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植物次生代谢产物在医药中的应用植物是地球上最古老的生物之一，它们在长时间的进化过程中逐渐产生了各种复杂的生物化学代谢途径，其中包括了许多人类所需的活性物质。
而在这其中，植物次生代谢产物则是一类被广泛应用于医药领域的物质。
本文将从植物次生代谢的定义及分类入手，探讨其在医药中的应用。
一、植物次生代谢的定义及分类和原代代谢不同，次生代谢是指植物特异的产生在生命体内的化合物。
涵盖的物质种类相当广泛，包括了酚类、生物碱、鞣质、黄酮和挥发油等。
1. 酚类酚类是植物次生代谢中最多样化的一类物质，不同的酚类代表着不同的活性。
例如水杨酸和对乙酰氨基酚就是极具代表性的两种酚类药物，前者用于消炎镇痛，后者则可用于镇痛和降低发热。
2. 生物碱生物碱是植物次生代谢中极为活性的一类化合物，通常存在于植物的干叶、果实、根和花中。
在医药领域中，生物碱被广泛应用于心血管疾病、癌症和疟疾等治疗方案中。
3. 鞣质鞣质是一种由植物产生的金属离子和多酚类物质结合而成的化合物。
由于鞣质具有收敛、抗炎和硬化等特性，因此广泛应用于消化系统和皮肤病领域的治疗方案中。
4. 黄酮黄酮是一类广泛存在于植物中的次生代谢产物，它们能够从日常摄取的植物中提供各种保护作用。
黄酮物质能够增强免疫系统、减少癌症发病率、降低心血管疾病发病率，有效预防因炎症引起的疾病。
5. 挥发油挥发油是植物中含量较高的化合物之一，它们能够产生强烈的气味，并且具有多种特定的药理作用。
例如，茶树精油则被广泛用于皮肤感染和呼吸系统感染的治疗方案中。
二、由于一些天然产物能够提供非常有效的活性，因此在医药研究中，它们被广泛应用于各种治疗方案中。
在这其中，植物次生代谢产物则是其中的重要角色。
1. 神经系统疾病植物次生代谢产物在治疗神经系统疾病方面有着显著的应用。
常见的神经系统疾病治疗包括焦虑症、抑郁症和帕金森病等。
而植物次生代谢产物，如一些黄酮类化合物则能够减轻抑郁和焦虑等症状，并且对于帕金森病也具有抵抗力，有效减缓病情的恶化。
药用植物中次生代谢产物的研究药用植物种类繁多，其中的作用机理和药效受次生代谢产物的影响。
次生代谢产物是生物体内不参与生命维持的化学物质，对植物生长和生存的环境具有重要意义。
然而，这些化合物在研究中具有一定的难度，因为在植物体内和外部环境中形成、转运和储存这些化合物的过程非常复杂。
在本文中，我们将探讨使用现代技术研究药用植物中次生代谢产物的方法和应用领域。
一、次生代谢产物的来源植物通过次生代谢产物产生关键的化学物质，其作用包括保护植物免受生物和非生物压力、吸引传粉媒介、辅助呼吸和控制生长发育。
次生代谢产物的来源主要分为两大类：内源性和外源性。
内源性次生代谢产物由植物自身合成，例如酚类、生物碱和黄酮类等。
这些化合物是通过基因调控和代谢酶的催化作用而形成的。
通过遗传分析技术和基因编辑技术，科学家可以精确地研究植物内源性次生代谢的调控和作用。
外源性次生代谢产物由外部环境刺激引起，例如诱导生物合成，此类化合物的分子结构和生物活性有所不同。
通过使用代谢组学和化学组学技术，科学家可以在植物中检测和鉴定这些化合物，以揭示植物对外部环境的响应机制和调节策略。
二、次生代谢产物的研究方法近年来，人们使用现代技术研究药用植物中的次生代谢产物，主要包括以下几种方法：1. 组学研究代谢组学是一种高通量技术，通过同时检测多种化合物，快速获得大量代谢物信息，了解植物对不同环境的响应。
科学家使用代谢组学来阐明植物次生代谢产物生物合成途径和调节机制，进一步提高药用植物产量和品质。
2. 生化研究生化研究是通过分离和纯化植物中的化合物或代谢酶，研究其结构、特性、作用和调控机制。
这种方法需要将植物分解成不同的组分，并在一定程度上改变其组成和结构，以得到较高的化学纯度和较好的稳定性。
3. 遗传研究遗传研究是通过基因编辑、转化和突变等技术，精确控制植物内源性次生代谢产物的合成过程。
这种方法适用于研究植物次生代谢途径的主要限制因素和关键酶类，从而为调控药用植物中次生代谢产物的合成提供基础。
随着人们对药用植物资源的利用度日益增加，使不少药用植物资源处于濒危状态。
面对着药用植物有限的蕴藏量，如何进行合理有效地开发利用是我们亟待解决的问题。
而自然界许多珍贵药用植物的有效成分是其次生代谢产物，药用植物的次生代谢产物作为药品、香料越来越得到关注。
自从20世纪50年代提出用植物细胞大量培养作为工业化生产药用植物次生代谢产物的一条途径以来，实践表明，采用药用植物细胞培养技术生产次生代谢产物是解决资源问题的较为有效的途径。
1．药用植物次生代谢产物药用植物次生代谢产物是指药用植物体内的一大类化合物，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。
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。
不同药用植物的次生代谢产物的合成和积累经常在不同的部位，薄荷属植物次生代谢产物积累在油腺等特殊的结构当中，还有青蒿中的青蒿素的合成和储藏均在腺体特异细胞器中进行。
药用植物次生代谢物种类繁多，结构迥异。
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。
在植物的某个发育时期或某个器官中，次生代谢产物可能成为代谢库的主要成分，比如橡胶树产生大量橡胶和甜菊叶中甜菊甙的含量可达干重的10％以上。
2.药用植物细胞培养技术在次生代谢产物的生产中，药用植物细胞培养技术是通过给予体外生长的植物细胞一定的营养条件，使其生长，并根据植物或植物不同组织的细胞调节生长条件来获取所需的次生代谢产物的生物技术。
植物次生代谢产物研究进展及其在医药中的应用植物是自然界中的生命之源，生长中所产生的代谢产物不仅滋养人类，还具有广泛的药用价值。
植物代谢产物可以分为原生代谢产物和次生代谢产物两类，其中，次生代谢产物是植物对外界环境影响的产物，除了满足植物生长发育所需外，还带有药物、毒素、色素等特性，是植物界中重要的化学物质。
随着科学技术的不断提升，植物次生代谢产物的研究也在不断深入，其在医药领域的应用逐渐受到人们的重视。
一、植物次生代谢产物研究进展1. 植物次生代谢产物研究方法植物次生代谢产物的研究方法主要包括化学分离和结构鉴定、生物学测定和基因工程方法等。
其中化学分离和结构鉴定是研究次生代谢产物最基础的方法，通过对植物提取物的分离纯化和结构鉴定来确定代谢产物的存在和种类。
生物学测定则是通过对代谢产物的生物学作用和活性进行测定来验证代谢产物的生物学功能和应用价值。
2. 植物次生代谢产物类型和作用植物次生代谢产物种类繁多，包括生物碱、类黄酮、苯丙素、单萜类、二萜类、氨基酸及其衍生物等多类。
这些代谢产物在植物生长发育、环境适应、捕食与防御等过程中发挥着重要的作用。
例如，生物碱在草本植物中是重要的防御物质；类黄酮在植物中则起到了色彩和花色等美学角色；而单萜类和二萜类的化合物具有广谱的药理活性，被广泛用于医药、食品添加剂、化妆品等领域。
3. 植物次生代谢产物的生物合成途径植物次生代谢产物的生物合成途径复杂，需要多个酶和基因的协同作用。
近年来，基因工程技术的发展使得研究者们可以通过转基因技术来改变植物代谢产物的合成途径，以此来制造出更为纯净的代谢产物或产生人工合成代谢产物。
二、植物次生代谢产物在医药中的应用1. 植物次生代谢产物的药用价值植物次生代谢产物是自然界中的重要化合物，其中很多具有非常明显的药物活性。
例如，白藜芦醇在植物中作为一种黄酮类物质，具有抗氧化、增强免疫力、抗肿瘤等多重药理作用，并被广泛应用于药物和保健品中。
药用植物次生代谢产物积累规律的研究概况一、本文概述随着现代医药学的发展，药用植物作为天然药物的重要来源，其研究价值日益凸显。
药用植物的次生代谢产物，作为其主要活性成分，具有广泛的生物活性和药理作用，对于人类疾病的防治具有重要意义。
本文旨在探讨药用植物次生代谢产物的积累规律，以期为药用植物资源的合理开发和利用提供理论支撑。
本文首先介绍了药用植物次生代谢产物的概念和种类，阐述了次生代谢产物在药用植物中的重要性和作用。
接着，从生物合成途径、环境因素和遗传调控等方面，分析了次生代谢产物积累的影响因素，探讨了次生代谢产物积累的一般规律。
在此基础上，本文综述了近年来国内外在药用植物次生代谢产物积累规律研究方面的主要成果和进展，包括次生代谢产物积累与植物生长发育的关系、次生代谢产物积累与环境因子的关系、次生代谢产物积累的遗传调控机制等方面的研究。
通过对药用植物次生代谢产物积累规律的研究概况进行梳理和总结，本文旨在为药用植物资源的合理开发和利用提供理论支持和实践指导，推动药用植物次生代谢产物的研究向更深层次、更广领域发展，为人类的健康事业作出更大的贡献。
二、药用植物次生代谢产物的合成途径与调控机制次生代谢产物是药用植物在生长发育过程中，为适应环境压力或完成特定生理功能而合成的一类非必需小分子化合物。
这些化合物通常具有显著的生物活性，如抗菌、抗病毒、抗氧化、抗肿瘤等，是许多中药材的主要药效成分。
因此，研究药用植物次生代谢产物的合成途径与调控机制，对于深入理解其药用价值和提高药材质量具有重要意义。
次生代谢产物的合成途径通常包括初生代谢产物的转化和专门的次生代谢途径。
初生代谢产物，如糖、氨基酸和脂肪酸等，通过一系列酶促反应转化为次生代谢产物。
这些反应可能涉及多个生物合成途径，如苯丙烷途径、黄酮途径、萜类途径等。
这些途径中的关键酶和调控因子在次生代谢产物的合成中发挥着重要作用。
调控机制方面，药用植物次生代谢产物的合成受到多种内外因素的调控。
植物次生代谢产物的研究及其在医药中的应用植物作为自然界中最基本的生物之一，为维持生命而拥有着自身独特的生物合成途径，其中次生代谢产物，也就是与维持生命直接无关的物质，逐渐成为了当代生命科学领域中的研究热点之一。
随着生命科学技术的日益进步，人类也逐渐认识到了植物次生代谢产物在医药领域中的重要作用，掌握并运用这些物质，正在成为开拓一条全新的医药研发之路上的必修课。
一、植物次生代谢产物的研究植物次生代谢产物在植物体内起到的作用往往不同于其在生物界中的主流功能，也就是为植物提供保护、诱导和生殖等较为基本的功能。
因此，植物次生代谢产物常常被看做是植物的“化学语言”，它们携带着植物的生存战略、适应策略和生态竞争优势，并在其在自然界中的竞争和互动中发挥重要作用。
植物次生代谢产物的种类繁多，包括不同类别的生物碱、黄酮、酚化合物、萜类化合物等，它们互不相同，然而却相互作用、彼此关联。
因此深入研究植物次生代谢产物的性质和作用，不仅可以为植物生产领域的研究提供支撑，同时还可为从植物提取有用物质，或利用植物合成传统药物的研究提供理论基础。
为了深入了解植物次生代谢产物，各国学者纷纷投入到相关研究中。
计算机技术、生物信息学和生物化学等技术设备，使得对植物次生代谢产物的结构和特性进行深入研究成为了可能。
可谓是从人工化学合成、植物遗传操作到气相色谱质谱和其他新技术的应用，精密而无所不包。
植物次生代谢产物所含有的传统药物成分被识别之后，一致性和孕育类似作用的配方化合发掘也夺去了成本和研发时间。
二、植物次生代谢物在医学中的应用近年来，在植物次生代谢物的研究中，各种有效的治疗程序和新型药物已经得到了开发。
例如，从植物中提取出的Silymarin可以用于治疗慢性乙醇性肝病。
另一种植物次生代谢物Taxol可以抑制正常细胞增殖，并用于治疗卵巢癌。
当然了，植物次生代谢物的药用价值不仅仅在于治疗一些病症，还可以用于化妆品、香料、保健品等方面。
植物次生代谢产物及其药用价值研究植物是人类赖以生存的重要资源，不仅提供了食物、药物、材料等方面的需求，还在环境保护、景观美化等方面具有重要作用。
除了一些营养物质以外，植物还含有许多次生代谢产物，它们经过植物特定的代谢途径合成，在植物的种子、根、茎、叶、花等各个部位均有分布，具有广泛的生物活性和药用价值。
植物次生代谢产物的种类繁多，包括单萜、二萜、生物碱、黄酮、酚酸、皂苷等。
其中，生物碱和黄酮是最常见的药用活性物质。
生物碱是指氮含量较高，含有多个芳香环或杂环的天然化合物。
生物碱具有广泛的药理作用，如镇痛、镇静、抗癌、抗炎、杀菌、解热等。
其中，地花、毛地黄、僵蚕等都是有名的中药材，主要成分为生物碱。
此外，生物碱还存在于一些食品中，如茶叶、中药材、水果等，可以提高人体免疫力，对于预防和治疗某些疾病具有一定的作用。
黄酮是一类含有苷基的多羟基化合物，具有广泛的药理作用。
黄酮不仅是重要的多种植物中的次生代谢产物，还是植物自身抵御外界不良刺激的重要物质。
黄酮具有抗氧化、抗炎、抑制肿瘤、保护心脑血管等多种功效。
如茶叶中的茶黄素、葛根中的黄酮类化合物是常见的黄酮类物质，且长期的临床实践验证了它们的预防和治疗功效。
植物次生代谢产物的药理作用与其结构有着密切的关系，因此，对于植物次生代谢产物的提取、分离、鉴定和生物学活性研究是目前研究热点。
新的技术手段和方法的应用使得针对植物次生代谢产物的多个方面的研究得以开展，以更好的理解其化学结构与药理作用的关系。
在传统的研究基础上，生物大分子聚集体技术、基于计算机的杂交技术等都得到了广泛应用，并在大规模筛选及开发具有生物活性的复杂天然产物中取得了重要进展。
开展植物次生代谢产物的药用价值研究不仅对药物开发产业有着广泛的应用前景，还有助于我们更好地认识和利用植物资源。
当前，随着全球人口增长和经济的快速发展，对植物次生代谢产物的需求将越来越高。
因此，加大植物次生代谢产物的研究与开发是非常有意义和必要的。
植物次生代谢产物在药物开发中的应用研究自古以来，人类就善于利用植物来治疗疾病。
在药物研发的领域中，植物仍然是不可或缺的重要来源。
植物的药物作用主要是由其次生代谢产物产生的，这些次生代谢产物往往是生长发育时产生的辅助物质，具有多种功效。
本文将探讨植物次生代谢产物在药物开发中的应用研究。
一、植物对人类健康的贡献植物不仅是人类的食物来源，还对人类的健康有着重要的贡献。
自古以来，人们就发现一些植物可以治疗各种疾病。
例如，中药材黄芪可以增强机体的免疫力，人参可以抗衰老，黄连可以抗病毒等等。
这些药物作用主要是由植物的次生代谢产物发挥的。
除了中药材以外，现代药物研发也广泛利用植物作为药物来源。
例如，用于治疗阿尔茨海默病的多奈哌齐就是从中国传统药材肉苁蓉中提取而来。
这表明植物次生代谢产物在药物开发中具有重要的地位。
二、植物次生代谢产物的分类植物次生代谢产物主要有两大类：一类是生物碱、甾类化合物等水溶性化合物；另一类是萜类、酚类、苯丙素类等脂溶性化合物。
这些次生代谢产物主要是通过生物合成途径产生的。
目前，科学家已经发现了许多的生物合成通路，通过对这些通路的研究，可以更好地理解植物次生代谢产物的生物合成途径。
三、植物次生代谢产物在药物开发中的应用目前，许多植物次生代谢产物已经被应用于药物开发，具有丰富的应用前景。
下面列举一些常见的植物次生代谢产物及其应用：1. 阿司匹林：阿司匹林是一种水杨酸类药物，可以治疗炎症和疼痛。
它是从白柳树皮中提取而来。
2. 喜马拉雅山雪莲碱：喜马拉雅山雪莲碱是一种生物碱，可以防止脑卒中和心脏病。
它是从高山植物雪莲中提取而来。
3. 白术醇：白术醇是一种萜类化合物，可以治疗乙肝、肝硬化等疾病。
它是从中药材白术中提取而来。
4. 桂皮酸：桂皮酸是一种酚类化合物，可以抗菌、镇痛和降血压。
它是从桂树的皮层中提取而来。
以上仅是少数几种植物次生代谢产物的应用，植物次生代谢产物在药物研发中的应用是非常广泛的。
植物中次生代谢产物及其生物学功能的研究植物生长过程中合成的代谢产物绝非只有基础代谢产物，还分为一系列次生代谢产物，包括酚类、生物碱、黄酮类、萜类、苯丙素类等。
这些次生代谢产物是植物自身保护、抵御害虫的毒素、吸引传粉昆虫的信号物质等生物学功能的重要体现。
酚类酚类化合物是植物重要的次生代谢产物，其结构简单，具有强氧化还原能力和优秀的抗氧化能力。
不同类型植物的酚类产物化合物有所差异，其中鞣花酸是植物中最常见的酚类化合物，如橡树和柿子树中含有大量的鞣花酸。
它们在植物中具有很重要的作用，既可以抗氧化，又可以使细胞壁变硬，在植物中充当支撑等作用。
与此同时，它们还具有可好的收敛缩血管作用，能有效地缩小血管，降低毛细血管的通透性和渗透性，阻止渗出液体，减轻肿胀等症状。
生物碱生物碱是一类含氮的次生代谢产物，通常在植物叶子、根、花及果实等部位中分布。
生物碱有许多重要的生物学功能，如抗菌、抗癌、对中枢神经的作用等。
生物碱的功能非常广泛，而且有些生物碱还是一些已知生物活性所引起的作用，如烟草中的尼古丁，可用于杀虫、治疗去瘢痕化、减轻失眠的症状、促进兴奋等作用。
春天采摘的胡说，科学家发现胡说富含有氮化合物，对人体具有保健作用。
黄酮类黄酮类化合物是一类多种作用方式的次生代谢产物，在植物的同种不同部分中含量可能会有一定的差异。
它具有多种特殊的生物学功能，如对神经系统、心血管系统、免疫系统、代谢物质等的调节作用。
黄酮类产物与植物中的营养元素及维生素等具有协同作用，可提高植物的代谢能力，防止氧化，使植物癌症等有效对抗。
萜类萜类化合物是一类广泛存在于植物体内的次生代谢产物，其分子结构有多重环式、多肽、双萜等，其中的不饱和结构和保有硬度很重要。
萜类化合物的功能多种多样，如抗癌、抗菌、抗炎、抗氧化等作用，还可以用于治疗风湿类疾病、预防白内障等症状。
不同类型植物的萜类产物差异较大，其中松柏科植物是最常见的产生萜类化合物的植物族群，如冷杉、金钱松和红树等。
植物次生代谢产物在医药中的应用前景植物已经成为了人类文明的重要组成部分，在很多领域都发挥了不可替代的作用。
其中，植物次生代谢产物在医药中的应用前景也日渐凸显出来。
本文将深入探讨植物次生代谢产物在医药中的应用前景。
一、植物次生代谢产物简介植物次生代谢产物是植物在维护自身生长和发育的同时，产生的对外部环境适应和互动的代谢产物，在植物与微生物、植物与动物、植物与植物间的互动中发挥着重要的生态作用。
这些次生代谢产物具有丰富的化学结构和多样的生物活性，具有广泛的应用前景。
二、植物次生代谢产物在医药中的应用植物次生代谢产物在医药领域的应用已经被广泛研究和应用，例如：1. 植物次生代谢产物与药用植物中含有多种次生代谢产物，如生物碱、黄酮、倍半萜、皂苷、萜烯等，这些物质具有多种药用价值。
例如，黄芪中含有黄酮类物质，具有明显的免疫调节作用，被应用于免疫调节剂的研究和应用中。
又如，蒲公英中含有大量倍半萜类物质，常被用于提取甲醛和抗肿瘤药物中。
因此，寻找和开发植物次生代谢产物是药用研究的重要方向。
2. 植物次生代谢产物与抗菌植物中的许多天然产物被发现可以有效地杀灭病毒、细菌和真菌等微生物。
例如，樟脑等植物次生代谢产物具有较强的抗菌活性，被广泛应用于制作消毒剂、虫草菌制剂、残留农药鉴别等领域。
3. 植物次生代谢产物与化学品植物次生代谢产物还是化学品领域的重要原料和中间体，如三氮化硼、三甲胺硼氢化物等，这些化合物都是利用植物次生代谢产物作为起始原料合成的，不仅能节约成本，而且对环境更加友好。
三、随着生物技术的不断发展和创新，植物次生代谢产物的应用前景也越来越广阔。
例如，可以通过基因工程手段来控制植物的次生代谢反应，增加特定次生代谢产物的含量和种类。
又如，利用生物发酵技术，可以将植物中的次生代谢产物生产工业化的规模。
总之，植物次生代谢产物在医药领域的应用前景非常广阔，不仅可以应用于药用、抗菌等领域，还可以用于化学品、环保产业等领域。
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98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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