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

物的含量，不仅具有理论上的可行性，而且已经成为改造物种的有力工具。1.植物次生代谢产物合成途径

了解植物次生代谢合成途径是实施次生代谢工程的基础。尽管在一些动物和微生物中也能分离到一些次生化合物，但目前所发现的次生代谢产物大约有80%来自植物组织。植物合成次生代谢产物的途径主要有苯丙烷代谢途径、异戊二烯代谢途径和生物碱合成途径等，如下图1。

图1 植物主要次生代谢途径[1]

以下介绍几种次生代谢产物合成途径。

1.1黄酮类化合物（flavonoids）

1.1.1黄酮类化合物结构与分类

黄酮类化合物（flavonoids）是一类重要的天然有机化合物, 是植物在长期自然选择过程中产生的一类次生代谢产物。黄酮类化合物具有2-苯基色原酮（flavone）结构，它们分子中有一个酮式羰基，第一位上的氧原子具碱性，能

与强酸成盐，其羟基衍生物多具黄色，故又称黄碱素或黄酮。黄酮类化合物在植物体中通常与糖结合成苷类，小部分以游离态（苷元）的形式存在。依据中央三碳链的氧化程度、B 环连接位置(2-位或3-位)以及三碳链是否成环等特点, 可将主要的黄酮类化合物分为黄酮类、异黄酮类、查耳酮类、花色素类以及黄烷酮类等[2]

绝大多数植物体内都含有黄酮类化合物，它在植物的生长、发育、开花、结果以及抗菌防病等方起着重要的作用。

图2 黄酮类化合物母核结构[2]

1.1.2黄酮类化合物生物合成途径[3]

大量实验证实, 植物黄酮类生物合成的前期途径是相同的, 都是以丙二酸单酰CoA( malonyl CoA) 与香豆酰CoA( coumaro yl-CoA)为直接前体 , 如图3。这两种前体分别与糖代谢、脂质代谢以及氨基酸代谢有关。除了这3种初级代谢外, 黄酮类的生物合成还与某些次级代谢有关。如番茄红素( ly copene ) 的生物合成以乙酰CoA 为前体, 而乙酰CoA 恰好也是类黄酮生物合成的直接前体丙二酸单酰CoA 的来源。经过长期进化, 植物黄酮类合成代谢的后期途径往往产生物种特异性。如异黄酮类( isoflavo noid) 合成代谢途径通常只存在于豆科植物与个别裸子植物中。

图3 黄酮类化合物生物合成途径[3]

1.2萜类化合物（terpenoids ）

1.2.1萜类化合物结构及分类

萜类化合物的分子结构是以异戊二烯为基本单位的,因此其分类依据主要是以异戊二烯单位数目的不同为标准来进行。开链萜烯的分子组成符合通式(C5H8) n ( n ≥2) ,含有两个异戊二烯单位的称为单萜,含有三个异戊二烯单位的称为倍半萜,含有四个异戊二烯单位的则称为二萜 ,以此类推[4]。倍半萜约有7 000 多种, 是萜类化合物中最大的一类。二萜类以上的也称“高萜类化合物”,一般不

具挥发性。此外,有的萜类化合物分子中具有不同的碳环数,因此又进一步区分为链萜、单环萜、双环萜、三环萜等。其中,单萜和倍半萜及其简单含氧衍生物是挥发油的主要成分,而二萜是形成树脂的主要成分,三萜则以皂甙的形式广泛存在。萜类化合物是挥发油（又称香精油）的主要成分，从植物的花、果、叶、茎、根中得到有挥发性和香味的油状物，其作用有一定的生理活性，如祛痰、止咳、驱风、发汗、驱虫、镇痛。

图4 几种萜类化合物的结构[5]

1.2.2萜类化合物生物合成途径[6]

萜类生物合成的前体均为异戊二烯焦磷酸( IPP) , IPP在植物细胞质中通过乙酰CoA起始的甲羟戊酸途径(MVA pathway)合成;在植物质体、细菌、蓝细菌中经由丙酮酸起始的非甲羟戊酸途径( non2MVA pathway) ,亦称5-磷酸脱氧木酮糖途径(DXP pathway )合成(图5) , IPP再经过重复叠加形成一系列异戊二烯二磷酸同系物,在特异的萜类合酶的作用下产生各种萜类的骨架(图6) 。高等植物中的单萜和二萜合成的IPP来源于DXP途径, 而倍半萜生物合成的IPP 既可来源于MVA途径,也可来源于DXP途径。植物萜类化合物的生物合成受关键酶与限速酶的调控,如转移酶、合酶、环化酶等。其中,关键酶的表达决定代谢途径的启动及相关特定物质的合成,而限速酶的表达则与物质的合成量相关。萜类合酶是萜类生物合成的关键酶,是研究萜类代谢途径的重点。

图5 IPP生物合成的甲羟戊酸途径( a)和非甲羟戊酸途径( b)

图6 由IPP生成萜类化合物

1.3生物碱（alkaloid）

1.3.1生物碱定义及分类

生物碱（alkaloid）是存在于自然界（主要为植物，但有的也存在于动物）中的一类含氮的碱性有机化合物，有似碱的性质，所以过去又称为赝碱。大多数有复杂的环状结构，氮素多包含在环内，有显著的生物活性，是中草药中重要的有效成分之一。具有光学活性。有些不含碱性而来源于植物的含氮有机化合物，有明显的生物活性，故仍包括在生物碱的范围内。而有些来源于天然的含氮有机化合物，如某些维生素、氨基酸、肽类，习惯上又不属于“生物碱"。生物碱的发现始于19世纪初，是人们研究得最早而且最多的一类天然有机化台物。据统计，已知生物碱种类很多，约在2000种以上，有一些结构式还没有完全确定。它们结构比较复杂，可分为59种类型。

生物碱的分类方法较多。按其植物来源可分为茄科生物碱、毛茛科生物碱、百合科生物碱、罂粟科生物碱等；按其生理作用可分为降压生物碱、驱虫生物碱、镇痛生物碱、抗疟生物碱等；按其性质可分为挥发碱、酚性碱、弱碱、强碱、水溶碱、季铵碱等[7]。

药用生物碱临床应用主要表现为抗癌、抗肿瘤、抗病毒、抗菌、抗炎作用，同时还可以作用于神经系统和心血管系统。

1.3.2生物碱生物合成途径

大多数生物碱分子都是由L-氨基酸(如色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和精氨酸等)单独合成,或者与类固醇、类裂环烯醚萜(如次番木鳖苷)或其他类萜配基结合生成。根据合成前体不同,生物碱可分为真生物碱、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,而伪生物碱则不来源于氨基酸,是由萜类、嘌呤和甾类化合物转化而来。普通氨基酸经三羧酸循环一两次转变即可成为具高度特异性的生物碱合成前体。

目前研究发现,植物生物碱的主要类型为萜类吲哚生物碱、苄基异喹啉生物碱、茛菪碱、烟碱和嘌呤生物碱等,这些生物碱在植物体内均有其特定的生物合成途径。如烟碱和茛菪碱等生物碱的合成前体为鸟氨酸,腐胺-N-甲基转移酶、托品酮还原酶、东茛菪胺羟基化酶等为该类物质生物合成的关键酶。

2.药用植物次生代谢工程的主要策略

植物的次生代谢基因工程中, 大多是通过转入某些关键酶的基因或其反义基因, 促进或抑制该基因的表达, 而引起植物次生代谢产物发生改变。分析整个细胞代谢产物的理论合成图（图7）不难发现，调控特殊代谢物积累水平的策略有很多，包括: 代谢产物的生物转化；增强关键酶的表达或活性；阻止关键酶的反馈抑制；降低竞争途径的代谢流向；增强途径中多个基因的表达或活性；增强目

的产物的转运与释放；增加新的支路与产物。

在实际应用中，目前只有部分策略得到了实验的证实，其中关键酶基因的过

量表达应用较多。关键酶往往位于代谢途径中的支路分叉口或合成途径的下游，它们对特定代谢物的合成和积累往往起到限速作用，所以过量表达关键酶基因可大大提高终产物的含量；另外，转录因子可以调控整个代谢途径，这为代谢工程的发展打开了一条快速通道；转运蛋白的过量表达可以快速将有毒的化合物从胞内转运到胞间，也可以增加目的化合物的合成。

3.药用植物次生代谢工程的研究进展

植物次生代谢物的重要应用价值和日益成熟的植物基因工程技术，促进了植物次生代谢工程的研究，人们已经初步完成了黄酮类、生物碱和萜类化合物生物合成途径中多数基因的分离和功能验证工作，并取得了部分研究成果。

（1）植物的次生代谢基因工程中，大多是通过转入或者剔除某些关键酶基因，促进或抑制该基因的表达，而引起植物次生代谢产物发生改变[9]。通过反义RNA 和RNA干涉等技术降低目标基因的表达水平, 从而抑制竞争性代谢途径, 改变代谢流和增加目标物质的含量。

如Davies 等在开白花和深粉红色花的矮牵牛变种中转入苜蓿的查尔酮还原酶( CHS) ,分别得到了开黄色花和浅粉红色花的转基因植株[10]。这是因为转入的查尔酮还原酶与受体细胞自身的查尔酮合成酶协同作用生成了异甘草根亭基质( Isoliquirit igenin) , 而该化合物不能为矮牵牛的查尔酮异构酶催化, 造成6-脱氧查尔酮衍生物的积累。

Allen[11]等研表明, 阻断罂粟中产生吗啡的代谢途径, 会导致香荔枝碱

( reticuline)及其甲酯的积累。

Huang[12]等在大肠杆菌中导入经改造后去掉了氨基端78 个氨基酸的紫杉烯合酶( taxadiene synthase)基因,从而获得了能高效表达的可溶性酶,在胞外可使70%的GGDP生成紫杉烯。

段小瑜[13]等从大豆总RNA 中分离了合成异黄酮的关键酶异黄酮合酶

( isoflavone synthase, IFS) 基因, 含1583个核苷酸, 与已报道的大豆异黄酮合酶基因的核苷酸同源性为92%。

（2）代谢工程不但可以修饰或扩展寄主植物中本身已经存在的途径，还可以转化其他目标植物，在植物细胞内存在反应底物的基础上，使转基因植物启动

新的次生代谢物合成支路[14]。

唐克轩教授课题组[15]将PMT( 1,4-丁二胺-氮甲基转移酶)基因和H 6H (莨菪碱6-β-羟化酶)基因共转化莨菪,使转基因莨菪发根中东莨菪碱含量( 411mg.L-1 )比野生型( 43 mg.L-1 )提高了9倍,大大提高了莨菪烷类生物碱的合成与积累。

将葡萄STS基因转化番茄后不但表达了白藜芦醇及其糖苷衍生物，而且转基因植物抗氧化能力提高两倍[16]。

Jay D Keasling[17]等采用一系列的基因调控方法, 通过基因工程酵母合成了青蒿素的前体物质-青蒿酸。

将胡萝卜素代谢途径下游的四个关键酶(八氢番茄红素合成酶、八氢番茄红素去饱和酶、β- 胡萝卜素去饱和酶和番茄红素环化酶) 基因共同导入水稻中，其协同表达使转基因水稻胚乳中合成和积累了β- 胡萝卜素 (维生素A原)，成为表明黄色、富含VA 的“黄金稻”[18]。

(3) 代谢工程的一个新策略是以信号途径和转录因子为调控靶标。对控制多个生物合成基因的转录因子进行修饰,将更有效地调控植物次生代谢以提高特定化合物的积累[19]。

如对长春花二萜类吲哚生物碱生物合成途径上的、具有AP2 /ERF功能域的转录因子ORCA3 高表达, 会导致几种与二萜类吲哚生物碱生物合成相关基因的过量表达以及二萜类吲哚生物碱累积[20]。

4.问题及展望

近年来, 植物药以其天然低毒的特点倍受青睐，由于部分天然活性物质的作用机理尚不清楚, 要进一步开发植物药物，需要加强深层次的研究，特别应加强关于其构效关系的研究。在弄清构效关系的基础上就能够以所提取的天然活性物质为先导化合物来进行结构改造和结构优化，使其具有针对性和高效性，这样必将会开发出新一代的药物，对新药的发展产生重大的影响。

到目前为止植物细胞中天然活性物质的低产问题也未得到很好解决。植物体内的次生代谢物质的生物合成非常容易受外界因素的影响, 植物次生代谢产物的多样性及其相关酶和基因表达调控的复杂性增加了植物次生代谢工程的难度，人们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，如何掌握好植物次生代谢的调控规律对从药用植物中提取高质量的天然活性

物质有重要意义。

虽然存在着很多问题，但是在植物药功能基因研究中, 与基因组测序相比, 药用植物次生代谢工程的研究是药用植物基因研究中最为活跃的领域, 进展较快,吸引了大批的科研工作者从植物化学、植物生理学、生物化学及分子生物学等方面进行了系列研究, 并取得了一定的实践经验和理论成果。现代科技日新月异, 植物次生代谢基因工程必将为人类更好地利用植物资源做出更大的贡献。

参考文献

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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

植物代谢组学的研究方法及其应用

植物代谢组学的研究方法及其应用 ★★★ BlueGuy(金币+3)不错，谢谢！ 近年来，随着生命科学研究的发展，尤其是在完成拟南芥(Arabidopsis thaliana) 和水稻(Oryza sativa) 等植物的基因组测序后，植物生物学发生了翻天覆地的变化。人们已经把目光从基因的测序转移到了基因的功能研究。在研究DNA 的基因组学、mRNA 的转录组学及蛋白质的蛋白组学后，接踵而来的是研究代谢物的代谢组学(Hall et al.，2002)。代谢组学的概念来源于代谢组，代谢组是指某一生物或细胞在一特定生理时期内所有的低分子量代谢产物，代谢组学则是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科(Goodacre，2004)。它是以组群指标分析为基础，以高通量检测和数据处理为手段，以信息建模与系统整合为目标的系统生物学的一个分支。 代谢物是细胞调控过程的终产物，它们的种类和数量变化被视为生物系统对基因或环境变化的最终响应(Fiehn，2002)。植物内源代谢物对植物的生长发育有重要作用(Pichersky and Gang，2000)。植物中代谢物超过20万种，有维持植物生命活动和生长发育所必需的初生代谢物；还有利用初生代谢物生成的与植物抗病和抗逆关系密切的次生代谢物，所以对植物代谢物进行分析是十分必要的。 但是，由于植物代谢物在时间和空间都具有高度的动态性(stitt and Fernie，2003)。尤其是次生代谢物种类繁多、结构迥异，且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，难于进行分离分析，所以人们一直在寻找更为强大的检测分析工具。在代谢物分析领域，人们已经提出了目标分析、代谢产物指纹分析、代谢产物轮廓分析和代谢表型分析、代谢组学分析等概念。20世纪90年代初，Sauter 等(1991)首先将代谢组分析引入植物系统诊断，此后关于植物代谢组学的研究逐年增多。随着拟南芥等植物的基因组测序完成以及代谢物分析手段的改进和提高，今后几年进入此研究领域的科学家和研究机构将越来越多。 1研究方法 代谢组学分析流程包括样品制备、代谢物成分分析鉴定和数据分析与解释。由于植物中代谢物的种类繁多，而目前可用的成分检测和数据分析方法又多种多样，所以根据研究对象不同，采用的样品制备、分离鉴定手段及数据分析方法各不相同。 1.1样品制备 植物代谢物样品制备分为组织取样、匀浆、抽提、保存和样品预处理等步骤(Weckwerth and Fiehn，2002)。代谢产物通常用水或有机溶剂(如甲醇和己烷等)分别提取，获得水提取物和有机溶剂提取物，从而把非极性的亲脂相和极性相分开。分析之前，通常先用固相微萃取、固相萃取和亲和色谱等方法进行预处理(邱德有和黄璐琦，2004)。然而植物代谢物千差万别，其中很多物质稍受干扰结构就会发生改变，且对其分析鉴定所采用的设备也不同。目前还没有适合所有代谢物的抽提方法，通常只能根据所要分析的代谢物特性及使用的鉴定手段选择合适的提取方法。而抽提时间、温度、溶剂成分和质量及实验者的技巧等诸多因素也将影响样品制备的水平。

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

药用植物辐射育种研究进展【文献综述】

文献综述 生物工程 药用植物辐射育种研究进展 摘要：药用植物辐射育种是提高中药材产量和质量的重要途径，在中药现代化中发挥着相当重要的作用。本文简述了近年来辐射育种技术的发展，以及辐射诱变技术在药用植物中的应用。总结了药用植物辐射育种的现状及问题，并探讨了药用植物辐射育种的发展方向及前景。 关键词：药用植物；辐射育种；应用概况 随着21世纪生命科学研究的深入和仪器分析的发展，全球对药用植物的开发与利用迅速加强。在我国，药用植物经过几千年的应用与发展，已经形成了具有悠久历史的传统中医药。到目前为止，我国已报道并应用的药用植物有11000多种[1]。随着中药的现代化推进，药用植物的大量使用，野生药用植物资源已急剧减少，而栽培的药用植物，由于大量的栽培，导致了品质退化、产量下降、病虫害发生日益突出[2]。为了保证和不断提高药用植物的质量和产量，药用植物的辐射育种得到了广泛关注和重视。 在我国，药用植物的育种工作曾长期停留在以移植和应用农作物传统常规育种技术为主的初级阶段。但近年来，随着生物技术的发展，药用植物的辐射育种工作取得了较大的进展，加速了药用植物新品种选育和良种繁育的进程。本文着重从辐射育种方面介绍目前我国药用植物育种的研究进展。 1 常规育种技术 在我国，药用植物的育种工作曾长期停留在以移植和应用农作物传统常规育种技术为主的初级阶段。随着生物技术的快速发展，通过结合常规育种技术，药用植物的育种工作取得了较大进展，加速了药用植物新品种选育和良种繁育的进程[3]。目前我国的育种方法有：选择育种、杂交育种、诱变育种和生物技术育种。 诱变育种是人为地利用物理诱变因素和化学诱变剂，对植物的种子、器官、细胞以及DNA等进行诱变处理，能在较短时间内获得有利用价值的突变体，可根据育种目标选育新品种[4]。辐射诱变育属于物理诱变育种的其中一种，是利用

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

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

代谢组学在植物研究领域中的应用

Botanical Research 植物学研究, 2016, 5(1), 26-33 Published Online January 2016 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/af10553539.html,/journal/br https://www.wendangku.net/doc/af10553539.html,/10.12677/br.2016.51005 Application of Metabolomics in Plant Research Guixiao La1, Xi Hao1, Xiangyang Li1, Mingyi Ou2, Tiegang Yang1* 1Industrial Crops Research Institute, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou Henan 2China Tobacco Guizhou Industrial Co. Ltd., Guiyang Guizhou Received: Dec. 10th, 2015; accepted: Dec. 25th, 2015; published: Dec. 30th, 2015 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/af10553539.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Metabolomics is an emerging omics technology after genomics and proteomics, which can qualify and quantify all small molecular weight metabolites in an organism or cells in a short time. With the technology development of gas chromatography-mass spectrometer (GC-MS), liquid chroma-tography-mass spectrometer (LC-MS) and capillary electrophoresis-mass spectrometry (CE-MS), and the improvement of data process method and presented huge advantages, plant metabolomics has been used in multiple research fields such as functional genomics, metabolism pathway, crop improvement... In this paper, we reviewed the recent progress in plant metabolomics and the put-ative problem in this research field. Moreover, the application prospects of the plant metabolom-ics were also forecasted. Keywords Metabolomics, Plant, Advance, Prospect 代谢组学在植物研究领域中的应用 腊贵晓1，郝西1，理向阳1，欧明毅2，杨铁钢1? 1河南省农业科学院经济作物研究所，河南郑州 2贵州中烟工业有限责任公司，贵州贵阳 *通讯作者。

药用植物资源研究与进展

药用植物资源研究与进展 教学大纲 学时：36学时考试方式：考试与综述 教学方式：讲授与实习考察主讲老师：王弘 课程类型：本科生选修课 授课对象：药学专业本科生；对中药、天然药物有兴趣的医学部学生 开设目的: 人类面对各种疾病危害、资源危机等严重问题，新的药用资源寻找和可持续开发利用具有非常重要的意义。近年来，随着人们回归自然的意识增强，天然药物在解除疾病危害和医疗保健等方面的优势日益被重视，需求量急剧增加。药用植物资源是自然界生物资源的重要组成部分，是天然药物的主要来源，但由于人们长期的过度采挖，造成生态破坏，致使多种野生资源濒临灭绝。因此如何科学保护利用药用植物资源是天然药物研究领域急待解决的问题。 药用植物资源学研究范围广泛，是采用多学科手段和方法研究植物资源的一门应用性科学。本课程是在介绍药用植物资源学基本概念和方法的同时，注重该领域研究新成果的介绍，并安排一定课时的实习考察，通过学习可以使学生熟悉药用植物资源研究的基本方法，了解该领域研究的新进展，拓宽知识，为今后的研究生学习和从事天然药物相关研究打好基础，因此对于药学院学生有必要学习药用植物资源研究的相关知识。作为一门选修课，也可以满足对中药和天然药物研究有兴趣的医学部学生的需要，广泛的指导人们有方向、有目的探寻新的药用资源，促进药用植物资源的可持续性发展利用。 课程内容 一、概论 4学时 植物资源基本概念 药用植物资源学的发展历史-本草学 药用植物资源的特点与分类 研究现状和存在的问题 二、药用植物资源的分布与优势资源 4 学时 药用植物学和生态学基础知识简介 药用植物资源分布与道地药材

三、药用植物资源的调查和保护 4学时 药用植物资源的调查 药用植物资源的保护 药用植物园和保护区介绍 中药材生产质量管理规范（GAP） 四、药用植物资源化学研究进展 2 学时 植物资源化学的基本知识 药用植物资源化学研究进展 五、药用植物资源的开发与可持续性发展 6学时 植物资源开发的基本原则 药用植物资源的三级开发研究 药用植物新资源的发现 药用植物资源的开发途经- 研究范例介绍 六、民族植物药和国外植物药的研究进展3学时 民族植物药的研究进展 国外植物药的研究进展 七、新技术在药用植物资源研究中的应用 3学时 生物技术、3S技术等在药用植物资源研究中的应用 八、参观与考察 10学时 药用植物园、栽培基地参观 药用植物资源科研及实际应用考察

药用植物代谢组学的研究进展

药用植物代谢组学的研究进展 【摘要】从技术步骤、分析方法以及实际应用三个方面对当前药用植物代谢组学研究领域的一些理论问题和实践中面临的挑战进行综述。 【关键词】药用植物;代谢组学;功能基因组学 代谢组学是对生物体内代谢物进行大规模分析的一项技术[1],它是系统生物学的重要组成部分(如图1所示),药用植物代谢组学主要研究外界因素变化对植物所造成的影响,如气候变化、营养胁迫、生物胁迫,以及基因的突变和重组等引起的微小变化,是物种表型分析最强有力的工具之一。在现代中药研究中,代谢组学在药物有效性和安全性、中药资源和质量控制研究等方面具有重要理论意义和应用价值。另外,在对模式植物突变体文库或转基因文库进行分析之前,代谢组学往往是首先考虑采用的研究方法之一。目前,国外已有成功利用代谢组学技术对拟南芥突变株进行大规模基因筛选的例子,这为与重要性状相关基因功能的阐明和选育可供商业化利用的转基因作物奠定了基础 目前,还有许多经济作物的全基因组测序计划尚未完成,由于代谢组学研究并不要求对基因组信息的了解,所以在与这些作物有关的研究领域具有更大的利用价值,这也是其与转录组学和蛋白组学研究相比的优势之一。代谢组学研究涉及与生物技术、分析化学、有机化学、化学计量学和信息学相关的大量知识,Fiehn[2]对代谢组学有关的研究方向进行了分类(见表1)。 1代谢组学研究的技术步骤 代谢组学研究涉及的技术步骤主要包括植物栽培、样本制备、衍生化、分离纯化和数据分析5个方面(见图2)。 1.1植物栽培 对研究对象进行培育的目的是为了对样本的稳定性进行控制,相对于微生物和动物而言,植物的人工栽培需要考 表1代谢组学的分类及定义略 虑更多的问题,如中药材在不同年龄、不同发育阶段、不同部位以及光照、水肥、耕作等环境因素的微小差异都可引起生理状态的变化,而这些非可控及可控双重因素的影响很难进行精确的控制,从而影响药用植物代谢组研究的重复性。为了解决以上问题,推荐使用大容量的培养箱[3],定时更换培养箱中栽培对象的位置,以及使用无土栽培技术等,Fukusaki E[4]利用无土栽培系统将水和养分直接引入植物根部,并且对供给量进行精确地控制,大大提高了实验的重复性。 1.2样本制备 为了获得稳定的实验结果,样本制备需要考虑样本的生长、取样的时间和地点、取样量以及样本的处理方法等问题,并根据分析对象的分子结构、溶解性、极性等理化性质及其相对含量大小对提取和分离的方法进行选择,逐一优化试验方案。Maharjan RP等[5]用6种方法分别对大肠杆菌中代谢产物进行提取,发现用-40℃甲醇进行提取的效果最好。现阶段代谢组学的分析对象主要集中在亲水性小分子,尤其是初级代谢产物,气相色谱 质谱联用(GC MS)和毛细管电泳 质谱(CE MS)联用都是分析亲水小分子的重要技术。Fiehn O等[6]使用GC MS 对拟南芥叶片中的亲水小分子进行了分析,发现酒石酸半缩醛、柠苹酸、别苏氨酸、羟基乙酸等15种植物代谢物。 1.3衍生化处理 对目标代谢产物的衍生化处理取决于所使用的分析设备,GC MS系统只适

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。

生物技术在药用植物中的应用及研究进展

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

我国药用植物育种的现状与发展前景

我国药用植物育种的现状与发展前景 日期：2009-05-27 作者：高山林来源：《中国农业信息》 摘要：药用植物是中医药事业的原材料，其质量的优劣直接影响中药系列产品的质量和疗效。药用植物的遗传育种工作对提高中药材的产量和质量起着十分关键的作用，是重要的应用基础研究领域。是真正实现我国GAP药材标准化生产的前提和基础。药用植物的遗传和品种改良在国内外均已引起了有关方面的重视。本文对目前药用植物遗传育种的现状和国内外已经取得的工作成果进行了综述，尤其对应用生物新技术进行药用植物育种的成果和今后的研究前景提出了展望和建议。 关键词：药用植物，遗传育种，中药现代化 中医药是我国民族医药的瑰宝，历史悠久,疗效确切,越来越受到世界各国的重视，目前，随着全球人民生活水平的提高和对回归大自然呼声的日益增长，人民对天然药物的向往和需求越来越强烈和迫切。加上目前大部分化学药物都具有一定的毒副作用，对人类的健康产生较大的潜在影响和威胁，而天然药物往往具有确切而稳定的疗效和保健功能，一般较少有毒副作用；因此各国政府和人民越来越多地把健康和保健寄托在天然药物上。近几年来，天然药物研究和开发的产品越来越多，产值正在快速增长。天然药物的原材料主要来自药用植物，因此深入进行药用植物的研究和开发将具有十分重要的意义。为了保证和不断提高药用植物的质量（尤其是有效化学成分的含量）和产量，药用植物的遗传研究和育种改良工作必将提到一个重要的议事日程：现就本人30年来从事药用植物遗传育种方面研究工作的体会、结合目前国内外药用植物遗传育种工作开展的情况和其应用发展前景，提出来进行商榷和探讨。 1 药用植物的特殊性和重要性 药用植物是一类具有特殊用途的经济植物，对人类健康具有重要的医疗和保健作用，尤其在我国，药用植物经过几千年的应用和发展，已经形成了具有悠久历史的传统中医药学，到目前为止，我国已报道应用的药用植物有11000种，中药材是我国药用植物的主要部分，有300多种，而常用的中药材有120多种，是我国中医药事业的原材料，其质量的优劣直接影响中药系列产品的质量和疗效。在中药材的研究和生产方面，药用植物的遗传育种工作是十分重要的应用基础研究。药用植物的品种改良工作在国外已引起了有关方面的重视，1983年联合国工业发展组织（UNIDO）在匈牙利召开的第二次世界药物生产研讨会上，各国专家一致呼吁：重视和加强药用植物的遗传改良工作。植物药在世界上需求量增长很快，而植物药主要分布在亚洲，非洲和拉丁美洲等地区的发展中国家，这些国家拥有极其丰富的药用植物资源，也是全人类的珍贵财产和宝库。因此,发展中国家有条件，也义不容辞地肩负着药用植物遗传资源

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

药用植物内生真菌研究现状及其应用前景

药用植物内生真菌研究现状及其应用前景 摘要：随着对药用植物内生真菌研究的深入，从药用植物内生真菌中寻找新的 生物活性成分已成为研究热点。内生真菌对药用植物的生长及活性成分的形成都 有影响，内生真菌活性成分已成为发现新颖结构化合物及新药物的潜在资源。简 要综述了近年来在内生真菌的分离鉴定、发酵、次生代谢产物、与宿主的关系等 方面的研究进展。 关键词：内生真菌；分离鉴定；发酵；代谢产物；药用价值 1 药用植物内生真菌研究现状 内生真菌（endophytic fungi）是指生活在健康植物的各种组织和器官内部的 真菌，被感染的植物不表现明显的外在病症，可通过组织学方法、从严格表面消 毒的植物组织中分离的方法，以及从植物组织内直接扩增微生物 DNA 的方法来证 明其内生性。内生真菌不但可以自身合成药物活性成分，还具有促进宿主植物合 成活性成分的能力[1]。药用植物内生真菌代谢产物的多样性和新颖性，将为利用 其进行工业发酵，生产新型活性化合物开辟新的途径。 2 药用植物内生真菌的多样性 内生真菌的分离培养是菌株鉴定及其活性物质研究的基础。由于环境的改变，内生真菌的生长及次生代谢产物的数量、种类等都会受到影响[2]。通过形态学观 察和繁琐的生理生化实验，以及分子生物学鉴定方法进行分类鉴定。 3 内生真菌的次生代谢产物及生物活性 3.1抗肿瘤活性物质 某些抗肿瘤药用植物中部分内生真菌能够产生与宿主相同或相似的生理活性 成分，已有不少学者从具有抗肿瘤作用的药用植物中寻找能产生抗肿瘤成分的内 生真菌，并从中发现了一些具有潜在应用前景的抗肿瘤化合物。1993 年 Stierle 等[11]首次从短叶红豆杉（Taxus brevifolio）的韧皮部分离到一株能产紫杉醇的内生 真菌，随后许多学者从不同种红豆杉中也分离得到产紫杉醇的内生真菌。除紫杉 醇外，人们还研究了可以产其他抗肿瘤活性物质的内生真菌，陆续从长春花（Catharanthus roseus）、桃儿七（Sinopodophyllum hexandrum Ying）、美登木（Maytenus hookeri）等药用植物中分离出了能产生抗肿瘤活性物质的内生真菌菌株。这为药用植物内真菌发酵生产抗肿瘤药物奠定了基础。 3.2抗生素类活性物质 药用植物内生真菌可产多种抗生素，能抑制病原体、细菌、真菌、病毒等。 李雅等发现，杜仲内生真菌对植物病原真菌有抑制作用。Castillo 等从蛇藤（Kennedia nigriscans）中分离到一株能抑制多种致病霉菌的内生真菌。Thongchai 等从 Zingiber officinale Rosc 中分离到的内生真菌能够产生明显的抑菌活性，并得 到了具有该抑菌活性的单体化合物[3]。 3.3其他活性物质 研究发现内生真菌还能产生其他活性物质，如降血糖活性物质、免疫抑制剂、抗氧化剂等。Salituro 等从非洲热带雨林植物的内生真菌 Pseudomassaria sp.中分 离到一种非肽类代谢物，可使人的胰岛素受体酪氨酸β- 亚基磷酸化，并使胰岛素 受体的作用底物也磷酸化，从而激活蛋白激酶 B，具有模拟胰岛素的作用，能明 显降低血糖浓度。周生亮发现4株薯蓣（Dioscorea zingiberensis）菌丝和发酵液