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植物次生代謝的概念及主要功能概述

植物次生代謝及其產(chǎn)物

次生代謝的概念最早于1891年由Kossel明確提出,次生代謝是指生物合成生命非必需物質(zhì)并儲存次生代謝產(chǎn)物的過程。植物次生代謝過程是植物在長期進化中對生態(tài)環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果,它在處理植物與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系中充當著重要的角色。植物的初生代謝和次生代謝之間并沒有清晰的界限。如圖所示:

對植物來說:植物次生代謝是次生物質(zhì)在植物體內(nèi)合成和分解的化學(xué)過程。植物次生代謝物質(zhì),指的是不直接參與生長發(fā)育對植物的生態(tài)適應(yīng)有重要作用的一類物質(zhì)。這類物質(zhì)的產(chǎn)生和分布往往局限在某一個或分類學(xué)上相近的幾個植物種類。

植物在逆境中一般會開啟至少20條次生代謝途徑,其中有5條途徑對形成植物的化感物質(zhì)及品質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)影響顯著。分別是生物堿代謝途徑,產(chǎn)生含氮化合物;酚類衍生物代謝途徑,產(chǎn)生酚類化合物;類黃酮類化合物代謝途徑,產(chǎn)生黃酮類化合物;有機酸代謝途徑,功能是改變pH值和果實風(fēng)味;萜類代謝途徑,產(chǎn)生萜烯類和甾類化合物。

植物次生代謝產(chǎn)物是由次生代謝產(chǎn)生的一類細胞生命活動或植物生長發(fā)育正常運行的非必需的小分子有機化合物,其產(chǎn)生和分布通常有種屬、器官、組織以及生長發(fā)育時期的特異性。這些次生代謝產(chǎn)物可分為苯丙素類、醌類、黃酮類、單寧類、類萜、甾體及其甙、生物堿七大類。

 

植物次生代謝產(chǎn)物的主要功能

植物生長過程中遇到任何一種脅迫,都會開啟次生代謝途徑,形成維系自身生長和抵抗不良環(huán)境的物質(zhì)。它們在植物與植物、植物與微生物及植物與昆蟲之間的關(guān)系中行使著重要的化學(xué)生態(tài)學(xué)功能。

在植物與植物之間的作用:德國科學(xué)家Molisch先提出了化感作用一詞,指植物在其生長發(fā)育過程中,通過向環(huán)境釋放出特定的代謝產(chǎn)物,改變其周圍的微生態(tài)環(huán)境,影響周圍其他植物生長發(fā)育,導(dǎo)致植物間相互排斥或促進。作物化感作用在可持續(xù)除草手段的開發(fā)、合理作物輪換順序的設(shè)計及合理作物復(fù)合群體的構(gòu)建等方面有重要應(yīng)用價值。具有化感作用的化學(xué)物質(zhì)被稱作化感作用化合物,簡稱化感物質(zhì)化感物質(zhì)的組成成分大體上可以分為十幾類:水溶性有機酸,直鏈醇,脂肪族醛和酮,簡單不飽和內(nèi)酯,萘醌,蒽醌和復(fù)合醌,簡單酚,苯甲酸及其衍生物,肉桂酸及其衍生物,類黃酮,單寧,類萜和甾類化合物,氨基酸和多肽,生物堿和氰醇等。

在植物與病原菌之間的作用:致病微生物的侵襲是危害植物生存的一大重要因素,植物次生代謝產(chǎn)物在提高植物抗病能力方面也起著舉足輕重的作用。按照作用機制的不同,我們可以把參與抗病的次生代謝物分成三大類。第一類是直接參與化學(xué)防御的植物毒素和植保素,可抵御病、蟲、草害。第二大類是一些參與抗病的信號分子,其中有植物激素茉莉酸和水楊酸,還有最近發(fā)現(xiàn)在植物系統(tǒng)獲得性抗病中起重要作用的賴氨酸代謝物-羥基哌啶酸等。第三類參與了植物的結(jié)構(gòu)或物理防御,多為大分子次生代謝物,如角質(zhì)、木栓質(zhì)、木質(zhì)素和類黑色素等組成型高分子量次生代謝物可充當病原菌侵入的物理障礙。

在植物與昆蟲之間的作用:害蟲是嚴重影響農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。植物可通過體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)含量的變化降低對害蟲的吸引力,營養(yǎng)物質(zhì)也可參與防御反應(yīng)來提高植物抗蟲性。例如,單寧酸對首楷象甲蟲,多酚對果園秋尺蛾等具有影響發(fā)育或抑制生長等效應(yīng);植物次生代謝物具有抗蟲作用,可對害蟲的行為、取食、消化等造成影響達到抵御蟲害的目的。例如榭皮素對墨西哥棉鈴蟲,α-鐵杉內(nèi)酯和桑色素對紋棘胚小盆具有刺激取食的效應(yīng);植物防御酶參與抗蟲反應(yīng)的發(fā)生,并維持植物體內(nèi)正常生長代謝平衡來提高植物抗蟲能力;植物激素信號途徑有助于植物防御基因的表達、防御反應(yīng)的發(fā)生以及抗蟲物質(zhì)的產(chǎn)生,從而增強寄主植物的抗蟲性;此外,植物界也存在誘導(dǎo)型抗蟲次生代謝物,已在節(jié)肢食草昆蟲取食誘導(dǎo)作用下的利馬豆、玉米、黃瓜等13個屬的作物20個種中發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性異戊二烯及莽草酸等代謝途徑合成的次生代謝物,吸引捕食者或寄生蜂等害蟲天敵。

植物次生代謝物與作物(植物)的營養(yǎng)品質(zhì)、保健品質(zhì)的關(guān)系:植物次生代謝物中如:白藜蘆醇、類黃酮類、多酚、兒茶酚、胡蘿卜素、葉黃素、番茄紅素、皂苷、超氧化物歧化酶(SOD)、維生素A、維生素C、維生素E等,這些物質(zhì)與人類健康關(guān)系密切,被列為人類必需營養(yǎng)物質(zhì)。萜類中的β胡蘿卜素、黃酮類或異黃酮類中多種成分與人類健康密切相關(guān)。植物次生代謝物中如生物堿、酚類、萜類、類黃酮類等能提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、色澤、品相和延長貯藏期;如特殊氨基酸、芳香劑、類黃酮類化合物、適當?shù)挠袡C酸與糖的比例和一些萜類物質(zhì)與風(fēng)味相關(guān)。

其它(與環(huán)境之間的關(guān)系)

抗逆(干旱、寒冷、熱害、鹽堿)抗災(zāi)害性天氣物質(zhì):又稱滲透物質(zhì)或稱非生物因子,例如:脯氨酸、甜菜生物堿、脫落酸、可溶性糖等。

激素物質(zhì):共同參與和調(diào)控植物生長發(fā)育和對環(huán)境的適應(yīng)性。目前被確認植物體內(nèi)有九種內(nèi)源激素:赤霉素、脫落酸、生長素、細胞分裂素、乙烯、油菜素類固醇、多胺、茉莉酸、水楊酸。

在逆境中起著應(yīng)激指揮作用的物質(zhì):由各種逆境誘導(dǎo)形成新的蛋白質(zhì)(或稱為酶),統(tǒng)稱為逆境蛋白。包括:病程相關(guān)蛋白、熱激蛋白、冷響應(yīng)蛋白、耐鹽相關(guān)蛋白等。

 

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產(chǎn)品名稱

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植物可溶性糖含量檢測試劑盒

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BC1420-50T/24S

維生素E檢測試劑盒

BC1425-100T/48S

維生素E檢測試劑盒

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植物類胡蘿卜素含量檢測試劑盒

BC4335-100T/96S

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BC0170-50T/24S

超氧化物歧化酶(SOD)活性檢測試劑盒

BC0175-100T/48S

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BC1390-50T/48S

單寧含量檢測試劑盒

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單寧含量檢測試劑盒

BC4070-50T/24S

單寧酶活性檢測試劑盒

BC4075-100T/48S

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BC0980-50T/48S

乙酰輔酶A含量檢測試劑盒

BC0985-100T/96S

乙酰輔酶A含量檢測試劑盒

BC1580-50T/48S

谷氨酸(Glu)含量檢測試劑盒

BC1585-100T/96S

谷氨酸(Glu)含量檢測試劑盒

 

備注:

索萊寶生化試劑盒貨號以“0”、“5”結(jié)尾,分別代表兩類反應(yīng)體系。以“0”結(jié)尾的代表試劑盒所用方法為分光光度法(反應(yīng)體系約1mL),可以用分光光度計進行檢測;以“5”結(jié)尾的試劑盒代表所用方法為微量法(反應(yīng)體系約0.2mL),可以用分光光度計或者酶標儀進行檢測。

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