第四讲乳酸菌及益生菌种类的功能及具有生物活性的次生代谢产物
一、乳酸菌及益生菌
1、定义及分类
（1）乳酸菌
（2）益生菌
2．生物活性
3．生长特性及应用、产品开发
二、生物活性的次生代谢产物
1、细菌素
（1）定义及种类
（2）特性
Nisin是正常菌群中某些种类的乳酸乳球菌合成和分泌的一种对大多数G+菌有强大杀灭作用的细菌素。Nisin对营养细胞的作用主要是在细胞膜上，它可以抑制细菌细胞壁中肽聚糖的生物合成，使细胞质膜和磷脂化合物的合成受阻，从而导致细胞内物质外泄，甚至引起细胞裂解。作为一种天然的生物性食品防腐剂和抗菌添加剂，Nisin已广泛应用于乳制品、罐头食品、高蛋白食品及饲料工业中。添加400IU/g的产品储存11天，其含菌数比对照组低4个对数期，产品的感官可接受性较高。Nisin对乳酸菌株的影响也较大，如控制适宜的添加量(一般在5-100mg/kg)，能对某些乳酸菌株有明显的抑制作用，造成菌株的活力下降、产酸受抑、生长不良，但乳酸菌总数变化不大。
nisin的研究现状
乳链菌肽是由乳酸乳球菌产生的由基因编码的多肽抗生素，含有34个氨基酸残基，分子中含有5种稀有氨基酸，即氨基丁酸（ABA）、脱氢丙氨酸(DHA)、β-甲基脱氢丙氨酸（DHB）、羊毛硫氨基酸（ ALA-S-ALA）和β-甲基羊毛硫氨基酸（ALA-ABA），它们通过硫醚键形成五个内环。
乳链菌肽的抑菌谱包括营养体和芽孢，对葡萄球菌、梭菌、芽孢杆菌和利斯特菌有强烈的抑制作用，对酵母和霉菌没有作用。迄今为止，乳链菌肽已在全世界约60多个国家和地区被用作食品防腐剂]。我国对乳链菌肽的研究始于1989年，中国科学院微生物研究所在国家自然科学基金项目和中国科学院“八五”重点科研基金项目资助下，完成了对乳链菌肽的基础研究，研究成果现已批量生产，投放市场。1992年3月29日，我国卫生部食品监督部门签发了乳链菌肽在国内的使用合格证明，同时将乳链菌肽列入1992年10月1日实施的国标GB2760-86中的增补品种，可用于罐藏食品、植物蛋白食品、乳制品和肉制品的保藏中。乳链菌肽用于食品中的优点是安全无毒，它的LD50约为7000Kg，允许使用的最大剂量是33000IU/Kg，乳链菌肽是一种短肽，可以被体内的α-胰凝乳蛋白酶降解；不影响食品的色香味；在食品加工中可以降低杀菌温度、减少热处理时间，改变食品的营养价值、风味和结构等性状。国内外的研究者在对乳链菌肽的分子结构、分子形成过程、物理化学性质、抗菌机理和毒性等进行了广泛的研究
产nisin菌株在发酵食品中的应用
在干酪中的应用
早在1951Hirsch等研究发现nisin产生菌乳酸乳球菌乳酸亚种在Swiss型干酪中抑制厌
氧产气芽孢的形成。nisin最早应用于干酪的防腐，也是目前乳制品应用中的一个主要方面。在干酪加工的过程中，虽经过高温灭菌，但仍会有耐热性的革兰氏阳性菌孢子（如肉毒梭状菌和厌氧的梭菌芽孢）存在，乳酸链球菌肽可有效地阻止这些孢子的萌发和毒素的形成，有报道说，将nisin抗性株和nisin产生菌混合用于干酪发酵剂，可使优质产品率达90%以上，而用常规的方法仅有41%。学者们在这方面进行了大量的研究，nisin产生菌在干酪中应用的主要限制是生长缓慢和产酸率低。Exterkate等（1976）产酸率低主要原因是缺乏蛋白酶系统。是这些nisin产生菌只能利用乳中的可溶性含氮化合物。Roberts等（1992）用电穿空法将质粒pFG010引入乳酸乳球C2中使其产生nisin抗性和红霉素抗性，然后将其与nisin 产生菌混合发酵，以期改变干酪的产酸度，但并未取得成功，由于这个质粒译码的抗性新陈代谢导致nisin失活。Roberts等（1992）通过筛选发酵蔗糖nisin产生菌菌株获得一株自发突变的蛋白酶阳性菌株NCDO1404，用1%的NCDO1404和0.5%JS102混合用于cheddar干酪发酵，使产酸率提高，达到干酪的酸度要求，干酪中大约700IU/g的nisin。此后，Roberts 等（1993）又将用nisin产生菌制作的干酪用于巴氏杀菌的干酪酱的一种配料成份，结果低湿度在22和37℃,高湿度在22℃贮存时，延长了货架期。Berg等（1998）对Manchego干酪在成熟期间产nisin的乳酸乳球菌乳酸亚种ESI515对Listeria Innocua的抑制性进行了研究，发现成熟60天后，产nisin的发酵剂发酵干酪中L.innocua比不产nisin发酵剂酵的干酪细菌总数少约104个。Rodríguez等(2001)]等通过杂交的方法获得一株nisin产生菌菌株TAB50，并将其用于抑制半硬质干酪中单核增生性李斯特菌。Maisnier-patin等（1992）也将其用于Camember干酪中。Rodríguez等（1998）[13]将其用于Manchego干酪均证明对李斯特菌有良好抑制作用。使用产乳酸链球菌的作为发酵剂用于干酪的生产能达到抑菌的目的，其风味并未受到影响。Abdelghani等（2001）将nisin产生菌与其他乳酸菌用于Hisp?anico干酪的发酵发现加入nisin产生菌与不加产nisin发酵剂的干酪的pH值没有差别，菌落总数低。每1Kg接种1.0gnisin产生菌发酵的干酪在成熟45天后，其蛋白水解度和游离氨基酸的数量分别是不加产nisin发酵剂的干酪的1.8倍和2.7倍，疏水的肽降低，3-甲基-1-丁醛、丁二酮和乙酰甲基甲醇浓度增加，干酪风味更好。
在泡菜中的应用
Harris等（1992）将nisin产生菌乳酸乳球菌NCK401和nisin抗性的Leuconostoc mesenteroides NCK293混合用于泡菜的发酵中。泡菜在最初发酵阶段是异型发酵的L占主导地位，由于L对酸敏感，随着酸度的上升，L迅速死亡，在发酵的后期是植物乳杆菌占主导。这种微生物生长顺序使泡菜具有特殊的风味和香味，然而，在大批量的生产中，泡菜的这种自然发酵主要信赖于原料的微生物种群。微生物的生长顺序受到生产条件的影响。因此，很难扩大生产并维持泡菜质量的稳定。乳酸乳球菌NCK401产生的nisin可以在初期抑制L 以外的其它微生物的生长，而不影响LNCK293的生长繁殖。在混合发酵剂中100AU /ml的nisin轻微抑制植物乳杆菌ATCC14917。600AU/ml可以完全抑制株菌的发酵。由于后期的同型发酵是泡菜发酵中必不可少的，因此从实践的观点来看nisin并不是消除植物乳杆菌的生长。通过实验将乳酸乳球菌和L比例定为103:1。这种泡菜在含有2%的NaCl在20℃发酵获得了较高质量。
在酸奶中应用
与干酪相比，nisin产生菌用于酸奶的发酵的研究应用较少，只有Kalra等（1975）研究
了nisin产生菌与其它菌株混合发酵来阻止酸奶中酸的增加，以后他又研究了乳酸菌对nisin 的敏感性，及nisin产生菌对其他普通发酵剂的影响。
nisin产生菌在干酪中的应用已取得了可喜的成功，在泡菜和酸奶的应用中也有了初步的研究。到目前为止，还未见产nisin的乳酸乳球菌用于其他发酵食品中，如果将nisin产生菌与其他nisin抗性菌株用于发酵食品中，可以抑制其它不需要的微生物的生长，减少或不必添加防腐剂，改善品质，延长保质期。国内将产nisin的菌株用于发酵食品中还未见报道。随着对nisin产生菌的特性的进一步的研究，产nisin的菌株在发酵食品中的应用必将大放异彩。
2、乳酸菌胞外多糖的研究进展
多糖是近年来兴起的一个研究热点，掀起了继蛋白质和核酸之后的又一生物大分子的研究热潮。人们之所以如此重视它，是因为它在生物体内所起的复杂且重要的生理作用。近年来，由于许多发达国家诸如美国、日本和欧洲等对多糖研究的重视，使得这方面的研究取得了不少进展，使得人们对它有了更深的了解（顾瑞霞，2000）。
多糖是高度水合的聚合物，由重复单元（由单糖组成）以糖苷键链接而成，分为同聚多糖和杂多糖，其分子上还可以带有无机分子和有机分子的取代基。多糖是一些变化多端的生物大分子，因为不但组成它们的单糖单位可以变化，而且这些单糖单位的链接方式也不定。单糖上存在一些羟基，可以形成糖苷键，这就意味着任何两个单糖就可以以多种位置相连。与之相比，任何两个氨基酸只能以两种方式链接成二肽。此外，多糖中还存在许多支链，以及无几分子和有机分子的取代基，致使其结构尤为复杂（Roberts，1995）。由此可见，复杂的多糖必定与复杂的生命现象关系密切。
生物界中，动物、植物和微生物都是多糖的丰富来源。微生物的胞外多糖尤为重要。微生物多糖包括某些细菌、真菌和蓝藻类产生的多糖，主要以三种形式存在：粘附在细胞表面上；分泌到培养基中;构成细胞的成分。
微生物多糖，因其安全无毒、理化性质独特等优良性质而倍受关注。微生物多糖包括胞内多糖、胞壁多糖和胞外多糖。胞外多糖是由微生物大量产生的多糖，易与菌体分离，可通过深层发酵实现工业化生产。据Ｄ.Ｅ.Ｅveleigh统计，已经发现49属76种微生物产生胞外多糖,但真正有应用价值并已进行或接近工业化生产的仅十几种。
近几年,随着对微生物多糖研究的深入,世界上微生物多糖的产量和年增长量均在 1 0 %以上。而一些新型多糖年增长量在3 0 %以上。到目前为止,已大量投产的微生物胞外多糖主要有黄原胶(Xanthangum)、结冷胶(Gellangum)、小核菌葡聚糖(Scleeroglucan)、短梗霉多糖(Pullulan)、热凝多糖(Curdlan)等。微生物多糖具有植物多糖不具备的优良性质，它们生产周期短，不受季节、地域和病虫害条件限制，具有较强的市场竞争力和广阔的发展前景。
目前,许多微生物多糖已作为胶凝剂、成膜剂、保鲜剂、乳化剂等。广泛应用于食品、制药、石油、化工等多个领域。据估计，全世界微生物多糖年加工业产值可达50～1 0 0亿美元（魏培莲，2002）。
近年来，人们越来越关注乳酸菌产生的胞外多糖，因为乳酸菌是公认的有益菌，所以它们产生的胞外多糖也具有GRAS（普遍认为是安全的）地位（De Vuysthe 和Degeest 1999）。用能产生胞外多糖的乳酸菌发酵乳，即使只产生少量的胞外多糖（60－400mg/L），也可使发酵物具有粘稠的质地（Cerning 1990）。此外，胞外多糖还可以改善发酵乳的质地，使其质地象奶油一样光滑细腻（Macura 和Townsley 1984），并且还能减少酸奶的乳清析出和胶体
断裂，从而成为酸奶稳定剂的替代品。一些报道还称乳酸菌胞外多糖具有优良的生物学特性，如免疫活性（Oda et al. 1984）。综上所述，乳酸菌胞外多糖具有很广阔的发展前景。
有关乳酸菌胞外多糖的物化特性及生物合成，研究者进行了深入探索，本文综述了这些方面的研究进展。
乳酸菌胞外多糖的组成和结构
乳酸菌胞外多糖是一个广义的概念，细分为荚膜多糖（包围在菌体周围）和黏质多糖（释放都培养基质中的胞外多糖）。目前研究的分泌胞外多糖的乳酸菌大多来源于乳制品，例如酸奶及发酵剂、开菲尔粒，也有源于发酵肉的（Van Den Berg et al. 1995）。常见分泌胞外多糖的乳酸菌有：德氏乳杆菌保加利亚亚种（Lb.bulgaricus）、嗜热链球菌（S.thermophilus）、干酪乳杆菌干酪亚种（Lb.casei ssp. casei）、马乳酒样乳杆菌（Lb.kefiranofaciens）、嗜酸乳杆菌（Lb.acidophilus）、清酒乳杆菌（Lb.sake0-1）、乳酸乳球菌乳脂亚种（https://www.doczj.com/doc/9215424625.html,ctis ssp.cremoris）、乳酸乳球菌（https://www.doczj.com/doc/9215424625.html,ctis）和肠膜明串珠菌（Leuc.mesenteroides）。
乳酸菌分泌的胞外多糖的特性与其结构和组成有很大的相关性。目前，研究者普遍认为由乳酸菌分泌的多糖是中性异型多糖（即分泌到细胞壁或培养介质中的多糖）；分子量在0.5×106到2×106之间，研究显示纯胞外多糖的溶液的黏度主要取决于其平均分子量（Van den Berg et al. ,1995）。
对各种乳酸菌分泌的胞外多糖的单糖组成研究表明，大多是由摩尔比例不同的葡萄糖和半乳糖组成（Cerning et al. 1990,1995），除此之外，还有鼠李糖（Cerning et al. 1986,1988；Nakajime et al. 1990,1992；Gruter et al. 1993；Grobben et al. 1995），甘露糖（Petit et al. 1991），果糖（Manca de Nadra et al. 1985），阿拉伯糖和棉子糖（Cerning et al. 1988,1992），或者糖的衍生物，诸如N-乙酰半乳糖胺（Doco et al. 1990；Petit et al. 1991）和N-乙酰葡萄糖胺（Cerning et al. 1994）。Ariga et al.（1992）分离出来一个完全不同的胞外多糖，由S.thermophilus OR901产生，由L-鼠李糖和D-半乳糖以1.00:1.47比例组成；Lact.casei CG11产生的杂多糖组成主要是葡萄糖（约占75%）和鼠李糖（约占15%）（Kojic et al. 1992），此外还有数量很少的半乳糖和甘露糖（Cerning et al. 1992）。目前尚待明确的是EPS的单糖组成是不是胞外多糖溶液和发酵乳饮品的流动学特性的影响因素。许多研究者还发现同一菌属的不同亚种分泌的胞外多糖差异很大。即使同一菌株，其培养条件不同，也会分泌不同的胞外多糖，所产生的胞外多糖的差异在于分子量的不同和单糖摩尔比例的不同，其组成的单糖大致不变。
直到目前为止，可以推定的是，胞外多糖的功能特性受其结构的影响（Sutherland ,1994）。研究显示胞外多糖是由分支的重复单元组成，含有α-和β-链接。在1989到1990年间，Doco et al.首次报道了由三株S.thermophilus分泌的胞外多糖的结构，发现它是由D－半乳糖、D－葡萄糖和2－乙酰胺－2－脱氧－D－半乳糖以摩尔比2：1：1组成，其四糖重复单元的结构如下：
→3）－β-D－Galp－(1→3)－β-D－Glup－(1→3)－α-D－Galp NAC－(1→
6
↑
α-D－Galp 1
Lemoine(1995)研究了S.thermophilus SFi12产生的胞外多糖结构，表明其含有一个六糖结构的重复单元，如下：
→2-α-L-Rhap-(1→2)-α-D-Galp-(1→3)-α-D-Glup-(1→3)-α-D-Galp-(1→3)- α-L-Rhap-(1→
4
↑
β-D-Galp 1
乳酸菌分泌的胞外多糖的功能性与其结构的关系密切，研究者大都认为以键β-(1→2)为主链的葡聚糖，半乳糖和甘露糖具有一定的抑制肿瘤的活性，而β-(1→3)为主链的葡聚糖，含有(1→6)支链的多糖，有的有抗肿瘤的活性，有的没有抗肿瘤的活性或者活性不高。（顾瑞霞，2000）目前，乳酸菌胞外多糖的结构与功能性之间的关系仍然处于模糊状态，需要进一步的研究。
乳酸菌胞外多糖的生物合成
在许多情况下，细菌胞外多糖在毒性中起重要作用，由此驱动了有关细菌胞外多糖的生物合成的研究（Roberts 1995）。因此，G（-）致病菌如大肠杆菌、沙门氏菌和流行热嗜血杆菌等中的胞外多糖的生物合成就相对地明确。在这些G（-）致病菌中，基本重复单元首先在细胞膜上形成，接着二磷酸核糖前体被传送到异戊二烯脂载体上（Sutherland 2001）。一旦这些重复单元聚集，那么脂连中间体就被位移穿过细胞膜，在细胞外聚合，形成胞外多糖，它既可以荚膜的形式共价结合到细胞表面，又可被释放到培养基质中作黏质。
对乳酸菌合成胞外多糖所涉及的基因的研究，及与G（-）致病菌同源性的比较，都明确显示了这些菌合成胞外多糖的细胞机制与G（-）致病菌系统类似，都需要脂连中间体。Stingele 等（1999）研究表明Streptococcous thermophilus SFi6中胞外多糖的生物合成需要一个脂载体，组成多糖的基本重复单元的单糖汇集在这个脂载体上。第一步由1－磷酸半乳糖苷转移酶催化，将磷酸半乳糖连到磷酸脂载体上，随后其它三个糖苷转移酶催化，依次将N-乙酰半乳糖胺、葡萄糖和一个分支的半乳糖部分连到上面。依次而论，乳酸菌胞外多糖的合成是一个耗能的过程，涉及许多酶，产生核糖前体，一个1-磷酸糖苷转移酶转移第一个糖基团，连到磷酸化的脂载体上，一个和更多的转移酶依次催化添加新的糖基，以增加重复单元，其它的酶参与eps基因调控，膜转位和聚合/确定链长度的功能（Lamothe 等2002）。
G（-）和G（＋）菌合成胞外多糖所涉及的各种酶之间存在同源氨基酸，表明它们经历相似的机制，但这种假设仍有待实验验证。有关乳酸菌胞外多糖的生物合成的知识仍十分欠缺，仍有待进一步的研究。
影响乳酸菌胞外多糖合成的因素
产EPS乳酸菌诸如S.thermophilus和Lb.bulgaricus等分泌胞外多糖的量不高，这就为进一步研究胞外多糖与乳蛋白、黏度、流变特性之间关系以及其功能性设置了障碍。对此，国内外的许多研究者对乳酸菌分泌胞外多糖的影响因素进行了大量研究工作。乳酸菌分泌胞外多糖的能力受培养条件（温度、PH值和培养基）的影响很大。大多数产黏菌在所有生长条件都能分泌胞外多糖，但是分泌量最高却是在确定培养介质中，在特定的生长时期产生的（Cowie ,O.N. 1993）。所有促进或减弱生长的因素都影响着胞外多糖前体的胞外浓度，从而影响胞外多糖的合成，在生长期改变糖的性质和浓度均能使胞外多糖的性质或数量或者二者兼而有之发生变化。许多研究者指出，用一个化学确定的培养介质，含有确定的碳源、矿物质、氨基酸、维生素和核酸，可以更好地研究影响乳酸菌生长和分泌胞外多糖所需要的营养因子，代谢途径和胞外多糖的生物合成，并且对研究如何提高产黏菌分泌胞外多糖的数量和质量以及控制胞外多糖的生物合成尤为重要。
有关增产因子对胞外多糖产量的影响存在许多矛盾之处。Garcia-Garibay（1991）研究表明，当向培养Lb.bulgaricus的脱脂乳培养液中添加水解酪蛋白时，可以促进菌的生长和提高胞外多糖的产量，而Schellhaass（1983）研究指出，对于嗜热和嗜温的产黏菌来说，其生长和胞外多糖的分泌均与生长介质中存在的酪蛋白和乳清蛋白无关，可是Cerning（1986）发现酪蛋白能刺激Lb.bulgaricus分泌胞外多糖，但不能促进菌体生长，也有报道说Lb.bulgaricus在乳和乳超滤液中分泌数量相同的胞外多糖，当向超滤液中添加葡萄糖或蔗糖时可以促进菌体分泌胞外多糖。
培养介质的PH值和温度均影响胞外多糖的合成（Garcia-Garibay and Marshall 1991）。
有关温度对产黏乳酸菌分泌胞外多糖的影响的研究报道也相互矛盾。一些研究者发现温度在最适生长温度范围内可以获得较大量的胞外多糖，，而另外一些研究者发现低于最适生长温度可以产生较多的胞外多糖。对于PH值对产黏菌分泌胞外多糖的影响的研究很少。Mozzi et al.测得Lc.caseiCRL87分泌胞外多糖的最大量（488mg/L）和最多细胞数的PH值条件是保持在PH6.0。此外，在发酵中控制PH值产生的胞外多糖的量要比不控制PH值高3倍。
近年来，随着生物技术的发展，有关产黏乳酸菌分泌胞外多糖的代谢途径和所涉及的酶已有不少报道，对此国内研究甚少。A.Escalante et al.（1998）研究表明产黏菌和不产黏菌之间的差别在于代谢途径中的焦磷酸化酶和差向异构酶在胞外多糖的合成中的作用不同。学术报道上存在的偏差有许多原因，例如，检测胞外多糖的方法不同；采用不同的生长介质、条件和检测时间；缺乏PH值控制；存在许多不同的胞外多糖产量的表达方式（毫克EPS、mgEPS/l、mgEPS/CFU）。Fredrik Levander et al.（2002）归纳了S.thermophilus分泌胞外多糖的代谢途径，假设乳酸菌低产胞外多糖的状况可由改变影响前体核苷酸糖合成的中心代谢中的酶量来提高，并通过实验证明了这种方法是可行的。在考虑用基因的方法来提高乳酸菌胞外多糖的产量时，必须承认的是EPS是一个耗能的过程，而乳酸菌仅有几条分解代谢途径能产生能量。因为大多数的嗜热乳酸菌的EPS产量和生长相关，所以在努力显著提高EPS 产量的同时应采取新的办法提高菌体的生物数量（Degeest 等2001a）。
乳酸菌分泌胞外多糖的生理作用
产生胞外多糖的高能消耗和表观构造引起了人们对乳酸菌产生胞外多糖的作用的兴趣。已知细胞表面的多糖具有致病、共生、形成黏质和抗压的作用（Robert,1995；De Vuyst 等，2001）。不过，乳酸菌胞外多糖的生理功能仍不清楚。显然，乳酸菌合成胞外多糖并非为了储存能量，因为大多数的乳酸菌都不能分解代谢它们产的胞外多糖（Cerning 1990）。
胞外多糖有在低湿环境中保护菌体的作用，由此Petersen（2001）调查了胞外多糖对嗜热链球菌在冷冻和冻干时的耐受影响，结果显示，经过冷冻或冻干之后，产生荚膜多糖的嗜热链球菌MR-1C的菌数高于普通菌株，但差别并不十分显著。用产黏质多糖的嗜热链球菌和其普通菌株做了相似的实验，得出结论：对于耐受冷冻或冻干的能力，菌株的不同要比胞外多糖存在与否更为重要（Petersen 2001）。
在全世界乳品工业中，致病性噬菌体是引起发酵失败的最重要原因（Moineau 1999）。人们认为胞外多糖具有保护菌体抵抗不良环境的作用，厚厚的一层荚膜多糖已经被证实有保证菌体免受噬菌体感染的的作用（Kang 和Cottrell，1979）。可是，胞外多糖在乳酸菌受噬菌体感染的过程中所起的作用仍然不清楚。
一些研究表明胞外多糖有保护乳酸菌免受噬菌体感染的作用（Vedamuthu 和Neville，1986；Moineau 等，1996；De Vuyst 和Degeest，1999）。Looijesteijn等（2001）证实，与细胞相连的胞外多糖提供乳球菌属的许多菌株微弱的保护作用，抵抗噬菌体的感染。Forde 和Firzaerald（1999a）也证实与一些乳球菌株松散相连的胞外多糖可以轻微抑制噬菌体的吸附。后一种作用可能是由于胞外多糖阻碍了噬菌体与菌体细胞表面的噬菌体接收器之间的作用（Forde和Firzaerald ，1999a）。Lamothe 等（2002）实验证明保加利亚乳杆菌Lfi5具有噬菌体低敏感性。
综合有关乳酸菌胞外多糖的报道得出，胞外多糖的单糖组成对噬菌体的敏感性无影响。目前仍需要弄清楚的是，有乳酸菌产生的胞外多糖的结构是否与菌体对噬菌体敏感性或非敏感性有关系。不过，目前清楚的是生产者不能仅仅依靠胞外多糖来保护发酵剂菌种免受噬菌体的感染。
乳酸菌胞外多糖的遗传不稳定性
由乳酸菌产生的EPS在基因水平上的不稳定性及其本身粘质特性的不稳定性一直以来都是乳品工业中的广为人知的问题（Cerning ,1990）。即使在最适生长温度，其产粘特性也
会在传代几次之后消失，并且出现培养期延长（Cerning ,1990；Macura et al. ,1984）。因此，必须定期地从发酵剂中从新筛选产EPS的菌株，以保存其特性，用做工业菌株（Stingele,等1996）。嗜温乳酸菌（例如https://www.doczj.com/doc/9215424625.html,ctis subsp. Cremoris和Lactococcus lactis subsp. lactis）产EPS的特性都常与质粒相关，遗传的不稳定性可用质粒的丢失来解释（Macura er al. ,1984；Vedamuhu,等,1986;Vescovo等,1989;V on Wright 等1987）。另一方面，嗜热的乳酸菌产生EPS 却与质粒无关，因为这些菌中不含质粒（Cerning ,1990；Vedamuhu,等,1986）。由此推断，嗜热乳酸菌的EPS生物合成所需的基因似乎位于染色体上，遗传的不稳定性可能是由于遗传因素多变，或者将其概括为染色体组的不稳定性，其中包括染色体的缺失或重组。这两种现象均在德氏乳杆菌保加利亚亚种和嗜热链球菌中观察到（Germond et al. ,1993;Roussel et al.,1994）。
乳酸菌胞外多糖的应用
在乳制品中使用胞外多糖或产胞外多糖的发酵剂，可以提高产品的黏度、稳定性和附水性的作用（Sutherland I. W. ,1998），并且对发酵乳制品的口感、质地和口味接受度起积极的作用（Duboc 和Mollet，2001）。在许多年以前，欧洲的乳品生产者就已经采用产胞外多糖的乳酸菌生产各种有特色的发酵乳（Cerning ，1995）。乳品生产者也已经利用产胞外多糖的发酵菌株来控制酸奶的乳清析出和胶体断裂，这种发酵剂在禁止向天然酸奶中添加植物或动物源的稳定剂的国家，应用更为广泛（Cerning ，1995）。应用产胞外多糖的嗜热链球菌生产低脂干酪，可以改善干酪的质地和功能（Perry et al., 1995）。随着对乳酸菌胞外多糖的更深入的探索，其应用范围会越来越广泛。
3．共轭亚油酸（CLA）高产菌株选育
共轭亚油酸（Ｃonjugated linoleic acid，ＣＬＡ）是一类在９与１１位，１０与１２位或１１与１３位碳原子处含有顺式或反式共轭双键的十八碳二烯酸，是亚油酸（９Ｚ，１２Ｚ—１８：２）的分子的几种位置与几何异构体的统称。在各种异构物中，9Z、11E—CLA 和10E、12Z—CLA被认为是主要的活性形式，它是天然产物中主要的异构物，占来自反刍动物乳制品及肉制品中总CLA的73%-93%。
近几年来，由于ＣＬＡ具有一系列特有的生理功能而倍受关注，这些生理功能包括：抗癌；抗糖尿病；免疫调节，增强机体免疫力；抗动脉粥样硬化；改善体质；增加肌肉，减少脂肪，治疗肥胖；调节骨组织代谢等。随着ＣＬＡ对人体健康积极影响的生理机制被逐步阐述，ＣＬＡ作为一种新发现的营养元素，无论作为保健食品、功能食品，还是将来应用于临床，它的研究都具有重要的意义。
ＣＬＡ主要是存在于反刍动物牛和羊等的肉和奶中。这是由于在反刍动物肠道中厌氧的溶纤维丁酸弧菌亚油酸异构酶能使亚油酸转化成ＣＬＡ,主要是以ｃ-9,ｔ-11异构体形式存在。故天然的ＣＬＡ主要以反刍动物消化道的微生物代谢产物存在。Shantha等(1995年)发现，发酵乳制品中CLA含量高于原料乳，当原料乳（CLA含量4.4mg/kg）加工成酸乳制品（CLA 含量5.50mg/kg）后，其CLA含量增加。Ha等报道，干酪Whiz（CLA含量8.81mg/kg）较原料乳（CLA含量0.83mg/kg）含有更高水平的CLA。Aneja和Murthi报道，印度酸奶Dahi（CLA含量26.5mg/kg）也较原料乳（CLA 含量5.50mg/kg）含有更多的CLA。以上表明微生物发酵作用提高了乳制品中CLA含量。ＣＬＡ也少量存在于其他动物的组织、血液和体液中。植物食品也含有ＣＬＡ,但其异构体的分布状况与动物食品显著不同。特别是具有生物活性的ｃ-9,ｔ-11异构体在植物食品中的含量很少，如在一般植物油中每克仅含有0.1ｍｇ～0.7ｍｇＣＬＡ,且其中ｃ-9,ｔ-11异构体的含量少于50%。海洋食品中的ＣＬＡ含量也很少。有研究报道，每日推荐摄入量从动物实验数据推测为3.5g/人/天。由此可见，向食物中强化CLA是有必要的。
为了能够在工业上生产ＣＬＡ,微生物应该是便宜、容易培育和使用的,并且是可食用的；并且微生物生产的CLA特异性强，90%以上的CLA都是9Z，11E—CLA。这是因为乳酸菌微生物中含有亚油酸异构酶,且其作用位点是在脂肪酸的Ｃ12双键上而不是Ｃ9双键上,能把亚油酸转化为ｃ9,ｔ11ＣＬＡ,而不是ｔ10,ｃ12或ｃ10,ｃ12异构体。空气对它没有影响,而有双键在Ｃ6上的脂肪酸会抑制其活性,但有双键在Ｃ9位置上的脂肪酸可提高其活性。得到的共轭亚油酸可直接从细胞培养液中提取。
目前还没有人对CLA高产菌株的选育进行研究，鉴于CLA的生理活性和食品中较低的含量，以及微生物生产的量也很少的情况下，通过育种找出高产菌株具有非常重要的意义。本课题的研究目的就在于寻找高产CLA的菌株，使微生物生产CLA的方法达到产业化。
国内外研究现状及发展趋势
早在50多年前就已经知道了含共轭双键的脂肪酸的存在。1966年C.R.Kepler发现反刍动物乳汁中的CLA是由厌氧的瘤胃细菌如溶纤维丁酸弧菌（Butyrivibrio fibrisolvens）等将亚油酸转化为CLA的，溶纤维丁酸弧菌的Δ12-顺-Δ11-反异构酶能够使亚油酸和亚麻酸转化成ｃ9,ｔ11-共轭亚油酸,然而由于此法有如下局限性而无法用于工业化生产：如亚油酸不仅仅转化成CLA，还会进一步氧化；溶纤维丁酸弧菌的培养需要非常严格的厌氧条件；它还具有使CLA还原成其他化合物的还原酶等；还能使亚油酸加氢变成硬脂酸。1992年和1994年Chin et al发现老鼠肠道菌群有能力将亚油酸转化为CLA。
1998年Jiang发现常作为乳制品发酵剂的3种费氏丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii）能在MRS培养基上厌氧的条件下将游离的亚油酸转化为CLA，最大量达265ug/ml。
1999年，Pariza报道了一株乳酸杆菌（Lactobacillus reuteri strain）具有一种细胞膜结合酶，它能以亚油酸为原料，合成CLA。同年，Tung Y.Lin等人选取了嗜酸乳酸杆菌、保加利亚德氏乳杆菌、德氏乳酸乳杆菌、乳酸乳球菌和嗜热链球菌等菌种，在含有亚油酸的脱脂乳中培养24小时后，发现嗜酸乳酸杆菌（Lactobacillus acidophilus）的CLA产量最高，达105ug/ml。
2001年，日本的科学家Ogawa等报道了嗜酸乳酸杆菌（Lactobacillus acidophilus）以LA为原料转化为CLA的过程不是从一个非共轭双键经一步异构化而成为一个共轭双键，而是涉及到中间产物羟基脂肪酸的合成，这是首次揭示LA到CLA的转化机制。同年，邵群等用嗜酸乳酸杆菌、干酪乳杆菌及乳酸乳球菌进行发酵，脱脂乳培养液中添加一定量的亚油酸，选出了产量最高的是嗜酸乳酸杆菌，达2.062ug/ml，并测定了最佳发酵条件。
2002年S.Kishino等人通过对大量的乳酸菌的筛选，发现植物乳杆菌（Lactobacillus
plantarum）和嗜酸乳酸杆菌（Lactobacillus acidophilus）即使在有氧的条件下，都可以较多的CLA。2002年Y.J.Kim等人使用葵花油对13种乳酸菌进行了筛选，发现乳酸链球菌（Lactococcus lactis subsp lactis）、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）都可以在MRS培养基中产CLA。2002年J.S.Ham等人从健康的婴儿粪便中分离了34株产CLA的乳酸菌。
通过对国内外现状的分析，可以看出，溶纤维丁酸弧菌（Butyrivibrio fibrisolvens）、费氏丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii）、嗜酸乳酸杆菌（Lactobacillus acidophilus）、保加利亚德氏乳杆菌（Lactobacillus delbrueckii subsp bulgaricus）、德氏乳酸乳杆菌（Lactobacillus delbrueckii subsp lactis）、乳酸链球菌（Lactococcus lactis subsp lactis）、嗜热链球菌（Streptococcus salivarius subsp thermophilus）、干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）、乳脂链球菌（Lactococcus lactis subsp cremoris）、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）、瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）、瘤胃乳杆菌（Lactobacillus reuteri）这些菌都可以产CLA。但其中Butyrivibrio fibrisolvens（溶纤维丁酸弧菌）和Propionibacterium freudenreichii（费氏丙酸杆菌）需要严格的厌氧环境，条件不易控制，所以本实验不采用。而其余的可以产CLA 的菌株均作为本实验的出发菌株。
今后重点研究应是瘤胃CLA 产生途径与机制，优化产生CLA的菌株。在此基础上，借助现代生物技术DNA探针，鉴定与分离产生CLA的特异菌株，并研究其生长特性与培养条件，最终通过发酵工程，大规模生产特异性较高的CLA。然后，通过发酵条件的优化，为大规模生产CLA提供依据。一方面提高乳中CLA的含量，使牛奶不仅是营养品，同时是重要的保健品，提高牛奶的附加值，产生直接的经济效益；另一方面筛选出特异性产生CLA 的菌株，并工业化生产，开发出预防癌症的生物制品以及潜在的减肥食品，对于改善人类的健康具有十分的重要意义。
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
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。
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
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
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
2015年春季学期植物生理学课程论文 植物次生代谢产物的研究应用概况 系别： 专业： 姓名： 学号： —2015.6.18—
一、植物次级代谢产物概况 植物次生代谢产物是植物的次生代谢产生的各种小分子有机化合物。次生代谢由初生代谢衍生而来。初生代谢是生物共有的代谢途径合成糖类、脂类、核酸和蛋白质等初生代谢产物。初生代谢产物经一系列味促反应转化成为结构复杂的次生代谢产物其产生和分布通常具有种属、器官、组织和生长发育期的特异性。次生代谢产物广泛参与植物的生长、发育和防御等生理过程在植物生命活动过程中发挥着重要作用。植物次生代谢产物种类丰富、来源多样根据其基本结构特点可分为萜类、酚类和含氮化合物三大类。植物次生代谢产物是天然药物和工业原料的重要来源。中国是世界上使用和出口中药材最多的国家，而其中80% 以上的中药材来自药用植物。本文介绍一些重要植物次生代谢产物的生理功能及应用。 植物次生代谢产物被广泛应用于药物、香料、化妆品、染料等领域，但它在植物中的含量一般较低。通过对植物次生代谢产物合成途径的解析，在体外可通过化学合成法或半合成法对其有效成分进行合成，但在实际工业生产中仍存在各种各样的问题，如工艺流程复杂、成本高昂、排放物对环境造成污染等，因此研究植物次生代谢产物的代谢工程成为生命科学领域的热点问题之一。 二、萜类化合物的应用 萜类化合物是植物界中广泛存在的一类次级代谢产物，一般不溶于水。萜类是由异戊二烯组成的，萜类化合物的结构有链状的，也有环状的。萜类化合物的种类是根据异戊二烯的数目二确定的：有单萜、倍半萜、双萜、三萜、四萜和多萜之分，是自然界分布广泛、种类最多的一类植物天然产物，具有重要的生理学和社会学功能。迄今已从动物、植物和微生物中分离了4 万多种萜类化合物。在植物细胞中，低相对分子质量的萜类是挥发油，相对分子质量增高就成为树脂、胡萝卜素等较复杂的化合物，更大相对分子质量的萜则形成橡胶等高分子化合物。 植物中的萜类化合物按其在植物体内的生理功能可分为初生代谢物和次生代谢物两大类。初生代谢萜类化合物包括赤霉素、甾体、胡萝卜素、植物激素、多聚萜醇、醌类等。这些化合物在保证生物膜系的完整性、光保护、植物生长发育进程及细胞膜系统上的电子传递等功能方面具有重要作用。次生代谢萜类化合物通常具有重要的商业价值，常被用作食品添加剂、农药和药物等。 2.1除虫菊酯 除虫菊酯是单萜类的髙效天然杀虫剂，存在于菊科植物除虫菊的根、茎、叶和花等部位。天然除虫菊酯最主要的杀虫成分为除虫菊酯和除虫菊酯图对蚜虫、菜靑虫、棉铃虫等几乎所有农业害虫均有极强的触杀作用并且易分解不污染环境对人畜等哺乳动物安全无毒。用除虫菊的花、叶做成蚊香可以杀蚊驱蝇对奥虫、虱子及跳蚤均有特效
次生代谢产物 简介 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。 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、类萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类。 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。 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，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。
植物次生代谢产物
2015年春季学期植物生理学课程论文 植物次生代谢产物的研究应用概况 系别： 专业： 姓名： 学号： —2015.6.18—
一、植物次级代谢产物概况 植物次生代谢产物是植物的次生代谢产生的各 种小分子有机化合物。次生代谢由初生代谢衍生而来。初生代谢是生物共有的代谢途径合成糖类、脂类、核酸和蛋白质等初生代谢产物。初生代谢产物 经一系列味促反应转化成为结构复杂的次生代谢产物其产生和分布通常具有种属、器官、组织和生长发育期的特异性。次生代谢产物广泛参与植物的生长、发育和防御等生理过程在植物生命活动过程中发挥着重要作用。植物次生代谢产物种类丰富、来源多样根据其基本结构特点可分为萜类、酚类和含氮化合物三大类。植物次生代谢产物是天然药物和工业原料的重要来源。中国是世界上使用和出口中药材最多的国家，而其中80% 以上的中药材来自药用植物。本文介绍一些重要植物次生代谢产物的生理功能及应用。 植物次生代谢产物被广泛应用于药物、香料、化妆品、染料等领域，但它在植物中的含量一般较低。通过对植物次生代谢产物合成途径的解析，在体外可通过化学合成法或半合成法对其有效成分进行合成，但在实际工业生产中仍存在各种各样的问题，如工艺流程复杂、成本高昂、排放物对环境造成污染等，因此研究植物次生代谢产物的代谢工程成为生命科学领域的热点问题之一。 二、萜类化合物的应用 萜类化合物是植物界中广泛存在的一类次级代谢产物，一般不溶于水。萜类是由异戊二烯组成的，萜类化合物的结构有链状的，也有环状的。萜类化合物的种类是根据异戊二烯的数目二确定的：有单萜、倍半萜、双萜、三萜、四萜和多萜之分，是自然界分布广泛、种类最多的一类植物天然产物，具有重要的生
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。