药用植物内生真菌产次生代谢产物的研究进展
药用植物内生真菌产次生代谢产物的研究进展
徐范范
△
(综述),金 波,丁志山
※
(审校)
(浙江中医药大学,杭州310053)
中图分类号:R732354 文献标识码:A 文章编号:100622084(2010)1722667203
基金项目:浙江省自然科学基金(Y2080580) 摘要:植物内生真菌是一大类未被充分研究过的新的微生物资源,具有潜在的应用前景。随着对药用植物内生真菌研究的深入,从药用植物内生真菌中寻找新的生物活性成分已成为研究热点。总结近年药用植物内生真菌产生的抗肿瘤、抗菌等活性次生代谢产物最新的研究进展,内生真菌活性成分已成为发现新颖结构化合物及新药物的重要资源。
关键词:药用植物;内生真菌;次生代谢产物
Recen t Stud i es on the Secondary M et abolites Produced by M ed i c i n a l Pl an t Endophyti c Fung i XU Fan 2fan,J IN B o,D IN G Zhi 2shan .(Zhejiang Chinese M edical U niversity,Hangzhou 310053,China )Abstract:Plant endophytic fungi are a large class of ne w m icr obial res ources not fully studied,with po 2tential app licati ons .W ith the devel opment of researches in the field of endophytic fungi of medicinal p lants,the research on novel original bi oactive compounds fr om endophytic fungi has become a ne w hots pot .This ar 2ticle revie wed the recent p r ogress on studying anti 2tumor and anti 2bacterial activity of secondary metabolites
p r oduced medicinal p lant endophyte .The active ingredient of endophytic fungi has become an i m portant s ource which found the ne w structure of compounds and new drugs .Key words:Medicinal p lants;Endophytic fungi;Secondary metabolites
近年来,从天然产物中筛选生物活性成分成为研究创制新药的有效途径之一。植物历来是筛选天然药物最主要的原料,但药用植物的过度使用,致使许多药用植物濒临灭绝。为解决资源问题,近年来药用植物新资源研究的一个热点集中在药用植物内生菌上。植物内生真菌是指生活史中的某一段生活在健康植物组织内部,并不引起宿主植物出现明显病害症状的一类真菌,它是生活在植物组织内的一类微生物,是植物微生态系统中的天然组成成分。内生真菌长期生活在植物体内的特殊环境中,并与寄主协同进化,根据内共生理论,内生真菌可能产生与宿主相同或相似的具有生物活性的次生代谢产物。研究发现,内生真菌能产生许多活性次级代谢产物,从而能够增强植物的抗逆性,表现在非生物胁迫(如抗高温、抗干旱等)和生物胁迫(如阻抑昆虫和食草动物的采食、抵抗病虫害等)方面,这些活性次级代谢产物具有抗菌、抗肿瘤等生物活性。1993年,美国蒙大拿州立大学的Str obel 小组在短叶红豆杉内生真菌Taxomyces andreanae 中发现紫杉醇[1]
,国内外掀起对药用植物和濒危植物内生真菌的研究热潮。研究热点主要集中在新的抗肿瘤、抗菌等活性化合物的发现,植物内生真菌已成为发现新天然活性物质的重要资源。现对近年来药用植物内生真菌产次生代谢产物的研究进展予以综述。1 具抗肿瘤活性的化合物1.1 产紫杉醇及其衍生物
的化合物 紫杉醇是存在于
各种紫杉属植物树皮和树叶
中的萜类化合物,被当今世界上认为是广谱、活性最强的抗癌药物。1971年美国学者W ani 从短叶红豆杉的树皮中提取出了具有独特的抑制微管解聚和稳定微管作用的紫杉醇,开辟了一个抗
肿瘤药物研制的新时代。2006年,田仁鹏等[2]
从生长在湖北的南方红豆杉树皮中韧皮部分离出一株能产紫杉醇的菌株TPF6,其发酵液中紫杉醇含量为
84.5μg/L 。2008年,孙端方等[3]
从罗汉松中分离到了1株产紫杉醇内生真菌EPTP 21,对Ver o 细胞表现
出明显的致细胞凋亡作用。赵凯等[4]
从东北红豆杉中分离筛选到1株能够产生紫杉醇菌株HD181223,发现其紫杉醇产量为206.34μg/L,而且该菌株的发酵提取纯化产物对He La 细胞具有较强的抑制作用。产生紫杉醇的内生菌具有丰富的物种多样性。这些内生真菌既有新种,如安德紫杉菌;也有新记录种,如树状多节孢菌;更多的则是常见的真菌,如链格孢菌、头孢菌等。当前,对产紫杉醇内生菌的开发
利用研究正在进行之中,已在菌株生产、发酵条件、分子生物学等基础研究方面取得了较大的进步。1.2 产喜树碱及其衍生物的化合物 喜树碱(ca mp t othecine )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。闵长莉等[5]采用组织块法从喜树果实中分离
筛选得到13株纯化的内生菌株,经过摇瓶发酵培养后,采用薄层色谱法与高效液相色谱法对其菌丝体提取物进行分析,发现有1株菌株能够产生102羟基喜树碱,其102羟基喜树碱产量为677μg/L,并将该菌株命名为XK001。随后用同样的方法从树皮中分离纯化得到另一菌株XK002,其102羟基喜树碱产量
为410μg/L [6]
。
1.3 产鬼臼毒素及其衍生物的化合物 鬼臼毒素
(podophyll ot oxin)是存在于足叶草、桃儿七、山荷叶、八角莲等植物中的一类天然木脂素,具有显著的抗肿瘤活性,以鬼臼毒素为母体改造所得的一些衍生物,如依托泊苷和替尼泊苷等已用于临床治疗。刘仕平等[7]从中华山山荷叶的根状茎和川八角莲中分离到可产生鬼臼毒素或其类似物的内生真菌。2006年Eyberger等[8]从盾叶鬼臼的根茎得到1株内生真菌Phial ocephala f ortinii,从它的发酵液中得到了具有抗肿瘤活性的鬼臼毒素。王兴红[9]通过对桃儿七、云南八角莲等7种鬼臼类植物中的348株内生真菌发酵液进行抗癌活性测定,获得了抗癌活性菌株112株。1.4 产其他抗肿瘤活性物质的化合物 除了上述化合物,次生代谢产物中的抗肿瘤活性物质还有很多。朱佳等[10]通过对槲寄生内生真菌的分离培养,并对S MMC27721肿瘤细胞增殖的影响研究发现,槲寄生内生菌发酵液具有抗肿瘤作用,对人肝癌和胃癌细胞增殖具有抑制作用。泰国学者从藤黄属植物中分离出51种内生真菌,并对这些内生真菌产生的65种次生代谢产物活性进行了测定,其中有11.1%的代谢产物具有抗人肺癌NC I2H187细胞活性,有12.7%的代谢产物抗人口腔表皮样癌K B细胞[11]。
2006年,Teles等[12]从茎皮香木瓣树的树叶中分离出一株内生真菌Periconia atr opur purea,从其代谢产物中也得到了该二萜化合物,Teles发现该化合物能够明显降低肿瘤细胞He La和中国仓鼠卵巢的生存能力,与著名的抗癌药物顺铂有类似的疗效。2007年,Tan等[13]从植物青蒿的一株内生真菌Hy2 poxyl on truncatun I F B218的代谢产物中得到2个新的化合物轮层炭壳酮C和轮层炭壳酮D。这2个化合物对肠癌细胞S W1116(半数抑制浓度分别为49.5和41.0μmol/L)具有细胞毒活性,与抗癌药物氟尿嘧啶(半数抑制浓度为37.0μmol/L)活性相近。阮丽军等[14]从植物内生真菌HCCB00189的次生代谢产物中分离出2个黄酮类化合物,分别是化合物4′, 72二羟基异黄酮和4,5,72三羟基异黄酮。这2个化合物对肿瘤细胞A549和LoVo具有明显的抑制作用。
2 具抗菌作用的化合物
药用植物内生真菌可产多种抗生素,能抑制病原体、细菌、真菌、病毒等。陈炎伟等[15]从槲寄生中分离到JF、A1、G6等11株内生真,其中JF、A1的发酵产物具有较广谱的抗菌活性,对革兰阳性细菌(如表皮葡萄球菌),革兰阴性细菌(如产气肠杆菌、大肠杆菌、伤寒杆菌等)均具有较强的抑制作用。
武金占等[16]从苦皮藤根皮中分离的1株编号为2K3内生真菌代谢产物,生物测定其杀菌活性结果表明,2K3菌株菌丝体的甲醇和乙酸乙酯提取物对多种植物病原真菌具有较强的抑菌活性。戴文君等[17]对72株海南粗榧内生真菌进行了抗肿瘤和抗菌活性筛选。结果显示,有9株内生真菌至少对一种指示瘤株具有细胞毒活性,5株内生真菌对金黄色葡萄球菌有较强的抑菌活性,1株内生真菌对辣椒疫霉有抑制作用。
李雅等[18]发现,杜仲内生真菌对植物病原真菌有抑制作用。倪志伟等[19]从云南美登木叶中分离筛选到具有抗菌活性的内生真菌Chaet om ium gl obosu m Ly50′菌株,利用活性追踪法在其发酵产物中分离到抗橙色青霉和抗结核分枝杆菌的化合物,经电喷雾串联质谱法、磁共振等波谱数据确认该活性成分为球毛壳甲素chaet ogl obosin A和球毛壳乙素chaet ogl o2 bosin B,首次发现chaet ogl obosin B具有抗结核分枝杆菌活性。从内生真菌中发现抗病毒活性化合物的研究报道不多,但通过建立适当的抗病毒活性筛选体系,还是有希望从中找到一些新型结构的抗病毒活性物质。
3 其他作用的次生代谢产物
3.1 植物生长调节类物质 内生真菌长期和宿主植物生活在一起,对植物的生长发育具有很重要的作用。研究表明植物内生真菌可以产生或促进宿主植物产生某些植物激素。袁志林等[20]研究发现,大戟科植物内生真菌B3分泌吲哚乙酸和脱落酸等植物生长调节剂。勇应辉等[21]把大戟内生真菌接种到大戟组培苗,将建立共生后的组培苗移栽室外,生长1年后检测生物量和萜类的量,结果发现内生真菌E4(Fusariu m s p.Ⅰ)和E5(Fusariu m s p.Ⅱ)均促进了宿主植物生长,并能同时促进其萜类的合成。罗在柒等[22]从野生金钗石斛和环草石斛植株中分离、纯化得到菌株共53株,与金钗石斛和环草石斛无菌苗建立植物2微生物共生体系,并观测植株生长状况,结果观测得到有22株能促进金钗石斛生长。
3.2 杀虫物质 植物内生真菌能够产生多种生物碱,如有机胺类、吡喏里西啶类、麦角碱类等,这些生物碱有抗病原菌、抗线虫等多种生物学活性。杨春平等[23]从新鲜苦皮藤根韧皮部分离筛选到1株内生真菌,编号为Hd3。生测结果表明,Hd3菌株菌丝乙酸乙酯提取物对3龄黏虫、小菜蛾的胃毒活性分别为100%和26.67%。卢亮等[24]从砂地柏(Sabina vulgaris Ant.)不同组织中分离到126株内生真菌,以鬼臼毒素、脱氧鬼臼毒素和苦鬼臼毒素为标准品,采用高效液相色谱仪法筛选得到一株可代谢产生重要药用和杀虫活性物质鬼臼毒素类似物的内生真菌SC13。
3.3 抗氧化类物质 内生真菌还能产生多种抗氧化类物质,为了确定槐树内生真菌的抗氧化活性,史佳琴等[25]利用抗氧化能力测试盒初步测定了分离自槐树的12个内生真菌菌株的总抗氧化活性,进而采用碘量法比较了总抗氧化活性较高的菌株的抗氧化能力及其动态变化。结果表明,供试的12株槐树内生真菌均有不同程度的抗氧化活性,4个菌株的抗氧化活性较高,其中7号菌株最高。本研究的结果预示着槐树内生真菌在探寻天然抗氧化活性产物中具有重要价值。谢辉等[26]采用组织分离法,筛选杜仲叶片的内生菌种,发现菌株No.173的总抗氧化活性最高。侯奎等[27]在葛(Pueraria l obata)的根、茎、叶以及果实中分离出128株内生真菌,并采用二苯基苦基苯肼自由基酶标仪法对其清除自由基活性进行检测。结果表明,有多株内生真菌具有不同程度的清除自由基活性,这表明葛内生真菌可作为天然的高效抗氧化剂进行开发利用。
3.4 其他活性化合物 药用植物内生真菌具有一些其他有益的生理作用,如抗结核、抗疟疾、保鲜等。九里香(murraya paniculata)为芸香科九里香属灌木或小乔木,又名满江香、千里香,枝叶入药,有行气止痛、活血散瘀之功效,可治胃痛、风湿痹痛,外用则可治牙痛、跌扑肿痛、虫蛇咬伤等。著名的胃药———三九胃泰其配方中的主要成分就是药用植物三桠苦和九里香。研究还发现,内生真菌还能产生其他活性物质,如降血糖活性物质、免疫抑制剂等。楸树中含有丰富的环烯醚萜类化合物,有利尿和降血糖的作用[28]。阙东枚等[29]应用多种柱色谱技术,从见血封喉内生真菌发酵液中分离纯化了7个化合物,其中化合物6、7为麦角甾醇类化合物,均有免疫抑制活性。
4 展 望
植物内生真菌次生代谢产物十分丰富,而且植物内生真菌分布广、种类多,几乎存在于所有已研究过的植物中,目前还有一些基本问题还待解决,内生真菌对中药尤其是道地药材的影响还鲜有人做,药用植物内生真菌资源的研究还处于起步阶段。植物内生真菌产生一些重要抗人类疾病的药物,在医药业中具有很高的开发利用价值。另外,植物内生真菌代谢物还丰富了化合物库。随着技术进步和植物次生代谢研究的深入,内生真菌将成为未来新活性化合物的主要来源,对药用植物内生真菌的开发研究必将成为重点。因此,植物内生真菌次生代谢产物具有很大的开发潜力。
参考文献
[1] Stierle A,Str obel G A,Stierle D.Taxol and taxane p r oducti on by
Taxomyces andreanae,an endophytic fungus of Pacific Ye w[J].
Science,1993,260(5105):2142216.
[2] 田仁鹏,杨桥,周国玲,等.一株产紫杉醇的南方红豆杉内生真
菌的分离及分类研究[J].武汉植物学研究,2006,24(6):
5412545.
[3] 孙端方,冉雪琴,王嘉福.一株产紫杉醇罗汉松内生真菌的分
离和鉴定[J].微生物学报,2008,48(5):5892595.
[4] 赵凯,平文祥,周东坡.内生真菌发酵生产紫杉醇的研究现状
与展望[J].微生物学报,2008,48(3):4032407.
[5] 闵长莉,袁萍.喜树内生真菌的分离及产102羟基喜树碱菌的
鉴定[J].华东师范大学学报(自然科学版),2009(5):94299. [6] 闵长莉,汪学军.喜树产102羟基喜树碱内生真菌的分离鉴定
[J].西北植物学报,2009,29(3):6142617.
[7] 刘仕平,曾松荣,郭仕平,等.中华山荷叶内生真菌的分离及其
发酵产生药用成分的初步研究[J].中国药物与临床,2003,3
(3):2272228.
[8] Eyberger AL,Dondapati R,Porter JR.Endophyte fungal is olates
fr om podophyllum peltatum p r oduce podophyll ot oxin[J].Nat
Pr od,2006,69(8):112121124.
[9] 王兴红.鬼臼类植物内生真菌的分离及其抗癌活性研究[J].
天然产物研究与开发,2006,18(5):7232727.
[10] 朱佳,胡旭姣,陈炎伟,等.槲寄生内生真菌发酵产物抗肿瘤作
用的初步研究[J].中药材,2006,29(10):108021082.
[11] Phongpaichit S,N ikom J,Rungjinda mai N,et al.B i ol ogical activi2
ties of extracts fr om endophyticfungi is olated fr om Garcinia p lants
[J].FE MS I m munolMed M icr obi ol,2007,51(3):5172525. [12] Teles HL,Sordi R,Silva GH,et al.A r omatic compounds p r oduced
by Periconia atr opur purea,an endophytic fungus ass ociated with
Xyl op ia ar omatica[J].Phyt oche m istry2006,67(24):268622690.
[13] Gu W,Ge HM,Song YC,et al.Cyt ot oxic benz o[j]fluoranthene
metabolites fr om Hypoxyl on truncatum I F B218,an endophyte of A r2
te m isia annua[J].J Nat Pr od,2007,70(1):1142117.
[14] 阮丽军,尚新艳,戈梅,等.植物内生真菌HCCB00189代谢产
物研究[J].中国新药杂志,2007,16(1):52255.
[15] 陈炎伟,胡旭姣,朱佳,等.槲寄生内生菌发酵产物抗平滑肌细
胞增殖和抗菌作用初步研究[J].中医药学刊,2006,24(8):
154121543.
[16] 武金占,陈华保,李会玲,等.内生真菌2K3代谢产物抗菌活性
研究[J].西北农业学报,2007,16(5):2622265.
[17] 戴文君,戴好富,陈苹,等.海南粗榧内生真菌抗肿瘤抗菌活性
的筛选[J].微生物学通报,2009,36(8):121721221.
[18] 李雅,宋晓斌,马养民,等.杜仲内生真菌对植物病原真菌的抑
菌活性研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2007,
35(2):69273.
[19] 倪志伟,李国红,赵沛基,等.云南美登木内生真菌Chaet om ium
gl obosum Ly50′菌株的抗菌活性成分研究[J].天然产物研究与
开发,2008,20(1):33236.
[20] 袁志林,戴传超,史央,等.内生真菌B3促进水稻生长的机理
研究[J].江苏农业科学,2004(2):10213.
[21] 勇应辉,戴传超,高伏康,等.大戟内生真菌对其生长和两种萜
类物质量的影响[J].中草药,2009,40(7):113621139.
[22] 罗在柒,乙引,张习敏,等.环草石斛内生真菌的筛选及其生理
效应[J].安徽农业科学,2010,38(1):1702171.
[23] 杨春平,陈华保,钱勇,等.苦皮藤内生真菌Hd3菌株的研究
[J].西北农林科技大学学报,2006,34(11):2032206.
[24] 卢亮,何军,余鑫平,等.砂地柏内生真菌S C13菌株的分离鉴
定及代谢产物初步研究[J].西北农业学报,2006,15(5):
85289.
[25] 史佳琴,周松林,王梅霞,等.槐树内生真菌抗氧化活性的初步
研究[J].食品科学,2007,28(8):2502253.
[26] 谢辉,李莉,吴鸣谦,等.1株杜仲内生真菌的抗氧化活性分析
和菌种鉴定[J].安徽农业科学,2009,37(1):2302232.
[27] 侯奎,刘玉军,陆荣,等.葛内生真菌次生代谢产物清除自由基
活性的研究[J].安徽农业大学学报,2008,35(2):2622265. [28] 南垚,郑莲香,周立东.楸树的研究现状与开发前景[J].西北
药学杂志,2007,22(2):90293.
[29] 阙东枚,戴好富,黄贵修,等.见血封喉内生真菌Rhiz oct onia
s p.J5化学成分的研究[J].天然产物研究与开发,2009,21
(3):4242427.
收稿日期:2010205226 修回日期:2010208205
生物技术与药用植物次生代谢产物_谢静
生物技术与药用植物次生代谢产物 谢静 (成都医学院药学系,四川成都610083) 作者简介:谢静(1979-),女,四川眉山籍,硕士,从事天然药物教学和研究工作。 【关键词】 药用植物;次生代谢产物:生物技术 【中图分类号】 R282.71 【文献标识码】 A 【文章编号】 1672-7193(2007)03-0089-02 药用植物在我国传统医学中具有重要地位。目前我国药用植物有11118种,市售中成药中,从植物中提取的药物或经半合成的药物占商品的20%[1]。药用植物体内的次生代谢产物是细胞生命活动或植物生长发育非必需的一类小分子化合物,其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。自然界许多药用植物的有效成分都是其次生代谢产物,萜烯、酚、生物碱三类化合物是植物中最重要的次生代谢产物。 20世纪50年代药用植物次生代谢产物的工业化生产开 始利用植物细胞大量培养作为主要手段。目前药用植物的生物技术研究主要集中在药用植物资源学研究、药用植物栽培学研究、药用植物生态学研究、药用植物化学研究、质量控制和药效评价等领域,近年已经取得了一定的进展[2]。下面就生物技术应用于药用植物次生代谢产物方面的研究情况进行综述。 1 细胞培养技术和药用活性成分生产 我国传统药材中88%为植物药。植物单个细胞在适宜的环境下可分化发育成植株,并具有整株植物所具有的合成化合物的能力,也即植物细胞具有全能性,这为通过植物组织和细胞培养来获得其药用活性成分提供了有效途径。 目前利用细胞培养技术生产药用植物有效成分主要有三种方法:液体悬浮培养、固定化细胞培养和发酵工程技术[3]。液体悬浮培养主要用于生产细胞内的有效成分,利用该方法生产植物来源药物最成功的是紫杉醇和紫草宁色素的生产。 紫杉醇是20世纪70年代从短叶红豆杉树皮中提取出来的具有独特抗癌作用的天然产物,被认为是治疗卵巢癌的首选药物,近年不断发现它对其它癌症的治疗作用,是有发展前途的抗癌新药。到目前为止,发现紫杉醇只存在于裸子植物红豆杉科的红豆杉属Taxus L 和澳洲红豆杉属种中。由于红豆杉类植物多属珍稀物种,数量稀少,生长缓慢,紫杉醇的含量又非常低,而全球每年需要紫杉醇200～300kg,所以靠砍伐提取的方法远不能满足人们对紫杉醇的需要[4]。为了克服这一问题研究人员从各个方面探索解决紫杉醇的来源问题,1991年美国研究人员用75000生物反应器生产紫杉醇获得成功 [5] 。 紫草宁色素是一组蒽醌类色素,主要是作为染料和在化妆品中的生产,还兼有抑菌消炎作用,在国际市场上价格十分昂贵[6]。日本三井石化公司1983年用细胞培养法生产紫草宁色素投入市场,成为药用植物细胞工程产品化和商业化的先例[7]。 我国的细胞培养始于20世纪50年代,在我国研究比较成功的例子是人参,1964年中国科学院上海植物生理研究所的罗士韦研究员首先成功地进行了人参的组织培养,随后我国和其他国家的学者将人参的细织培养过渡到工业化生产。目前人参的10L 体积的大规模培养在我国已实现,对其培养细胞进行化学成分和药理活性比较分析,表明与种植人参无明显差异,中国药科大学丁家宜等已将其作为美容保健品投放市场,这是我国药用植物生物技术产品商品化的第一个范例[3]。 据不完全统计,目前已经从400多种植物中建立了组织和细胞培养物,从中分离出600多种代谢产物,其中40多种化合物在数量上超过或等于原植物[8]。其中代表性的研究成果如:紫草、红豆杉、人参、黄连、毛地黄、长春花、曲洋参等细胞培养,但是至今只有少数品种(紫草、人参等)达到了生产规模[9]。和植物栽培比较,尽管它有许多优点,如不受地域及气候条件的影响,可进行特定的生物转化反应,生产人们需要的活性成分、缩短生物合成周期、产量大、不污染环境等[10,11],但由于增殖率不够高,产物不稳定,常低于原植物的水平,导致成本高不能与栽培植物和微生物发酵竞争,成为阻碍细胞培养技术进入商业性开发的主要因素。因此,多年来研究方向一直集中在提高培养物的增殖速度和保持产物的稳定和高产上。 植物组织和细胞培养的工业化生产遇到的主要问题[12]: (1)利用植物组织和细胞培养成本高于采集野生植物或 种植的生产方式,限制了此技术的发展。 (2)植物组织和细胞培养与微生物发酵相比,生长速度 慢、活性物质产量低。利用链霉菌发酵生产抗生素的发酵周期为72～96h,其最终产物高达8000mg/I 。,而植物组织和细胞培养的周期在18天以上,有效成分的含量也较低。 (3)适合植物组织和细胞培养的生物反应器尚有待研究 解决。问题的关键不是受制造生物反应器工程技术的制约,而是人们对植物组织和细胞在离体培养条件下的生长与发育的规律了解甚少。 (4)对植物次生代谢产物合成途径及所参与反应的各种 酶的了解不多,有的甚至连有效成分的化学结构尚未明确,因此对次生代谢的调控存在着很大的盲目性。 2 毛状根培养 利用发根农杆菌感染双子叶植物形成毛状根,是近10年来继细胞培养后又一新的培养系统。发状根的培养对中草药 9 8
几种药用植物内生真菌抗真菌活性的初步研究
几种药用植物内生真菌抗真菌活性的初步研究 #64#微生物学通报 2001年28(6) 参考文献 [1]MasatoshiGOTO,EijiKUWANO,WerasitKANLAYAKRIT,ShinsakuHAYASHIDA,BiosiBiotechB iochem,1995,59: 16~20. [2]MASTOSHGOTO,TSUYOSHISEMIMARU,KENSUKEFURUKAWA,SHINSAKUHAYASHIDA,APPLENVIRONM I- CROBIOL,1994,60:3926~3930. [3]KeijiKAINUMA,HiroshiISHIGAMI,ShoichiKOBAYASHI,JJpnSoc.Starchsci,1985,31:136 ~141. [4]ShinsakuHAYASHIDA,andPerfectoQ.FLOR,AgricBiolChem,1981,45:2675~2681. [5]Cheor-lHoKim,Suk-TaeKwon,HajimeTaniguchi,Dae- SilLee,BiochimicaetBiophysicaActa,1992,1122:243~ 250. [6]HiroshiMorita,KouheiMizuno,MayumiMatsunage,YusakiFujio,JApplGlycoci,1999,46 :15~21. [7]Jun-ichiABE,SusumuHIZUKURI,JJpnSocStarchSci,1988,35:p.43~47. [8]TomokoTAKAHASHI,KeikoKATO,YoshioIKEGAMI,MasachikaIRIE,JBiochem,1985,98:663-671. [9]KohsaiFukuda,YujiTeramoto,M.Goto,J.Sakamoto,S.Mitsuiki,Hayashida,BiosciBiot echBiochem,1992, 56:556~559.
药用植物次生代谢工程研究进展
药用植物次生代谢工程研究概况 摘要高等植物的次生代谢产物是许多天然药物的重要来源，随着对药用植物次生代谢合成途径日渐全面的认识，采取有效的代谢工程策略对植物次生代谢途径进行遗传改良，已经取得了诸多研究成果。本文介绍了黄酮类化合物 ( flavonoids )、萜类化合物 ( terpenoids )及生物碱( alkaloid )这三种重要药用植物次生代谢产物的结构及生物合成途径，说明了次生代谢工程在提取高质量药用植物活性物质中的研究现状，为今后药用植物次生代谢产物的大规模研究和利用提供借鉴。 关键词植物药；次生代谢产物；代谢工程 高等植物的次生代谢产物是许多天然药物的重要来源，植物药在国际医药市场中占有重要的地位。由于许多植物的天然活性物质的结构特殊，很难用化学方法完全合成，因此这类物质的生产必须依赖于天然植物资源。针对植物天然药物可持续发展问题，药用植物次生代谢产物的应用吸引了国内外众多研究者的关注。 植物次生代谢的概念最早于1891年由Kossel 明确提出。次生代谢产物(Secondary metabolites) 是由次生代谢(Secondary metablism) 产生的一类细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子有机化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、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。 代谢工程( Metabolic engineering )是生物工程的一个新的分支，通过基因工程的方法改变细胞的代谢途径，主要是针对提高某种重要的次生代谢物或其前体的含量，以期在较广范围内改善细胞性能，满足人类对生物体的特定需求。随着现代生物工程技术的发展，充分利用基因组学的研究成果，解析和调控植物次生代谢的生物合成途径，进而利用代谢工程的方法大幅度提高药用植物中目标产
药用植物内生真菌产次生代谢产物的研究进展
药用植物内生真菌产次生代谢产物的研究进展 徐范范 △ (综述),金 波,丁志山 ※ (审校) (浙江中医药大学,杭州310053) 中图分类号:R732354 文献标识码:A 文章编号:100622084(2010)1722667203 基金项目:浙江省自然科学基金(Y2080580) 摘要:植物内生真菌是一大类未被充分研究过的新的微生物资源,具有潜在的应用前景。随着对药用植物内生真菌研究的深入,从药用植物内生真菌中寻找新的生物活性成分已成为研究热点。总结近年药用植物内生真菌产生的抗肿瘤、抗菌等活性次生代谢产物最新的研究进展,内生真菌活性成分已成为发现新颖结构化合物及新药物的重要资源。 关键词:药用植物;内生真菌;次生代谢产物 Recen t Stud i es on the Secondary M et abolites Produced by M ed i c i n a l Pl an t Endophyti c Fung i XU Fan 2fan,J IN B o,D IN G Zhi 2shan .(Zhejiang Chinese M edical U niversity,Hangzhou 310053,China )Abstract:Plant endophytic fungi are a large class of ne w m icr obial res ources not fully studied,with po 2tential app licati ons .W ith the devel opment of researches in the field of endophytic fungi of medicinal p lants,the research on novel original bi oactive compounds fr om endophytic fungi has become a ne w hots pot .This ar 2ticle revie wed the recent p r ogress on studying anti 2tumor and anti 2bacterial activity of secondary metabolites p r oduced medicinal p lant endophyte .The active ingredient of endophytic fungi has become an i m portant s ource which found the ne w structure of compounds and new drugs .Key words:Medicinal p lants;Endophytic fungi;Secondary metabolites 近年来,从天然产物中筛选生物活性成分成为研究创制新药的有效途径之一。植物历来是筛选天然药物最主要的原料,但药用植物的过度使用,致使许多药用植物濒临灭绝。为解决资源问题,近年来药用植物新资源研究的一个热点集中在药用植物内生菌上。植物内生真菌是指生活史中的某一段生活在健康植物组织内部,并不引起宿主植物出现明显病害症状的一类真菌,它是生活在植物组织内的一类微生物,是植物微生态系统中的天然组成成分。内生真菌长期生活在植物体内的特殊环境中,并与寄主协同进化,根据内共生理论,内生真菌可能产生与宿主相同或相似的具有生物活性的次生代谢产物。研究发现,内生真菌能产生许多活性次级代谢产物,从而能够增强植物的抗逆性,表现在非生物胁迫(如抗高温、抗干旱等)和生物胁迫(如阻抑昆虫和食草动物的采食、抵抗病虫害等)方面,这些活性次级代谢产物具有抗菌、抗肿瘤等生物活性。1993年,美国蒙大拿州立大学的Str obel 小组在短叶红豆杉内生真菌Taxomyces andreanae 中发现紫杉醇[1] ,国内外掀起对药用植物和濒危植物内生真菌的研究热潮。研究热点主要集中在新的抗肿瘤、抗菌等活性化合物的发现,植物内生真菌已成为发现新天然活性物质的重要资源。现对近年来药用植物内生真菌产次生代谢产物的研究进展予以综述。1 具抗肿瘤活性的化合物1.1 产紫杉醇及其衍生物 的化合物 紫杉醇是存在于 各种紫杉属植物树皮和树叶 中的萜类化合物,被当今世界上认为是广谱、活性最强的抗癌药物。1971年美国学者W ani 从短叶红豆杉的树皮中提取出了具有独特的抑制微管解聚和稳定微管作用的紫杉醇,开辟了一个抗 肿瘤药物研制的新时代。2006年,田仁鹏等[2] 从生长在湖北的南方红豆杉树皮中韧皮部分离出一株能产紫杉醇的菌株TPF6,其发酵液中紫杉醇含量为 84.5μg/L 。2008年,孙端方等[3] 从罗汉松中分离到了1株产紫杉醇内生真菌EPTP 21,对Ver o 细胞表现 出明显的致细胞凋亡作用。赵凯等[4] 从东北红豆杉中分离筛选到1株能够产生紫杉醇菌株HD181223,发现其紫杉醇产量为206.34μg/L,而且该菌株的发酵提取纯化产物对He La 细胞具有较强的抑制作用。产生紫杉醇的内生菌具有丰富的物种多样性。这些内生真菌既有新种,如安德紫杉菌;也有新记录种,如树状多节孢菌;更多的则是常见的真菌,如链格孢菌、头孢菌等。当前,对产紫杉醇内生菌的开发 利用研究正在进行之中,已在菌株生产、发酵条件、分子生物学等基础研究方面取得了较大的进步。1.2 产喜树碱及其衍生物的化合物 喜树碱(ca mp t othecine )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。闵长莉等[5]采用组织块法从喜树果实中分离 筛选得到13株纯化的内生菌株,经过摇瓶发酵培养后,采用薄层色谱法与高效液相色谱法对其菌丝体提取物进行分析,发现有1株菌株能够产生102羟基喜树碱,其102羟基喜树碱产量为677μg/L,并将该菌株命名为XK001。随后用同样的方法从树皮中分离纯化得到另一菌株XK002,其102羟基喜树碱产量 为410μg/L [6] 。 1.3 产鬼臼毒素及其衍生物的化合物 鬼臼毒素
植物次生代谢工程试题
植物次生代谢工程试题 一、简答题（20分） 1. 植物次生代谢产物的概念及分类 2. 植物次生代谢的特点和主要途径 3. 植物次生代谢工程的主要研究策略 二、论述题（40分） 结合近年植物次生代谢的研究进展论述植物次生代谢工程的研究意义。 药用植物次生代谢工程的市场应用前景 植物次生代谢物（plant secondary metabolites）是指植物中一大类并非植物生长发育所必需的小分子有机化合物，其产生和分布通常有种属、器官组织和生长发育期的特异性。植物次生代谢物种类繁多，化学结构迥异。现在，已知大约有10，000种次生代谢物，包括酚类、黄酮类、香豆素、木脂素、生物碱、糖苷、萜类、甾类、皂苷、多炔类、有机酸等，可分为酚性化合物、萜烯类化合物、含氮有机物三大类。植物次生代谢是植物在长期进化中对生态环境适应的结果，对植物在其生态系统中的生存起作用，如抗虫、抗病、异株相克、吸引昆虫授粉、与共生微生物相互作用等。 植物次生代谢物的应用，其历史悠久，各民族传统草药和香料的有效成分大多是植物次生代谢物。现在，这些天然产物仍在人的生活中起着重要的作用，尤其是为医药、轻工、化工、食品及农药等工业的发展所必不可少的。以医药为例，至今人们依赖于从植物中提取的重要的药物就有五十多种。随着“重返大自然”的呼声日益高涨，人们已认识到：现在是从高等植物的次生代谢产物中去寻找、开发新药的
时代。然而，长期不当采集致使生态环境受到破坏，许多野生植物趋于濒危，有些需要特殊环境的植物人工引种困难。能够引种栽培的植物要占用大量的农田，加之人工栽培受环境的制约，次生物的含量和质量不稳定。此外，在通常的情况下，天然植株中目的次生产物含量过低（如紫杉醇），在对资源植物有效成分分析的基础上，采用化学合成的方法，又会遇到工艺流程复杂、成本高、合成过程中形成同分异构体及造成环境污染等许多问题。近年来，随着对植物代谢生理生化及生态适应方面认识的深入，以及分子生物学的渗透，将外源新基因转入植物现在已属常规的操作，基因枪轰击和根癌农杆菌介导是最常用的方法，植物次生代谢分子生物学研究发展迅速。以基因工程大规模生产次生代谢产物，其具有诱人的前景。 应用次生代谢工程改良植物性状的可能性有多种多样：使内源性抗性化合物（如植物抗毒素）在高水平上表达，表现出更高的抗虫抗病能力，提高产量和质量；在花卉栽培中培育出新的花色、花香；提高水果的口感；降低食品和饲料中有毒成分的含量；提高有益成分的含量。药用植物的代谢工程是针对提高某种重要次生代谢物或者其前体的含量的，以期解决药源问题。紫杉醇是获得美国FDA(1992)认证的优良抗肿瘤药物。由于紫杉醇结构复杂，化学全合成步骤多，产量低，而且成本很高。目前，临床上使用的紫杉醇，主要是从红豆杉属植物的树皮、枝叶等组织中分离提取获得的，也有部分是以红豆杉组织粗提液中的紫杉烷类物质为前体，通过化学半合成得到。但是红豆杉植物生长缓慢，紫杉醇的含量非常少，大量砍伐、毁坏，会导致红豆杉资源趋于枯竭。为寻找紫杉醇及其半合成前体的继续稳定供应的渠道，人们纷纷把眼光转向生物技术方法，如组织器官培养、细胞大规模培养、微生物发酵等。阐明紫杉醇生物合成途径及其调控机制，实施次生代谢工程，是应用生物技术方法大量生产紫杉醇的重要措施。为此，各国科学家付出艰辛努力寻找新的药源和替代物，其中对紫杉醇生源途径的研究处于核心地位。红豆杉树皮中紫杉醇的含量为万分之二，其在国际市场上售价为20万美元/kg，远远不能够满足市场需求。如果能够用基因工程的方法提高其含量，将具有巨大的经济效益和社会效益。 2. 3 代谢工程 大量的天然产物都由相似的基本骨架经过不同的结构修饰而成, 催化这些修饰过程的酶大多具有底物特异性。近年来对次生代谢途径的研究有了长足的进展, 但是在代谢途径的总体调控以及次生代谢途径之间的协调等方面, 仍然了解甚少。最近, 科学家非常重视预见性代谢工程[20] , 即利用系统生物学的方法来整合代谢组、蛋白组和转录组的分析数据, 从而在代谢网络的水平上进行反复的系统模拟, 最终得到比较接近真实状态的结果。现有的各种数据库和仪器分析手段已经使这样的系统分析在一定程度上成为可能。近年来通过代谢工程改善植物品质已经有一些成功的例子, 如将胡萝卜素代谢途径在稻米的胚乳中表达, 创制了金色稻米( golden rice) , 为提高某些不发达地区人群胡萝卜素摄入量开辟了一个新的途径[21] 。我国唐克轩课题组通过基因工程显著提高了颠茄毛状根莨菪烷类生物碱的合成与积累。最近, 美国加利福尼亚大学伯克利分校的Jay D. Keasling 等采用一系列的转基因调控方法, 通过基因工程酵母合成了青蒿素的前体物质) ) ) 青蒿酸, 其产量超过100 mg/ L, 为有效降低抗疟药物的成本提供了机遇。此外, 植物次生代谢的酶类还可以用于环境修复[ 23] 、工业生物技术等其他目的[ 20] 。
分离植物内生真菌操作流程
分离植物内生真菌操作流程 1.材料准备：植物样本、剪刀、镊子、70%乙醇、3%次氯酸钠（本实验用4%84）、 酒精灯、计时器、平板、锥形瓶，无菌水，离心管（带盖，灭菌）、打开无菌操作台灭菌30min。 （1）植物样本的采集：选取生长状态良好，不要有病斑或者枯枝烂叶，每种植物采取三株标本，要带有叶子、叶柄和枝条及其他部位，将样本名字写在 小纸条上放在装标本的袋子里，采下来的标本与写有名字的纸条一同拍照，样本上有脏东西时，请用纸轻轻擦掉，若不清楚植物名字，请将整棵植物 拍照留用于鉴定，并做好相关记录。 （2）制作PDA固体培养基，在无菌操作台中倒平板，每瓶250ml的培养基大概倒15个板，待其凝固后用于接种。 2.清洗：认真用清水将标本洗净，洗去标本表面的灰尘，去除枯叶，备用。 3.取样： （1）在叶片的左上、右上、左下，右下和正中五个部位进行取样，剪取5mm*5mm的叶片，如果是叶柄或枝干，则剪取5~10mm，若是比较 粗的枝干或圆圆的果实之类的，总之比较大的，则将它切开，再剪取 样本，样本不要剪的太大或太小。 （2）每种植物的叶子，叶柄，枝干等其他部位，每种部位接种两块板，大板每个要接种五个样本即左上、右上、左下，右下和正中，小板每个 接种四个样本即左上、右上、左下，右下，计算好所要剪的样本数， 尽量多剪几个，以免后面的表面灭菌中冲洗时被冲掉。 （3）若植物标本有剩余，且是没有洗过的，重新装好，放到冰箱里，备用，洗过的扔掉。 （4）每种植物标本所剪的样本放在一个50ml的离心管中，放在试管架上，并且每个离心管上要标好所对应的植物标本。 4.表面灭菌：在无菌操作台中进行 （1）先向各离心管内倒入适量（10~20ml）70%乙醇，拧紧盖子，用计时器开始计时1min,每10秒钟晃动离心管几次，使其充分灭菌。 （2）1min后，拧松盖子，将乙醇倒入事先准备的锥形瓶中，注意不要将管
基因工程在药用植物次生代谢物研究中的应用
基因工程在药用植物次生代谢物研究中的 应用
基因工程在药用植物次生代谢物研究中的应用 摘要： 目的：药用植物遗传背景基础资料缺乏，对其次生代谢途径及其调控机制的认识不够深入，阻碍了细胞或组织培养、代谢工程等在获取高价值次生代谢物上的广泛应用。功能基因组学方法，尤其cDNA-AFLP 转录轮廓分析和代谢组学的整合运用，将次生代谢物的变化与相关基因的表达相关联，在挖掘次生代谢物生物合成相关基因、探索次生代谢途径方面展现出广阔的应用前景，是植物次生代谢物研究的新趋势和重要手段之一，将有力地促进药用植物资源更好的开发利用。植物在长期进化过程中与环境相互作用，产生大量不同种类的小分子有机化合物——次生代谢物(secondarymetabolites)。 【关键词】次生代谢物；功能基因组学；转录组学；代谢组学；代谢工程 植物在长期进化过程中与环境相互作用，产生大量不同种类的小分子有机化合物——次生代谢物(secondary metabolites)。次生代谢物在植物适应特殊生态环境、对抗生物或非生物压力等方面发挥着重要作用，如抵御病虫害、适应生态环境变化、诱导授粉或防紫外线灼伤等[1-2]。很多次生代谢物化学结构复杂而独特，具有特殊的生物活性，是药用植物的主要活性成分[3]。药用植物在药物研发中应用广泛，是传统中药主要来源，其次生代谢物是新药、新先导化合物(drug leads)、新化学实体(new chemical entities，NCEs) 的重要来源[4-5]。 从生物合成的起源来看，药用植物次生代谢物可分为5大类：多聚酮类(polyketides)、异戊二烯类(isoprenoids)、生物碱类(alkaloids)、苯丙烷类(phenyl propanoids)、黄酮类(flavonoids)。多聚酮类由乙酸-丙二酸途径(acetate-malonate pathway)产生；异戊二烯类（包括萜类和固醇类）由五碳前体异戊烯焦磷酸(isopenteny l diphosphate，IPP）经过经典的甲羟戊酸途径(mevalonic acid pathway，MVA pathway)或MEP 代谢途径 (methyl-erythritol phosphate pathway)产生；生物碱类由不同种类的氨基酸合成；苯丙
植物次生代谢产物造福人类的研究
植物次生代谢产物造福人类的研究 1.植物次生代谢产物的作用 次生代谢过程被认为是植物在长期进化中对生态环境适应的结果，它在处理植物与生态环境的关系中充当着重要的角色。许多植物在受到病原微生物的侵染后，产生并大量积累次生代谢产物，以增强自身的免疫力和抵抗力。 2.植物次生代谢产物分类 这些次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、类萜、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、类萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类，其中像单宁类、类黄酮又都属于酚类化合物，酚类化合物占植物次生代谢产物的70%。 3.植物次生代谢产物研究成果 对于植物次生代谢产物，多数专家教授都对此做过深入的研究，研究成果广泛用于人类生活。造福人类的最显著成果，当属诺贝尔奖获得 者：屠呦呦女士，屠呦呦女士研究的抗击疟疾的青蒿素，为我国赢得了 荣誉、为世界的医学研究以及疟疾治疗都做出了突出贡献。也让我国的 其他研究专家和研究成果受到了世界瞩目，其中通过特定的提取技术， 将植物的次生代谢产物也就是植物在生命活动中受到威胁而产生的抗体 运用到人类生活各个方面的研究是未来重点研究课题，这个利用植物代 谢抗体做研究的已有开发立项，可换称之为一种植物抗生素及其应用， 已列为国家发明专利。 4.植物次生代谢产物对人类的可用之处 一篇植物酚类物质研究文献中提到酚类物质在人和动物中的营养功能，
由于酚类物质结构中含有较多的羟基，因此表现出很强的抗氧化作用，在流行病学上发现类黄酮投入的量和心脏病、中风、肺癌、胃癌发生率成反比，所以有所谓的“法兰西困惑”现象，法国人经常饮用葡萄酒，而红葡萄酒中含有大量的多酚类物质如原花色素、儿茶素等，这些物质能预防冠心病，抑制血管动脉粥样硬化，从而延长人的寿命。而此研究专利利用植物次生代谢产物中：酮类、醌类的杀菌复合机理，酚酸的杀菌作用以及祛味、滋阴功效，类黄酮的抗炎症、抗变性、抗肿瘤、抗病毒的作用已运用于生物医学板块抗击HPV病毒、子宫癌、宫颈与阴道炎症等女性生殖道疾病，滋养保护女性生殖道。 多聚体单宁类与蛋白质发生聚合反应产生收敛作用可使粗大毛孔收缩、绷紧而减少细纹，单宁对紫外线光区有强烈的吸收作用，对紫外线的吸收达98%以上，是天然防晒佳品，单宁有它特有的分子结构及功能集保湿、除皱、美白、防腐作用于一体运用于化妆品板块皮肤护理，缓解因环境及敏感肌自身问题带来的各种皮肤问题。 5.展望 植物的次生代谢产物，由于其具有的多种活性，在医药化工，农家肥，化妆品等领域都得到了广泛的应用。随着基因组学，蛋白质组学等现代生物技术的快速发展，植物中各种次生代谢产物的种类、结构、含量以及他们的代谢途径、互作方式等研究将逐步得以深入，有助于未来各种植物代谢产物的定向合成和利用。进而使植物代谢产物呈现出更加广阔的应用前景。 以下是国家发明专利： 专利号：zl200610044372.x
植物次生代谢物质种类及结构
植物次生代谢物质种类及结构 次生代谢产物的化学结构差异很大，通常归为萜类化合物（萜类、甾体类）、酚类化合物（苯丙烷类、醌类、黄酮类、鞣质）、含氮化合物（生物碱、氰苷、芥子油苷、非蛋白氨基酸）和其他次生代谢产物四大类。 （1）酚类 广义的酚类分为黄酮类、简单酚类和黄酮类。黄酮类是以一大类苯色同环为基础，具有C3、C6、CH6结构的酚类化合物，其生物合成的前体是苯丙氨酸和乌龙基辅酶A。根据在B环上的连接位置的不同可分为2-苯基衍生物（黄酮、黄酮醇类）3-苯基衍生物（异黄酮）和4-苯基衍生物（新黄酮），很多黄酮类成分用于心血管疾病的治疗，如槐树槐米中的芦丁是用于治疗毛细血管脆性引起的出血症及辅助治疗高血压，许多异黄酮是植保素。 简单酚类是含有一个被烃基取代苯环的化合物，某些成分有调节植物生长的作用，有些是植保素的重要成分。 醌类化合物是有苯式多环烃氢化合物（如萘、蒽等）的芳香二氧化物。醌类的存在是植物成色的主要原因之一，有些醌类是抗菌、抗癌的主要成分，如胡桃醌和紫草宁。 举例 （1）苦荞麦中含有黄酮类物质，主要成分是芦丁。芦丁含量占总黄酮的70～90%，芦丁又名芸香甙、维生素P，具有降低毛细血管脆性和异常通透性，改善微循环的作用，在临床上主要用于糖尿病、高血压、高血糖等的辅助治疗。而芦丁在其它谷物中几乎没有。 （2）胡桃醌作为氢化胡桃醌（三羟基萘）的苷存在于胡桃科植物胡桃及其同属植物黑核桃的未成熟的外果皮（青皮）中。可从天然物质中分离，也可化学合成。桃醌具有止血和抗菌活性，也曾用于治疗湿疹、牛皮和发癣。 （2）萜类化合物
萜类化合物是由异戊二烯单元（5碳）组成的化合物，通过异戊二烯途径（又称甲羟戊酸途径），由2个、3个或4个异戊二烯单元分别组成产生的单萜、倍半萜和二萜称为低等萜类。单萜和倍半萜是植物挥发油的主要成分，也是香料的主要成分，许多倍半萜和二萜化合物是植保素。一些萜类成分具有重要的药用价值，如倍半萜成分青蒿素是治疗疟疾的最佳药物，抗癌药物紫杉醇是二萜类生物碱，存在于裸子植物红豆杉中。 甾类化合物和三萜的合成前体都是含30个碳原子的鲨烯，高等萜类。甾类化合物由1个环戊烷并多氢菲母核和3个侧链基本骨架组成植物体内三萜皂苷元和甾体皂苷元分别与糖类结合形成三萜皂苷如人参皂苷和薯蓣皂苷等。 举例 （1）青蒿素来源主要是从青蒿中直接提取得到；或提取青蒿中含量较高的青蒿酸，然后半合成得到。除青蒿外，尚未发现含有青蒿素的其它天然植物资源。主要用于间日疟、恶性疟的症状控制，以及耐氯喹虫株的治疗，也可用以治疗凶险型恶性疟，如脑型、黄疸型等。亦可用以治疗系统性红斑狼疮与盘状红斑狼疮。 （2）紫杉醇是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物, 也是目前所了解的惟一一种可以促进微管聚合和稳定已聚合微管的药物。通过Ⅱ-Ⅲ临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。 （3）含氮有机物 含氮有机化合物中最大的一类次生代谢物质是生物碱,是一类含氮的碱性天然产物,已知的达5500种以上。按其生源途径可分为真生物碱、伪生物碱和原生物碱。真生物碱和原生物碱都是氨基酸衍生物,但后者不含杂氮环。伪生物碱不是来自氨基酸,而是来自萜类、嘌呤和甾类化合物。许多生物碱是药用植物的有效成分,如小檗碱、莨菪碱等,还有些是植保素。 含氮有机化合物还有胺类、是NH3中的氢的不同取代产物;非蛋白氨基酸,即蛋白质氨基酸类似物;生氰苷,即植物生氰过程中产生HCN的前体物质如苦杏仁苷和亚麻苦苷。 举例
光对药用植物次生代谢产物形成与积累影响的研究进展
光对药用植物次生代谢产物形成与积累影 响的研究进展 植物次生代谢的概念最早于1891 年由Kossel 明确提出，它是相对于初生代谢或基本代谢而言的。植物的次生代谢是植物在长期进化中与环境相互作用的结果，次生代谢产物在植物提高自身保护和生存竞争能力、协调与环境关系中充当着重要角色。 植物生长发育过程中经常受到各种环境胁迫。植物次生代谢产物（Secondarymetabolites）是由次生代谢（Secondarymetablism）产生的一类细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子有机化合物，是植物对环境的一种适应。次生代谢产物通常也是中药的主要药效成分，次生代谢产物在药用植物体内的分布和代谢及次生代谢产物的分类、化学、药理药效等已进行了大量研究，但对研究环境胁迫对中药次生代谢产物积累的影响刚刚起步。 研究逆境条件下药用植物次生代谢产物的产生和积累变化以及药效成分变化的机制，可为药用植物栽培环境的选择以及相适应的栽培技术制定提供理论依据，这将有利于传统中药药源植物的标准化和目标化种植，并对中药材质量控制及可持续利用具有重要意义。 光照对药用植物次生代谢的影响 首先，光强不同对药用植物次生代谢的影响也不同。将虎杖愈伤组织分别于暗光、弱光和强光3个条件下进行培养，结果在弱光条件下培养的虎杖愈伤组织中白藜芦醇的含量最高；遮阴条件下培养的长春花叶片中生物碱和黄酮的合成呈下降趋势，单层遮阴条件下2种双吲哚生物碱（长春碱和长春新碱）含量最高，双层遮阴条件下 2 种单吲哚生物碱（文多灵和长春质碱）含量最高；全光照条件下培养的
长春花叶片中总黄酮含量最高。其次，光质对药用植物次生代谢也有很大影响。与同等光合有效辐射强度的白光相比，白光补充蓝光处理和白光补充红光处理均能使丹参根系中丹酚酸B的含量提高。而将冬凌草再生植株置于不同光质的培养箱中培养30d后，绿光照射条件下冬凌草体内冬凌草甲素和迷迭香酸积累量最高，其次为白光，而红光条件下2种次生代谢产物的积累量最低。 此外，光照时间是影响药用植物次生代谢的另一个重要因素，因此根据药用植物开花所需时间的长短将其分为长日照植物、短日照植物和中间性植物。对于某些药用植物来说，适当缩短或延长光照时间，其药用次生代谢物的含量也随之改变，如长日照可提高许多药用植物酚酸和黄酮类化合物的含量。 光照胁迫对次生代谢产物的影响 光照是植物生长所必需的，在植物生长发育及初生代谢中起重要作用。在植物化学生态研究中，光照也是广泛受到重视的生态因子，它影响着许多植物次生代谢过程。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。王洋等研究发现喜树幼苗叶片的喜树碱含量随着遮阴程度的增加而增加，当光强为全光照的40％时喜树碱含量显著增加，但光强为全光照的20％时（严重遮阴），喜树碱含量降低，分析认为喜树碱含量的变化是喜树幼苗通过次生代谢过程对不良环境（遮阴）的一种适应性反应。广西莪术为阳生植物，陈旭等研究发现，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。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。
植物次生代谢物途径及其研究进展_王莉
武汉植物学研究2007,25(5):500～508 Jou r na l of W uhan B ot an ical R esearch 植物次生代谢物途径及其研究进展 王莉1,2,史玲玲1,张艳霞1,刘玉军1* (1.北京林业大学生物科学与技术学院,北京 100083;2.西藏民族学院医学系,西藏咸阳 712082) 摘 要: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。 关键词:次生代谢;代谢频道;调控机制;限速酶 中图分类号:Q946.8 文献标识码:A 文章编号:1000-470X(2007)05-0500-09 B i osynthesis and R egulati on of the Secondary M etabolites i n P l ants WANG Li1,2,S H I Ling-Ling1,ZHANG Yan-X ia1,LI U Yu-Jun1* (1.Co ll ege o fB iol og ical S cie nce and B i otec hno l ogy,B eiji ng Forest ry Un i versit y,Beijing 100083,Ch i na; 2.D e part m en t ofMed i ci ne,Ti bet In s tit u t e for Nati ona lities,X i anyang,T i bet 712082,Ch ina) Abst ract:P l a nt secondar y m etabolis m is r esu lt e d fro m interacti o ns bet w een plan ts and envir on m ents dur- i n g the long-ter m evo l u tion pr oce ss,and is de rived fro m t h e so-called pri m ar y m e tabo lis m.Terpenoids,al- kalo i d s and pheny lpr opanoids are the m ai n t h r ee types of p lant secondar y m etabolites,t h eir m etabo lic pathw ays m ostly exist in a w ay ofm etabo lic channels,and t h e pa t h w ay s po ssess characte ristics o f the spe-cies,the genus and t h e phase o f gro w t h and developm en.t The p r esent pape r carried out discussions on the classification of p lant seconda r y m e tabo lites,the m e tabo lic pathw ays and t h e gene eng i n ee ring ofm etabo lic r egu l a ti o ns.In order t o pr ovide t h eo r e tica l bases fo r co m pr ehensi v e l y understanding t h e plantm e tabo lis m net w or k,the ir r easonab l e positioning o f secondary m e tabo lis m and its key enzym es,and for sti m ulating the sustainab le exploration o fw il d p lant r esources,the d iscussions we r e e mphasized on biosynthe tic pathw ays of t h e secondar y m e tabo lites and so m e o ther aspects including gene tic i m pr ove m ent stra t e gies on plan t secondar y m e tabo lic pa t h w ays by using gene-engineeri n g techno logy. K ey w ords:Secondary m etabolis m;M e tabo lic channe l;Regu lation m echanis m;Rate li m iti n g enzym e 植物次生代谢(secondary m e tabo lis m)是由初生代谢(pri m a r y m e tabo lit e)派生的一类特殊代谢过程[1](见图1),是植物在长期进化中与环境相互作用的结果。近来的研究发现,植物次生代谢物(sec-ondar y m e tabo lite)在植物生命活动的许多方面均起着重要作用,且部分是植物生命活动所必需的[2]。例如,吲哚乙酸、赤霉素直接参与生命活动的调节;木质素为细胞次生壁的重要组成成分;叶绿素、类胡萝卜素等萜类物质作为光合色素参与光合作用过程等[3]。随着次生代谢产物在医药、食品、轻化工等领域的广泛应用,其物质的种类、代谢途径,以及代谢机理等相关问题亦倍受研究者关注,是植物生理学、植物化学等众多学科的主要研究内容之一。植物次生代谢物的产生和分布通常有种属、器官组织和生长发育期的特异性。目前其分类方法主要有如下三种:①根据化学结构不同,分为酚类、萜类和含氮有机物等[4];②根据结构特征和生理作用不同,分为抗生素(植保素)、生长刺激素、维生素、色素、生物碱与植物毒素等;③根据其生物合成的起始分子不同,分为萜类、生物碱类、苯丙烷类及其衍生物等三个主要类型。笔者将按第三种分类方法对其物质种类、代谢类型等方面的研究进展进行概述。 收稿日期:2007-02-09,修回日期:2007-09-20。 基金项目:西藏自治区科技厅重大项目(2002-66)资助。 作者简介:王莉(1972-),女,讲师,理学博士,研究方向为药用植物学。 *通讯作者(E-m ail:y jli u@https://www.360docs.net/doc/5e6789087.html,)。
药用植物内生真菌及活性物质多样性研究进展_孙剑秋
西北植物学报,2006,26(7):1505-1519 Acta Bot.Boreal.-Occident.Sin. 文章编号:1000-4025(2006)07-1505-15＊ 药用植物内生真菌及活性物质多样性研究进展 孙剑秋1,2,3,郭良栋2＊,臧 威1,3,迟德富1 (1东北林业大学林学院,哈尔滨150040;2中国科学院微生物研究所真菌地衣系统学重点实验室,北京100080;3齐齐哈尔大 学生命科学与工程学院,齐齐哈尔161006) 摘 要:药用植物具有丰富的物种多样性,是人类生存与发展的重要自然资源。内生真菌广泛存在于健康植物组 织内部,是植物微生态系统的重要组成部分,各种药用植物中蕴藏着非常丰富的内生真菌。通过与药用植物的“协 同进化”,某些内生真菌具有了产生与宿主植物相同或相似的生物活性物质的能力。内生真菌产生的各种活性物 质,在生物制药、农业生产、工业发酵等方面都表现出美好的应用前景,受到世界各国专家的广泛关注。利用内生 真菌发酵实现生物活性物质的工业化生产,可以提高产量、降低产品成本,满足人们日益增长的需求;同时有利于 珍稀、濒危药用植物资源的保护,对减少野生药用植物多样性的破坏具有重要意义。本文从药用植物内生真菌物 种多样性与产生生物活性物质多样性等方面总结近年最新的研究进展,提出了内生真菌及活性物质研究的未来发 展方向。 关键词:药用植物;内生真菌;生物活性物质;协同进化 中图分类号:Q949.95文献标识码:A Research Advances in the Diversities of Endophytic Fungi in Medicinal Plants and Their Bioactive Ingredients SUN Jian-qiu1,2,3,G UO Liang-dong2＊,ZANG Wei1,3,C HI De-fu1 (1College of Forestry,Northeast Fores try University,H arbin150040;2S ystematic M ycology and Lichenology Laboratory,In sti- tute of M icrobiology,Chinese Academy of S ciences,Beijing100080;3College of Life Science and Engineering,Qiqih ar University, Qiqih ar161006) A bstract:Medicinal plants,w hich are of rich species diversity,a re im po rtant na tural reso urces for human e xistence and develo pment.Endo phy tic fungi,w idely existing inside the tissues of healthy plants,are im-po rtant com po nents o f plant micro-ecosy stems and various medicinal plants are rich in endo phytic fungi. Co-evolving w ith medicinal plants,some endophy tic fung i have developed the abilities to produce same o r similar bioactive substances as or to w hat their host plants produce.V ario us bioactive substances that endo-phytic fung i have show ed a bright prospect in biological pharmaceutical pro duction,agricultural produc-tion,industrial fermentatio n thereby attracting ex tensive interest from ex perts of various countries in the w orld.The industrial productio ns of bioactive substances that m ake use o f endophy tic fungi are capable of increasing their yields and low ering their pro ductive co sts and thus conducive to satisfying people's ever-in-creasing dem ands.In the meantime,it is co nducive to the co nserv ation of precious and endangerd medicinal plants and of g reat impo rtance in avoiding the damage to the diversity of w ild m edicinal plants.The paper summa rizes la test research advances in terms of the diversity of endophy tic fungi and their bioactive sub-＊收稿日期:2006-03-28;修改稿收到日期:2006-05-19 基金项目:国家自然科学基金(30370006,30230020) 作者简介:孙剑秋(1969-),男(汉族),黑龙江德都人,博士,副教授,硕士研究生导师,主要从事微生物学方面的科研与教学工作。 ＊通讯联系人。Correspondence to:GUO Liang-dong.E-m ail:gu old@https://www.360docs.net/doc/5e6789087.html,