藜麦——不只是粮食

<正>植物体中除了糖类、脂肪、核酸和蛋白质等基本有机物之外,还有由这些基本有机物衍生出来的次生物质。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。藜麦次生代谢产物的产生是其对干旱、盐渍、寒冷、高热、昆虫的危害、草食性动物的采食以及病原微生物侵袭等逆境的防御和适应,由此也给我     

我国资源植物化学与天然产物化学基础研究的现状与发展

本文从生物活性成分的筛选与分离、植物次生代谢产物生物合成及其分子调控、环境因子对植物次生代谢产物合成和积累的影响、植物体内生菌与植物次生代谢产物的关系等方面介绍了我国资源植物化学与天然产物化学领域基础研究的现状与发展。     

丁香属次生代谢产物及其与系统演化和地理环境的关联

环境塑造的植物次生代谢产物富于变化,也可能带有系统演化的信息。由于完整或具有系统学代表性的专属植物收集存在较大困难,使得次生代谢产物与系统学的关联研究尚不多见。通过文献汇总获得了存在于丁香属(Syringa)植物根、茎、叶和花中的10类377个次生代谢产物,主要涉及甲戊二羟酸途径、脱氧木酮糖磷酸酯途径以及莽草酸途径。在...     

植物角质膜研究进展

植物的角质膜是植物与外界环境的交界面, 有利于植物减少蒸腾、抵抗紫外伤害和防止病虫害等。植物与外部环境相互作用的过程中, 其角质膜会构建自身的防御系统, 如通过自身结构、成分的改变及产生次生代谢产物来减轻外界不利环境因子的胁迫。因此, 植物角质膜与环境之间的密切关系对于植物生长有着重要意义。该文综述了植物角质膜的结构、成分、形成、功能及其与次生代谢和环境的关系, 同时对研究中存在的问题进行了讨论并展望了相关领域的研究前景。     

植物次生代谢生态学

植物次生代谢 ( Plantsecondary metabolism)的概念最早是由 Kossel于 1 891年明确提出的。次生代谢是相对于初生代谢或称基本代谢 ( Primarymetabolism)而言的。与维持细胞生命活动所必需的初生代谢产物 ( Primary metabolites)不同 ,次生代谢产物 ( Secondary metabolites,也称次生产物、次生物质 )是指植物中一大类对于细胞生命活动或植物生长发育正常进行并非必需的小分子有机化合物 ,这些在植物体内含量不等的化合物均有自己独特的代谢途径 ,通常由初生代谢派生而来 (陈晓亚等 ,1 998)。植物的次生代谢是植物在长期进化中与环境(生物…     

苔藓植物的化学生态学

苔藓植物是植物界中的一大类群,其竞争力非常有限,常生长在维管束植物无法生存的环境中。苔藓植物合成的许多次生代谢产物具有调节高等植物生长、抑制微生物、昆虫拒食、抗紫外线辐射以及抗干旱能力,在对抗生态环境中的生物胁迫以及非生物胁迫中发挥重要的作用。     

药用植物次生代谢的生物学作用及生态环境因子的影响

药用植物的很多有效成分为植物的次生代谢产物,包括生物碱、萜类、酚类、甙类等。这些次生代谢产物在植物的生理调节、自身保护、生存竞争、协调与环境关系等生命活动的许多方面均起着重要作用。各种生态环境因素包括光、温度、土壤、空气以及生物因素均影响到药用植物的次生代谢过程。对药用植物次生代谢成分与生态环境因素的关系进行研究有利于揭示药用植物药用有效成分地域性差异的原因,可为药用植物的育种、栽培提供理论依据。     

乙烯对植物次生代谢产物合成的双重调控效应

植物次生代谢产物是人类重要的药物及化工原料来源, 其产生与植物正常的生长发育及对环境的适应密切相关, 并受到多种因素的调控。乙烯作为一种植物内源激素, 广泛参与植物的生长、发育、抗逆和次生代谢产物合成等重要生理过程的调控。该文综述了乙烯的信号转导机制及其调控作用; 重点归纳了乙烯对植物次生代谢产物形成所表现出的双重调控效应, 即在一定浓度范围内, 乙烯对植物次生代谢产物的合成起促进作用, 低于或超过该浓度范围则起抑制作用; 并对今后该领域的研究方向进行了展望。     

Tallow tree allocates contrasting secondary chemicals in response to varying environments along elevational gradients

了解树木如何沿海拔梯度调节多种类型的次生代谢产物对于阐明植物如何采用生理和生态策略来应对各种生物及非生物环境变化至关重要。本研究旨在探索乌桕如何分配不同的次生代谢产物来响应海拔梯度上的环境变化。我们在中国沿海拔梯度对乌桕不同取食类型的植食性昆虫及其对乌桕叶片的危害率进行了野外实地调查，并对健康叶片和虫害叶片中的次生代谢产物(单宁和黄酮类)进行了测定分析。研究结果表明，乌桕叶片被危害(咀嚼或潜叶式危害)的可能性随海拔的升高而减小。遭受虫害叶片和未遭受虫害的健康叶片中黄酮类化合物的浓度随海拔梯度变化呈现相反的趋势，即随着海拔的升高，健康叶片和遭受虫害叶片受不同的生物和非生物因素驱动，健康叶片中黄酮类化合物浓度增加，而遭受虫害叶片中黄酮类化合物浓度下降，其中槲皮苷对黄酮类化合物随海拔梯度变化的贡献最大。单宁浓度随海拔梯度的变化未发生显著变化，高海拔地区乌桕健康叶片中单宁与黄酮类化合物的比例与低海拔相比相对较低。我们的研究揭示了沿海拔梯度昆虫植食性以及不同植物次生代谢产物的变化趋势，并强调了在理解植物的生理和生态策略中同时考虑多种次生代谢物质的重要性。     

植物次生代谢基因簇研究进展

类似于原核生物的操纵子,在真核生物（如酵母、真菌、昆虫等）基因组中也出现了彼此功能相关的非同源基因成簇存在的现象。这些基因形成基因簇,可参与多种次生代谢途径。近年来,植物中也发现了越来越多的参与次生代谢产物合成的基因簇,它们已成为植物生物学研究的热点。本文总结并分析了植物中已鉴定的次生代谢基因簇。这些基因簇存在于玉米（Zea mays L.）、水稻（Oryza sativa L.）、拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.） Heynh.）、番茄（Solanum lycopersicum L.）等植物的基因组中,分别参与合成苯并噁唑嗪酮类、萜类和生物碱类等次生代谢产物。本文通过解析这些基因簇的组成及结构特点,对其特征进行总结,探讨了基因簇形成的分子机理及其调控机制,对植物次生代谢基因簇在合成生物学及代谢工程学中的研究方向和应用前景进行了展望。     

microRNA参与植物次生代谢与非生物胁迫的调控

微RNA(microRNA,miRNA)为广泛存在于真核生物中的约16 ～ 29个核苷酸长度的内源非编码单链RNA分子,在植物中参与细胞增殖、分化、代谢、器官形成以及抵御盐、温度、干旱、重金属胁迫等方面的调节.植物miRNA主要通过对靶基因降解或抑制靶基因的表达,影响植物的生长发育.目前对miRNA的产生与调控方式的研...     

根系代谢物介导的植物-微生物互作的研究进展

植物根系代谢物是植物-微生物互作的桥梁纽带,作为信号物质和微生物营养源调控着微生物的群落结构和多样性,而根区微生物区系的改变则反作用于植物的生长、发育和抗性。本文聚焦植物根系代谢物介导的植物-微生物互作,梳理了植物-微生物互作研究中次级代谢物的种类、作用及其检测手段;探讨了植物通过调节自身代谢物以适应品种进化及繁衍后代过程中发挥的功能作用;阐述了逆境胁迫下植物利用根系代谢物招募特异微生物(解磷、溶磷)或者有益微生物促进自身生长以缓解胁迫压力的机制;分析了根系代谢物作为信号物质诱导植物抗病的方式"求救假说",为可持续农业发展提供思路和理论依据。     

Making new molecules - evolution of pathways for novel metabolites in plants

Plants have adapted to their environments by diversifying in various ways. This diversification is reflected at the phytochemical level in their production of numerous specialized secondary metabolites that provide protection against biotic and abiotic stresses. Plant speciation is therefore intimately linked to metabolic diversification, yet we do not currently have a deep understanding of how new metabolic pathways evolve. Recent evidence indicates that genes for individual secondary metabolic pathways can be either distributed throughout the genome or clustered, but the relative frequencies of these two pathway organizations remain to be established. While it is possible that clustering is a feature of pathways that have evolved in recent evolutionary time, the answer to this and how dispersed and clustered pathways may be related remain to be addressed. Recent advances enabled by genomics and systems biology are beginning to yield the first insights into network evolution in plant metabolism. This review focuses on recent progress in understanding the evolution of clustered and dispersed pathways for new secondary metabolites in plants.     

植物次生代谢物途径及其研究进展

植物次生代谢是植物在长期进化过程中与环境相互作用的结果,由初生代谢派生。萜类、生物碱类、苯丙烷类为植物次生代谢物的主要类型,其代谢途径多以代谢频道形式存在,具有种属、生长发育期等特异性。从植物次生代谢物的分类、代谢途径及代谢调控基因工程等方面展开论述,重点介绍了次生代谢物的生物合成途径,以及利用基因工程等技术对植物次生代谢途径进行遗传改良等方面的研究进展,为全面认识植物代谢网络、合理定位次生代谢及其关键酶、促进野生植物资源可持续利用等提供理论依据。     

植物苯丙烷代谢途径

众所周知,固着生长的植物经常受到环境中各种生物和非生物胁迫的威胁。所以在漫长的进化过程中,植物必须将多样的环境信号整合到其发育过程中,以实现适应性形态的发生和代谢途径的精确调控,最终使植物完成整个生长周期。研究显示,苯丙烷代谢作为植物重要的次级代谢途径之一,其代谢产物,例如木质素、孢粉素、花青素和有机酸等,在调控植物适应性生长的过程中发挥着重要功能。特别是在药用植物中,苯丙烷代谢还与众多药用活性成分的合成息息相关,几乎所有包含苯丙烷骨架的天然药效成分均由苯丙烷代谢途径直接或间接合成,例如黄酮类、萜类和酚类等。此外,经苯丙烷代谢途径产生的一些次级代谢产物还能由植物根系外泌到周际土壤中,通过改变根系微生物的菌群生态,而影响植物生长和抵抗生物或非生物胁迫的能力。同时,苯丙烷代谢介导的这种植物-微生物互作也与药用植物的道地品质密不可分。本文综述了近年来植物苯丙烷代谢途径的最新研究进展,重点对该代谢途径中代谢产物的生理功能及表达调控机制进行了介绍,以期更深入地理解药用植物苯丙烷代谢与药材性状之间的潜在关系,旨在指导优良中草药的遗传育种,以进一步促进我国中医药事业的蓬勃发展。     

昆虫对植物次生物质的代谢适应机制及其对昆虫抗药性的意义

植物次生物质(plant secondary metabolites)对昆虫的取食行为、生长发育及繁殖可以产生不利影响,甚至对昆虫可以产生毒杀作用。为了应对植物次生物质的不利影响,昆虫通过对植物次生物质忌避取食、解毒代谢等多种机制,而对寄主植物产生适应性。其中,昆虫的解毒代谢酶包括昆虫细胞色素P450酶系（P450s）及谷胱甘肽硫转移酶（GSTs）等,在昆虫对植物次生物质的解毒代谢及对寄主植物的适应性中发挥了重要作用。昆虫的解毒酶系统不仅可以代谢植物次生物质,还可能代谢化学杀虫剂,因而昆虫对寄主植物的适应性与其对杀虫剂的耐药性甚至抗药性密切相关。昆虫细胞色素P450s和GSTs等代谢解毒酶活性及相关基因的表达可以被植物次生物质影响,这不仅使昆虫对寄主植物的防御产生了适应性,还影响了昆虫对杀虫剂的解毒代谢,因而改变昆虫的耐药性或抗药性。掌握昆虫对植物次生物质的代谢适应机制及其在昆虫抗药性中的作用,对于明确昆虫的抗药性机制具有重要的参考意义。本文综述了植物次生物质对昆虫的影响、昆虫对寄主植物次生物质的代谢机制、昆虫对植物次生物质的代谢适应性对昆虫耐药性及抗药性的影响等方面的研究进展。     

Influence of abiotic stress signals on secondary metabolites in plants

Plant secondary metabolites are unique sources for pharmaceuticals, food additives, flavors, and industrially important biochemicals. Accumulation of such metabolites often occurs in plants subjected to stresses including various elicitors or signal molecules. Secondary metabolites play a major role in the adaptation of plants to the environment and in overcoming stress conditions. Environmental factors viz. temperature, humidity, light intensity, the supply of water, minerals, and CO₂ influence the growth of a plant and secondary metabolite production. Drought, high salinity, and freezing temperatures are environmental conditions that cause adverse effects on the growth of plants and the productivity of crops. Plant cell culture technologies have been effective tools for both studying and producing plant secondary metabolites under in vitro conditions and for plant improvement. This brief review summarizes the influence of different abiotic factors include salt, drought, light, heavy metals, frost etc. on secondary metabolites in plants. The focus of the present review is the influence of abiotic factors on secondary metabolite production and some of important plant pharmaceuticals. Also, we describe the results of in vitro cultures and production of some important secondary metabolites obtained in our laboratory.     

The effects of season and water availability on chemical composition,secondary metabolites and biological activity in plants

Plants react towards changes in their environment, which can be a result of biotic or abiotic activities. Numerous studies have investigated the effects of abiotic stress on plants, and how it affects the primary as well as secondary metabolism. Generally it is accepted that plants react to environmental stress by increasing secondary metabolites. This is however a very broad and simplified explanation and often inaccurate. Various examples are provided where plants react positively, and often negatively towards seasonal variation and water availability, resulting in a lowering of certain secondary metabolites concentration, while others are increased. Furthermore species differences, cultivars and interaction of other environmental factors such as temperature complicates a simple conclusion from the effect of stress on plants. The differential expression of genes in different species and in different metabolic pathways ensures a complex and very specific reaction of a plant to environmental stress. Overall the paper provides support for a complex and intricate response system which differs for each plant species, and could be explained by understanding and studying the different metabolic pathways responsible for secondary metabolite production.