药用植物次生代谢产物的研究及应用价值.docx
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药用植物次生代谢产物的研究及应用价值
学号:
2011050132
哈尔滨师范大学
学士学位论文
题
目
在中华水韭皮层的二次开发
学
生
丛红
指导教师
刘保东
年
级
2009级
专
业
生物科学
系
别
生物科学系
学
院
生命科学与技术学院
哈尔滨师范大学
学士学位论文开题报告
论文题目
在中华水韭皮层的二次开发
学生姓名
丛红
指导教师
刘保东
年级
09级
专业
生物科学
2013年3月
课题来源:
教师指导选题
课题研究的目的和意义:
真正的二次开发,在更多或更少的rhature皮层并没有从周围出现—中柱,初生分生组织,在三种水韭属的描述。
次生皮层发育的关系在沟的形成过程和对死亡的皮质层的脱落。
在沟内,二级皮层是文件切线对齐的球茎的轴的表面上;从旧皮层脱落,这是在径向文件。
常排列。
然而在日本,一,二次皮质表面,死了皮层已经流向可以由随机趋向的双细胞。
国内外同类课题研究现状及发展趋势:
几个数字的弗兰肯伯格和詹宁斯细长的皮质在石化根座细胞。
这些细胞通常是细长的任意方向的外表面切向—的轴面,和S.ficoides甚至径向伸长过程中根脱落。
课题研究的主要内容和方法,研究过程中的主要问题和解决办法:
此课题主要研究中华水韭皮层的二次开发,通过科学家的论证进一步的了解了中华水韭。
由于在XX、中国知网上查找资料遇到了一些不认识的英文、法文、拉丁文等。
通过查词典、通过相关专业文献教材来查询。
课题研究起止时间和进度安排:
2012.10.12012.12.1查找资料和查阅文献
2012.12.12013.1.30翻译综述
2013.1.312013.3.31综合最新资料最新文献补充资料
2013.4.12013.4.30整理论文
2013.5.1申请答辩
课题研究所需主要设备、仪器及药品:
无
外出调研主要单位,访问学者姓名:
无
指导教师审查意见:
同意开题
指导教师(签字)
年月
教研室(研究室)评审意见:
同意开题
教研室(研究室)主任(签字)年月院(系)审查意见:
院(系)主任(签字)
年月
学士学位论文
题
目
在中华水韭皮层的二次开发
学
生
丛红
指导教师
刘保东
年
级
2009级
专
业
生物科学
系
别
生物科学系
学
院
生命科学与技术学院
哈尔滨师范大学
2013年3月
药用植物次生代谢产物的研究及应用价值
刘双
摘要:
本文介绍了对药用植物次生代谢产物的研究,包括它的分类、生物因素和非生物因素
对其产生和积累的影响和作用,总结了药用植物生长发育及次生代谢产物积累的Hormesis
现象,并根据对药用植物次生代谢产物的生理活性的研究,对提高药用植物的药效具有重要
意义,并探讨了次生代谢产物在未来生活中的发展趋势。
关键词:
药用植物次生代谢产物环境胁迫hormesis现象
随着科学技术的发展以及生活品质的提高,在医药行业,在消费者用药选择中,植物药已成为一种新的潮流,植物药发展快于化学药品,越来越多的人喜欢利用天然药物来治疗或预防疾病。
药用植物的药效缓和,毒副作用较少以及整体提高免疫力等。
药用植物的在世界范围内,开发和利用都在逐步增加。
中药材发挥临床疗效的化学基础是其体内某些活性成分的种类和数量,多为植物次生代谢产物。
植物次生代谢产物是指植物中一类并非生长发育所必需的小分子有机物,其产生和分布通常有种属、器官、组织和阶段的特异性。
我国是世界上中草药的生产大国,植物次生代谢产物的资源十分丰富。
近年来,植物提取物作为中成药的合成成分被广泛地研究和应用,在提高药用植物的药效的同时,在一定程度上减少了化学药物的使用、缓解了化学药物类环境问题。
一、药用植物次生代谢产物的分类
药用植物体内含有大量次生代谢物质如黄酮类、苯丙素类、醌类、单宁类、萜类、甾体及其甙、生物碱七大类。
还有人根据次生产物的生源途径分为酚类化合物、萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类。
这类小分子物质很多是化感物质,在药用植物中具有显著生理活性和药理作用,临床上有一定应用价值。
1、酚类化合物(黄酮类化合物)
黄酮类化合物是一类重要的天然有机化合物,是植物在长期自然选择过程中产生的一类次生代谢产物。
黄酮类化合物具有2-苯基色原酮结构,它们分子中有一个酮式羰基,第一位上的氧原子具碱性,能与强酸成盐,其羟基衍生物多具黄色,故又称黄碱素或黄酮。
黄酮类化合物在植物体中通常与糖结合成苷类,小部分以游离态(苷元)的形式存在。
依据中央三碳链的氧化程度、B环连接位置(2-位或3-位)以及三碳链是否成环等特点,可将主要的黄酮类化合物分为黄酮类、异黄酮类、查耳酮类、花色素类以及黄烷酮类等。
绝大多数植物体内都含有黄酮类化合物,它在植物的生长、发育、开花、结果以及抗菌防病等方起着重要的作用。
黄酮类化合物在抗氧化、抗癌、抑制脂肪酶等方面有显著效果,对心血管疾病的治疗也有很好的作用。
银杏和杜仲中都含有黄酮类化合物。
2、萜类化合物
萜类化合物的分子结构是以异戊二烯为基本单位的,因此其分类依据主要是以异戊二烯
单位数目的不同为标准来进行。
可分为単萜、二萜、倍半萜,倍半萜约有7000多种,是萜类
化合物中最大的一类。
单萜和倍半萜及其简单含氧衍生物是挥发油的主要成分,而二萜是形成树脂的主要成分,三萜则以皂甙的形式广泛存在,三萜皂苷类化合物是植物体内一类重要的次生代谢产物,由具有30个碳原子的三萜类苷元和糖组成,在蕨类、单子叶、双子叶植物中分布广泛。
三萜皂苷因具有抗炎、抗肿瘤、抗菌、抗病毒、杀寄生虫、增强抗氧化酶活性及缓解风湿性关节炎、提高免疫力等广泛的药理和生物活性,成为植物和医药领域研究的热点[1]。
三萜皂苷通常是评价中药材质量和制订药品质量标准的主要指标。
如人参、西洋参、三七、黄芪等中草药都含有三萜皂苷。
萜类化合物是挥发油(又称香精油)的主要成分,从植物的花、果、叶、茎、根中得到有挥发性和香味的油状物,其作用有一定的生理活性,如祛痰、止咳、驱风、发汗、驱虫、镇痛。
3、生物碱
生物碱是存在于自然界(主要为植物,但有的也存在于动物)中的一类含氮的碱性有机化合物,有似碱的性质,所以过去又称为赝碱。
大多数有复杂的环状结构,氮素多包含在环内,有显著的生物活性,是中草药中重要的有效成分之一。
具有光学活性。
有些不含碱性而来源于植物的含氮有机化合物,有明显的生物活性,故仍包括在生物碱的范围内。
而有些来源于天然的含氮有机化合物,如某些维生素、氨基酸、肽类,习惯上又不属于“生物碱"。
生物碱的发现始于19世纪初,是人们研究得最早而且最多的一类天然有机化台物。
据统计,已知生物碱种类很多,约在2000种以上,有一些结构式还没有完全确定。
它们结构比
较复杂,可分为59种类型。
生物碱的分来方法较多,按其植物来源可分为茄科生物碱、毛茛科生物碱、百合科生物碱、罂粟科生物碱等;按其生理作用可分为降压生物碱、驱虫生物碱、镇痛生物碱、抗疟生物碱等;按其性质可分为挥发碱、酚性碱、弱碱、强碱、水溶碱、季铵碱等[7]。
植物生物碱
的主要类型为萜类吲哚生物碱、苄基异喹啉生物碱、茛菪碱、烟碱和嘌呤生物碱等。
药用生物碱临床应用主要表现为抗癌、抗肿瘤、抗病毒、抗菌、抗炎作用,同时还可以作用于神经系统和心血管系统。
、环境胁迫对药用植物次生代谢产物的产生和积累的影响
植物的次生代谢是植物在长期进化中与环境(生物的和非生物的)相互作用的结果,次生代谢产物在植物提高自身保护和生存竞争能力、协调与环境关系上充当着重要的角色,其产生和变化比初生代谢产物与环境有着更强的相关性和对应性。
黄璐琦等提出环境胁迫可能会通过刺激次生代谢产物的积累导致道地药材的形成[2]。
可诱导或影响次生代谢产物合成积累的环境因子很多,有生物因子、非生物因子。
它们同时对代谢产物发挥着重要作用。
1、非生物因素对药用植物次生代谢产物的影响非生物因子如温度、水分、光照、大气、盐分、养分等都会对植物的生长产生各种各样的影响甚至胁迫。
1)温度
[1]
温度是调节植物代谢水平的主要环境因子,对植物的次生代谢也有很大影响。
有研究表明在非最佳温度下,玉米向光面的叶片中积累花青素,从而有效防止光抑制造成的伤害;黄豆在低温下培养24h,根部总酚酸、染料木黄酮、大豆黄素和染料木苷的代谢水平显著增高,而当施加苯丙氨酸解氨酶的竞争性抑制剂AIP后酚酸含量则下降,低温促进了由苯丙氨酸转向次生代谢的过程[3]。
适度的高温有利于植物中三萜皂苷的生物合成。
Pecetti等对紫花苜蓿的研究表明,在生长时期日间温度较高时,紫花苜蓿中总皂苷量也较高
2)水分
通常情况下适度干旱胁迫能够刺激植物中次生代谢产物的合成和积累,有研究表明药用植物活性物质能对水分胁迫作出响应。
蔡娜等、研究了水分胁迫条件下苦荞幼苗黄酮类物质含量变化,结果表明水分胁迫可以提高荞麦黄酮和芦丁的含量[4]。
李霞等通过池栽法和渗灌控水方式设置轻度干旱、重度干旱和水涝3种水分处理,比较不同水分胁迫下,黄檗幼苗小檗碱、药根碱及掌叶防己碱含量的变化。
总体上轻度干旱有利于小檗碱、药根碱、掌叶防己碱的合成与积累,重度干旱处理下幼苗3种生物碱的含量与对照差异不大,而水涝处理则导
致幼苗3种生物碱的含量显著降低。
兰小中等的研究发现,适当干旱胁迫处理药用植物中华芦荟,可增加单位干质量芦荟叶片中的芦荟苷含量。
分析认为主要是在水分胁迫的条件下次
生代谢活跃,光和作用减弱,同化能力下降,从而增加了苷的含量[5]。
当环境中缺乏水分时,次生代谢产物在植物抗旱机制中发挥着重要作用,同时也是中药材发挥临床疗效的物质基础。
孙君明等对我国7个省份的大豆进行异黄酮含量测定,结果显
示随着自南向北、自东向西降水量逐渐减少,异黄酮含量逐渐增加;Clark和Menary发现水分缺乏时薄荷生长受到限制,单萜类物质明显增加;谭勇等发现中度水分胁迫可以促进菘蓝根部靛玉红的积累,而严重水分胁迫不利于其积累;李霞等发现短期的轻度干旱处理有利于提高黄檗幼苗小檗碱、药根碱及掌叶防己碱的合成和积累,为以获取生物碱为目的的黄檗幼苗培育提供参考[6]。
3)光照
很多情况下适当改变光照强度、光照时间及光质,在一定程度上可刺激药用植物体内次生代谢产物的合成和积累。
广西莪术为阳生植物,陈旭等研究环境胁迫对药用植物次生代谢产物的影响发现,通过人为的遮阴使其光照强度减少至自然光照强度的85%,该环境条件下
莪术挥发油和莪术醇含量最高[7]。
王华田等有相似的报道,银杏叶片中的黄酮和内酯含量受光照强度的影响,人为遮阴处理后叶片黄酮和内酯含量发生变化,在42%的自然光照强度条
件下,黄酮含量和内酯含量最高。
生于阳坡的金银花中氯原酸的含量高于阴坡;颠茄在露天栽培时的阿托品含量为0.70%,而隐蔽条件下则为0.38%。
绞股蓝在相对光照度为70%左右时绞股蓝总皂甙含量最高[1]。
许多研究工作表明光质的不同,不仅影响植物的初生代谢和生长状态而且会影响植物的次生代谢过程。
毛脉酸模为蓼科酸模属多年生宿根草本植物,是黑龙江省、吉林长白山地区的重要药用资源植物,以根入药,味甘,性寒,有清热解毒、凉血止血、通便利尿之功,民间治疗癣病或止血著称。
化学成分分析结果表明,根中富含白藜芦醇及白藜芦醇苷等二苯乙烯类成分,酸模素,大黄酚、大黄素等蒽醌类成分及黄酮类化合物。
通过不同光质对毛脉酸模中蒽醌类成分的影响研究,实验结果表明黄膜处理显著提高2年生毛脉酸模中中蒽醌类成分含量[8]。
4)盐分适度的盐胁迫可以提高植物中次生代谢产物的量。
唐晓敏等分别对甘草幼苗和一年生温室移栽苗施加Nacl,发现适度Nacl胁迫下生长的甘草根中甘草酸量较对照显著提高[9];进一步测定盐胁迫下盆栽甘草一年生移栽苗根中β-AS酶和SE酶的表达量,发现0.3%Nacl处理时
这两种酶的表达量最高,同时甘草酸合成前体物质β-香树脂醇量降低,推测适度的盐胁迫
条件下甘草酸量的增加可能是由于盐胁迫刺激了两种酶的表达,增加了前体物质的消耗,从而促进甘草酸积累[10]。
2.生物因素对药用植物次生代谢产物的影响植物面对的生物环境比较复杂,包括昆虫和草食动物乃至人类的侵害、致病微生物的危害、植物之间的相互竞争和协同进化以及与真菌的共生关系等等。
在植物与这些生物环境的相互作用过程中,次生代谢及其产物均发挥着重要的作用。
1)病虫害等生物因素胁迫对药用植物次生代谢产物的影响感染病虫害会使植物次生代谢产物增加。
许多研究表明,植物在受昆虫为害后,次生代谢过程会受到影响,其中酚类化合物含量的增加是最明显的一个变化,并进一步明确了这类由虫害诱导产生的挥发物中,最主要的组成成分为萜烯类物质[5]。
2)微生物诱导植物次生代谢产物的形成具有腐生、共生、寄生性的微生物对药用植物的生长及活性物质的产生也具有积极的作用。
通过影响植物体内次生代谢产物的种类和含量,也就影响了其药用特性。
如天麻、石斛、猪苓等一类药用植物的生长过程中,必须要有某一种微生物来提供营养,如没有蜜环菌提供营养,药材天麻就不会形成,而且,不同生物学类型的蜜环菌,对天麻的生物量和化学成分含量的影响还有很大的差异。
在某种程度上来说,微生物成为了这类药用植物生长及影响药材质量的关键因子。
药用植物组织中包含有大量的内生真菌、细菌和放线菌。
其中个别内生真菌能够产生与宿主相同或相似的生理活性成分,如红豆杉的树皮中含有活性较强的抗癌物质紫杉醇,1993年美国学者Stierle等首次从紫杉属植物中分离出一株内生真菌,该内生菌在培养中能产生紫杉醇和其他紫杉烷类抗肿瘤化合物[11]。
由于这些次生代谢产物具有广泛的药用价值,微生
物通过影响植物体内次生代谢产物的种类和含量,在药物开发中具有特别重要的意义,也就影响了其药用特性。
在健康植物中没有植保素存在。
微生物诱导植物形成植保素等次生代谢产物,植保素是植物受病原微生物或非病原微生物以及其他因素刺激,而在受感染或受刺激的部位及其周围产生和积累的具有抗菌活性的低分子量化合物,是植物受病原菌侵染后防卫反应在生化上的重要表现。
Cruickshank和Perrin(1968)首次报道了菜豆链核盘菌菌丝提取物中的一种多肽能诱导菜豆果皮一种异黄酮类---菜豆素的形成和积累[12]。
3.Hormesis效应
“Hormesis”是指生物体在不同剂量化学物质刺激下产生的,以双相剂量-反应曲线为
特征的一种适应性反应,即有毒化学物质对生物体在高剂量时表现负面影响,但在低剂量时却表现为有益作用的现象。
是药用植物生长发育及次生代谢产物积累的现象。
在国内,“Hormesis”常被译成“毒物兴奋效应”、“化学兴奋效应”、“低剂量促进效应”、“低剂量有毒物质的刺激作用”、“低剂量有毒物质的刺激作用”等[2]。
有一些报道明确提出了不同强度(剂量)环境胁迫下,植物次生代谢产物积累出现双向剂量关系。
如低浓度盐胁迫(20mmol·L-1)能提高广藿香幼苗根系的活力,而高浓度的盐胁迫(≥40mmol·L-1)则起抑制作用[13];随
着NaCl胁迫浓度的增加,淫羊藿根、叶和箭叶淫羊藿根、茎、叶均呈现在低浓度范围内总黄酮含量增加;而在高浓度盐胁迫下,其总黄酮含量均呈下降的趋势[14]。
“Hormesis”量效关系中“Hormesis”的剂量-效应关系是以小剂量刺激大剂量抑制为
特征的双相曲线。
目前比较公认的“Hormesis”最常见的量效曲线有2种,即β型曲线和
U型曲线[2]。
β型曲线是公认的也是最常见的低剂量条件下表现为适度刺激(兴奋),而高剂
量条件下表现为抑制作用的“Hormesis”;而U型的兴奋效应模型,主要反映毒物在低剂量时对肿瘤等疾病的抑制反应,如发病率低于对照,通常很有限。
“Hormesis”在药用植物研究的应用,首先是提高次生代谢产物,环境胁迫(如重金属、干旱、严寒、伤害、高温等)下,植物通过向外界环境释放次生代谢产物(释放到环境中的次生代谢产物又被称为化感物质)来抑制其他植物的生长,以提高自身的竞争能力,从而增加中药材的产量及对产地的选择。
三、药用植物次生代谢产物的应用价值
植物次生代谢物是人类生活、生产中不可缺少的重要物质,在医药生产中,作为天然活性物质的植物次生代谢物,是解决目前世界面临的医药毒副作用大,一些疑难疾病(如癌症、艾滋病等)无法医治等难题的一条重要途径。
除化学合成之外,人类大量依赖植物次生代谢产物作为药物。
1、萜类化合物的医学价值
紫杉醇及其衍生物是从短叶紫杉、中国红豆杉、南方红豆杉、东北红豆杉等红豆杉属以及非红豆杉属的落羽杉和榛子等中分离出多种内生菌中产生的。
紫杉醇是一种以极低含量存在于各种紫杉属植物树皮和树叶中的萜类化合物,是临床上治疗肿瘤的良好药物。
三萜皂苷因具有抗炎、抗肿瘤、抗菌、抗病毒、杀寄生虫、增强抗氧化酶活性[15]及缓解风湿性关节炎、提高免疫力[16]等广泛的药理和生物活性,成为植物和医药领域研究的热点。
三萜类皂苷主要有四环三萜和五环三萜,四环三萜类包括人参、西洋参、三七中的人参皂苷,黄芪中的黄芪苷,绞股蓝中的绞股蓝苷等;五环三萜类包括甘草中的甘草酸、柴胡中的柴胡皂苷、紫花苜蓿中的苜蓿皂苷等。
2、生物碱的医学价值长春碱是从夹竹桃科植物长春花中提取的生物碱。
此类生物碱对治疗白血病有明显效果;喜树碱是拓朴异构酶Ⅰ的专属性抑制剂,在临床上广泛应用于肝癌、胃癌、膀胱癌及白血病等的治疗,陈贤兴等从喜树的果实中得到的1株孢霉菌菌株可以产生喜树碱类似物。
刘吉华等从喜树的根、枝条、叶和果实中分离纯化48株内生菌,发现有7株菌株的发酵液对白血病细胞HL-60增殖有显著的抑制作用。
罂粟中可待因具有止痛、镇咳功效;金鸡纳树中奎宁为传统的抗疟疾药物,用来消除对其他抗疟疾药物产生的抗性;
3、酚类化合物的医学价值黄酮类成分有许多用于心血管疾病的治疗如芦丁。
新疆紫草根中含有多种萘醌类化合物,为我国传统药草,可用于烧伤、冻伤以及因细菌、真菌和病毒引起的各种皮肤病,此外还具有抗肿瘤性。
我国植物资源丰富,从植物中寻找高效、低毒和价廉的药物已越来越受到人们的重视。
四、药用植物代谢产物的发展趋势
药用植物次生代谢积累规律的研究已经取得了一定的进展,由于部分天然活性物质的作用机理尚不清楚,要进一步开发植物药物,需要加强深层次的研究,特别应加强关于其构效关系的研究。
在弄清构效关系的基础上就能够以所提取的天然活性物质为先导化合物来进
物资源丰富,被公认为是植物药大国,植物生产技术也有一定基础,阔前景。
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TheValueoftheResearchandApplicationofMedicinal
PlantSecondaryMetabolites
LIUShuang
Abstract:
Thisarticledescribesastudyofthemedicinalplantsecondarymetabolites,includingclassification,biologicalfactorsandabioticfactorsaffectitsproductionandaccumulationandsummaryofthemedicinalplantgrowthandaccumulationofsecondarymetabolitesHormesisphenomenonbasedonthestudyofthephysiologicalactivityofthesecondarymetabolitesofmedicinalplantsandtoimprovetheefficacyofthemedicinalplantsofgreatsignificance,andtoexplorethetrendsofthemetabolitesofthislifeinthenextlife.
Keywords:
medicinalpl
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