植物次生代谢与化感作用原理课件.ppt

1、内容1 植物次生代谢概念2 植物的化感作用3 化感物质4 植物化感物质的释放途径、迁移转化 和作用机制5 植物化感作用和环境的关系6 植物化感作用的应用潜力 植物次生代谢的概念植物次生代谢次生代谢产物植物次生代谢植物昆虫微生物化学截止目前人类已经分离、鉴定出200000种次生代谢天然产物次生代谢产物功能植物次生代谢物质在自然界中的功能植物次生代谢物质防治紫外线诱导传粉昆虫植物驱逐动物（拒食、中华鼢鼠？）根瘤菌防卫植物信息植物-植物组织-组织竞争、化感抑制种子发芽和生长微生物生长抑制毒素草食动物昆虫 脊椎动物抵抗、妨碍毒素（中华鼢鼠？）次生代谢途径植物次生代谢产物的应用青蒿素是中国学者在20世纪

2、70年代初从青蒿（Artemisia annua L）中分离得到的抗疟有效单体，是含有过氧桥结构的新型倍半萜内酯化合物，是目前世界上最有效的治疗脑型疟疾和抗恶性疟疾的药物，被世界卫生组织称为“治疗疟疾的最大希望”，具有快速、高效、无抗药性、低毒副作用的特征。1973 年初，北京中药研究所拿到青蒿素的结晶周维善院士 植物化感作用已经被发现有二千多年，但真正进行系统、深入的研究是近40年的事情。由于植物化感作用的理论和实践能实现农林业的持续发展和达到对自然资源的保护，近年来植物化感作用成为科学研究的前沿之一。基本概念1937年奥地利科学家Molish首次提出：指出化感作用是指植物之间（包括微生物）

3、作用的相互生物化学关系，这种生物化学关系包括有益和有害的两个方面。英文Allelopathy,来源与两个希腊词根Allelon(相互）和 Pathos（忍受痛苦）1974年Rice 出版了植物化感的经典著作Allelopthy定义为一种植物通过向环境释放化学物质而对另一种植物（包括微生物）所产生的直接或间接的伤害作用。1984年该书再版，将有益作用补充的化感作用的定义中。Termnology The word“Allelopathy”come from two Greece word“Allelon(means each other）”and“Pathos（means suffering）Th

4、e first definition was written by Professor Molish in 1937：Allelopathy refer to biochemical interactions between all typesof plants including microorganisms.Professor Rice written his book in 1974 on Allelopthy.In this book he described allelopathy should include any direct or indirect harmful effec

5、t by one plant(including microorganisms)on another through the production of chemical compounds that escape into environment.Ten years later in year of 1984 this book was republished and he added the beneficial effects in his definition.化感物质的概念Allelopathic agent是化感物质的泛称，常常不针对具体物质Allelopathic substan

6、ce一般用来表示未经分离纯化的化感混合物质Allelopathic compound则指经过分离、鉴定的纯化化感物质Allelochemical是表示种间作用的化学物质Autotoxic chemical是表示自毒作用的物质Terms“Allelopathic agent”refers to the chemicals in general not refers to specific substance“Allelopathic substance”means under isolated mixture“Allelopathic compound”refers to isolated an

7、d identified chemicals“Allelochemical”refers to substance related to species interactions“Autotoxic chemical”refers to the substance related to auto toxicity2 植物的化感作用）陆生植物的化感作用陆生植物的化感作用是广泛存在的，它在森林更新、植物演替及农业生产中具有重要的意义。例：洋槐树能抑制多种杂草的生长，许多植物都不能在胡桃树 下生长，薄荷属和艾属植物分泌的挥发油阻碍豆科植物 幼苗的生长。化感作用早期的重要发现大部分出自对天然植被演替的

8、研究2）高等植物与微生物的化感作用 高等植物能够产生抗菌的次生物质很久以前就被证实。如柳树叶中发现的杀菌剂水杨酸已被应用一个世纪，因而植物释放化感物质抑制真菌或细菌孢子萌发和生长发育而显示化感作用是很正常的事。许多高等植物能够释放挥发性的萜类化感物质到环境中去，这些挥发性物质不仅对其他高等植物产生化感作用而且大多数萜类化感物质都是优良的杀菌剂。3）水生植物的化感作用水葫芦（Eichhornia crassipe)抑制藻类的研究（孙文浩）石菖蒲的克藻效应研究（叶居新）中国海洋大学研究者加入使得该研究进入一个新的时期！（中国化感学会青岛会议）3 作物的化感作用1）作物种间和种内的化感作用现已发现众

9、多的作物显示化感作用，常见的有：大蒜，芹菜，芦笋，燕麦，油菜，向日葵，黄瓜，大豆，大麦，苜蓿，烟草，豌豆，高粱，番茄，水稻。粮食作物？经济作物？园艺作物？饲料作物？黄瓜化感作用的研究在70年代由于发现并提出培育抗草品种而在Science上发表了论文，而且抗草品种目前已培育成功。2）作物与杂草的化感作用 作物与杂草之间的化学关系非常明显。如果长期种植同一类作物，则伴生的杂草往往也是一致的。经过长时间的研究发现这些耕作地杂草种类和群落每年都是稳定的。这些耕作地杂草种类和群落形成主要取决于早期何类杂草种子能够萌发以及萌发的速率，空间和资源对萌发后的杂草群落形成的影响不大。目前被报道具有化感作用的杂草

10、已超过100多种3）作物品种与化感能力 每种作物都有它们的原始祖先和不同的品系或品种。作物的化感能力与作物的品种材料紧密相关，不同的品种材料表现出不同的化感潜力，品种之间的化感能力差异非常显著。Wu等人(2000)收集了原产与50多个国家的453种小麦品系，鉴定了其幼苗对Lolium rigidum 的化感活性,从这些品系中他们发现在抑制L.rigidum根系生长存在着显著差异，抑制率变化在9.7-90.9%之间，并指出来自不同国家的品系其抑制作用出现明显差异。植物的自毒作用（植物计划生育）高等植物的自毒作用对于种群的发展也具有重要意义。例如一些沙漠植物在遇到不良外界环境条件，尤其是干旱缺水胁

11、迫时，便会产生自毒现象。一些个体死亡消失，退出了对有限资源的竞争性消费，而另一些个体却幸运地留存下来，从而能够利用十分有限的水分，进而保持该物种的生存和繁衍。自毒作用在农业生态系统中同样具有极重要的意义。在农业生产中，对那些不宜连作的作物，必须与其它作物轮作，以避免因自毒作用而影响作物的长势及产量。在实施了轮作的栽培耕作方法后，一些地区的水稻可以增产30。4 化感物质及作用机理 植物化感作用是通过向环境释放化感物质而实现的。植物的化感物质都是次生物质，植物产生和释放化感物质的理论基础是植物的次生代谢。引发化感作用的化感物质的作用强度受化感物质的浓度、分子结构及互作方式的影响。细胞膜是化感物质作

12、用的初始位点，通过膜结构和功能的改变进而影响植物的生理生化代谢活动；抑制线粒体的电子传递或氧吸收从而影响植物的呼吸作用，降低受体植物的光合速率或减少叶绿素合成，降低酶的活性和功能，促进或抑制受体的激素代谢。化感物质与受体DNA紧密结合在一起，阻止DNA翻译、转录及蛋白质的合成。2）高等植物的化感物质Rice 将化感物质分成15类（次生代谢产物）：1 简单的水溶性有机酸、直链醇、脂肪醇、脂肪醛和酮；2 简单的不饱和内酯；3 长链脂肪酸和聚乙炔；4 醌类；5 简单的酚、苯甲酸及其衍生物；6 肉桂酸及其衍生物；7 香豆素类；8 黄酮类；9单宁；10 萜类和甾醇化合物；11 氨基酸和多肽；12 生物碱

13、和氰醇；13 嘌呤和核苷；14 糖甙硫氰酸酯；15 其它化合物有机酸和酚类物质已经遭到质疑。5化感作用证明化感作用证明需要的4个方面：1)供体植物释放化感物质使得受体植物受到连续和定量的影响；2)能从供体植物中分离、鉴定得到化感物质，而且这些化感物质，无论是在室内还是在田间，都能对在自然生态系统中邻近的拌生 植物产生效应；3)供体植物产生和释放的化感物质在自然条件下能以足够的浓度 到达邻近受体植物；4)以足够生物活性到达受体植物的化感物质能够被吸收并能够影响 受体植物的生理生化过程，而且这种影响必须排除受体植物的 生长发育不是由于竞争、动物侵害、病菌感染以及物理环境等 非化感因素产生的影响。1

14、）化感物质的释放途径雨雾淋溶和挥发根系分泌和残根的分解植株分解（化感物质比较复杂）种子萌发和花粉传播2）化感物质在环境中的迁移转化滞留（色谱）转化（降解、聚合）3）化感物质的作用机制化感作用现在已是化学生态学的一个独立研究领域，但过去常常将化感作用归于植物生理生态的研究范围。化感物质能影响植物生理生化过程的每一个方面。（1）任何一化感物质都可能影响植物的许多基本代谢过程和生长调节系统；（2）任一化感物质对植物的作用机制都与化感物质的浓度有关，低浓度促进，高浓度抑制也是普遍现现象。6 植物化感作用和环境的关系 化感作用是植物在自然群落和农业生态系统中的一种化学关系，因此，化感作用与环境密切相关。

15、1）植物化感作用的影响因子 （1）植物密度 （2）植物生长周期和不同的生长阶段 （3）植物生境和气候因子 （4）动物和微生物侵袭 （5）土壤因子 （6）农药和人工化学品2）化感作用与植物竞争 植物竞争指植物对空间、阳光、水分和营养的获取，是从环境中得到物质和能量，而植物化感作用则相反，是植物向环境释放化学物质。化感作用是植物竞争的手段之一，两者有密切联系，但有区别。没有竞争的条件下任然有化感作用。竞争作用土壤营养环境胁迫植物生长发育化感物质化感作用植物竞争与化感作用的相互关系3）环境胁迫下的化感作用环境胁迫条件下，化感物质增加化感作用增强，日本米山教授证明了这一点。7 植物化感作用的应用潜力目前化感作用在农林业上的应用潜力主要表现在以下方面：1）利用农林生态系统中植物和微生物间存在的化感作用，建立合理有效的轮间套和连作制度，降低农林业生态系统 中植物化感作用的负效应，提高土地利用率；2）利用化感作用规律构建自身对有害杂草和病原微生物有 抗性的农业生态系统；3）培育具有化感作用的作物新品种，提高作物自身对杂草 和病害的抗性，减少人工化学药品的投入和对环境的危害；4）利用化感物质开发新型环境安全的除草剂和杀菌剂。国际化感会议国内化感会议国内外植物化感研究先驱者 小麦、沙打旺、南瓜等化感作用研究 结合研究内容从选题-实验-结果全过程介绍。欲知故事如何，且听下回分解!谢谢！