植物次生代谢物的类型及其对植物自身的作用.pdf

植物次生代谢物的类型及其对植物自身的作用

植物次生代谢产物种类繁多，性质各异。目前已知结构的超过10万种，主

要有生物碱、生氰糖苷等含氮化合物；单萜、倍半萜等萜类化合物；黄酮、醌等

酚类化合物。一些植物次生代谢产物是理想的农药开发前体，具有较高的应用价

值和开发潜力，为世界各国研究者所关注。我国对植物次生代谢产物在农业中的

应用也进行了研究，并取得了一定的进展。

1植物次生代谢产物化感作用的研究

植物通过向环境中释放特定的次生代谢物质而影响邻近植物（或微生物）的

生长，这就是化感作用，也叫做异株克生或他感作用。目前学术界认同的化感物

质主要有15大类，包括酚酸类及其衍生物、黄酮类、萜类和甾族化合物等，几

乎涵盖了所有的植物次生代谢产物。

化感物质的释放主要经植物的根系分泌、茎叶挥发、残体分解以及雨雾淋溶

等途径。印度学者指出，化感作用可提高农田、草原和森林系统的生产力，减

少现代农业生产的负面效应。如养分流失和农药污染，保护未受污染的自然环境

和具有高生产力的土地资源。

化感物质对某些植物的生长存在抑制作用。如某些药用植物含有的黄酮、蒽

醌、生物碱、萜类、酚酸类生理活性物质是化感物质的主要来源，它们使得药用

植物易发生化感作用，出现连作障碍。张连学等发现，人参、西洋参产生连作障

碍主要是由于化感物质—土壤变劣—病原微生物的相互作用，其课题组报道，外

源人参皂苷会明显抑制人参愈伤组织鲜重的增加，使人参苗幼根中丙二醛（MDA）
含量显著升高，幼苗体内3种抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性发生变化，致使

人参细胞内活性氧平衡系统受损，细胞无法进行正常生理代谢，从而抑制人参生

长。人参皂苷粗提液对西洋参幼苗各项生理指标均表现出低促、高抑现象。高浓

度下幼苗叶片中超氧阴离子自由基和丙二醛含量均显著增加，叶片及幼根的相对

电导率也明显升高，幼苗根尖细胞核膜膨胀，核仁变形，液泡膜解体，不能完成

正常的生命活动。雷锋杰等研究发现，人参根系分泌物中的某些成分能显著抑制

大黄和水飞蓟种子的萌发及α-淀粉酶活性。

2植物次生代谢产物在植物源农药开发方面的研究

2.1植物源除草剂目前对植物源除草剂的开发尚未取得突破性进展，但仍有

一些相关的试验结论可供参考。刘迎等研究发现，白三叶草地上部和根部水浸液

中存在某些具有除草活性的次生成分，能显著抑制苘麻和稗草种子的萌发。罗小

勇报道，紫丁香的叶和花，菊花桃的根、茎和花等器官中均含有高除草活性的物

质，对生菜、黄瓜、反枝苋、苘麻、小麦和稗草具有不同程度的抑制作用，其对

胚根（或种子根）生长的抑制效果高于胚轴（或胚芽鞘），并有一定的选择性。

徐路明等发现，荆条花、马尾松叶、雪松叶和鸡爪槭叶的提取物均有一定的除草

活性。其中荆条花提取物最具开发潜力。查友贵等对紫茎泽兰提取物进行系统研

究，发现其对高粱、小麦、黄瓜、油菜的幼苗表现出较强的除草活性，且热稳定

性和水稳定性较好。刘玉燕等报道，菊苣根提取物的16种处理对稗草、反枝苋

均有显著除草活性，与2，4-二氯基苯氧酸阳性对照组比较，部分处理有等效功

能。

上述研究中使用的多为植物器官的粗提物，进一步的研究需要对次生代谢成

分进行分离提纯，找出用于除草剂研发的先导化合物。Macias研究发现，脂肪
酸、聚乙烯炔和萜类物质具有较好的除草活性。其中倍半萜和单萜类化合物具有

较大的开发潜力。此外，苦木素类、高粱醌、鬼臼毒、核桃醌和玉米、高粱、小

麦等作物释放的阿魏酸、秀豆酸、咖啡酸及香草酸等也具备较好的除草活性。钱

振官等研究牻牛儿苗科次生代谢物质壬酸的除草活性发现，30%壬酸EW对23种

杂草均有显著防除效果，对阔叶杂草的防效优于禾本科杂草，且安全性较好，是

一种速效、广谱、触杀型除草剂，可用作栽前灭茬。以植物次生代谢产物开发植

物源除草剂主要有3种思路：①直接从植物次生物质中分离除草活性成分，人

工模拟合成；②以除草活性成分为先导，进行结构修饰，得到目的产物；③系统

研究化感物质间的相互作用，使一些简单分子通过协同或加和效应产生除草活

性。此外，还要考虑其在土壤中的降解周期和降解产物，避免对农业生态系统产

生污染。植物次生代谢产物在其他领域的应用开发也可遵循类似原则。

2.2植物源生长调节剂植物次生代谢产物在生境中的化感作用不只表现为

对其他植物的抑制，也包括互利共生，具有生长调节作用的植物激素类物质参

与了相关过程。植物激素是植物体在正常发育过程中或特殊环境影响下的代谢产

物，通过诱导基因表达或信号转导来调控或启动植物的生理代谢过程，其在植物

体内含量极微，难以提取。科学家通过化学合成和微生物发酵等方式，研究并生

产出一些与天然植物激素有类