第一章植物代谢调控：运用现代生物技术理论和方法研究植物代谢产物,尤其是次级代谢产物的人为调控生产的一门科学,是一门基于生物学和天然产物化学基础的交叉应用学科，旨在对于重要生物资源的再生和利用。

药用植物活性成分代谢调控的目的？①解决濒临灭绝的药用植物资源问题，对这些药用植物可采用人工驯化和规范化种植等方法生产。

②特殊生物资源的代谢调控生产技术，为工业化生产提供技术支持，比如采用组织快速繁殖和细胞培养的技术工业化生产紫草素。

③寻找不同于传统意义上的天然产物活性成分的生产方式，例如采用生物转化技术对一些植物活性物质结构修饰，得到理想的药用化合物。

第二章1.一次代谢：维持植物机体生命活动的代谢过程叫一次代谢。

糖类、脂肪、蛋白质在植物体内不可以相互转化。

糖类，蛋白质和脂肪是初级代谢产物，是植物维持生命活动的基本物质；2.二次代谢：以某些一次代谢产物为原料，经一系列特殊生物反应生成一些小分子物质的过生物碱、萜类和黄酮等是次级代谢产物，对生物的生存和适应具有重要的作用。

次生代谢物质结构的多样性决定了其生物活性的多样性，被人们作为寻找药物的源泉，例如人参中的人参皂苷，黄花蒿中的青蒿素以及红豆杉中的紫杉醇都被开发成治疗不同疾病的药物。

同位素跟踪/标记技术是早期的生物合成途径探索中采用的标记技术，现在普遍认为生物碱类物质是以氨基酸为合成前体，醋酸-丙二酸途径可以合成脂肪酸、酚类、蒽酮/蒽醌等物质。

1.氨基酸途径：以一些氨基酸为前体，经过一定的生物合成反应生成生物碱的合成途径。

不是所有的氨基酸都可以合成含氮类物质。

4.甲戊二羟酸途径：以甲戊二羟酸为前体，经过一定的生物合成反应生成萜类化合物和甾体类化合物的途径。

甲戊二羟酸是合成萜类化合物的前体，15个碳原子的焦磷酸金合欢酯FPP是合成倍半萜的前体，两分子FPP聚合成的30碳的角鲨烯是合成三萜和甾体物质的直接前体。

5. 桂皮酸—莽草酸途径：以莽草酸途径产生的芳香族氨基酸为前体，进一步合成桂皮酸，在经过不同分支途径合成苯丙素类化合物的途径。

莽草酸途径产生的芳香族氨基酸苯丙氨酸和酪氨酸等除了合成苯丙素类化合物，还可以进一步合成生物碱。

6.醋酸—丙二酸途：以乙酰辅酶A和丙二酸单酰辅酶A为前体经过一定路径合成脂肪酸、酚类、蒽酮、蒽醌类化合物的途径。

复合途径：一些化合物分子中既具有黄酮结构，又具有萜类结构，那么它来源于复合生物合成途径，苯丙氨酸即可以合成生物碱，又可以合成苯丙素类成分，如香豆素、木脂素以及（黄酮等成分。

7. 生物合成前体：处于目的次生代谢产物生物合成途径上游的物质。

了解生物合成的意义有哪些？了解生物合成的意义在于：1.可以利用植物亲缘相关性进行化学分类学研究。

因为亲缘越相近，越有可能具有相同或相似的合成途径，产生相同的代谢物质，所以可以根据次生代谢产物相似度进行植物分类；相同的道理，也可以从亲缘关系相近的植物资源中寻找共有的活性成分。

2.人为的调控代谢达到提高代谢产物的目的。

如对代谢途径中的关键酶基因研究，调控生物合成的进行，使其朝着目标代谢产物进行，如仿生合成或者转基因植物。

在体外也可以利用前体物质的生物转化达到其生物合成的目的。

3.研制生物农药。

生物的合成途径对于生物的生存非常重要，代谢途径如果受到干扰或阻断，就会直接导致植物的死亡，据此我们在研制除草剂的过程中应该注重药剂对杂草合成途径的抑制和干扰，达到除草的目的，如草甘膦除草的原理在于阻止莽草酸途径的进行。

第三章，次生代谢的生物学作用论述次生代谢产物对植物生存及生命活动的生物学作用。

次生代谢物质是植物在长期进化过程中对逆境胁迫适应的产物，是基因进化的产物。

次生代谢物质是植物通过一定代谢途径将初生代谢产物转化为小分子物质，这些物质对植物细胞生长作用不大，但是对于植物整体具有重要的生物学作用，主要的作用表现在以下几个①.作为信号物质，调节植物代谢.一些小分子物质，如酚类物质常常起到信号传递作用，水杨酸在植物叶片受到病原菌侵染时会明显提高，通过信号传递，启动相应的次生代谢途径，导致整个植株抗性增强。

②.参与生理代谢如叶绿素、类胡萝卜素等参与光合作用；吲哚乙酸、赤霉素，脱落酸等植物激素参与植物生长调节。

③.作为结构物质如组成细胞壁的重要成分木质素、角质、胼胝质、木栓质等，有一定的物理保护作用和支撑④.提高植物的抗逆性如甜菜碱、脯氨酸、脱落酸、花色素等可提高植物对寒冷、干旱、高温等不良环境的适应性；类黄酮、黄酮醇、类胡萝卜素、树脂物质等可吸收紫外光，保护植物免受强光，尤其是紫外光的伤害。

⑤.作为毒性物质或化感物质增强植物抵抗病虫害和天敌侵袭的能力，同时对传花授粉有一植保素类物质如植物毒素和抗生素可以提高植物对病原菌的抗性；生氰糖苷以及生物碱对害虫有毒杀，拒食和驱避效果，比如烟草中的尼古丁已经被开发成杀虫剂。

化感物质往往可以提高植物与其他植物的生存竞争能力，许多外来入侵植物难以控制就是因为他们可以产生化感成分，抑制其他植物生长，有些花青素类物质表现出鲜艳的颜色，可以吸引昆虫传花授。

化学生态学:研究物种之间以及其与环境之间以化学物质为媒介的相互关系和作用规律的的科学。

第三章，次生代谢调控技术中药材的GAP种植实质是基于环境条件对植物代谢的影响，包括生物和非生物因素，非生物因素包括温度，光照，水分，土壤营养等，生物因素包括病原微生物，害虫等。

1．简述影响植物次生代谢的环境因素。

生物因素：病虫害，其他植物，取食性动物以及其他生物等，很多试验证明当植物受到攻击时，次生代谢物质的含量会快速提高。

而内生菌则是寄生在植物体内，和植物的关系是互惠共生，对植物的代谢有一定的影响。

非生物因素：气候因子，包括温度，光照，水分等，土壤因子，包括养分，PH值，重金属等污染物等；大气因子包括二氧化碳，臭氧等的浓度等。

非生物因素对植物的影响各不相同，但总的来说逆境条件下，往往有利于次生代谢物质的积累。

4. 最佳防御(optimum defense, OD)假说及其理论基础。

答：OD假说认为,植物只有在其产生的次生代谢产物所获得的防御收益大于其生长所获得的收益时,才产生次生代谢产物。

该假说的理论基础是：植物次生代谢产物的产生是以减少植物生长的机会成本为代价的。

环境胁迫条件下,植物生长减慢,此时,产生次生代谢产物的成本较低，次生代谢产物的防御收益增加。

因此,环境胁迫条件下,植物会产生较多的次生代谢产物。

植物内生菌：寄生在正常植物组织内部，但对植物的生长发育不产生危害的微生物。

植物-内生菌内共生理论：内生菌与宿主之间形成协同进化,互利共生的紧密联系，这种特殊的关系使其可产生与寄主植物相同或相似的活性成分。

微生物发酵提高活性成分的种类和产量的调控技术1.培养基优化2.温度3.转速(氧气)4.pH值5.培养时间（在线监测）6.激发子和诱导子7.前体物（小分子有机物）植物细胞悬浮培养细胞的全能性原理是植物组织培养的依据，其中植物细胞的液体发酵培养是当前工业生产上普遍采用的方式，如紫草细胞的培养可以获得药用价值极高的成分紫草素。

药用植物细胞悬浮培养生产活性成分的主要调控因素。

①高产细胞系的筛选：通过人工诱导方法，包括化学诱导和物理诱导以及自然变异等方②悬浮培养细胞的同步化：保持培养细胞的大小一致，这样才能保证细胞生长一致，在一定的时候收获可以得到最大量的活性成分。

③培养基成分：培养基组成对次生代谢物质的合成具有重要的影响。

植物细胞悬浮培养的培养基成分包括碳源和氮源，碳源常用葡萄糖和蔗糖，氮源分为硝基态氮和氨基态氮。

④植物生长调节剂：一些植物生长激素对细胞的生长和代谢具有较大的影响。

⑤外界因素：氧气，温度，PH，光照等都是可以调节的影响因素。

前体：前体：处于目的次生代谢产物生物合成途径上游的物质。

发状根：植株以及某一器官、组织或细胞受到发根农杆菌的感染所产生的一种病理现象，是细胞中质粒T-DNA插入寄主细胞核基因得到的表现型。

2．毛状根作为生物材料培养生产活性成分具有哪些特点?①生长速度快：发根的生长速度比植物正常组织快很多，而且不依赖激素生长。

②有效成分含量高：合成能力强，次生代谢物质产量较植物正常组织高。

③稳定性好：连续继代培养不退化，植物细胞往往经过多次继代培养后活性成分的产量降低。

④杂质少：发根培养物中往往具有较少的初生代谢产物，植物正常组织中次生代谢物质含量往往较低。

⑤分支能力强，比正常植物组织的分支能力强，所以繁殖快。

2. 影响药用植物毛状根液体发酵生产活性物质的因素有哪些？①发根农杆菌株：不同侵染得到的发根不同②培养基:碳/氮源,微量元素等对生长和代谢影响较大。

③前体和激素，一些激素和前体的加入也可以促进发状根的代谢。

④培养条件如光,温度,氧气,PH等也可显著影响⑤激发子等也可以促进生物合成的进行。

生物转化1．什么是生物转化，根据生物材料不同都有哪些生物转化类型答：生物转化即利用生物细胞在液体培养基中生长分化过程中产生的酶将底物转化的技目前来说主要的转化类型包括：①微生物转化，主要采用液体发酵技术转化。

②植物细胞悬浮培养转化，采用液体发酵法③发根培养转化，也是采用液体发酵法④酶转化等。

天然化合物生物转化的意义答：转化的意义：将没有活性的化合物转化为有活性的化合物，将低活性的化合物转化为高活性的化合物，把有活性但是又有毒副作用的化合物转化成没有毒副作用的活性物质，把已知结构的成分转化成新化合物。

微生物转化(Microbial transformation) : 利用微生物在液体培养基中发酵过程中产生的酶将底物转化的技术. 微生物转化技术在药物的代谢研究中具有很好参考价值。

2．微生物转化天然产物需要设置哪些对照，怎样通过TLC分析初步判断是否转化？答：设置三个对照①培养基+溶剂②培养基+微生物+溶剂③培养基+底物+溶剂。

TLC分析：底物和3个对照以及处理（培养基+底物+溶剂+微生物）的提取物分别在TLC上展开，以底物显色剂显色，排除3个对照中的杂质显色点，分析是否有转化产物点，转化产物往往和底物具有相同或者相似的显色效果。

微生物转化影响因素：1、菌种2、培养基组成和PH(包括加入生长激素和激发子)3、转化时间和温度（HPLC跟踪检测）4.底物的添加方法和量溶于水的底物—一般剂量不超过50mg/L不溶入水--有机溶剂溶解加入---溶剂的量尽量少同时产物及时转移4.酶的诱导剂组成酶---酶的总活力与菌丝量以及菌丝的生命力有关诱导酶---经过诱导可显示活性的酶(底物往往是其诱导剂)5.底物和产物的毒性植物悬浮细胞转化：利用植物细胞在液体培养基中生长分化过程中产生的酶将底物转化的技术。

转化的影响因素:1.转化细胞的影响对不同或相同底物,选用不同植物的细胞,或者同一植物不同的组织细胞。

2.细胞系的影响同一器官可能得到不同的细胞株系.例如绿色和白色的烟草细胞株系转化羟基苄醇类化合物得到的糖基化产物的构型不同,说明了其酶系的差异。