,吲哚乙酸、赤霉素直接参与生命活动的调节;木质素为细胞次生壁的重要组成成分;叶绿素、类胡萝卜素等萜类物质作为光合色素参与光合作用过程等[3]。随着次生代谢产物在医药、食品、轻化工等领域的广泛应用,其物质的种类、代谢途径,以及代谢机理等相关问题亦倍受研究者关注,是植物生理学、植物化学等众多学科的主要研究内容之一。植物次生代谢物的产生和分布通常有种属、器官组织和生长发育期的特异性。目前其分类方法主要有如下三种:①根据化学结构不同,分为酚类、萜类和含氮有机物等[4];②根据结构特征和生理作用不同,分为抗生素(植保素)、生长刺激素、维生素、色素、生物碱与植物毒素等;③根据其生物合成的起始分子不同,分为萜类、生物碱类、苯丙烷类及其衍生物等三个主要类型。笔者将按第三种分类方法对其物质种类、代谢类型等方面的研究进展进行概述。 收稿日期:2007-02-09,修回日期:2007-09-20。 　基金项目:西藏自治区科技厅重大项目(2002-66)资助。 　作者简介:王莉(1972-),女,讲师,理学博士,研究方向为药用植物学。　*通讯作者(E-m ail:y jli u@https://www.wendangku.net/doc/0211736417.html,)。

植物次生代谢产物在生产生活中的应用

植物次生代谢产物在生产生活中的应用 作者：唐璐(2011015292) 地址：西北农林科技大学创新生技113 导教师：韩锋 摘要：次生代谢是植物重要的生命活动, 与植物的生长发育及其对环境的适应密切相关。同时次生代谢产物也是重要的药物和化工原料来源。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，研究意义，类型，功能，应用。 １.植物次生代谢产物 植物次生代谢产物是植物对环境的一种适应，是在长期进化过程中植物与生物和非生物因素相互作用的结果。在对环境胁迫的适应、植物与植物之间的相互竞争和协同进化、植物对昆虫的危害、草食性动物的采食及病原微生物的侵袭等过程的防御中起着重要作用。次生代谢过程被认为是植物在长期进化中对生态环境适应的结果，它在处理植物与生态环境的关系中充当着重要的角色。许多植物在受到病原微生物的侵染后，产生并大量积累次生代谢产物，以增强自身的免疫力和抵抗力。植物次生代谢途径是高度分支的途径，这些途径在植物体内或细胞中并不全部开放，而是定位于某一器官、组织、细胞或细胞器中并受到独立的调控。它们是细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。这些次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、类萜、甾体及其甙、生物碱七大类。还有人根据次生产物的生源途径分为酚类化合物、类萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类，据报道每一大类的已知化合物都有数千种甚至数万种以上。 ２. 植物次生代谢研究的意义 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。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。 ３.代谢产物在生产生活中的应用 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。产物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力、抵御天敌的侵袭，增强抗药病性等方面起着重要作用。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、化工、食品及农药等工业提供了宝

生药学及药用植物学

生药学及药用植物学 一、考试的总体要求 应系统掌握药用植物与生药学的基本知识。掌握药用植物细胞、组织和器官的特征与显微构造。掌握药用植物分类学的基本知识和分类方法。掌握生药的记载与分类、生药的鉴定、采收、加工与贮藏、中药的炮制等基础知识。对常用的生药应熟悉其来源、性状、显微特征、理化鉴别、化学成分、药理活性、性味功效等。此外，要了解药用植物生物技术、资源保护与可持续利用、以及生药的质量标准与控制等内容。二、考试的内容和比例 1. 药用植物学基础：包括药用植物的细胞和组织、根、茎、叶、花、果实、种子的形态与显微构造、药用植物分类概论。以上内容重点掌握基本的概念、形态和显微特征，以及植物分类的基础知识。 3. 生药学基础：包括生药的分类与记载、生药的化学成分及其生物合成、生药的鉴定、生药的采收、加工与贮存、中药的炮制、生药质量标准的制定与控制。其中生药的分类与记载、生药的鉴定、中药的炮制作为生药学的重点。 3. 药用植物重要类群与重要生药：包括低等药用植物和高等药用植物、动物类和矿物类生药。重点为重要药用植物的科属特征、亲缘关系与性状特征、重要生药的来源、性状、显微特征、理化鉴别、化学成分、药理活性、性味功效等。以真菌、裸子植物、被子植物为重点。重点掌握以下药材，冬虫夏草、麻黄、银杏、大黄、何首乌、黄连、白芍、厚朴、板蓝根、山揸、黄芪、甘草、黄柏、人参、三七、当归、川芎、柴胡、马钱子、龙胆、薄荷、丹参、黄芩、洋金华、地黄、金银花、天花粉、桔梗、红花、半夏、川贝母、砂仁、莪术、天麻、鹿茸、麝香、牛黄、朱砂等。 4. 药用植物生物技术：包括药用植物组织和细胞培养、药用植物的基因工程。重点掌握基本概念，并与中药现代化相联系。 5. 生药资源的开发利用和保护：包括生药资源的状况和开发利用方法与途径、生药资源的保护现状及可持续利用的对策与措施。重点掌握基本概念，并与中药现代化相联系。 考试时间3小时，满分100分

02植物次生代谢产物的主要类群

2 植物次生代谢产物的主要类群 2.1 萜类 (terpene) 2.2 甾体类 (steroid) 2.3 苯丙烷类 (phenylpropanoid) 2.4 醌类 (quinonoid) 2.5 黄酮类 (flavonoid) 2.6 鞣质 (tannin) 2.7 生物碱 (alkaloid) 2.8 氰苷、芥子油苷、非蛋白氨基酸 (cyanogenic glycoside, glucosinolate, nonprotein amino acid) 次生代谢产物的化学结构差异很大，通常归为萜类化合物（萜类、甾体类）、酚类化合物（苯丙烷类、醌类、黄酮类、鞣质）、含氮化合物（生物碱、氰苷、芥子油苷、非蛋白氨基酸）三大类 除以上三大类外，植物还产生多炔类、有机酸等次生代谢物质 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 有机酸广泛分布于植物各部位，一些有机酸如茉莉酸在植物信号传递中起重要作用 根据结构特征和生理作用也可将次生代谢产物分为抗生素（植保素）、生长刺激素、维生素、色素、生物碱与毒素等不同类型 3.1 萜类 terpene ?萜类或类萜在植物界中广泛存在，由异戊二烯组成，有链状的，也有环状的，一般不溶于水 ?萜类种类依异戊二烯数目而定，有单萜、倍半萜、双萜、三萜、四萜和多萜之分 ?萜类的生物合成有两条途径：甲羟戊酸途径和丙酮酸/磷酸甘油醛途径，前者研究得比较清楚，后者仍有些未明，两条途径都是经过异戊烯基焦磷酸（IPP）进一步合成各种萜类化合物 3.1.1 单萜（monoterpene） ?单萜广泛存在于高等植物中，多分布于樟科、松科、伞形科、姜科、芸香科、桃金娘科、唇形科、菊科的植物中?单萜常温下一般是挥发性液体，沸点140-200℃。有的单萜与糖结合成苷，则不具有挥发性 ?单萜依据碳架可分为链状、单环、双环和三环4个大类 3.1.1.1 链状单萜 ?月桂烯（杨梅烯，myrcene）广泛存在于植物界，杨梅叶、松节油、黄柏果油、桂油、柠檬草油、啤酒花油和芫荽油等挥发油中含有；是香料工业中重要的反应中间体 ?芳樟醇（linalool）(里哪醇、沉香醇) 化学名：3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇，具一个手性碳原子，有一对对映异构体。(-)-(R)-芳樟醇存在于香紫苏油、香柠檬油、芳樟油中， (+)-(S)-芳樟醇存在于芫荽油、桔油及素馨花挥发油中。芳樟醇具有抗菌、抗病毒和镇静等作用。芳樟醇对正常人体的心脏和呼吸功能具有较明显的抑制作用，具降压作用；具有优美而偷快的花香香气不同旋光性的芳樟醇具有不同的香气。用于多种香型的香精调配，如百合、丁香、橙花等各种香精。是合成芳樟醇类香料化合物和维生素E、A的重要原料。世界上每年耗用量数万吨，产值数亿美元。我国每年需要量达400吨，主要依靠进口（林耀红，1997）。西南化工研究院于1997年底投资1000余万元，建设年产1000t芳樟醇生产装置，该装置1999年已建成投产 芳樟醇与茶叶：茶叶中的芳樟醇具铃兰香气，系阿萨姆种及我国大叶种茶香气中含量最高的物质，其含量在新梢各部位的分布表现为芽>第一叶>第二叶>第三叶>茎，各季含量以春茶最高，夏茶最低，加工过程中，芳樟醇大量产生于揉捻及发酵工序 芳樟醇还有四种顺式和反式毗喃型及呋喃型氧化物。 ?柠檬醇，顺式异构体称为橙花醇（nerol），反式异构体称香叶醇或牦牛儿醇（geraniol），均有玫瑰香气。橙花醇的香气更为柔和，常用于香水配方。 ?柠檬醛（citral），反式的习称香叶醛（geranial），顺式的称橙花醛（neral）。柠檬醛通常为混合物，以橙花醛为主，具有柠檬香气 ?香叶醇（ geraniol ）：香叶醇是玫瑰中的主体花香成分，是中小叶种茶叶中的主要香气成分，具典型玫瑰香型。祁门红茶中香叶醇含量极高。香叶醇在新梢各部分的含量分布及其季节和加工变化与芳樟醇相似。1990年，Yano 指出香叶醇的前体为香叶基-β葡糖甙；1993年，Guo相继在乌龙茶的研究中分离并鉴定出了香叶基-6-O-R-D-吡喃木糖-β-D-吡喃葡糖甙，第一次发现单萜烯醇配糖体的糖体部分存在非单糖结构。 3.1.1.2 单环单萜 ?柠檬烯（limonene），(+)-柠檬烯在芸香科桔属植物果皮的挥发油中约含90%，(-)-柠檬烯存在于薄荷、土荆芥、缬草的挥发油中 ?萜品醇（terpineol），也称松油醇，存在于樟脑油、八角茴香油及橙花油中，用于香料配制 ?薄荷醇（menthol），又称薄荷脑。由于有3个不对称碳原子，应有4对不同的立体异构体