第五章 植物体内有机物的代谢.ppt

第五章植物体内有机物的代谢,一、植物的初生代谢和次生代谢二、萜类三、酚类四、含氮次生化合物五、植物次生代谢的基因工程,第五章植物体内有机物的代谢,【重、难点提示】3学时讲授,1、理解植物次生代谢的概念及作用2、了解萜类、酚类、含氮次生化合物的种类理解其生理作用3、了解植物次生代谢的基因工程,第五章植物体内有机物的代谢,光合作用,有机物（糖类）,呼吸作用,CO2、H2O、等,转变,果实、种子中贮存,蛋白质、脂类、核酸等进行形态建成,H2OCO2矿质元素,贮藏,第一节植物的初生代谢与次生代谢,卡尔文循环、糖酵解、三羧酸循环和戊糖磷酸途径是有机物代谢的主干（基础），源于光合作用，形成蔗糖和淀粉，通过呼吸分解糖类、产生各种中间产物，进一步为脂类、核酸和蛋白质的合成提供底物。糖类、脂类、核酸和蛋白质等有机物之间的转化。,糖和脂类可以互相转变：甘油可逆转为己糖，而脂肪酸分解为CH3COSCoA后可再转变为糖。,糖和蛋白质可以互相转变：糖代谢生成-酮戊二酸，是合成蛋白质的氨基酸的碳架。因此，上述三者可互相转化，丙酮酸、CH3COSCoA、-酮戊二酸和草酰乙酸在转变中起枢纽作用。,组成核苷酸的核糖来自PPP，碱基则由氨基酸代谢产生。,第一节植物的初生代谢与次生代谢,初生代谢产物：指糖类、脂类、核酸和蛋白质等初生代谢物质。次生代谢产物：指由糖类等有机物次生代谢衍生出来的物质。一般存在于液泡或细胞壁中，大部分不再参与代谢。分为：萜类、酚类和含氮次生化合物。,次生代谢产物在植物体内的作用：,是植物生命活动的必需物质。如IAA、GA等激素，叶绿素、类胡萝卜素、花色素、木质素等。使植物呈现色香味，有利于授粉。如叶绿素、花色素等。防御天敌。某些次生代谢物对植物无毒而对动物有毒。重要药物或工业原料。如奎宁碱、橡胶等。,植物的次级产物可分为3类：萜类、酚类和含氮次生化合物,第一节植物的初生代谢与次生代谢,第二节萜类,1、萜类的性质：萜类广泛存在于植物界，一般不溶于水。2、萜类的结构：由异戊二烯组成，结构有链状的，也有环状的。,一、萜类的性质、结构、种类和功能,第二节萜类,1、萜类的性质2、萜类的结构3、萜类的种类：,一、萜类的性质、结构、种类和功能,第二节萜类,1、萜类的性质2、萜类的结构3、萜类的种类4、萜类的功能某些萜类影响植物的生长发育。如属于双萜的赤霉素、属于三萜的固醇、属于四萜的类胡萝卜素等都参与植物的生长发育过程。,一、萜类的性质、结构、种类和功能,第二节萜类,4、萜类的功能某些萜类影响植物的生长发育。许多植物的萜类有毒，可以防止哺乳动物和昆虫吞食。如菊叶和花中含有的单萜-拟除虫菊酯，是极强的杀虫剂；松和冷杉的松脂（主要单萜成分是苎烯和桂叶烯）对昆虫有毒。薄荷、柠檬等植物的挥发油（单萜和倍半萜），有气味，可防止害虫侵袭。有一种倍半萜棉酚存在于一些棉花品种的棉籽和下表皮毛中，显著抗虫侵袭。许多双萜对草食动物有毒,使它们不愿食用。松树的树脂含有的双萜冷杉酸，可阻止害虫侵食,一、萜类的性质、结构、种类和功能,第二节萜类,4、萜类的功能某些萜类影响植物的生长发育。许多植物的萜类有毒，可以防止哺乳动物和昆虫吞食。有些萜类是药用或工业原料。例如，红豆衫中存在的双萜-红豆衫醇（紫杉醇）具有强烈的抗癌作用。橡胶是一种多萜，由橡胶树的乳汁管流出，对植物具有保护作用，如封闭伤口、防御食草动物取食。同时橡胶也是一种工业原料。,一、萜类的性质、结构、种类和功能,第二节萜类,一、萜类的性质、结构、种类和功能,二、萜类的生物合成,萜类的生物合成途径有条：1、甲羟戊酸途径：2、甲基赤藓醇磷酸途径：,第三节酚类,一、酚类的组成、种类和功能酚类是芳香族环上的氢原子被羟基或功能衍生物取代后生成的化合物。,1、性质：有些只溶于有机溶剂，有些是水溶性羧酸和糖苷，有些是不溶的大分子多聚体。,第三节酚类,一、酚类的组成、种类和功能,1、性质：2、种类：根据芳香环上的碳原子数目的不同可分为：,第三节酚类,一、酚类的组成、种类和功能,1、性质：2、种类：3、功能：酚类化合物以糖苷或糖脂状态存在于液泡中。其作用是：、决定花、果的颜色。如：花色素和橙皮素、构成次生壁。如：木质素、作为药物。如：芸香苷（路丁）、肉桂酸、肉桂醇,第三节酚类,二、酚类的生物合成植物的酚类化合物生物合成途径多条，其中以莽草酸途径为主,第三节酚类,二、酚类的生物合成（一）莽草酸途径,莽草酸途径存在于高等植物、真菌和细菌中，而动物则无，动物中需要的苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸必须从食物中补充。,第三节酚类,二、酚类的生物合成（一）莽草酸途径（二）莽草酸途径是酚类合成的中心,桂皮酸、香豆酸、咖啡酸、阿魏酸等可以进一步合成较复杂的香豆素、木质素、鞣质、类黄酮和异黄酮等。,三、简单酚类,（一）分类：据其结构可分三类：1、简单苯丙酸化合物类：具苯环-C3的基本骨架，如：反桂皮酸、对香豆酸、咖啡酸、阿魏酸。2、苯丙酸内酯类化合物：亦称香豆素类，也具苯环-C3的基本骨架，但C3与苯环通过氧环化，如伞星酮，补骨脂内酯、香豆素等。3、苯甲酸衍生物类：具苯环-C的基本骨架，如水杨酸、香兰素等。,第三节酚类,一、酚类的组成、种类和功能,二、酚类的生物合成,三、简单酚类,（一）分类（二）功能：防御食草昆虫和真菌侵袭中起重要功能。例如：补骨脂素（呋喃香豆素类的一种），本无毒，但可被日光中的紫外线激发为高能电子态，与DNA中的胞嘧啶和胸腺嘧啶结合，阻断DNA转录和修复而导致细胞死亡。芹菜、防风草和芫荽等植物富含这类光照后有毒的呋喃香豆素。可免受虫害。,第三节酚类,一、酚类的组成、种类和功能,二、酚类的生物合成,四、木质素,、分布与含量：是植物体重要组成物质，广泛分布于植物界，其含量很大，仅次于纤维素。,第三节酚类,2、木质素的生物合成：起点：苯丙氨酸,四、木质素,3、木质素的组成：由简单酚类的醇衍生物香豆醇、松柏醇、芥子醇聚合而成。不同植物的木质素的组成成分也同，蕨类植物和裸子植物的木质素主要由松柏醇聚合而成，称为G型木质素；双子叶植物主要由松柏醇与紫丁醇组成，称为G-S型木质素；单子叶植物的木质素则包含三种单体，形成H-G-S型木质素。,第三节酚类,五、类黄酮类,（一）类黄酮类的种类两个芳香环被三碳桥连起来的15碳化合物，其结构来自两个不同的生物合成途径。一个芳香环（B）和桥是从苯丙氨酸转变来的，而另一个芳香环（A），则来自丙二酸途径,根据3C桥的氧化程度，可分为类：、花色素苷、黄酮、黄酮醇、异黄酮,第三节酚类,类胡萝卜素：,五、类黄酮类,（一）类黄酮类的种类,第三节酚类,（二）功能,、呈现颜色,类黄酮：,是光合作用的辅助色素，呈黄、橙和红色.,花色素苷:,在C环部位3有糖,是花色素苷。是黄酮类化合物，溶解于细胞液中，花、果实和叶片的颜色往往与它有关。,C环部位3没有糖。,花色素:,甜菜素：主要呈现出紫红色与黄色，水溶性的含氮类色素,2、同一花色素的颜色因细胞液的pH的变化而变化。偏酸性时呈红色，偏碱性时为蓝色。,花色素苷的颜色受许多因子影响：,1、B环上取代基不同花色有差异。羟基数越多，颜色偏蓝；甲氧基数越多，颜色偏红。,、防御伤害：黄酮类和黄酮醇类是植物紫外光保护剂，积累于叶和茎的表皮层，可吸收紫外线B，且允许可见光通过，因此避免了细胞受到强烈UV-B的伤害而不影响光合作用。实验证明，缺乏查耳酮合酶活性的拟南芥突变体，不产生类黄酮，对UV-B较野生型敏感，在正常条件下生长极差。如果将UV-B过滤掉，植物就正常生长。异黄酮类属于类黄酮，具有防御伤害作用，例如鱼藤根中的鱼藤酮在植株受细菌或真菌侵染后形成的植物防御素能限制病原微生物进一步扩散。,第三节酚类,五、类黄酮类,（二）功能,六、鞣质（又称丹宁）,（一）分类：分为两类：1、缩合鞣质：由类黄酮单位聚合而成，是木本植物的组成成分，可被强酸水解为花色素。2、可水解鞣质：是不均匀的多聚体，含有酚酸（主要是没食子酸）和单糖，易被稀酸水解。（二）功能：1、防御草食动物食用：鞣质有毒，与口腔中的蛋白质结合有涩味，一些牲畜不愿吃，鞣质与肠中蛋白质结合会形成不易消化的蛋白质-鞣质复合物，而抑制草食动物生长。2、鞣质能防止真菌和细菌引起的心材腐败：因树干心材的鞣质丰富。,第三节酚类,第四节含氮次级化合物,多数含氮次生化合物由不同氨基酸衍生而来。一、生物碱1、概念：生物碱是一类含氮杂环化合物，通常含有一个N杂环，其碱性即来自含N的环。2、分布：目前发现豆科、夹竹桃科、罂粟科、毛茛科、防己科、马钱科、茄科、茜草科、石蒜科等一百多个科含有生物碱。生物碱在植物体内的分布不均匀。如：古柯碱（可卡因）集中在叶内，奎宁碱集中在树皮，香木鳖碱集中在种子，石蒜碱集中在鳞茎。,第四节含氮次级化合物,一、生物碱3、生物碱的含量：含量很低，一般在万分之一到百分之一二。（但金鸡纳树皮中奎宁碱含量高达12）生物碱在植物的不同生长时期其成分及含量不同。如金鸡纳树皮的奎宁碱随树龄的增长而增加；小檗根中的小檗碱（黄连素）含量也随树龄的增长而增加。植物生物碱含量受外界条件的影响，如氮肥多时，烟碱含量就高。,第四节含氮次级化合物,一、生物碱3、生物碱的含量4、生物碱的种类,第四节含氮次级化合物,一、生物碱,3、生物碱的含量4、生物碱的种类5、生物碱的功能是核酸、维生素B1、叶酸和生物素的组成成分；可防御敌害，因生物碱对动物一般有毒。生物碱是重要药物的有效成分，如麻黄碱、小檗碱、利血平、奎宁、吗啡、长春新碱、三尖杉酯碱和美登木碱等。,第四节含氮次级化合物,二、含氰苷,、含氰苷的分布广泛分布于植物界，其中以豆类、禾谷类和玫瑰一些种类最多。、含氰苷的作用含氰苷本身无毒，存在表皮细胞的液泡中，而分解含氰苷的酶糖苷酶则存在于叶肉中，当叶片被咬碎后，含氰苷与糖苷酶混合则可产生毒物氰化氢。,木薯块茎含较多含氰苷，要妥善加工才能食用。,一、花卉育种改变花色查耳酮合酶（CHS）基因决定花果颜色（矮牵牛的基因工程）。二、农作物性状改良通过转次生物质合成关键酶基因改变次生物质合成过程或合成量，获得抗病能力或定向表达目的产物。三、药用植物的细胞工程与基因工程利用发根农杆菌（含Ri质粒）感染植物，增加根中表达的目的产物量。,第五节植物次生代谢的基因工程,转发根农杆菌K599,小结,由糖类等初生产物衍生出来的物质，称为次生产物。次生产物一般不再参加代谢，主要具有防御天敌的作用，亦是人类所需的药物和工业原料，萜类根据异戊二烯数目可分为单萜、倍半萜、双萜、三萜、四萜和多萜等6种。它的生物合成途径有2条：甲羟戊酸途径和甲基赤藓醇磷酸途径。主要化合物有除虫菊、棉酚、冷杉酸、胡萝卜素、橡胶等。,小结,酚类根据碳骨架不同，可分为简单酚类、木质素、类黄酮类、鞣质类和其他酚类