植物次生代谢的生态作用培训课件1

植物次生代谢的生态作用植物的生态适应性 一种生物最终是否得以生存，则取决于它在经常一种生物最终是否得以生存，则取决于它在经常敌对的环境条件下的竞争能力。由于气候、地理因素敌对的环境条件下的竞争能力。由于气候、地理因素的变化，它们也可能变化的变化，它们也可能变化或适应或迁移或灭亡。或适应或迁移或灭亡。在上述三种可能性当中，陆生植物只可能有两条在上述三种可能性当中，陆生植物只可能有两条或适应或灭亡，它们不能迁移。要想生存就得采取或适应或灭亡，它们不能迁移。要想生存就得采取相应的措施，这就是植物产生次生代谢物来适应环境相应的措施，这就是植物产生次生代谢物来适应环境变化的原因。变化的原因。2植物次生代谢的生态作用次生代谢物的复杂性 植物次生代谢存在着由低级向高级，由简单向植物次生代谢存在着由低级向高级，由简单向复杂的发展过程。植物次生代谢物的成分类型与复杂的发展过程。植物次生代谢物的成分类型与植物分类规律某本一致植物分类规律某本一致3植物次生代谢的生态作用4植物次生代谢的生态作用二、生物进化 生物通过遗传物质组成的变化而变化。由于一生物通过遗传物质组成的变化而变化。由于一个遗传基因通常决定一种蛋白质或酶，故而遗传基个遗传基因通常决定一种蛋白质或酶，故而遗传基因的突变将引起酶活性的变化。这些遗传基因的变因的突变将引起酶活性的变化。这些遗传基因的变化可能有正效应，使生物更适于生存，也可能有负化可能有正效应，使生物更适于生存，也可能有负效应，物种承受不起环境的压力，从而灭亡。引起效应，物种承受不起环境的压力，从而灭亡。引起初生代谢途径改变的遗传基因变化经常是有害的，初生代谢途径改变的遗传基因变化经常是有害的，偶然的有益变化却发生着进化上的主要革新，所以，偶然的有益变化却发生着进化上的主要革新，所以，生物后代所具备的有益遗传基因数是它进化成功程生物后代所具备的有益遗传基因数是它进化成功程度的衡量指标。度的衡量指标。5植物次生代谢的生态作用生物进化 植物产生的许多次生代谢物被用作威慑剂。由于植物产生的许多次生代谢物被用作威慑剂。由于进化是一个连续过程，故而正如植物通过利用这些次进化是一个连续过程，故而正如植物通过利用这些次生代谢物而变得更善于竞争一样，草食动物与微生物生代谢物而变得更善于竞争一样，草食动物与微生物也变得更能忍受这些次生代谢物的作用，并自身发展也变得更能忍受这些次生代谢物的作用，并自身发展了利用这些次生代谢物的各种手段。了利用这些次生代谢物的各种手段。当然，许多次生代谢物对其植物自身也有害，因此，当然，许多次生代谢物对其植物自身也有害，因此，植物常把萜类贮藏在一些特殊的表面腺体中，或其他植物常把萜类贮藏在一些特殊的表面腺体中，或其他专化的细胞隔室中与其活化的酶分隔开看来，好像这专化的细胞隔室中与其活化的酶分隔开看来，好像这些次生代谢物对植物几乎是一种进化上的困境，但由些次生代谢物对植物几乎是一种进化上的困境，但由于它们起着一种有益的作用，故而己被植物忍受和适于它们起着一种有益的作用，故而己被植物忍受和适应了。应了。6植物次生代谢的生态作用第二节 生物间的相互作用 一、次生代谢物是植物的威慑剂一、次生代谢物是植物的威慑剂一、次生代谢物是植物的威慑剂一、次生代谢物是植物的威慑剂 二、植物抗虫的次生代谢物二、植物抗虫的次生代谢物二、植物抗虫的次生代谢物二、植物抗虫的次生代谢物(无公害农药无公害农药无公害农药无公害农药)三、次生代谢物是异株克生剂三、次生代谢物是异株克生剂三、次生代谢物是异株克生剂三、次生代谢物是异株克生剂 四、植物次生代谢物与人类健康四、植物次生代谢物与人类健康四、植物次生代谢物与人类健康四、植物次生代谢物与人类健康7植物次生代谢的生态作用一、次生代谢物是植物的威慑剂一、次生代谢物是植物的威慑剂 植物和以它们为食的昆虫通常是对抗性地植物和以它们为食的昆虫通常是对抗性地平行进化。前者产生新的次生代谢物作为威慑平行进化。前者产生新的次生代谢物作为威慑剂或吸引剂剂或吸引剂(吸引昆虫帮助受粉吸引昆虫帮助受粉)，后者就发展，后者就发展新的感觉能力，使其能辨别不同种的植物，或新的感觉能力，使其能辨别不同种的植物，或产生新的消化酶以解除毒性，甚至于还能利用产生新的消化酶以解除毒性，甚至于还能利用这些次生代谢物。这些次生代谢物。8植物次生代谢的生态作用(一)威慑作用 斑蝶科的普罗克西斑蝶科的普罗克西普斑蝶和后蝶对含有强普斑蝶和后蝶对含有强心苷和牛觚苷的植物有心苷和牛觚苷的植物有偏爱。它们在这类植物偏爱。它们在这类植物上产卵，幼虫阶段通过上产卵，幼虫阶段通过吃该类植物来同化强心吃该类植物来同化强心苷。强心苷由于其强烈苷。强心苷由于其强烈的苦味和致吐的特性，的苦味和致吐的特性，鸟类在咬吃了成蝶的一鸟类在咬吃了成蝶的一部分后，都会立即反胃部分后，都会立即反胃呕叶，以至于将胃里的呕叶，以至于将胃里的东西全部吐出来。东西全部吐出来。9植物次生代谢的生态作用威慑作用 植物产生的强心苷可能最易威慑所有草食动植物产生的强心苷可能最易威慑所有草食动物。斑蝶却不同，它已发展到具有能解毒和贮藏物。斑蝶却不同，它已发展到具有能解毒和贮藏次生代谢物的程度，并且还能主动地优先认出含次生代谢物的程度，并且还能主动地优先认出含有这些强心苷的植物，并且偏爱上了它。因此，有这些强心苷的植物，并且偏爱上了它。因此，植物的次生代谢增进了昆虫生存的远景。因为当植物的次生代谢增进了昆虫生存的远景。因为当大草食动物避开这些植物时，其幼虫也避免了意大草食动物避开这些植物时，其幼虫也避免了意外地被吞食，从而得到掩护和生存。外地被吞食，从而得到掩护和生存。10植物次生代谢的生态作用动物进化 有的动物发展了专门消化或解毒的酶，以消除有有的动物发展了专门消化或解毒的酶，以消除有毒的次生代谢物。例如，毒的次生代谢物。例如，有有 种小家鼠，特别爱吃含有强心苷的植物种小家鼠，特别爱吃含有强心苷的植物(马利筋马利筋属植物属植物)和含强心苷的普罗克西普斑蝶；和含强心苷的普罗克西普斑蝶；树袋熊喜欢吃食大量富含萜及酚的桉树；树袋熊喜欢吃食大量富含萜及酚的桉树；白尾鹿爱吃富含生物碱的山月桂树和杜鹃花；白尾鹿爱吃富含生物碱的山月桂树和杜鹃花；人类则更聪明，在原始时代就已经开始利用植物药人类则更聪明，在原始时代就已经开始利用植物药来防病、治病，维护自己的身体健康。来防病、治病，维护自己的身体健康。11植物次生代谢的生态作用(二)吸引作用 利用次生代谢物的另一个例子、就是斑蝶利用利用次生代谢物的另一个例子、就是斑蝶利用次生代谢物遗传后代。雄蝶吃食含有吡咯双烷次生代谢物遗传后代。雄蝶吃食含有吡咯双烷生物碱的植物，并能代谢这些有毒和致癌的生生物碱的植物，并能代谢这些有毒和致癌的生物碱，产生二氢砒咯双烷酮。在交配之前，该物碱，产生二氢砒咯双烷酮。在交配之前，该生物碱作为一种性吸引剂生物碱作为一种性吸引剂(和性激素类似和性激素类似)，雄，雄蝶在雌蝶的触角上下一个蝶在雌蝶的触角上下一个“粉粒粉粒”(”(这个粉粒这个粉粒是由酮和异戊二烯组成的粘滞剂是由酮和异戊二烯组成的粘滞剂)吸引雌蝶，吸引雌蝶，接着就常常引起交配。接着就常常引起交配。12植物次生代谢的生态作用三叶草 蜜蜂被三烯的气味吸蜜蜂被三烯的气味吸引来帮助三叶草传粉。引来帮助三叶草传粉。13植物次生代谢的生态作用捕蝇草 捕蝇草生长期捕蝇草生长期不需施用氮肥，不需施用氮肥，专门取食昆虫专门取食昆虫转化为营养。转化为营养。食虫植物还有食虫植物还有茅膏莱、猪笼茅膏莱、猪笼草、瓶子草和草、瓶子草和捕虫堇菜等。捕虫堇菜等。14植物次生代谢的生态作用15植物次生代谢的生态作用16植物次生代谢的生态作用17植物次生代谢的生态作用猪笼草18植物次生代谢的生态作用二、植物抗虫的次生代谢物二、植物抗虫的次生代谢物(无公害农药无公害农药)（一）乙酰（一）乙酰丙二酸途径产生的次生代谢物丙二酸途径产生的次生代谢物(二二)乙酰乙酰甲戊二羟酸途径产生的次生代谢物甲戊二羟酸途径产生的次生代谢物 (三三)莽草酸途径产生的次生代谢物莽草酸途径产生的次生代谢物 (四四)混合途径产生的次生代谢物混合途径产生的次生代谢物 (五五)氨基酸途径合成的次生代谢物氨基酸途径合成的次生代谢物19植物次生代谢的生态作用（一）乙酰丙二酸途径产生的次生代谢物 这条途径的重要产物是脂肪酸及其代谢物这条途径的重要产物是脂肪酸及其代谢物芳香族化合物。芳香族化合物合成聚交脂以保芳香族化合物。芳香族化合物合成聚交脂以保护植物免受细菌和真菌的侵染。一些不饱和脂肪护植物免受细菌和真菌的侵染。一些不饱和脂肪酸是许多植物种具有特征气味的挥发性化合物的酸是许多植物种具有特征气味的挥发性化合物的来源，有的则能降解成愈伤激素来促使受损组织来源，有的则能降解成愈伤激素来促使受损组织愈合。愈合。20植物次生代谢的生态作用(二)乙酰甲戊二羟酸途径产生的次生代谢物 几类主要的天然化合物如萜类、甾醇都是几类主要的天然化合物如萜类、甾醇都是通过乙酰通过乙酰甲戊二羟酸途径合成的次生代谢物，甲戊二羟酸途径合成的次生代谢物，合成这些物质是植物防御植食性动物的重要策合成这些物质是植物防御植食性动物的重要策略。萜类物质可以是昆虫的毒剂、取食阻碍剂略。萜类物质可以是昆虫的毒剂、取食阻碍剂和产卵阻碍剂。和产卵阻碍剂。21植物次生代谢的生态作用4倍半萜内酯 它是倍半萜中的一大类、存在于许多植物它是倍半萜中的一大类、存在于许多植物中。对一些鳞翅目害虫、甲虫、蝗虫有毒害作中。对一些鳞翅目害虫、甲虫、蝗虫有毒害作用。棉酚是一种倍半花内酯，主要存在于棉花用。棉酚是一种倍半花内酯，主要存在于棉花的花、叶和其他部位的油腺中，它对许多棉虫的花、叶和其他部位的油腺中，它对许多棉虫有毒害作用，其活性在于它与蛋白质作用形成有毒害作用，其活性在于它与蛋白质作用形成复合物而降低了消化，或与消化酶作用而导致复合物而降低了消化，或与消化酶作用而导致消化酶活性丧失。消化酶活性丧失。23植物次生代谢的生态作用5二萜 不挥发，主要存在于植物的树脂中，锯蜂取食不挥发，主要存在于植物的树脂中，锯蜂取食含高浓度二萜化合物的树脂，其生长受到阻碍，含高浓度二萜化合物的树脂，其生长受到阻碍，发育时间延长，死亡率提高，发育时间延长，死亡率提高，24植物次生代谢的生态作用6.三萜 主要有葫芦素和皂角苷。葫芦素有主要有葫芦素和皂角苷。葫芦素有A A、B B、D D、E E、F F、I I、J J八种，共中葫芦素八种，共中葫芦素D D是最主要的是最主要的化合物化合物 皂角苷对蜗类、夜蛾、叶甲都有毒或皂角苷对蜗类、夜蛾、叶甲都有毒或阻碍它们取食、其作用机理可能是由于皂角苷阻碍它们取食、其作用机理可能是由于皂角苷与肠中游离的甾醇化合物相连而减少了甾醇化与肠中游离的甾醇化合物相连而减少了甾醇化合物的供应，这样就干扰了幼虫的脱皮。合物的供应，这样就干扰了幼虫的脱皮。25植物次生代谢的生态作用(三)莽草酸途径产生的次生代谢物 肉桂酸和单宁都是经过莽草酸途径合成的次肉桂酸和单宁都是经过莽草酸途径合成的次生代谢物。常见的羟基化肉桂酸是咖啡酸、生代谢物。常见的羟基化肉桂酸是咖啡酸、3-3-咖咖啡奎尼酸，即绿原酸。芸香苷和绿原酸对谷实夜啡奎尼酸，即绿原酸。芸香苷和绿原酸对谷实夜娥有毒。单宁在植物中起防御植食性昆虫的作用。娥有毒。单宁在植物中起防御植食性昆虫的作用。它一方面阻碍昆虫对食料中蛋白质的消化，更主它一方面阻碍昆虫对食料中蛋白质的消化，更主要的是阻碍昆虫对消化后营养成分的吸收。香豆要的是阻碍昆虫对消化后营养成分的吸收。香豆素一般分布在植物的根和皮中，对病毒、细菌、素一般分布在植物的根和皮中，对病毒、细菌、真菌、脊椎动物和无脊椎动物都具有毒性，饲料真菌、脊椎动物和无脊椎动物都具有毒性，饲料中中0.1%0.1%的呋喃香豆素能引起南方灰翅夜蛾的呋喃香豆素能引起南方灰翅夜蛾l00l00死亡。死亡。26植物次生代谢的生态作用(四)混合途径产生的次生代谢物 1黄酮类化合物 2苯醌27植物次生代谢的生态作用1黄酮类化合物 由莽草酸途径和乙酰辅酶由莽草酸途径和乙酰辅酶A A途径所产生，途径所产生，其中最为广泛分布的有其中最为广泛分布的有4 4类类花色素苷类、黄花色素苷类、黄酮醇类、黄酮类、异黄酮类。花色素苷吸引动酮醇类、黄酮类、异黄酮类。花色素苷吸引动物和昆虫来传粉或散布种子，黄酮醇和黄酮对物和昆虫来传粉或散布种子，黄酮醇和黄酮对植食性动物具有抗生作用，异黄酮植食性动物具有抗生作用，异黄酮(如鱼藤酮如鱼藤酮)对许多昆虫有毒。对许多昆虫有毒。28植物次生代谢的生态作用2苯醌 苯醌的合成途径有多种，既可由乙酰苯醌的合成途径有多种，既可由乙酰丙丙二酸途径，也可由乙酰二酸途径，也可由乙酰甲戊二羟酸和莽草酸甲戊二羟酸和莽草酸途径产生。苯醌对很多昆虫有毒，对细菌和真途径产生。苯醌对很多昆虫有毒，对细菌和真菌的生长也有影响。菌的生长也有影响。29植物次生代谢的生态作用(五)氨基酸途径合成的次生代谢物 氨基酸途径的主要产物为生物碱：非蛋白氨基酸途径的主要产物为生物碱：非蛋白氨基酸是一大类植物毒素，存在于很多他物中，氨基酸是一大类植物毒素，存在于很多他物中，但主要存在于豆类植物的种子中，从植物中分但主要存在于豆类植物的种子中，从植物中分离并定性的非蛋白氨基酸约有离并定性的非蛋白氨基酸约有600600中，它们的中，它们的作用主要是使种子免受昆虫的为害。作用主要是使种子免受昆虫的为害。30植物次生代谢的生态作用(五)氨基酸途径合成的次生代谢物 1 1、毒芹碱、毒芹碱 毒片碱是单环化合物，是一种简单的生物碱。毒片碱是单环化合物，是一种简单的生物碱。2 2 马钱子碱马钱子碱 五环化合物、对植食性动物有毒。五环化合物、对植食性动物有毒。3 3烟碱烟碱 已经作为杀虫剂已经作为杀虫剂 其他如吡咯生物碱、喹啉生物碱、其他如吡咯生物碱、喹啉生物碱、吲哚生物碱等对植食性动物有毒。由于生物碱具有含吲哚生物碱等对植食性动物有毒。由于生物碱具有含氮结构，它干扰神经系统中乙酰胆碱的作用。氮结构，它干扰神经系统中乙酰胆碱的作用。4 4DMDPDMDP 是一种多羟基生物碱，也是一种昆虫消化酶的阻碍是一种多羟基生物碱，也是一种昆虫消化酶的阻碍剂，其浓度力剂，其浓度力0.030.03时就能杀死四纹豆象幼虫。时就能杀死四纹豆象幼虫。31植物次生代谢的生态作用三、次生代谢物是异株克生剂三、次生代谢物是异株克生剂 植物彼此间相互作用的剧烈程度不亚于植植物彼此间相互作用的剧烈程度不亚于植物与昆虫间的相互作用，但这些相互作用一般物与昆虫间的相互作用，但这些相互作用一般是非专一性的，一个植物在地面上是通过树叶、是非专一性的，一个植物在地面上是通过树叶、树脂等将次生代谢物释放到环境中、在地下是树脂等将次生代谢物释放到环境中、在地下是通过根的作用把次生代谢物质释放到土壤中。通过根的作用把次生代谢物质释放到土壤中。这些化合物抑制其他植物的发芽或生长，以降这些化合物抑制其他植物的发芽或生长，以降低其他植物的竞争能力、这就是异株相克现象。低其他植物的竞争能力、这就是异株相克现象。这些次生代谢物叫异株克生剂。这些次生代谢物叫异株克生剂。32植物次生代谢的生态作用方式 在地面上，这类植物通过雨水淋洗和挥发在地面上，这类植物通过雨水淋洗和挥发的方法来散布次生代谢物。干旱气候条件下，的方法来散布次生代谢物。干旱气候条件下，几乎专门利用挥发性方法、其挥发性化合物通几乎专门利用挥发性方法、其挥发性化合物通常是单萜化合物；在潮湿的环境如热带丽林常是单萜化合物；在潮湿的环境如热带丽林下，则利用雨水淋洗的方法，其雨水淋洗物下，则利用雨水淋洗的方法，其雨水淋洗物是酚及其他水溶性化合物。是酚及其他水溶性化合物。33植物次生代谢的生态作用种类 通过莽草酸途径生成的很多酚类化合物是通过莽草酸途径生成的很多酚类化合物是异株克生剂，例如对异株克生剂，例如对-羟基苯酸、香豆酸、阿羟基苯酸、香豆酸、阿魏酸、对魏酸、对-香豆酸等。香豆酸等。多酮类化合物加胡桃醌是限制胡桃树下及多酮类化合物加胡桃醌是限制胡桃树下及周围植物生长的化合物，它在体内以相应的氢周围植物生长的化合物，它在体内以相应的氢酮存在，雨水把它从叶子淋洗到土壤中并氧化酮存在，雨水把它从叶子淋洗到土壤中并氧化为胡桃醌。为胡桃醌。34植物次生代谢的生态作用动物 昆虫与昆虫的相互作用，动物之间的相互昆虫与昆虫的相互作用，动物之间的相互作用，植物与微生物之间的相互作用，很多竞作用，植物与微生物之间的相互作用，很多竞争都是利用次生代谢物来进行。争都是利用次生代谢物来进行。惟独人类除了自己，没有天敌或竞争者，惟独人类除了自己，没有天敌或竞争者，所以几乎不产生次生代谢物。所以几乎不产生次生代谢物。35植物次生代谢的生态作用四、植物次生代谢物与人类健康四、植物次生代谢物与人类健康 原始时代，我们的祖先在生活与生产活动中，原始时代，我们的祖先在生活与生产活动中，由于采食植物和狩猎，得以接触并了解某些植物由于采食植物和狩猎，得以接触并了解某些植物和动物及其对人体可能产生的影响，从而使人们和动物及其对人体可能产生的影响，从而使人们懂得在寻觅食物时有所辨别和选择。同时，为了懂得在寻觅食物时有所辨别和选择。同时，为了和疾病作斗争，上述经验积累到一定程度，就会和疾病作斗争，上述经验积累到一定程度，就会启示人们对某些植物的治病效果和毒性作用予以启示人们对某些植物的治病效果和毒性作用予以注意并加以利用。经过无数次有意识的试验、观注意并加以利用。经过无数次有意识的试验、观察、口尝身受、实际经验，人类逐渐创造并积累察、口尝身受、实际经验，人类逐渐创造并积累起一些应用植物防治疾病的知识，进而发展成传起一些应用植物防治疾病的知识，进而发展成传统药物。统药物。36植物次生代谢的生态作用