诱导子对植物细胞培养中次生代谢物的调控机制

诱导子被认为是提高植物细胞培养中次生代谢产物最有效的途径之一.目前,对诱导子的研究以及所产生的次生代谢物的调控机制的研究越来越受到重视,本文就植物细胞在受诱导子作用后,产生的一系列生理生化事件进行讨论.     

Metabolic Engineering of Tropane Alkaloid Biosynthesis in Plants

Over the past decade, the evolving commercial importance of so-called plant secondary metabolites has resulted in a great interest in secondary metabolism and, particularly, in the possibilities to enhance the yield of fine metabolites by means of genetic engineering. Plant alkaloids, which constitute one of the largest groups of natural products, provide many pharmacologically active compounds. Several genes in the tropane alkaloids biosynthesis pathways have been cloned, making the metabolic engineering of these alkaloids possible. The content of the target chemical scopolamine could be significantly increased by various approaches, such as introducing genes encoding the key biosynthetic enzymes or genes encoding regulatory proteins to overcome the specific rate-limiting steps. In addition, antisense genes have been used to block competitive pathways. These investigations have opened up new, promising perspectives for increased production in plants or plant cell culture. Recent achievements have been made in the metabolic engineering of plant tropane alkaloids and some new powerful strategies are reviewed in the present paper.     

花蜜中酚类物质对群落中同花期植物传粉的影响

显花植物分泌花蜜以奖励传粉昆虫为其提供的传粉服务.许多植物分泌的花蜜中除了糖和氨基酸等物质外,还含有与植物抗虫有关的次生代谢物质,如生物碱和多酚.饲喂试验表明传粉蜂类偏爱采集含有这些次生代谢物质的花蜜.因此,花蜜中的次生代谢物质对分泌这类花蜜的植物传粉具有进化和生态上的意义.但是,花蜜中的次生代谢物质是否会影响群落中其它同花期植物的传粉尚不清楚.在2009年3-5月份,在西双版纳永久样地就中华蜜蜂(Apis cerana)的传粉行为进行研究,比较了两种饲喂条件下,整个蜂群采集花蜜的花粉种类和单个采集蜂携带的花粉团的花粉种类,以及采集蜂蜜囊中花蜜的含糖量(一组饲喂30％蔗糖糖浆,以下简称“喂纯糖浆组”另一组饲喂同样糖浆但含有0.01％槲皮素,以下简称“喂酚糖浆组”).研究结果表明:饲喂两种不同糖浆的蜂群拜访的植物种类数量上没有明显差异.但是,两组采集工蜂所选择采集植物花粉种类却存在明显差异,它们采集的花粉都包含了一些特有的花粉种类.另外,两组采集工蜂所采集含有2种以上花粉种类花粉团的蜜蜂数量存在明显差异,喂酚糖浆组明显高于饲喂纯糖浆组.两组工蜂蜜囊中花蜜的含糖量也存在显著差异,喂酚糖浆组工蜂蜜囊中花蜜的含糖量明显高于喂纯糖浆组.因此,喂酚糖浆组的工蜂拜访植物的专一性比较低,在一次采集过程中倾向拜访花蜜中含糖量高的植物.花蜜中酚类物质增加了群落中同花期植物之间的花粉传播,从而降低了整个群落的传粉效率.     

类异戊二烯非甲羟戊酸代谢途径的分子生物学研究进展

近期发现的类异戊二烯非甲羟戊酸代谢途径是类异戊二烯化合物生成合成的另一途径。文章对该代谢途径的分子生物学研究进展进行了综述。重点介绍非甲羟戊酸代谢途径的发现和5－磷酸脱氧木糖合成酶、5－磷酸脱氧木糖还原异构醇、异戊二烯焦磷酸合成酶的分子克隆的最新进展以及非甲羟戊酸代谢途径的发现在农业和医药等领域的应用。     

干旱胁迫对蒙古黄芪生长及根部次生代谢物含量的影响

以山西道地药材黄芪一年生幼苗为试验材料,设置常规水分条件(CK)、轻度干旱胁迫(A1)、中度干旱胁迫(A2)、重度干旱胁迫(A3)4个不同处理,研究土壤干旱胁迫对黄芪生长及生理的影响。结果表明:黄芪茎叶快速生长集中在出苗后80—120d,以后生长减缓;当茎叶枯萎时,根中生物量短期快速积累。与常规水分条件相比,干旱胁迫处理显著降低了黄芪苗高及茎叶生物量,但对抗氧化能力、根系生长及次生代谢物积累产生了不同的影响。轻度干旱胁迫下SOD、POD、CAT 3种抗氧化酶活性升高,丙二醛(MDA)含量和细胞膜透性降低,同时根长与根生物量增加、多糖与皂苷两种次生代谢物积累增多,黄芪药材的质量得到显著提高(P0.05);胁迫上升到中度、重度时,SOD酶活性逐渐降低,重度胁迫下低于对照,而POD及CAT酶活性、MDA含量、细胞膜透性均随胁迫增强而升高,相反,根长、根生物量、多糖与皂苷含量降低,导致黄芪药材的质量显著降低(P0.01)。综上表明,干旱胁迫下,SOD酶表现较为敏感,可能在清除活性氧中起主要作用;轻度水分胁迫能有效启动黄芪体内抗氧化酶系统和次生代谢,它们相互协作共同对抗胁迫对细胞产生的伤害,通过降低地上部分的生长,将营养物质优先运往根部,促进根产量及药材质量的提高。这一结论,可在黄芪多糖和皂苷次生代谢物定向培育的水分管理中加以利用。     

利用细胞培养技术提高次生代谢物的产量

次生代谢物是植物体代谢的最终产物,由糖类、脂肪和氨基酸等有机物代谢衍生而来,储存在液泡或细胞壁中。我们知道的吲哚乙酸、赤霉素等植物激素,胡萝卜素、花青素等色素,奎宁碱、小檗碱、皂甙等药物以及橡胶等工业原料,都是重要的次生代谢物质。４０年代后期,Ｂｏｎ...     

海拔及环境因子影响杜鹃属植物的表型特征和化学性状

植物-环境间的长期相互作用驱动着植物表型及次生代谢物的变异。随着海拔梯度的变化,环境中的非生物因子会发生变化,但它们如何影响植物的表型以及次生代谢物的组成和含量,以及植物不同组织器官的次生代谢物是否存在差异,目前有关这方面的研究还较少。本文选取3个不同海拔中的柳条杜鹃(Rhododendron virgatum)和大白杜鹃(R. decorum)(大理苍山居群)及红棕杜鹃(R. rubiginosum)(老君山居群)为研究对象,测定不同海拔的环境因子(温度、相对湿度和相对光照强度),测量和分析了不同海拔植物的表型性状,花蜜体积、糖浓度及花蜜中糖成分(HPLC分析方法),以及植株的茎、叶、花瓣、花粉、花蜜中次生代谢物组成及含量(UPLC-Qtof分析法)。结果表明:随着海拔升高,温度、相对湿度和相对光照强度降低,杜鹃的植株高度、花冠大小和花药体积显著减小,而枝条直径、雌蕊和雄蕊长度显著增大。3种杜鹃在海拔C的花蜜体积和糖浓度均显著高于海拔A和海拔B,海拔C中花蜜的蔗糖成分也显著增多。杜鹃属植物主要含黄酮类、甾体类、苯丙素类、萜类和生物碱类等次生代谢物,随着海拔的变化,这5类次生代谢物质的...     

植物次生代谢物质对蓟马的行为调控作用及其在蓟马防控中的应用

蓟马是多种农作物和园艺作物上的重要害虫,通过直接取食和间接传播病毒给作物造成巨大的经济损失。植物次生代谢物质在植物-昆虫互作中起到重要的作用,通过植物次生代谢物质调控害虫行为从而达到控制害虫的目的是一种害虫绿色防控的重要措施。本文综述了对蓟马类害虫具有引诱、驱避、抑制产卵、拒食、熏蒸毒性和毒杀作用的植物、植物提取物、植物精油和化合物,并讨论了植物次生代谢物质在蓟马防控中的应用潜能。对蓟马具有引诱作用的主要包括27科54种植物的挥发物或精油、29种苯环类、17种吡啶类和13萜烯类化合物,可开发为诱集植物和引诱剂;具有驱避作用的主要包括16科40种植物的挥发物或精油、20种萜烯类和6种苯环类化合物,可开发为驱避植物和驱避剂;具有抑制产卵、拒食、熏蒸毒性和毒杀作用的主要有20科42种植物的提取物或精油、6种生物碱类、15种萜烯类和5种苯环类化合物,可开发为植物源农药和熏蒸剂。本文最后讨论了应用植物次生代谢物质防控蓟马存在的作用效果不稳定、田间应用技术缺乏、作用机制不明确等问题,并展望了未来的研究方向,对基于植物次生代谢物质的蓟马绿色防控具有重要意义。     

不同生境条件下核桃凋落叶次生代谢物质的差异及其分解初期对小白菜光合生理特性的影响

采用气质联用技术(GC-MS)分析了秦巴山区大巴山南坡和川西高山峡谷区两个不同生境条件下生长的核桃(Juglans regia)凋落叶中次生代谢物质的差异,并采用盆栽试验,研究了这两个地区核桃凋落叶分解对小白菜(Brassica chinensis)生长和光合生理特性的影响。试验设置F0(0 g/pot)、F1(30 g/pot)、F2(60 g/pot)、F3(120 g/pot)和F4(180 g/pot)5个凋落叶施用水平,分别将各处理的凋落叶与8 kg土壤混合后装盆,播种小白菜。分别于播种后20、45和75 d测定小白菜的生长指标,待凋落叶最高添加量处理组F4植株的第3片真叶完全展开后,测定小白菜的光合生理指标。结果表明:(1)采用GC-MS共检测出8类21种相对含量1%的次生代谢物质,其中,川西高山峡谷区核桃7类15种,相对含量总计56.03%,秦巴山区大巴山南坡核桃5类12种,相对含量总计51.46%。川西高山峡谷区核桃白菖油萜、茅苍术醇、β-桉叶醇、6,10,14-三甲基-2-十五烷酮、亚麻油酸、硬脂酸、十八醇、γ-谷甾醇、豆甾-4-烯-3-酮等为报道较多的潜在化感物质,其相对含量高于秦巴山区大巴山南坡核桃,而角鲨烯、δ-生育酚、黑麦草内酯等潜在的化感物质相对含量则低于秦巴山区大巴山南坡核桃;(2)播种后20 d和45 d,两个地区各添加量核桃凋落叶分解对小白菜生物量积累均产生显著的抑制作用,但75 d后效应减弱;(3)在凋落叶分解初期,小白菜叶片光合色素合成受到明显抑制,且随着凋落叶添加量增加抑制作用增强,与此同时,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)也明显受到核桃凋落叶分解的抑制;(4)总体来看,川西高山峡谷区核桃凋落叶化感作用大于秦巴山区大巴山南坡核桃凋落叶,这可能是由于前者经受较多的环境胁迫,体内积累了更多的酮类、烯烃、醇类和甾族化合物等化感物质造成的。     

Effects of leachate from understory medicinal plants on litter decomposition and soil enzyme activities of Betula albo-sinensis and Eucommia ulmoides

Aims Forest litter decomposition is an important factor affecting nutrient cycling and ecosystem stability. In a complex system with forest and understory medicinal plants, leachate from the medicinal plants enriched in plant secondary metabolites (PSM) may inhibit litter decomposition and soil enzyme activity of forest trees. Thus, inspection on whether or not this phenomenon exits is one important basis for selecting understory medicinal plants.Methods In this paper, typical forest species Betula albo-sinensis and Eucommia ulmoides and six species of common medicinal plants (Corydalis bungeana, Mentha haplocalyx, Houttuynia cordata, Nepeta cataria, Gynostemma pentaphyllum and Prunella vulgaris) in Qinling Mountains area were taken as objects, and the litter decomposition experiment was carried out. The leachate (water-extraction solution) from the stems and leaves of the medicinal materials were sprayed onto the litter in order to study the effects of leachate from understory plants on forests litter decomposition, nutrient release (carbon, nitrogen and phosphorus) and soil enzyme activity.Important findings For litter of B. albo-sinensis, the decomposition half-life and the turnover period were extended by 76% and 4.3 times, respectively, under H. cordata leachate treatment and the inhibitory effects on the release of carbon and nitrogen were also significant. While under G. pentaphyllum leachate treatment, the half-life of litter decomposition and turnover period were extended by 35% and 2.7 times, respectively, and the inhibitory effects on the release of carbon, nitrogen and phosphorus were all significant. The leachate from these two species of medicinal plants displayed significant inhibitory effects on seven kinds of soil enzymes (invertase, carboxymethyl cellulase, β-glucosidase, dehydrogenase, polyphenol oxidase, protease and phosphatase) activity. For litter of E. ulmoides, the decomposition half-life and the turnover period were extended by 1.7 times and 4.2 times respectively, under H. cordata leachate treatment; while they were extended by 1 times and 9 times respectively, under G. pentaphyllum leachate treatment. The leachate from these two species of medicinal plants displayed significant inhibitory effects on the release of carbon, nitrogen and phosphorus from litter decomposition and the activities of all seven kinds of soil enzymes. Therefore, results suggested that H. cordata and G. pentaphyllum should not be planted under B. albo-sinensis and E. ulmoides forests, or the interplanting density must be low to reduce the inhibitory effects of litter decomposition.