网络出版时间：2013-05-06 17:12
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微生物转化植物次生代谢产物研究进展
邹宇1，马堃1，尹冬梅2,*
（1.大连民族学院生命科学学院，辽宁大连116600；2.上海应用技术学院生态技术与工程学院，上海201418）摘要：植物次生代谢产物具有许多重要的生理功能，它的微生物转化成为近年来的研究热点。本文综述了植物次生代谢产物的种类和功能以及微生物转化植物次生代谢产物的类型和特点，展望了微生物转化技术在生物活性物质生产和医药保健品研发等领域的广阔应用前景。
关键词：微生物转化，植物次生代谢产物，研究进展
Research advance of microbial transformation of plant secondary metabolite
ZOU Yu1, MA Kun1, YIN Dong-mei2,*
(1. College of Life Science, Dalian Nationalities University, Liaoning Dalian 116600, China; 2. Ecology School,
Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China)
Abstract: The plant secondary metabolites possessed many important physiological functions and its microbial transformation became a hot research topic in this field in recent years. In this paper, several species and function of plant secondary metabolite had been summarized. Meanwhile, various types and characteristics of microbial transformation of plant secondary metabolite had been introduced. Moreover, it was predicted that microbial transformation would have wide application prospect in production of bioactive substances and development of pharmaceuticals and health foods.
Key words: microbial transformation; plant secondary metabolite; research advance
中图分类号：TS03 文献标识码：A 文章编号：
植物是人类赖以生存的重要物质基础，它不仅提供生命活动所需的碳水化合物、蛋白质和脂类等初生代谢产物，同时也提供许多具有重要生理功能的次生代谢物产物，如生物碱、酚类、萜类和黄酮类等化合物。早在远古时代，人类就将这些植物次生代谢产物用于制作香料和食物防腐等，直到今天，这些次生代谢产物仍然在人类生活中扮演着重要角色[1]。然而，长期盲目采集致使生态环境遭受严重破坏，许多重要的野生植物资源趋于灭绝。而且，在通常情况下，天然植株中具有生物活性的次生代谢产物含量很低，提取成本过高；而采用化学合成法，又会遇到工艺流程复杂、副产物多、易造成环境污染以及存在安全隐患等许多问题[2-3]。面对上述诸多难题，科学工作者探索了应用微生物转化法来获取植物次生代谢产物的新途径。近年来，此领域的研究已取得许多令人鼓舞的进展，本文就此进行综述，旨在为今后的研究提供参考。
1 植物次生代谢产物的种类和功能
植物次生代谢产物种类繁多，结构复杂，包括酚类、黄酮类、糖苷类、萜类、甾类、皂苷类、生物碱等。按照结构和功能植物次生代谢产物可分为酚类、萜类和生物碱三大类。
1.1 酚类物质
广义的酚类化合物分为黄酮类、多酚类和醌类。黄酮类是一大类以苯色酮环为基础，具有C6-C3-C6结构碳架的酚类化合物，很多黄酮类成分用于心血管疾病的治疗，如从槐树槐米中提取的黄酮类物质——芦丁可用于治疗毛细血管脆性而引起的出血症以及辅助治疗高血压等[4]。多酚类是苯环上含有一个或多个烃基取代基的化合物，具有较强的抗氧化能力，可清除的自由基，抑制脂质过氧化，保护细胞免受氧化胁迫损伤[5]。醌类化合物是萘、蒽等苯式多环烃的芳香族氧化物，它的存在是植物呈色的主要原因之一。一些醌类化合物是植物抗菌、抗癌的主要活性成分，如胡桃醌、茜草素、紫草宁等[6]。
1.2 萜类化合物
萜类是由多个异戊二烯单元组成的化合物，通过异戊二烯途径，不同个数的异戊二烯单元分别组成单
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作者简介：邹宇（1979-），男，博士，讲师，研究方向：食品生物技术。
萜、倍半萜、二萜、三萜和甾类等萜类化合物[7]。单萜是植物挥发油和一些香料的主要成分，具有提神醒脑的作用[8]。半萜和二萜化合物是植保素，具有抑菌作用，同时也具有重要的药用价值，如倍半萜成分青蒿素是目前治疗疟疾的最佳药物，而存在于红豆杉中抗癌药物紫杉醇则属二萜类化合物[9]。三萜和甾类化合物的合成前体均为含30个碳原子的鲨烯。甾类化合物由1个环戊烷多氢菲母核和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，该类化合物具有降血脂和抗肿瘤等多种生理功能[10-11]。
1.3 生物碱
生物碱是含氮有机化合物中最主要的组成部分，已知的种类已达5500种以上，按其生源途径可分为真生物碱、原生物碱和伪生物碱[12]。真生物碱和原生物碱都是氨基酸衍生物，区别在于原生物碱不含杂氮环，而伪生物碱则来自嘌呤、萜烯类或甾类化合物。许多生物碱是药用植物的有效活性成分，如小檗碱、莨菪碱等，这些生物碱也是植保素，具有抗菌和消炎等多种生物活性[13]。
2 微生物转化植物次生代谢产物的类型
植物次生代谢产物的微生物转化实质上就是利用微生物所产生的酶系对植物次生代谢产物进行结构修饰的催化反应，其转化的反应类型包括羟基化反应、水解反应、糖基化反应、酯化反应、甲基化反应、去甲基反应等。
2.1羟基化反应
羟基化反应是微生物转化中一种常见的反应，是在分子的特定位置选择性地引入羟基，从而激活化学性质不活泼的C-H键，使该位点羟基化结构具有新的的生物活性，而化学合成很难完成这样直接的羟基化反应。马晶等[14]利用刺囊毛霉AS3.3450 微生物转化甘草次酸，经羟基化反应后生成7-β-羟基甘草次酸，转化效果较好。孙敏鸽等[15]使用荨麻青霉对莪术醇进行微生物转化，从发酵培养液中分离得到 2 种转化产物，经鉴定为3-α-羟基莪术醇和11-R-12-羟基莪术醇，均为羟基化后的新产物。Jekkel等[16]采用链霉菌转化霉酚酸制备抑制免疫力药物霉酚酸酯，其中内酯环侧链的羟基化是该转化中最关键的一步反应。
2.2水解反应
水解反应是将一种化合物拆分为两种或两种以上新化合物的反应过程。人参皂苷是人参中的主要活性成分，具有抗癌、抗氧化及抗衰老等多种生物活性[17]。由于不同植物含有相似糖链的皂苷生物活性不同，因此，希望通过微生物酶的水解作用来对其进行结构改造，以获得高活性的人参皂甙。韩颖等[18]利用人参种植土壤中分离出的127株微生物进行三七茎叶皂苷至高活性人参皂苷C-K的转化，结果表明霉菌M14水解效果较好，转化得率最高。崔宇等[19]利用这株霉菌M14对人参果总皂苷进行生物转化，也成功的制备了人参皂苷C-K。Ye等[20]和Rahman等[21]分别采用犁头霉和镰刀霉也实现了对黄芪皂苷和知母皂苷的水解转化。
2.3 糖基化反应
糖基化反应是生物转化中十分重要且有特殊意义的反应，它可以促使不溶于水的化合物转变为水溶性化合物。糖基化主要是通过羧基或羟基与糖残基直接连接来完成反应。朱宏莉等[22]从几十株霉菌和细菌中筛选出了一株能够转化合成天麻素的华根霉，可将天麻素前体——对羟基苯甲醛进行选择性的还原和糖基化，从而高效的获得天麻素。Li等[23]采用青霉菌和链霉菌混合发酵制得一种具有生物活性倍半萜烯，经质谱分析其是倍半萜烯结合鼠李糖后的糖基化产物。
2.4 酯化反应
酯化反应通常是指醇和羧酸反应生成酯和水，而微生物转化反应中则泛指具有羟基和羧基基团的化合物结合形成酯类活性物质的反应。Wang等[24]对25株真菌发酵穿心莲进行了试验，结果表明毛霉可高效地将穿心莲内的羟基和羧基化合物转化为新穿心莲内酯。Chen等[25]采用小克银霉转化穿心莲制得脱水穿心莲内酯，并通过试验证明其也有较高的抑菌消炎作用。Galal等[26]通过根霉、链霉菌和红酵母三种不同的微生物发酵转化小白菊内酯，均获得成功。
2.5甲基化反应
甲基化反应是甲基化合物将甲基催化转移到其他活性化合物的过程，该反应是对化合物活性部位的一种重要修饰。Heratha等[27]采用毕氏酵母发酵生产抗癌物质黄腐酚，经测定发现发酵液中存在多种甲基化产物，包括甲氧基查尔酮、甲氧基黄烷酮等。王秀伶等[28]比较了32种不同动物肠道微生物菌群对黄豆苷
原的甲基转化情况，其中14种菌群对黄豆苷原的代谢产物中出现了高活性植物雌激素雌马酚，其抗氧化活性比黄豆苷原高100倍以上。
2.6去甲基反应
去甲基反应是将化合物中的甲基去除的转化反应。Dubey等[29]采用巨大芽孢杆菌转化秋水仙碱，通过脱去秋水仙碱3碳位上的甲基制得脱甲基秋水仙碱，优化后的培养基可使秋水仙碱的转化率达到55%。Yang 等[30]利用木霉转化三萜烯，得到三种去甲基化产物，且均表现出强烈的抗艾滋病毒转移酶的活力。
3 微生物转化植物次生代谢产物的特点
微生物转化和化学合成相比较，具有反应条件温和、成本低、副产物少、后处理简单、污染少的优点，能够完成许多化学合成难以完成的反应。
3.1高度的选择性
微生物转化反应的实质是酶的催化反应，由于酶对底物的作用具有高度的专一性，因此微生物转化反应突出的特点是其具有高度的立体选择性和区域选择性。王永宏等[31]通过选用一株高产β-葡萄糖苷酶菌株对栀子进行发酵，使其中的京尼平苷转化为更有应用价值的京尼平，由于对底物的高度选择性，发酵液中副产物少，从而实现了由底物到目标产物的高效转化。付少彬等[32]利用植物内生菌对乌苏酸进行定向结构修饰，得到了活性更好的衍生物，这也是微生物转化对底物结构高度专一的结果。
3.2反应速度快
微生物转化反应速度比化学合成的催化反应速度要快很多，在最适条件下，微生物的酶催化反应能在很短的时间内使底物分子转变成目标产物。董世建等[33]通过微生物转化生产d-伪麻黄碱，在适宜的转化条件下，经过24h能将1000mg/L的1-苯基-2-甲氨基丙酮转化为852.4mg/L的d-伪麻黄碱。王晓玲[34]采用乳杆菌转化芍药苷为更具活性的芍药苷代谢素-I，在温度37℃和pH7.5的条件下，仅需6h可将5mg/mL的底物转化为目标产物。
3.3反应条件温和
微生物转化反应一般都在常温和常压条件下进行催化合成，无需化学合成中所需的高压、高温、强酸和强碱等激烈的反应条件。白藜芦醇具有抗肿瘤、抗氧化、抗血栓和抗过敏等生理功能，是葡萄和虎杖等植物的重要次生代谢产物，Rommel等[35]采用酸水解法从虎杖根茎中制取白藜芦醇，这种方法不仅白藜芦醇产量低，而且酸碱会造成环境污染。袁润蕾等[36]利用根霉菌对虎杖苷粗提物进行液态发酵，使虎杖苷转化成白藜芦醇，此种转化方法简单，条件温和，易于操作。
3.4成本低、得率高
微生物发酵所用培养基大多为农业副产物，具有来源广泛、价格低廉的特点，因此，微生物转化成本较低，如涂绍勇等[37]采用黑曲霉转化沙棘黄酮苷为黄酮苷元以及彭清忠等[38]利用真菌对姜黄素进行去甲基化转化中，均采用马铃薯作为培养基的主要成分。微生物转化是酶的催化作用，这就保证了目标代谢产物的大量富集，而液体的转化环境也便于后期的分离纯化，因此得率较高，如Xu等[39]采用青霉转化京尼平苷为京尼平，转化率达到95%以上。
4 展望
近年来，采用微生物转化法生产植物次生代谢产物的研究方面已取得了一定的进展，和化学合成法相比较，微生物转化法具有明显优势，其工业应用潜力巨大。随着现代生物技术和基因工程技术的迅速发展，通过诱变筛选新的微生物菌种或改建基因工程菌，可使更多的植物次生代谢产物由微生物转化法来生产。相信在不久的将来，微生物转化必将在生物活性物质的生产和医药保健品的研发等领域发挥更大的作用。
参考文献
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[4] B eninger CW, Hall JC. Allelopathic activity of Luteolin 7-o-β-glucuronide isolated from Chrysanthemum morifolium L.[J]. Biochemical Systematics and Ecology, 2005, 33: 103-111.
初级代谢 一般将微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢生成维持生命活动的物质和能量的过程，称为初级代谢。 如何区分初级代谢与次级代谢 初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停的进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。 为许多主物都具有的主物化学反应，例如能量代谢及氨基酸、蛋白质、核酸的合成等，均称为初级代谢（primary metabolism）。与此不同，只在一定范围内主物的特异的代谢，则为次级代谢。在次级代谢的产物中，对维持生命占有重要地位的并不少，但另一方面，各种动植物和微生物所大量积累的生物碱、类萜（ferpenoid）、酚类、抗菌物质、色素等，其生理意义并不完全清楚。次级代谢产物许多是在胚胎发育的特定时期以及其他特定组织中产生的，所以产物在经济效益上以及对生物体性状表现的调节在研究上都被看成是重要的。 第三节微生物初级代谢和次级代谢的关系 微生物代谢产物的利用。 利用微生物代谢过程中产生的众多代谢产物生产各种发酵产品。 按照积累产物类型：初级代谢产物，如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶； 次级代谢产物，抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等。 按照发酵类型：自然发酵：酒精、乳酸等； 终端产物，赖氨酸、鸟苷酸、腺苷酸等；
中间产物，柠檬酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、高丝氨酸、肌苷酸、黄苷酸等； 一、初级代谢与次级代谢产物 微生物的初级代谢：初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活 动所需要的物质和能量的过程。这一 过程的产物，如糖、氨基酸、脂肪酸、 核苷酸以及由这些化合物聚合而成 的高分子化合物（如多糖、蛋白质、 酯类和核酸等），即为初级代谢产物。 由于初级代谢产物都是微生物营养性生长所必需，因此，除了遗传上有缺陷的菌株外，活细胞中初级代谢途径是普遍存在的，也就是说它们的合成代谢流普遍存在。在这途径上酶的特异性比次级代谢的酶要高。因为初级代谢产物合成的差错会导致细胞死亡。微生物细胞的代谢调节方式很多，例如通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等可调节营养物透过细胞膜而进入细胞的能力。其中调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面：一是调节酶的活性，调节的是已有酶分子的活性，是在酶化学 水平上发生的；二是调节酶的合成，调节 的是酶分子的合成量，这是在遗传学水平 上发生的。在细胞内这两者往往密切配合、 协调进行，以达到最佳调节效果。
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 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
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
议微生物初级代谢与次级代谢的关系 摘要： 微生物的代谢，指微生物在存活期间的代谢活动。微生物在代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物。根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系，可以分为初级代谢产物和次级代谢产物两类。初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素。毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物，种类很多 关键词：微生物初次级代谢初次级代谢产物 一、初级代谢与初级代谢产物 微生物的初级代谢：初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。这一过程的产物，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由这些化合物聚合而成的高分子化合物（如多糖、蛋白质、酯类和核酸等），即为初级代谢产物。 由于初级代谢产物都是微生物营养性生长所必需，因此，除了遗传上有缺陷的菌株外，活细胞中初级代谢途径是普遍存在的，也就是说它们的合成代谢流普遍存在。在这途径上酶的特异性比次级代谢的酶要高。因为初级代谢产物合成的差错会导致细胞死亡。微生物细胞的代谢调节方式很多，例如通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等可调节营养物透过细胞膜而进入细胞的能力。其中调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面：一是调节酶的活性，调节的是已有酶分子的活性，是在酶化学水平上发生的；二是调节酶的合成，调节的是酶分子的合成量，这是在遗传学水平上发生的。在细胞内这两者往往密切配合、协调进行，以达到最佳调节效果。 一般将微生物通过代谢活动所产生的自身繁殖所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢，该过程所产生的产物即为初级代谢产物，如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶等。 二、次级代谢与次级代谢产物 一般将微生物与外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程，称为初级代谢。次级代谢是相对于初级代谢而提出的一个概念。一般
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
综 述 海绵共附生微生物次级代谢产物的研究进展 朱伟明,张 敏,方玉春,朱天骄,顾谦群 (中国海洋大学教育部海洋药物重点实验室,海洋药物与食品研究所,山东青岛266003) 摘 要: 海绵独特的摄食、滤食系统使其体内体表富集了大量的微生物,这些微生物能够产生多种结构新颖的生物活性物质, 对海绵共附生微生物的研究正在成为开发海洋药物资源的重要内容之一。本文按化合物的生源途径及其结构类型简要介绍近几年来海绵共附生微生物次级代谢产物及其生物活性的研究进展。关键词: 海绵;共附生微生物;次级代谢产物 中图法分类号: S917.1;R282.77 文献标识码: A 文章编号: 1672-5174(2007)03-377-08 海绵属于多孔动物门,是最原始的低等多细胞海 洋动物,全世界约有10000～15000种,我国也有5000种左右。海绵的固着生活方式,缺乏有效的物理性防御,在生存竞争中,海绵积聚或分泌许多对其他生物具有威慑性、攻击性、甚至毒害性的次级代谢产物,这些次级代谢产物往往具有显著的生物活性,包括抗菌、抗肿瘤、抗真菌、抗病毒、抗炎、抗心血管疾病等活性,尤其是具有细胞毒活性的化合物超过10%,明显高于 其他海洋动物(2%)、陆生植物(<1%)[1] 。然而,海绵采集困难、有效成分含量低等因素,制约着开发利用。近年,国外对海绵中次级代谢产物及其生态学作了探讨性研究,结果发现,某些活性物质实际上可能是由与其共附生的微生物产生的,并从海绵共附生微生物中发现许多与其宿主相同或相关的结构新颖、活性独特的次级代谢产物[2-4]。这些发现对运用海洋微生物的发酵工程、基因工程等技术在解决天然海绵资源及活性天然化合物药源问题具有重要意义。因此,对海绵共附生微生物活性次级代谢产物的研究成为国内外研究者的热点。已从海绵共附生微生物次级代谢产物中 发现了含氮化合物(肽类、生物碱类、神经酰胺等)、内酯类、醌类、酮类、聚醚类、萜烯类及甾体等。 作者所在课题组从2003年开始研究海绵共附生微生物及其具有细胞毒活性的次级代谢产物,已从黄渤海及南海海绵中分离获得9株具有细胞周期抑制、细胞凋亡诱导及细胞毒活性的微生物。对其中2株具有强细胞毒活性的微生物的次级代谢产物进行了活性跟踪分离,获得化合物15个(其中新活性化合物3个、高活性化合物2个),结构类型涉及生物碱、甾体、芳香类化合物等。本文将结合本实验室的工作,就近几年来海绵共附生微生物次级代谢产物的研究进展作一综述。 1 含氮类化合物 含氮类化合物主要包括肽类、生物碱,它们大多具有显著的生物活性。 Alteramide A (1),1个新的有细胞毒活性的四环生物碱,是从与海绵Halichondria okadai 共附生的细菌Alteromonas sp .中分离获得的[5]。 从冲绳海绵Halichondria altum 中分离的细菌Vibrio sp .代谢产生1个新的有3个吲哚环聚合的有抗 菌活性的化合物trisindoline (2)[6]。 从采自大西洋的海绵Isodictya setifera 中获得的 通讯作者:guqianq @ouc .edu .cn 基金项目:山东省自然科学基金项目(Z2006C13);国家高技术研究发展计划项目(2003AA624020)资助 收稿日期:2006-07-14;修订日期:2006-11-09 作者简介:朱伟明(1965-),男,教授,博导。E -mail :weimingzhu @ouc .edu .cn 第37卷 第3期 2007年5月 中国海洋大学学报 PE RIODICAL OF OCEAN UNIVERSIT Y OF CHINA 37(3):377～384M ay ,2007
第一章 1.试述革兰氏染色机制：结晶紫液初染和碘液媒染：在细菌的细胞膜内可形成不溶于水的结晶紫与碘的复合物。乙醇脱色：G＋细胞壁较厚、肽聚糖网层次多和交联致密且不含类脂，把结晶紫与碘的复合物牢牢留在壁内，使其保持紫色；G-细胞壁薄、外膜层类脂含量高、肽聚糖层薄和文联度差，结晶紫与碘复合物的溶出，细胞退成无色。复染: G-细菌呈现红色，而G+细菌则仍保留最初的紫色。 2.渗透调节皮层膨胀学说是如何解释芽孢的耐热机制的？ 芽孢的耐热在于芽孢衣对多价阳离子和水分的渗透很差以及皮层的离子强度很高，这就使皮层产生了极高的渗透压去夺取芽孢核欣中的水分，其结果造成皮层的充分膨胀和核心的高度失水，正是这种失水的核心才赋予了芽孢极强的耐热性。 3.何为“栓菌”试验？ 即设法把单毛菌鞭毛的游离端用相应抗体牢固地“栓”在载玻片上，然后在光镜下观察该菌细胞的行为，结果发现，该菌只能在载玻片上不断打转而未作伸缩“挥动”，因而肯定了“旋转论”的正确性 4.对细菌细胞一般构造和特殊构造设计表解。 一般构造：包括细胞壁、细胞质膜、拟核、细胞质。特殊构造:糖被、鞭毛芽孢 第二章 2.试对酵母菌的方式作一表解 酵母菌的繁殖方式： （一）无性：①芽殖②裂殖③产无性孢子（节孢子、掷孢子、后垣孢子） （二）有性（产子囊孢子） 3.试图示酿酒酵母的生活史，并对其中各主要过程作一简述 1．子囊孢子在合适的条件下发芽产生的单倍体营养细胞 2．单倍体营养细胞，不断地进行出芽繁殖 3．两个性别不同的营养细胞彼此接合，在质配后即发生核配，形成二倍体营养细胞 4．二倍体营养细胞不进行核分裂，而是不断进行出芽繁殖 5在以醋酸盐为唯一或主要碳源，同时又缺乏氮源等特定条件下 6子囊经自然或人为破壁后，可释放出其中的子囊孢子 4.试以表解法介绍霉菌的营养菌丝和气生菌丝各可分化成哪些特化构造，并简要说明它们的功能吸取养料假根 吸器 附着：附着胞、附着枝 菌核 特化的营养菌丝休眠（或休眠及蔓延） 菌索 延伸：匍匐枝
第五章微生物能量代谢 一、选择题(只选一项，将选项的的字母填在括号内) 1．下列哪种微生物能分解纤维素？( B ) A金黄色葡萄球菌B青霉C大肠杆菌D枯草杆菌 2．下列哪种产能方式其氧化基质、最终电子受体及最终产物都是有机物?( A ) A发酵B有氧呼吸C无氧呼吸D光合磷酸化 3．硝化细菌的产能方式是( D ) A发酵B有氧呼吸C无氧呼吸D无机物氧化 4．微生物在发酵过程中电子的最终受体是(A) A有机物B有机氧化物C无机氧化物D．分子氧 5．乳酸发酵过程中电子最终受体是( B ) A乙醛B丙酮 C O2 D NO3ˉ 6．硝酸盐还原菌在厌氧条件下同时又有硝酸盐存在时，其产能的主要方式是( C ) A发酵B有氧呼吸C无氧呼吸D无机物氧化 7．下列哪些不是培养固氮菌所需要的条件?( A ) A培养基中含有丰富的氮源B厌氧条件C提供A TP D提供［H］ 8．目前认为具有固氮作用的微生物都是( D ) A真菌B蓝细菌C厌氧菌D原核生物 9．代谢中如发生还原反应时，( C )。 A从底物分子丢失电子B通常获得大量的能量 C 电子加到底物分子上D底物分子被氧化 10．当进行糖酵解化学反应时，( D )。 (a)糖类转变为蛋白质 (b)酶不起作用 (c)从二氧化碳分子产生糖类分子 (d)从一个单个葡萄糖分子产生两个丙酮酸分子 11．微生物中从糖酵解途径获得( A )ATP分子。 (a)2个 (b)4个 (c)36个 (d)38个 12．下面的叙述( A )可应用于发酵。 (a)在无氧条件下发生发酵 (b)发酵过程发生时需要DNA (c)发酵的一个产物是淀粉分子 (d)发酵可在大多数微生物细胞中发生 13．进入三羧酸循环进一步代谢的化学底物是( C )。 (a)乙醇 (b)丙酮酸 (c)乙酰CoA (d)三磷酸腺苷 14．下面所有特征适合于三羧酸循环，除了( D )之外。 分子以废物释放 (b)循环时形成柠檬酸 (a)C0 2 (c)所有的反应都要酶催化 (d)反应导致葡苟糖合成 15．电子传递链中( A )。 (a)氧用作末端受体 (b)细胞色素分子不参加电子转移 (c)转移的一个可能结果是发酵 (d)电子转移的电子来源是NADH 16．化学渗透假说解释( C )。 (a)氨基酸转变为糖类分子 (b)糖酵解过程淀粉分子分解为葡萄糖分子 (c)捕获的能量在ATP分子中 (d)用光作为能源合成葡萄糖分子 17．当一个NADH分子被代谢和它的电子通过电子传递链传递时，( C )。 (a)形成六个氨基酸分子 (b)产生一个单个葡萄糖分子 (c)合成三个ATP分子 (d)形成一个甘油三酯和两个甘油二酯 18．己糖单磷酸支路和ED途径是进行( C )替换的一个机制。
植物细胞培养生产次生代谢产物的研究进展
植物细胞培养生产次生代谢产物的研究进展 . 利用植物细胞培养生产代谢产物具有十分广阔的前景。文章就植物细胞培养生产次生代谢产物过程中各种理化条件优化以及植物细胞培养过程相关模型建立的研究进行了综述。 . 植物细胞培养条件优化模型 植物细胞培养始于本世纪初，并不可争议地具有工业化潜力。目前植物细胞培养生产的化合物很多，包括糖类、酚类、脂类、蛋白质、核酸以及帖类和生物碱等初生和次生代谢产物，植物细胞培养的应用主要包括以下3个方面：有用物质（次生代谢产物）的生产；植物无性系的快速繁殖和遗传突变体的筛选；植物细胞遗传、生理、生化和病毒方面的深入研究。但是由于植物细胞大规模培养技术的局限性使得植物细胞仍难以实现大规模工业化生产，迫切需要进一步研究和发展细胞培养条件的优化控制及其工艺。目前，世界上众多研究工作集中在优化细胞培养环境、改变细胞特性、提高目标产物的产率并保证其生产稳定性上。 1 植物细胞悬浮培养条件的优化 1.1 植物细胞培养过程中物理因素的优化控制对于植物细胞培养来说，环境中的许多物理因素对细胞的生长以及目标次生代谢产物的合成具有很大的影响。如通过温度、光照、电场、磁场电磁辐射、机械力以及超声波等对于植物细胞培养过程都有着十分重要的作用。植物细胞的生长、繁殖和次生代谢物的生产需要一定的温度条件，在一定的温度范围内细胞才能正常生长、繁殖和维持正常的新陈代谢，植物细胞培养的最适温度一般为25℃，但不同的植物种类略有差异，而且植物细胞生长和次生代谢产物的合成所需的温度并不一致，因此选择合理的培养温度并进行相应的调控对于细胞生长以及产物合成十分关键，H.J.G.ten Hoopen等［1］曾对Catharanthus roseus细胞的培养过程、Toshiya Takeda等［2］对Strawberry细胞的培养过程分别进行温度的阶段性调控，结果都在很大程度上提高了产物的产率；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；目前关于电场的作用机理膜周电泳学说，该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。石贵玉等［3］曾对银杏细胞培养细胞施加一定的高压电场进行刺激，结果发现对细胞的相关指标产生了较大的影响；而磁场的作用机理使它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。王曼丝等［4］和洪丽萍等［5］分别研究过磁场对滇紫草细胞培养过程的影响；有研究表明［6］宇宙中的电磁波对生物体都会产生巨大的影响；超声波的运用主要是有利于细胞次生代谢物向细胞外释放。目前在这些方面的一些研究主要还是停留在机理的探讨上，而如何在细胞大量培养时综合利用并对这些因素进行调控还有待进一步的研究。 1.2 植物细胞培养过程中化学因素的优化控制植物细胞培养过程中的一些化学因素如培养基组成、溶氧、其它添加物等对于细胞的生长也具有十分重要的意义。合理的培养基组分、适当的溶氧以及其它诱导子及其前体等物质的有效调控能够在很大程度上促进细胞的生长以及次生代谢物的合成。培养基中的碳源、氮源及其一些微量的金属离子以及一些有机物质不仅是细胞生长以及合
一．名词解释 1.巴氏消毒法： 2.致死温度： 3.同步生长： 4.生长限制因子 5.次生代谢物 6.温和噬菌体： 7.致死时间： 8.灭菌: 9.消毒与灭菌： 10．disinfection 消毒continuous culture 连续培养 11．纯培养： 二．填空 1．混菌法平板计数，在10-2稀释度的平板中平均有32个细菌菌落，每毫升原始牛奶中有个__________细菌. 2．__________是在10分钟内将悬液中的所有微生物都杀死的最低温度。 3．__________ 酶能消除超氧化物自由基的毒害。 4．厌氧菌可生长在__________的培养基中 5根据细菌的生长曲线可将细菌的生长分为__________，__________, _________和__________ 四个时期，作为研究材料应取__________时期细菌最合适。 6．氢离子浓度（pH）可影响到细胞质膜电荷和养料吸收，大多数细菌的最适生长pH值为__________ 。 7书写莫诺（Monod）经验公式：__________，其含义是表示______________ . 8巴氏消毒采取的条件为：___________。 9高压蒸汽灭菌采取的条件为：_____________________。 10设一种细菌在接种时的细胞浓度为100个/ml，经400min的培养，细胞浓度增至10亿个/ml，则该菌在该段时间内的G为__________ ；R为 __________ ；n为 __________ 。（注：1/lg2=3.322，整个培养过程都处于对数期） 11好氧的微生物需要较____________（高、低）的氧化还原电位。厌氧的微生物需要较_____________（高、低）的氧化还原电位。 12烘箱热空气灭菌法的操作条件是控制温度在 __________ ，维持时间为__________ 。
初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。通过初级代谢，能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或为生长提供能量，因此初级代谢产物，通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质的合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止，重则导致机体发生突变或死亡，是一种基本代谢类型。 初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。指生物特别是微生物在正常生长或培养过程中，通过新陈代谢产生的基本的、关键的中间代谢或最终代谢产物，例如糖酵解中的丙酮酸、乳酸、乙醇，三羧酸循环中的α-酮戊二酸、富马酸、草酰乙酸、柠檬酸以及与此循环相关的衍生产物，如谷氨酸、丙氨酸、苹果酸及丁烯二酸等氨基酸和有机酸等均属初级代谢产物。 在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停的进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。 2次级代谢产物：通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物,大多是分子结构比较复杂的化合物.根据其作用,可将其分为抗生素,激素,生物碱,毒素等类型.初级代谢产物的合成在微生物生长中一直进行着，次级代谢产物是在稳定期开始产生的。 初级代谢产物与次级代谢产物异同
1概念不同在微生物的新陈代谢中，一般将微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程，称为初级代谢而次级代谢是相对于初级代谢而提出的一个概念。一般认为，次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程 2产物不同初级代谢的产物，即为初级代谢产物。如单糖或单糖衍生物、核苷酸、维生素、氨基酸、脂肪酸等单体以及由它们组成的各种大分子聚合物，如蛋白质、核酸、多糖、脂质等生命必需物质。< 通过次级代谢合成的产物称为次级代谢产物，大多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、毒素等类型次级代谢产物可积累在细胞内，但通常都分泌到细胞外，有些与机体的分化有一定的关系，并在同其它生物的生存竞争中起着重要的作用。 3存在范围不同初级代谢的代谢系统、代谢途径和代谢产物在各类生物中都基本相同，它是一类普遍存在于各类微生物中的一种基本代谢类型。次级代谢只存在于某些微生物中，并且代谢途径和代谢产物因生物不同而不同，就是同种生物也会由于培养条件不同而产生不同的次级代谢产物。 4对微生物的作用不同通过初级代谢，能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或为生长提供能量，因此初级代谢产物，通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质的合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止，重则导致机体发生突变或死亡，是一种基本代谢类型。次级代谢产物一般对菌体自身的生命活动无明确功能，不参与细胞结构组成，也不是酶活性必需的，不是机体生长与繁殖所必需的物质，即使在次级代谢的某个环节上发生障碍，也不会导致机体生长的停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级代谢产物的能力。但许多次级代谢产物通常对人类和国民经济的发展有重大影响 5
第五章微生物代谢习题 一、选择题 1. Lactobacillus是靠__________产能 A.发酵 B.呼吸 C.光合作用 2.自然界中的大多数微生物是靠_________产能。 A.发酵 B.呼吸 C.光合磷酸化 3. 在原核微生物细胞中单糖主要靠__________途径降解生成丙酮酸。 A.EMP B.HMP C.ED 4.Pseudomonas是靠__________产能。 A.光合磷酸化 B.发酵 C.呼吸 5. 在下列微生物中能进行产氧的光合作用 A.链霉菌 B.蓝细菌 C.紫硫细菌 6.合成氨基酸的重要前体物α-酮戊二酸来自_________。 A.EMP途径 B.ED途径 C.TCA循环 7.反硝化细菌进行无氧呼吸产能时,电子最后交给________。 A.无机化合物中的氧 B.O2 C.中间产物 8.参与肽聚糖生物合成的高能磷酸化合物是： A.ATP B.GTP C.UTP 9.细菌PHB生物合成的起始化合物是： A.乙酰CoA B.乙酰ACP C.UTP 10.下列光合微生物中,通过光合磷酸化产生NADPH2的微生物是： A.念珠藻 B.鱼腥藻.A、B两菌 二、是非题 1. EMP途径主要存在于厌氧生活的细菌中。 2. 乳酸发酵和乙酸发酵都是在厌氧条件下进行的。 3. 一分子葡萄糖经正型乳酸发酵可产2个ATP，经异型乳酸发酵可产1个ATP。 4. 葡萄糖彻底氧化产生30个ATP，大部分来自糖酵解。 5. 丙酮丁醇发酵是在好气条件下进行的，该菌是一种梭状芽胞杆菌。 6. UDP—G，UDP—M是合成肽聚糖的重要前体物，它们是在细胞质内合成的。 7. ED途径主要存在于某些G-的厌氧菌中。 8. 在G-根瘤菌细胞中存在的PHB是脂肪代谢过程中形成的β-羟基丁酸聚合生成的。 9. 维生素、色素、生长剌激素、毒素以及聚β-羟基丁酸都是微生物产生的次生代谢产物。 10. 微生物的次生代谢产物是微生物主代谢不畅通时，由支路代谢产生的。 11. 枯草杆菌细胞壁中的磷壁酸为甘油磷壁酸。
浅议微生物初级代谢与次级代谢的关系 微生物在生长发育和繁殖过程中，需要不断地从外界环境中摄取营养物质，在体内经过一系列的生化反应，转变成能量和构成细胞的物质，并排出不需要的产物。这一系列的生化过程称为新陈代谢。根据微生物在新陈代谢过程中产生的代谢产物,对微生物所产生的作用不同，可将代谢分成初级代谢和次级代谢两种代谢类型。 初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。该过程是一类普遍存在于各类微生物中的一种基本代谢类型。因此,初级代谢的代谢系统、代谢途径和代谢产物在各类生物中都基本相同。并且自始至终存在于生活的菌体中,同菌体的生长过程呈平行关系,促使营养物质转化为结构物质、具生理活性的物质或为生长提供能量。同时还会产生一些代谢产物，称为初级代谢产物，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由这些化合物聚合而成的高分子化合物（如多糖、蛋白质、脂类和核酸等）。只要在这些物质的合成过程的某个环节上发生障碍,轻则引起生长停止,重则导致机体发生突变或死亡。因为这些物质都是微生物生命活动必不可少的物质。 糖类一方面被微生物分解提供能量，同时微生物会不断地将简单化合物合成糖类，以构成细胞生长所需要的单糖、多糖等。单糖在微生物中很少以游离形式存在，一般多以多糖或多聚体的形式存在（如肽聚糖，脂多糖，透明脂酸），或是以少量的糖磷酸酯或糖核苷酸的形式存在，是微生物相关结构的重要组成物质，因此单糖和多糖对微生物的生命活动十分重要。 氨基酸是构成蛋白质的基本单位，而蛋白质是微生物各种生命活动必不可少的生物大分子。 脂肪酸是中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分，而脂类是细胞膜的主要构成物质。 核苷酸是核糖核酸及脱氧核糖核酸的基本组成单位，是体内合成核酸的前体。核苷酸随着核酸分布于生物体内各器官、组织、细胞的核及胞质中，并作为核酸的组成成分参与生物的遗传、发育、生长等基本生命活动。 微生物在生命活动过程中，为了避免某种代谢产物的积累造成的不利作用或者为了占据竞争优势，便产生了一些有利于生存发展的代谢活动。我们将它们统称为次级代谢，但其与初级代谢并无明显界限，因此次级代谢是相对于初级代谢而提出的一个概念。一般认为,次级代谢是指微生物在一定的生长时期（通常是微生物的对数生长期末期或稳定期）,以初级代谢产物为前体,合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。这一过程的产物，称为次级代谢产物。次级代谢产物在微生物生命活动过程中的产生量很少，对微生物本身的生命活动没有明显作用，当次级代谢途径被阻断时，菌体生长繁殖也不会受到影响。因此，它们没有一般性的生理功能，也不是生物体生长繁殖的必需物质，但对其它生物体往往具有不同的生理活性作用，人们常利用这些具有各种生理活性的次级代谢产物生产具有应用价值的药物。 但目前，人类对次级代谢产物的研究远远不及对初级代谢产物研究那样深人。与初级代谢产物相比，次级代谢产物无论在数量上还是在产物的类型上都要比初级代谢产物多得多和复杂得多。迄今对次级代谢产物分类还无统一的标准。根据对次级代谢产物的结构特征与生理作用的研究，次级代谢产物可大致分为抗
重庆文理学院 植物组织细胞培养技术生产次生代谢产物的应用摘要：植物组织细胞培养是现代生物技术应用最重要的一个方面，它是一个应用广泛和快 速发展的技术。植物组织细胞培养技术已应用于植物次生代谢产物的生产，并取得很大成 效。本文讲述组织细胞培养技术在药物、食品、化妆品等方面的次生代谢产物生产的一些 应用，以及总结了现在主要植物组织培养技术、植物组织培养技术在实践中的应用。 关键词：次生代谢产物细胞培养代谢产物 植物的次生代谢产生的活性物质成分已被人类广泛应用，主要集中在研究制药(如如抗癌药物紫杉醇、疗伤药物紫草宁、保健药物人参皂甙等)、食品添加剂(如生姜、香子兰等)、调味剂(如胡椒、留兰香等)、食用色素(如花青素等)、油料(如如豆寇油、春黄菊油等)、饮料(如咖啡、可可等)、树胶(如阿拉伯胶等)、化妆品、生物杀虫剂和农用化学品等方面。尽管有些植物次生代谢物质并不是很多，但它们与人类健康密切相关，已成为当前生物领域研究关注的重点。因此许多植物代谢产物以组织细胞培养技术的方法开发利用，进行大规模生产，使植物次生代谢物质产量和活性提高。 1 植物组织培养技术在实践中的应用[1] 21世纪是生物技术迅速发展的世纪，而植物组织培养技术是生物技术中的重要内容，可以用于： 1.1植物育种 已被越来越广泛的用于扦插难生根植物、引种材料少的植物。除常规的用器官进行培养，也可以用花药进行花粉单倍体植株育种，这种方法技术简单，对一些植物种来说易于诱导未成熟花粉的分裂，可以进行大群体研究，可以迅速而大量的产生单倍体，具有迅速纯合、选择效率高、排除杂种优势干扰、突变体筛选、消除致死基因等优点。1.2用于脱毒和离体快繁 获得脱除病毒的材料和用于植物材料快速繁殖这方面是目前植物细胞组织培养应用最多最有效的一方面. 世界上受病毒危害的植物很多，而园艺植物受病毒危害更为严重，当植物被病毒侵染后，常常造成生长迟缓、品质变劣、产量大幅度降低等危害，目前，已经在马铃薯、甘薯、草莓、大蒜、苹果、香蕉等多种作物上大规模应用;离体培养的优点就是快速，而且材料来源单一，遗传背景一致，不受季节和地区的限制，重复性好，所以离体快速繁殖已经广泛应用于果树，中药材等的栽培。 1.3在次生代谢产物生产中的应用 用单细胞或细胞团在培养基上进行培养，此方法操作简单、重复性好、群体大等优点，