光调控对药用植物次生代谢成分合成的影响

药用植物次生代谢成分,因具有特殊的药理活性或功效对人类的健康极为重要,是药品、保健品、化妆品的主要来源。随着人类对于健康和长寿的不断追求,医药市场的需求规模持续增长,提高药用植物次生代谢成分的产量和质量变得特别重要。植物次生代谢成分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。药用植物次生代谢成分的产生和积累主要受植物遗传因素和环境因素的影响,其中光环境对其合成影响尤为重要,因而,长期以来光调控一直是国内外众多学者研究的热点。本文综述近年来有关光调控对药用植物次生代谢成分影响的研究进展,主要从光质、光强、光周期的影响分别阐述,以期为高效生产具有重要药理活性的次生代谢成分提供理论依据和实践指导。

欧盟微生物农药登记中次生代谢产物的风险评估

微生物次生代谢产物在农业和畜牧业以及医药领域都有重要的应用潜力。简单综述了微生物次生代谢产物在作物保护中的作用以及欧盟在微生物农药登记管理中针对受关切代谢产物的风险评价框架。不同微生物包括真菌、细菌和放线菌等所产生的次生代谢产物在植物保护中可能被作为杀虫剂、杀菌剂、杀线虫剂等。欧盟微生物农药登记特别重视微生物次生代谢产物的安全性,需要确定所涉及的次生代谢产物是否属于受关切的次生代谢产物。次生代谢产物评价的内容包括毒性和抗微生物药物活性。风险评估过程设计4个阶段共21个步骤。被确定的受关切的次生代谢产物则需要进一步的定量风险评估。

海洋真菌Phaeosphaeriopsis sp. ZYX-Z-811次生代谢产物研究

对海洋真菌Phaeosphaeriopsis sp. ZYX-Z-811发酵液中次生代谢产物进行分离鉴定,并评价其生物活性。采用正相硅胶柱色谱、反向C18柱色谱、高效液相色谱、SephadexLH-20凝胶柱色谱等技术进行分离纯化,共分离得到10个化合物,利用核磁及红外和紫外波谱技术对分离的单体化合物进行结构鉴定,分别为4-epi-lignicol(1)、lignicol(2)、6-demethylkigelin(3)、6,8-dihydroxy-3,4,7-trimethylisocoumarin(4)、6,7-dimethoxymellein(5)、musaone A(6)、2-(4-hydroxyphenyl)ethylacetate(7)、3-吲哚甲醛(8)、吲哚-3-乙酸甲酯(9)、对羟基苯甲酸甲酯(10),其中化合物1为未发表的化合物,文章通过电子圆二色谱(electrostatic circular dichroism, ECD)计算确定了其绝对构型。对这些化合物分别进行抗氧化和α-糖苷酶抑制活性评价,发现化合物10有弱的抗氧化活性。

盐胁迫对杠柳幼苗生长及次生代谢产物积累的影响

【目的】探索盐胁迫对杠柳幼苗生长及次生代谢物的影响,初步了解杠柳盐耐受范围及盐胁迫对杠柳次生代谢产物的诱导作用。【方法】以培养30 d的杠柳实生苗为材料,测定不同盐浓度[0(CK)、0.2%、0.5%、1.0%、2.0%]处理后,杠柳幼苗的生物量及总甾体成分、强心苷类成分(杠柳毒苷、杠柳次苷及杠柳苷元)、4-甲氧基水杨醛含量的变化特征。【结果】杠柳幼苗在中低浓度盐胁迫下生长良好,且地上部分干鲜质量及地下部分干质量均有不同程度增加,其干湿比也均随盐胁迫程度的增加逐渐升高;植株体内的主要有效成分如总甾体、强心苷类的含量在中等盐胁迫浓度作用下呈现明显上升趋势,而4-甲氧基水杨醛含量则在高浓度盐胁迫下显著增加。【结论】杠柳具有较强的耐盐性,且一定浓度范围内的盐胁迫可显著提高杠柳幼苗根、茎中主要药效成分含量。

两个黑莓品种'Hull'和'Chester'次生代谢产物及抗氧化活性比较研究

目的:比较南京溧水2个黑莓品种'Hull'和'Chester'次生代谢产物和抗氧化活性差异。方法:采用UPLCQTOF-MS/MS全息表征'Hull'和'Chester'黑莓果实中的次生代谢产物,采用UV-Vis测定两者总酚、总花青素、总原花青素、总黄酮、总三萜酸含量,并对比其抗氧化活性。结果:2种黑莓中共鉴定出42个化合物,矢车菊素-3-O-芸香糖苷仅在'Hull'中检测到,矢车菊素-3-O-木糖苷仅在'Chester'中检测到,野鸦椿酸的2种异构体分别在2个品种各自检测到。定量结果显示,2个品种中总酚、总黄酮和总原花青素含量无显著差异,但'Chester'总花青素含量比'Hull'高20.8%,而'Hull'总三萜酸含量比'Chester'高55.3%。抗氧化能力对比发现,两者都具有强大的自由基清除能力,且'Hull'DPPH和ABTS自由基清除率和IC50值均优于'Chester'。结论:2个品种内在质量和活性均存在一定差异。这些差异是否影响黑莓深加工产品质量还有待深入研究。

湖南特色刺葡萄果皮中优势次生代谢物质分析

以‘夏黑’葡萄和‘阳光玫瑰’葡萄为对照,利用超高效液相色谱质谱联用技术广泛靶向代谢组学的方法,对果皮中的次生代谢产物进行组学分析,结合统计学方法筛选出湖南省3个刺葡萄品种果皮中的差异代谢物质。结果表明:本试验共检测到737种代谢物质,其中‘湘刺1号’检测出的代谢物质有711种,‘湘刺2号’检出666种,‘湘刺4号’检出710种;不同刺葡萄品种果皮的代谢物质有较大差异,主要表现为类黄酮化合物含量的差异,其中‘湘刺2号’的原花青素相对含量较高,‘湘刺4号’的花色苷和类黄酮物质相对含量较高,‘湘刺1号’果皮中含有较多的槲皮素-3-O-桑布双糖苷、丁香亭-3-O-(6″-乙酰)葡萄糖苷、柠檬素-3-O-葡萄糖苷、芍药花素-3-O-芸香糖苷和锦葵色素-3-O-(6″-O-乙酰)葡萄糖苷-5-O-葡萄糖苷,且香豆酰阿魏酰酒石酸和紫丁香苷仅在‘湘刺1’号中检出。

脱落酸及其调控植物次生代谢产物生物合成的研究进展

次生代谢产物是植物长期进化过程中为了适应生态环境产生的天然有机化合物,近年来,随着生物技术的发展,植物次生代谢产物经济以及药用价值愈发引起广泛关注。但一些次生代谢产物因为其复杂的结构和合成路径以及在植物中极低的含量,使其不能低成本大量生产。脱落酸(ABA)作为调控植物生长发育过程中的重要植物激素之一,可以依靠自身的合成与分解、信号传导、激素互作等作用来调控次生代谢产物的合成。文章综述了ABA在生物合成与分解代谢以及信号转导等方面的新进展,归纳了ABA对不同类型次生代谢产物的调控作用,为合理利用植物激素提高植物次生代谢产物的产量提供依据。

青钱柳二倍体与四倍体苗期生长和次生代谢产物积累比较

为比较青钱柳(Cyclocarya paliuru)二倍体和四倍体苗期生长和次生代谢产物积累规律,以两种倍性的当年生容器苗为材料,定期测定其苗高和地径,并比较两种倍性苗木的生长性状、碳氮养分质量分数、主要次生代谢产物质量分数和积累量的差异及相关性分析。结果表明:青钱柳二倍体与四倍体苗木的年生长节律基本相似,但四倍体较二倍体的速生期延长了约两周;四倍体复叶面积、根体积、根生物量、叶生物量和总生物量显著高于二倍体;四倍体叶片和根系碳氮质量分数比显著高于二倍体;四倍体青钱柳叶片中的总黄酮和总多酚质量分数均显著低于二倍体,四倍体根系中总黄酮、总多酚和总三萜质量分数也显著低于二倍体,但由于四倍体叶生物量大,两种倍性叶中总黄酮积累量无显著差异,四倍体叶总多酚和总三萜积累量显著高于二倍体;相关性分析结果表明,青钱柳叶片总黄酮和总多酚质量分数与苗高、地径、复叶面积、比叶质量、碳氮质量分数比等生长性状指标呈显著负相关。

乌头根际土壤钩状木霉菌次生代谢产物化学成分研究

目的研究乌头根际土壤真菌钩状木霉菌Trichoderma hamatum JKT-28次生代谢产物的化学成分。方法基于化学表观遗传修饰策略,用真菌2号培养基进行液体发酵获得钩状木霉菌的次生代谢产物,经乙酸乙酯萃取后,采用硅胶柱、动态轴向压缩柱、半制备液相、重结晶等方法对其进行分离纯化,根据理化性质及波谱数据鉴定所得化合物的结构。结果从中分离得到12个化合物,分别鉴定为4-acetyl-3-hydroxy-6-methy-pyran-2-one(1)、3-methyl-4-phenyl-2(5 H)-furanone(2)、6-pentyl-α-pyrone(3)、volemolide(4)、lignoren(5)、enniatin A1(6)、wickerols A(7)、demethylincisterol A3(8)、(22 E)-5a,8a-epidioxyergosta-6,22-dien-3b-ol(9)、daidzein(10)、cyclo(L)-Pro-(L)-Phe(11)、Cyclo(D)-Pro-(D)-Ile(12)。结论化合物1~12均为首次从钩状木霉菌中得到,化合物1为首次从木霉属真菌中发现。

植物次生代谢的区室化研究进展

植物次生代谢存在多层次的区室化现象,区室化对于植物的生长发育和环境胁迫响应具有重要意义。本文综述了植物次生代谢在分子水平、亚细胞水平、细胞水平和组织器官水平的区室化研究进展。次生代谢的区室化需要中间产物在不同区室间进行转运,因此转运蛋白是植物次生代谢产物区室化合成体系的重要组成部分。次生代谢区室化及其相关转运蛋白研究,丰富了植物次生代谢的理论基础,并且为天然产物合成生物学提供了新的靶点和研究策略。

月季黑斑病病情相关内源激素和次生代谢产物研究

通过分析植物激素、次生代谢产物与月季品种病情等级的关系,明确叶片抗病机制。以大花月季、藤本月季、微型月季各3个品种为试验材料,探究月季黑斑病发生高峰期吲哚乙酸(IAA)、脱落酸(ABA)、玉米素(ZR)、总三萜、总酚、甜菜碱在品种间和叶片间的变化规律。结果表明:随着病情的加重,IAA从7.57 ng·g^(-1)下降到2.87 ng·g^(-1),ZR从2.27 ng·g^(-1)下降到0.19 ng·g^(-1),总三萜从2.29%下降到1.51%,总酚从34.39 mg·g^(-1)下降到18.43 mg·g^(-1),甜菜碱从0.57%下降到0.24%,ABA从6.77 ng·g^(-1)上升到27.43 ng·g^(-1),IAA和ABA在不同病情等级的品种间差异达显著水平,可以作为病情等级的判断标准之一;6种物质在病叶中的含量均多于健叶,与月季黑斑病存在相关性,其中IAA、ABA和总酚在重感病品种的叶片中差异显著(P<0.05),说明这3种物质存在对月季黑斑病的应对机制。IAA、ABA可以用来区分不同病情等级的月季品种,月季通过内源激素和次生代谢产物含量的改变来应对黑斑病的侵染。

玉米籽粒次生代谢物质分布及其抗氧化活性

基于玉米分层剥皮技术,结合靶向代谢组学检测方法,对玉米不同部位的类胡萝卜素等特征性成分及酚类物质等次生代谢物质进行分析,并探讨其抗氧化活性。结果表明:类胡萝卜素主要存在于玉米籽粒的糊粉层和外胚乳中;玉米酚类物质主要以结合态形式存在于果皮、种皮及糊粉层部位,各部位共检出单体特征酚17种,其中香草醛、对羟基苯甲酸、阿魏酸等含量较高;玉米籽粒各部位的抗氧化活性与其酚类物质含量极显著正相关(P<0.01),其中单体特征酚的贡献主要来自于香草醛、对羟基苯甲酸和丁香醛,玉米内皮层的抗氧化活性相对更高。

NaCl浓度对铁皮石斛次生代谢物的影响

为探索不同浓度的盐胁迫对铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)次生代谢物含量的影响,设置0、50、100、150、200 mmol/L NaCl对铁皮石斛进行盐胁迫处理。结果表明,不同浓度的盐胁迫对铁皮石斛体内次生代谢物含量的影响有所差异,50~100 mmol/L NaCl处理可使铁皮石斛体内类黄酮、氨基酸和总酚等次生代谢物含量明显增加,50 mmol/L NaCl处理可使铁皮石斛体内总多糖含量明显增加,活性成分有效提高,中药材价值极大增强。

一氧化氮对干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗次生代谢产物的影响

本研究以盆栽紫花苜蓿为试验材料,在聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱的条件下,分别以硝普钠、c-PTIO(carboxy-PTIO)为NO供体和清除剂进行叶面喷施,通过研究紫花苜蓿幼苗叶片、根系中次生代谢产物及关键代谢酶活性的变化,探讨干旱胁迫对次生代谢产物的影响及NO介导下紫花苜蓿耐旱机制的响应。结果表明,干旱胁迫使紫花苜蓿叶片及根系中总酚、类黄酮、木质素和花青素的含量呈先升高后降低的变化趋势,同时增强了苯丙氨酸解氨酶(PAL)和多酚氧化酶(PPO)活性。外源NO的施加则会促进这种趋势的进行,使总酚含量提高33.08%,在胁迫后期仍使酚类物质保持较高的代谢水平,改善胁迫所导致的损伤状况。而NO抑制剂c-PTIO则会不同程度地抑制紫花苜蓿幼苗中酚类物质的合成及其代谢关键酶的活性。因此,外源NO的喷施使紫花苜蓿中次生代谢物的积累与抗氧化酶活性维持在一个高于仅干旱胁迫的水平,更大限度地降低干旱对紫花苜蓿造成的危害,提高对干旱的耐受性。本研究进一步扩充了紫花苜蓿抗旱手段的工具箱,对紫花苜蓿的抗旱具有重要的意义。

羌活根际土壤微生物群落结构特征及其对次生代谢产物的影响

[目的]科学评估羌活主产区土壤生态系统健康状况,揭示土壤微生物与羌活的互作关系。[方法]以羌活根际土壤为研究对象,分别采用高通量测序技术和高效液相色谱法(HPLC)测定土壤微生物群落结构组成和羌活次生代谢产物含量,进一步采用冗余分析和相关性分析方法研究根际土壤微生物对羌活次生代谢产物的影响。[结果]羌活根际土壤细菌优势门类群为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),真菌优势门类群为子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和球囊菌门(Glomeromycota)。属水平上,细菌优势属为Vicinamibacter(0.80%~9.11%)、土生单胞菌属Terrimonas(0.66%~7.72%)和硝化螺旋菌属Nitrospira(1.18%~4.46%);真菌优势属为被孢霉属Mortierella(0.01%~14.19%)、四孢菌属Tetracladium(0.18%~14.32%)和黄豆菌属Kotlabaca(0.01%~24.96%)。冗余分析表明羌活根际土壤微生物群落结构主要受土壤pH及养分含量影响,其中Colletotrichum和Botryichum与pH呈显著负相关(P<0.05),Bradyrhizobium与有机质亦呈显著负相关(P<0.05),Candidatus_Udaeobacter、Scutellospora和Enterocarpus均与速效磷和速效氮呈显著正相关(P<0.05)。羌活次生代谢产物羌活醇与毛壳菌属(Chaetomium)、丝盖伞属(Inocybe)和米拉珊瑚属(Melanophyllum)呈显著负相关(P<0.05),异欧前胡素则与毛壳菌属(Chaetomium)和腐质霉属(Humicola)呈显著正相关(P<0.05)。[结论]该研究结果为科学评估羌活主产区土壤生态系统健康状况和微生物-羌活互作关系提供数据支撑。

水稻次生代谢物质介导红腹缢管蚜与白背飞虱的种间互作关系

【目的】探究白背飞虱Sogatella furcifera与红腹缢管蚜Rhopalosiphum rufiabdominalis种间互作机制,以及2种昆虫互作过程中水稻次生代谢物质的作用。【方法】将白背飞虱和红腹缢管蚜按不同比例混合饲养,待白背飞虱长至成虫后分组配对,分析白背飞虱总产卵量及日均产卵量;测定各处理的水稻草酸、黄酮及总酚含量,利用GC/MS仪器分析各处理水稻幼苗次生代谢物质成分的差异。【结果】“15头蚜虫+5头白背飞虱”处理的白背飞虱总产卵量仅为131.67粒,与“20头白背飞虱”处理(214.60粒)差异显著,日均产卵量也呈现相同的规律;“15头蚜虫+5头白背飞虱”处理的水稻黄酮和总酚含量分别为1.98和63.71 mg/L,均显著高于其他处理。GC/MS分析表明,“15头蚜虫+5头白背飞虱”处理的水稻中丙丁酚相对含量高达75.78%,而其余处理的水稻中不存在此种酚类物质。【结论】红腹缢管蚜可能是通过刺激水稻提高黄酮及总酚含量,进而抑制白背飞虱的生殖能力,其中丙丁酚可能在白背飞虱和红腹缢管蚜种间互作中起着关键作用。

云曼红豆杉生长和次生代谢产物对光照胁迫的响应

旨在研究不同光照强度对云曼红豆杉主要生长及次生代谢产物的动态变化特征,探索其人工栽培适宜光照条件和最佳采收时间。以2 a生云曼红豆杉实生苗为试验材料,采用不同层数黑色遮阳网模拟光照胁迫,设置4个遮光处理(0%、30%、60%、90%),以期发现云曼红豆杉苗木地径、苗高、生物量和紫杉醇、10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ(10-DAB)在不同生长时期的累积分布规律。结果表明:随着遮光增强,苗木各生长指标均呈先增大后减小的变化趋势,其中,60%遮光显著高于30%遮光、90%遮光和0%遮光,各生长指标随时间的增加而升高,6月和9月增幅较大;不同遮光处理下光合参数日变化表明,蒸腾速率(T_(r))与净光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))正相关,CO_(2)浓度(C_(i))与P_(n)、G_(s)负相关;次生代谢产物紫杉醇和10-DAB含量随光照强度降低呈不同的变化规律,随着遮光的增强,紫杉醇含量逐渐下降,而10-DAB含量变化较小。研究发现,较强的光照有利于云曼红豆杉次生代谢产物紫杉醇合成,但不利于其生长,9月和12月,60%遮光下紫杉醇和10-DAB累积量分别达到峰值。因此,2 a生云曼红豆杉苗木在60%遮光下有利于生长和生物量积累,6-9月为生长旺盛期,最佳采收时间为9-12月。

AP2/ERF转录因子参与植物次生代谢和逆境胁迫响应的研究进展

AP2/ERF(APETALA2/ethylene-responsive factor)是植物中最大的转录因子家族之一,至少含有1个由60~70个高度保守的氨基酸组成的特有的AP2结构域,根据AP2结构域数量和相似性可划分为5个亚家族:AP2(APETALA2)、DREB(Dehydration-responsive element binding proteins)、ERF(Ethylene-responsive factor)、RAV(Related to AB13/VP)和Soloist。AP2/ERF转录因子通过AP2结构域中的YRG和RAYD保守元件与靶基因结合,实现对相关基因的转录调控功能。目前,AP2/ERF已成为研究植物抗逆机制和活性成分生物合成的热点候选基因,越来越多植物AP2/ERF家族及其成员被报道。本研究对近年来有关AP2/ERF家族的最新研究成果进行了总结,综述了AP2/ERF家族转录因子的结构特征与分类,重点介绍了该类转录因子调控植物次生代谢产物的合成以及参与生物、非生物胁迫应答等方面的研究进展,并展望了AP2/ERF转录因子可能的研究热点和领域,以期为今后进一步挖掘和利用该类转录因子基因进行植物遗传改良以及种质创新提供参考。

代谢组学技术在植物次生代谢调控研究中的应用

代谢组学是继蛋白质组学和基因组学之后发展起来的新型学科,主要研究生物样本和器官小分子代谢产物,目前广泛应用于生物医学、食品科学、农业动植物学等领域。本文总结了代谢组学技术在植物次生代谢调控研究中的应用,对近5年代谢组学技术在植物热门领域的应用情况进行概括,以期为代谢组学在植物研究领域方面的进一步发展提供理论依据。

植物次生代谢基因工程

植物次生代谢基因工程 ,是利用基因工程技术对植物次生代谢途径的遗传特性进行改造 ,进而改变植物次生代谢产物。植物次生代谢基因工程的出现是人类对次生代谢途径的深入了解和分子生物学向纵深发展的结果 ,同时它又促进了次生代谢分子生物学的发展。调控因子的应用和多基因的协同转化为植物次生代谢基因工程拓宽了思路。从次生代谢图谱、植物基因工程策略和植物转基因方法等方面对植物次生代谢的基因工程研究进展做一简要概述。