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植物次生代谢的概念及主要功能概述

作者:北京索莱宝科技有限公司 2021-05-21T00:00 (访问量:15433)

 植物次生代谢及其产物

次生代谢的概念最早于1891年由Kossel明确提出,次生代谢是指生物合成生命非必需物质并储存次生代谢产物的过程。植物次生代谢过程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。植物的初生代谢和次生代谢之间并没有清晰的界限。如图所示:


对植物来说:植物次生代谢是次生物质在植物体内合成和分解的化学过程。植物次生代谢物质,指的是不直接参与生长发育对植物的生态适应有重要作用的一类物质。这类物质的产生和分布往往局限在某一个或分类学上相近的几个植物种类。

植物在逆境中一般会开启至少20条次生代谢途径,其中有5条途径对形成植物的化感物质及品质与风味物质影响显著。分别是生物碱代谢途径,产生含氮化合物;酚类衍生物代谢途径,产生酚类化合物;类黄酮类化合物代谢途径,产生黄酮类化合物;有机酸代谢途径,功能是改变pH值和果实风味;萜类代谢途径,产生萜烯类和甾类化合物。

植物次生代谢产物是由次生代谢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。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。

 

植物次生代谢产物的主要功能

植物生长过程中遇到任何一种胁迫,都会开启次生代谢途径,形成维系自身生长和抵抗不良环境的物质。它们在植物与植物、植物与微生物及植物与昆虫之间的关系中行使着重要的化学生态学功能。

在植物与植物之间的作用:德国科学家Molisch先提出了化感作用一词,指植物在其生长发育过程中,通过向环境释放出特定的代谢产物,改变其周围的微生态环境,影响周围其他植物生长发育,导致植物间相互排斥或促进。作物化感作用在可持续除草手段的开发、合理作物轮换顺序的设计及合理作物复合群体的构建等方面有重要应用价值。具有化感作用的化学物质被称作化感作用化合物,简称化感物质化感物质的组成成分大体上可以分为十几类:水溶性有机酸,直链醇,脂肪族醛和酮,简单不饱和内酯,萘醌,蒽醌和复合醌,简单酚,苯甲酸及其衍生物,肉桂酸及其衍生物,香豆素类,类黄酮,单宁,类萜和甾类化合物,氨基酸和多肽,生物碱和*醇等。


在植物与病原菌之间的作用:致病微生物的侵袭是危害植物生存的一大重要因素,植物次生代谢产物在提高植物抗病能力方面也起着举足轻重的作用。按照作用机制的不同,我们可以把参与抗病的次生代谢物分成三大类。第一类是直接参与化学防御的植物毒素和植保素,可抵御病、虫、草害。第二大类是一些参与抗病的信号分子,其中有植物激素茉莉酸和水杨酸,还有最近发现在植物系统获得性抗病中起重要作用的赖氨酸代谢物-羟基**酸等。第三类参与了植物的结构或物理防御,多为大分子次生代谢物,如角质、木栓质、木质素和类黑色素等组成型高分子量次生代谢物可充当病原菌侵入的物理障碍。

在植物与昆虫之间的作用:害虫是严重影响农作物产量和品质的重要因素。植物可通过体内营养物质含量的变化降低对害虫的吸引力,营养物质也可参与防御反应来提高植物抗虫性。例如,单宁酸对首楷象甲虫,多酚对果园秋尺蛾等具有影响发育或抑制生长等效应;植物次生代谢物具有抗虫作用,可对害虫的行为、取食、消化等造成影响达到抵御虫害的目的。例如榭皮素对墨西哥棉铃虫,α-铁杉内酯和桑色素对纹棘胚小盆具有刺激取食的效应;植物防御酶参与抗虫反应的发生,并维持植物体内正常生长代谢平衡来提高植物抗虫能力;植物激素信号途径有助于植物防御基因的表达、防御反应的发生以及抗虫物质的产生,从而增强寄主植物的抗虫性;此外,植物界也存在诱导型抗虫次生代谢物,已在节肢食草昆虫取食诱导作用下的利马豆、玉米、黄瓜等13个属的作物20个种中发现挥发性异戊二烯及莽草酸等代谢途径合成的次生代谢物,吸引捕食者或寄生蜂等害虫天敌。


植物次生代谢物与作物(植物)的营养品质、保健品质的关系:植物次生代谢物中如:白藜芦醇、类黄酮类、多酚、儿茶酚、胡萝卜素、叶黄素、番茄红素、皂苷、超氧化物歧化酶(SOD)、维生素A、维生素C、维生素E等,这些物质与人类健康关系密切,被列为人类必需营养物质。萜类中的β胡萝卜素、黄酮类或异黄酮类中多种成分与人类健康密切相关。植物次生代谢物中如生物碱、酚类、萜类、类黄酮类等能提高农产品品质、色泽、品相和延长贮藏期;如特殊氨基酸、芳香剂、类黄酮类化合物、适当的有机酸与糖的比例和一些萜类物质与风味相关。

其它(与环境之间的关系)

抗逆(干旱、寒冷、热害、盐碱)抗灾害性天气物质:又称渗透物质或称非生物因子,例如:脯氨酸、甜菜生物碱、脱落酸、可溶性糖等。

激素物质:共同参与和调控植物生长发育和对环境的适应性。目前被确认植物体内有九种内源激素:赤霉素、脱落酸、生长素、细胞分裂素、乙烯、油菜素类固醇、多胺、茉莉酸、水杨酸。

在逆境中起着应激指挥作用的物质:由各种逆境诱导形成新的蛋白质(或称为酶),统称为逆境蛋白。包括:病程相关蛋白、热激蛋白、冷响应蛋白、耐盐相关蛋白等。

 

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