植物次生代谢及其与环境的关系_阎秀峰

植物次生代谢产物的代谢途径及调控机制植物次生代谢产物是指不属于植物基础代谢路径产物的生物化学物质，它们扮演着植物的保护、防御、交互等生理功能的角色，也是药物和食品添加剂等生产工业的重要资源。

植物次生代谢产物代谢途径及调控机制的研究是科学家们长期关注的话题，他们通过对次生代谢产物的化学成分、分子基础及表达调控进行研究，揭示了这些化合物的生成、分布和合成调控规律，为植物生理学和应用化学领域提供了重要的理论依据。

植物次生代谢产物获得途径植物次生代谢产物主要是由植物合成生成，它们通常在植物器官或组织中以极低的含量存在，如金丝桃叶中的芸香苷只有0.1-0.5%的含量。

此外，它们还存在于植物细胞外部的分泌物中，如橡胶和树脂等。

植物次生代谢产物的合成与代谢调节植物次生代谢产物的合成路径比较复杂，通常涉及数个蛋白质催化反应，从而将简单的小分子化合物转变为复杂的结构化合物。

因此，植物次生代谢产物合成过程的调节非常重要，能够有效地保障植物在行使其生理功能的同时不影响其基础代谢正常进行。

植物次生代谢产物的生物合成过程主要是由多种转录因子、认定辅酶和酶类调控完成的。

其中，转录因子是调节次生代谢产物合成的核心分子机制之一，这些因子可以直接影响目标基因的表达，从而控制这些基因参与次生代谢反应的强度和频率。

如MYB、MYC家族的转录因子是花青素和黄酮苷的合成过程中的重要参与因子，它们能够调控PAL、CHS、CHI等关键酶基因的活性；JAZ家族的转录因子是调节植物间互相识别和防卫反应的重要分子，它们可以通过与植物激素类似物jasmonic acid (JA)保持结合状态，从而抑制其他基因的表达，增强植物防御能力。

此外，植物次生代谢产物合成还需要伴随着其他生物化学反应，如氧化还原、脱羧、脱水等。

这些反应通常需要使用辅酶和酶类催化。

不过，这些催化作用与比较普通的辅酶和酶催化反应有所不同，它们能够进行特定化合物的化学结构修饰，从而提高植物次生代谢产物的多样性和效率。

1 植物次生代谢产物的概念1891年，Kossel明确提出了植物次生代谢(secondary metabolism)的概念。

植物次生代谢产物是指植物体中一大类并非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。

少数小分子有机物在代谢途径上与次生产物比较相似，但具有明显的生理功能，因而不把它们视为次生代谢产物，如萜类成分赤霉素、脱落酸、均为植物激素，另外如胡萝卜素为光合作用所必需。

随着研究的深入，植物次生代谢的概念有待进一步明确。

2 植物次生代谢物的种类植物次生代谢物种类繁多，结构迥异，人们至今已发现有黄酮类、酚类、香豆素、木质素、生物碱、糖苷、萜类、甾类、皂苷、多炔类、有机酸等。

一般分为酚性化合物、萜类化合物、含氮有机物三大类。

2.1 酚类主要包括黄酮类、简单酚类和醌类等，主要由磷酸烯醇式丙酮酸到分支酸的生物合成途径而来，称莽草酸途径．这也是芳香族化合物的来源。

黄酮类是以苯色酮环为基础具有C6、C3、CH6结构的酚类化合物。

生物前体为苯丙氨酸和马龙基辅酶A(malonyl CoA)，据B环的连接位置又分为2-苯基衍生物(黄酮醇、黄酮等)，3-苯基衍生物(异黄酮)和4-苯基衍生物(新黄酮)。

根据三碳结构的氧化程度又分为花色苷类、黄酮类、黄酮醇类及黄烷酮等。

黄酮类成分有许多用于心血管疾病的治疗如芦丁。

还有一些是植保素如异黄酮类。

简单酚类是含有一个被羟基取代苯环化合物，分布于植物各种组织、器官中，有些参与调节植物生长的作用，有些是植保素或与植物异株相克有关。

醌类是由苯式多环烃碳氢化合物(如萘、蒽等)衍生的芳香二氧化合物，根据其环系统可分为苯醌、萘醌和蒽醌。

醌类是植物主要呈色剂之一。

有些醌类是抗菌、抗癌的重要成分如胡桃醌和紫草宁。

2.2 萜类萜类是由异戊二烯单元组成的化合物，通过异戊二烯途径(又称甲羟戊酸途径)合成。

现在已研究发现，在植物细胞器质体中存在着第二条途径——丙酮酸/磷酸甘油醛途径，胡罗卜素、单萜和二萜通过该途径合成。

植物次生代谢及其与环境的关系
植物次生代谢是指植物与环境因素交互作用的结果，产生的化学物质组成的转化过程。

它由植物体内生物组织，细胞，细胞器和细胞附属结构所发出的有机化合物组成，并受环境条件影响。

植物次生代谢产物控制着植物的生长，发育和繁衍，并且也关系到植物的耐受性和适应性。

植物次生代谢的发生受植物的生理，生化，分子，发育和环境因素的共同影响。

它们影响植物的外部结构，如叶绿素，硝酸盐，糖类，脂肪酸，茉莉酸，氨基酸和抗氧化剂等，这些外部结构可以改变植物的生存环境。

在植物体内，植物次生代谢产物控制着植物的生长，发育和繁衍，同时也与植物的耐受性和适应性有关。

植物次生代谢与环境的关系是十分密切的。

一方面，植物次生代谢产物可以保护植物免受环境的伤害，比如紫外线，水分，温度等。

另一方面，环境因素也会影响植物次生代谢，比如光照，温度，水分，CO2浓度，湿度等。

植物次生代谢产
物可以使植物能够有效地适应环境变化，使植物能够更好地适应新的生态环境。

此外，植物次生代谢还可以帮助植物与其他生物进行互动，从而促进植物的健康生长。

植物次生代谢产物可以促进植物与微生物之间的共生关系，或者保护植物免受昆虫和其他害虫的侵害。

总之，植物次生代谢与环境因素有着密不可分的关系，它们共同控制着植物的生长发育，并且共同影响着植物的生存环境和适应性。

因此，植物次生代谢产物在植物的生长发育过程中起着至关重要的作用。

环境胁迫对药用植物次生代谢产物的影响作者：蒋妮覃柳燕李力缪剑华来源：《湖北农业科学》2012年第08期摘要：综述了光照、水分、生物、盐及矿质元素等环境因子胁迫药用植物，影响次生代谢产物的产生和积累的研究进展；介绍了环境胁迫影响植物次生代谢产物的４种假说，探讨了可能的作用机制，以期为优化药用植物的栽培和提高药材质量提供参考。

关键词：环境胁迫；药用植物；次生代谢产物（Sｅｃｏｎｄａｒｙｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓ）中图分类号：Ｓ５６７文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）08－1528-04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［１］。

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。

１环境胁迫对药用植物次生代谢产物的影响1.1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［２］。

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［３］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。

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。

植物次生代谢物对环境因子的响应及其调控机制植物生长的环境因子有很多，比如光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等等。

这些因子都会影响植物的生长和发育。

植物为了适应不同的环境条件，会产生一些次生代谢物，这些代谢物可以帮助植物对抗外界环境的影响。

植物次生代谢物是指植物在原代代谢作用之外所产生的一些复杂的代谢产物，如酚类、酸类、生物碱、黄酮类、倍半萜类等等。

植物次生代谢物的种类非常丰富，不同种类的植物会合成不同种类的代谢物，这些代谢物可以用于植物的防御和适应。

比如，有些植物会合成花青素和类黄酮等化合物来吸收紫外线，以保护其叶片不被紫外线所伤害。

植物次生代谢物的合成可以受到环境因子的影响。

比如，植物在不同光照条件下会合成不同的次生代谢物。

在强光照射下，植物会合成一些具有防御性的代谢物，这些代谢物可以对抗光诱导氧化损伤。

在缺光条件下，植物会增加叶绿素合成，从而提高光合作用的效率。

除此之外，温度、湿度等环境因子也会影响植物次生代谢物的合成。

植物合成次生代谢物的调控机制非常复杂，涉及到多个信号通路和基因表达。

其中，质体DNA的甲基化被认为是一种重要的调控机制。

质体DNA甲基化是指在DNA的CpG岛上附加一个甲基基团的化学修饰过程，这个过程可以影响基因的表达。

比如，一些植物次生代谢物的合成需要特定的基因表达，而这些基因的表达又受到DNA甲基化的调节。

另外，植物激素也是调控植物次生代谢物合成的重要信号通路之一。

植物激素可以通过调节基因表达、酶的活性等途径来影响植物次生代谢物的合成。

总的来说，植物次生代谢物是植物适应环境的重要手段之一。

不同环境因子会影响植物次生代谢物的合成，而植物调控代谢物合成的机制也非常复杂。

未来的研究可以进一步深入探讨这些机制，以更好地了解植物的适应性和防御性。

植物次生代谢产物在环境污染修复中的应用研究植物是自然生态系统中最为重要和广泛分布的生物，它们能够通过吸收二氧化碳和释放氧气对维护地球生态环境做出巨大贡献。

但是，随着工业化和城市化的加速发展，环境污染已成为全球性难题，影响着人类和其他生物的健康和生存。

在环境污染修复的过程中，植物次生代谢产物的应用研究已成为一个备受关注的热点。

一、植物次生代谢产物与环境污染植物次生代谢产物是指植物非必需性化合物，其产生在生长发育过程中，与维持植物正常生理代谢无直接关系。

它们的产生受到高等植物自身基因表达调控、生长发育阶段、环境胁迫、生物互作等多种因素影响。

植物次生代谢产物具有多种生物学和药理学活性，包括抗氧化、抗菌、抗病毒、抗真菌、抗肿瘤和抗癌等活性，因此已被广泛应用于农业、食品、制药、绿色化学、化妆品等领域。

植物次生代谢产物的研究表明，它们可以在植物-微生物-土壤系统中发挥积极作用。

植物能够在环境污染情况下发出生理信号并调节植物次生代谢产物的合成。

而这些次生代谢产物能够通过生物互作固定和还原重金属离子、消除污染物和修复土壤功能等方面发挥作用，从而调节植物和微生物共同构建的生态系统结构。

二、植物次生代谢产物在污染修复中的应用1、植物次生代谢产物的还原重金属离子活性重金属是主要的污染物之一，高浓度的重金属离子会对植物生长和健康产生不利影响，从而影响生态系统健康。

植物次生代谢产物的多种醛类、酚类、酮类、酸类等化合物能够通过与重金属离子形成络合物和酸碱等反应，实现重金属离子的还原和固定，从而减轻重金属离子污染的程度。

2、植物次生代谢产物的降解污染物能力植物次生代谢产物还具有优异的降解污染物能力。

通过分解多环芳烃、多氯联苯等有毒或持久性有机污染物，达到修复土壤的目的。

研究表明，植物次生代谢产物的多酚类、酸类、苯丙酮类、生物碱类等化合物具有良好的污染物氧化还原活性和氧化分解污染物的酶类系统。

3、植物次生代谢产物的改善土壤性质植物次生代谢产物不仅具有还原和降解污染物的功能，还可以改善土壤性质。

植物农学中的植物次生代谢研究进展随着科技的不断发展与进步，人们对植物农学中植物次生代谢的研究也越来越深入。

植物次生代谢是指植物在生长发育过程中产生的与生长和生存无直接关系的化学物质。

这些化学物质在植物中起到了诸多重要的生理和生态功能，对人类的生活和健康也有着重要的影响。

本文将介绍植物农学中植物次生代谢的研究进展，并探讨其在农业生产中的应用前景。

一、植物次生代谢的类型植物次生代谢主要包括生物碱、酚类化合物、黄酮类化合物、挥发性油等多种类型。

其中，生物碱是一类广泛存在于植物中的次生代谢产物，具有多样的生理活性和药理活性，如兴奋神经、抗菌以及抗氧化等作用。

酚类化合物具有抗氧化、抗炎、抗癌等多种药理活性。

黄酮类化合物在植物生长中具有调节植物生长发育、对抗逆境等重要功能。

挥发性油则是植物分泌的一种特殊化学物质，对植物的吸引传粉媒介和排斥害虫有着重要的作用。

二、植物次生代谢的调控机制植物次生代谢的调控机制是一个复杂的过程，与植物本身的生长发育、环境条件以及植物与其他生物的相互作用有着密切的关系。

近年来，研究发现植物次生代谢的调控主要涉及到激素信号传导、转录因子和代谢酶的调控网络等多个层面。

激素信号传导是影响植物次生代谢的重要因素之一，例如茉莉酸和赤霉素等激素可以调节植物次生代谢产物的合成和积累。

转录因子则是植物次生代谢调控中的关键调控基因，通过对目标基因的转录调控来影响植物次生代谢产物的合成。

此外，代谢酶也是调控植物次生代谢的关键因素，例如细胞色素P450酶家族在植物次生代谢过程中发挥着重要的作用。

三、植物次生代谢在农业生产中的应用植物次生代谢在农业生产中具有广泛的应用前景。

首先，植物次生代谢产物可以作为新型农药和生物农药的原料，用于对抗农作物病虫害。

例如，一些具有抗菌和杀虫作用的生物碱可以作为环境友好型农药的替代品。

其次，植物次生代谢产物还可以用于促进农作物生长和增加产量。

例如，一些植物次生代谢产物可以促进植物的根系发育和营养吸收，提高作物的抗逆性和产量。

植物次生代谢产物在光敏感性和微生态环境调节中的作用植物是自然界中最为丰富多彩的生物之一，在它们与各种生态环境的互动中，次生代谢产物（secondary metabolites）扮演了非常重要的角色。

次生代谢产物是指植物无法参与生长、发育过程的底物，而是在应对外界环境压力等方面发挥功效的化合物，如氨基酸、生物碱、酚类、挥发性有机物等。

本文将从光敏感性和微生态环境两个方面，探讨植物次生代谢产物的作用。

光敏感性的调节植物与光线的关系密不可分，正因为对光线敏感，它们能够利用光合作用合成有机物，进而进行正常的生长，发育和繁殖。

然而，在实际生长环境中，光线的强弱、方向、频谱等均可能对植物生长产生不利影响，这时次生代谢产物便成为植物应对光线变化的利器。

1.类胡萝卜素类胡萝卜素是一类色素，它们能够吸收光线，在光敏染色体中起着保护作用。

类胡萝卜素主要由β-胡萝卜素和叶黄素组成，尤以前者为主。

β-胡萝卜素在植物中通常以多种是形式存在，其中最主要的一种是胡萝卜素，不少植物的果实中也含有大量的β-胡萝卜素。

β-胡萝卜素不仅是植物光敏感叶绿体的一员，也是植物中非常重要的抗氧化剂之一，其中最有名的是维生素A的前体，人体摄取后能够转化为活性的维生素A，维护人体视觉健康。

2.叶绿素叶绿素是植物进行光合作用的关键色素，能够吸收蓝色和红色的光线，并转化成化学能，蓝光线进一步增强光合作用的效率。

植物的叶绿素分为两类，一类是叶绿素a，另一类是叶绿素b，它们的光谱特性有所不同，共同作用下最大化了植物对不同波长光线的吸收能力。

3.黄酮类物质黄酮类物质属于植物次生代谢产物中的多种类化合物之一，可以在一定程度上调节植物对干旱、紫外线等胁迫条件下的耐受性。

黄酮类物质在植物中广泛存在，而且具有多种生物学功效，比如黄柏中含有的黄酮类物质可降低心血管病的风险、柑橘果皮中含有的柠檬黄酮可抗氧化等。

微生态环境的调节植物存在于纷繁复杂的生态系统中，它们的生长和繁殖受到各种环境的影响，其中微生态环境是重要的一个。

植物次生代谢产物和信号激素对生长发育和环境适应的调控机制研究植物是一类非常重要的生物，它们是所有陆地生态系统的基础，为人类提供了食物、药物和其他生命必需品。

植物的生长发育和环境适应受到许多因素的影响，其中包括植物次生代谢产物和信号激素。

这些化合物在植物生长发育和适应环境中起着至关重要的作用，因此，研究这些化合物的调控机制对于了解植物的生长发育和适应性具有重要的意义。

一、植物次生代谢产物的作用植物次生代谢产物是指不参与细胞代谢、生长和繁殖的化合物，如植物色素、挥发性油等。

这些化合物通常由特定的酶合成，并能够影响植物对环境的适应性。

一些次生代谢产物对植物的生长和发育具有直接的影响。

例如，茉莉酸甲酯（jasmonic acid methyl ester，MeJA）是植物生长和适应环境中的一种重要的次生代谢产物。

MeJA能够调节植物的生长发育，如促进细胞分裂和扩散、抑制根生长。

此外，它还能够影响植物的抗生素和抗氧化防御。

对 MeJA 的研究表明，该次生代谢产物对植物免疫防御、生长发育和适应性的调节具有重要作用。

另一方面，一些次生代谢产物对植物抗逆性和适应能力产生重要影响。

例如，一些植物色素能够吸收光线，从而保护植物不受光的伤害。

此外，某些残留物质能够中和细胞内自由基，从而防止氧化伤害。

二、植物信号激素的作用除了次生代谢产物，植物还依靠信号激素来调节它们的生长发育和适应性。

植物中的信号激素主要有脱落酸（abscisic acid，ABA）、赤霉素（gibberellin，GA）、细胞分裂素（cytokinin，CTK）、茉莉酸（jasmonic acid，JA）和乙烯（ethylene，ETH）等。

ABA对植物的生长发育和适应性起着至关重要的作用。

在干旱条件下，ABA可以调节植物停止生长、保护水分和维持细胞功能。

此外，ABA还能够调节植物对不利环境因素的反应，如调节逆境抗性和对抗逆境生长的适应性。

与ABA相反，GA可以促进植物生长和发育。