【浅论食物中的植物化学成分及功能特性6400字（论文）】

PAGE40浅析食物中的植物化学成分及功能特性摘要植物的次级代谢是植物和环境长时间互相影响之下产生的结果，次生代谢产物对保护植物自身和提高植物的竞争力，以及协调周边环境都有着不可取代的作用。食用药用植物的成分组成大多是次生代谢产物构成的，其中的一些微量化学成分通常都是药植中无法被取代生理和药理活性成分。但是，这些成分的含量都比较低，并且在形成的过程中极其容易被自身遗传和环境之中的生物或非生物因子所影响，使得食用药植中含有的有效成分和开发也受到了影响。本文通过对食用药植次生代谢产物与生态因子相互间的关系以及其中一部分的生理生态机制的解析，提出了一些意见，希望能够对相关研究起到一定的参考价值。关键词：生态因子；食用药用植物：次生代谢目录TOC\o"1-3"\h\u12347第1章引言 44924第2章非生物因子对植物次生代谢的影响 4306082.1温度因子 553112.2光照因子 5184622.3水分因子 643312.4土壤因子 6170812.5化学因子 7107162.6人为因子 723357第3章生物因子对植物次生代谢的影响 8157233.1微生物诱导因子 8296673.2生物化学防御 814755第4章实例分析——中华猕猴桃根化学成分 9277384.1抗肿瘤活性的化学成分 9189514.2抗肿瘤作用及机制 102681第5章结语 12第1章引言植物次生代谢产物在许多方面都对植物生命活动起到了至关重要的作用，很多植物次生代谢产物都是对于植物生命活动中不可或缺的部分[1]。据统计，植物中含有的如萜烯、酚等[2]次级代谢产物种类超过了十万种。通过研究生态因子在食用药植次生代谢产物的形成和累积的过程中会产生的作用，对阐明食用药植活性成分的形成原由以及食用药用成分的品质的形成方式，并建立起质量优秀的食用药植基地有些深远的意义。第2章非生物因子对植物次生代谢的影响2.1温度因子温度在方方面面影响着食用药用植物，不仅包括光合作用以及蒸腾等生理效应方面的影响，而且也会对土壤环境和气温这些方面造成直接的影响，并通过植物自身代谢过程影响其生长。譬如，合适的高温环境可以提高喜树碱的含量和单株产量[3]，而玉米幼苗中的mRNA丰度和青花素含量[4]在低温环境中会得到增长，而葡萄皮中的花青素含量[5]在高温环境中则会降低。根据实验结果来看，温度会对食物药材的数量和质量会产生直接的影响；植物水分在温度高时流失的比较快，植物的生长和新陈代谢速率相对会比较低；而当温度比较低的时候，植物又没有办法进行有效果的光合作用，有机物的数量达不到植物生长的需求，矿物质和营养物质在输送过程中会减少，最终使得植物的生长周期被延长。2.2光照因子光照时间、质量以及强度这三个因素对植物生长起着至关重要的影响。植物体内有机物质是通过光合作用来形成和转化的。不同类别的植物对光照的需求也不相同。譬如人参和三七需要在比较潮湿的环境中生长，对它们产生必不可少作用的是斜散光，同时还需要避免强光照射和温度过高。不同食用药植中活性成分的形成会因为光强的不同而产生不同的结果。比如，颠茄在露天环境下种植，其中的阿托品含量为0.703%；而在阴暗环境下形成的查尔酮合酶，则因为受到了紫外线和蓝光的影响，在紫外线的照射下苯丙氨酸裂解酶与查尔酮合酶以及其他分支点活性会增加，从而使得植物中类黄酮和酚类化合物丹宁以及木质素等也增多了[6]。另外，不少活性成分都需要通过光照来诱导使其分化，某些酶的活性以及叶绿体代谢物都需要通过光照来激活[7]。在六种光线照射条件下对人参毛状根的生长情况进行研究发现，培养人参毛状根液体可以分成两个步骤，一是在黑暗环境中种植毛状根，这样产生的人参毛状根会变多；二是在荧光灯下培养，这样比较容易提高人参皂甙的含量[8]。2.3水分因子树木的生存、分布以及生长发育都受到了水分的影响，不同的食用药植对水分的需求也不相同。在干旱缺水的条件下，植物中的次生代谢产物的含量会有着明显的提高。对于植物而言，干旱是对它们危害性最大的自然灾害，它对植物的威胁比其他所有非生物的总和还要大，直接影响到了植物次生代谢的品质[9]。目前，研究人员可以通过局部灌溉技术对植物的吸水率做出精确的控制，经过观察发现，当水分含量稍微不足时，黄柏中的小檗碱含量会有所增多；当水分含量不足时，枣叶中槲皮素的含量比较平均；当严重缺水时，总黄酮和芦丁的产量有些相当大的提升。2.4土壤因子植物的生长与土壤有着密不可分的关系，土壤的性质以及土壤中所含有的诸多元素，都对植物的生长及其过程中生成的次生代谢物的形成存在相当大的影响[10]，想要生长出品质优秀的药材，合适的土壤生态环境是不可或缺的。不同质地的土壤拥有不同的保持水分的效果。虽然沙土的保水和保肥能力比较低，但其渗水性却很好，是最适合根类植物生长的土壤；粘土则拥有着较强的保水保肥的特性，但却无法满足根类植物对渗透性需求，并不合适种植；壤土却没有像沙土和粘土一样明显的缺陷，相对来说它栽培根茎植物的理想土壤类别。2.5化学因子像培养基、碳源等不同的化学因素将会在一定程度上影响到植物毛状根的生长以及次生代谢产物的产生[11]。经过研究发现，丹参会因为施氮而增加产量，施磷则会促进丹参素和丹参酮ⅡA的生成[12]；因为施放的氮肥数量不同，枸杞会产生出甜菜碱、类胡萝卜素等次生代谢产物，施放适量的氮肥可以让枸杞的类胡萝卜素及其他次生代谢产物生成[13]更加容易；从大量实验数据上可以看出，石菖蒲叶片在Cd2+的浓度为[0、55]μmol/L的时，所生成的抗氧化酶、脯氨酸以及叶绿素的数量都不一样。2.6人为因子人为因素对于植物的影响是为广泛和巨大的。随着植物的食用药用价值以及保健功能被发现并不断的投入市场。人为因素对植物生长环境的破坏，已经远远超出了环境自我修复的能力。近些年人们大量开采挖掘食用药用植物，已经对生态环境产生了恶劣的影响，使得食用药用植物的品质也没有办法得到保障，从而也危及到了人类自身的健康。植物吸收了二氧化硫会让叶片长斑和泛黄枯萎，而且空气中的臭氧也会对植物造成伤害[14]。除此之外，植物在生长过程中长期吸取了空气、水分以及土壤中的有害物质[15]，会造成了重金属含量超标，从而降低了食用药植的品质。因此，必须改善人为因素对自天然食用药用植物造成的不良影响。我们在不停的从植物中获取我们需要的物质资源的时候，也不能忽视生态环境的发展，也需要对其提供有效的保护。第3章生物因子对植物次生代谢的影响3.1微生物诱导因子植物为抵抗病原微生物入侵会产生植物保护素。经过科学研究发现，50μg·mL-1红花链格孢菌产生的诱导子能够提高丹参毛状根中二氢丹参酮Ⅰ以及丹参酮Ⅱ的数量[16]。在实验中将黑曲霉以及米曲霉等诱导剂添加入M-9培养基中来进行新疆康紫草毛状根的培育，通过实验结果可以看到，混合诱导剂对毛状根的生长和萘醌的含量的增加有着很好的促进作用[17]。3.2生物化学防御植物中的萜烯成分是一种可以影响昆虫和草食性哺乳动物感官的化学物质，大多被用于植物防御中，因此也被称为植物的拒食剂。譬如，植物产生的精油的味道让食草动物失去了进食的欲望[19]；柑橘科的植物中含有的瓜氨酸类似物也有着同样的作用；另外单宁酸与蛋白质组合在一起玩会产生毒性，让病原体无法入侵，也让食草动物无法食用[20]。除此之外，很多酚类物质也在针对食草昆虫以及真菌侵染方面有着显著的效果。比方说单萜酯之中的拟除虫菊酯对杀虫有些巨大的效果，在现如今的生活中经常被作为杀虫剂[21]来使用。针叶植物会在昆虫侵入时产生单萜避免其受到伤害，当昆虫摄取了植物蜕皮激素后，会导致其蜕皮以及发育迟缓最终走向死亡。第4章实例分析——中华猕猴桃根化学成分近些年来，由于环境不断恶化以及饮食习惯的变化，癌症患者越来越多，肿瘤已经成为了对人类生命威胁最大的疾病之一。尽管治疗肿瘤的手段很多，但是由于肿瘤不易通过一般体检被发现，大部分病人被发现的时候已经处于中晚期，无法再进行手术治疗，大多数会采取姑息性化疗作为主要手段。现有的化疗药物一般包括烷化剂以及抗代谢药等。其中在治疗乳腺癌、肺癌等肿瘤时大多会使用植物类化疗药紫杉醇，寻找新的更有效的抗肿瘤药物是现代广大学者的研究方向。中华猕猴桃是一种全株都有药用价值的植物，它的根茎和根皮性寒、味苦，有着很好的保护肝脏以及抗肿瘤等作用，其根中含有三萜类、黄酮类以及甾体类等多种化学成分对抗肿瘤起到的作用，有些广泛的研究价值。在长江流域以南不少地区，中华猕猴桃被使用在肠癌、胃癌等肿瘤的治疗方面。《中国药典》关于中华猕猴桃的记载中有明确表示，其根是中药材藤梨根的重要药用来源，通过对文献研究，发现了很多与藤梨根成分和作用相关的研究资料。因为中华猕猴桃根与软枣猕猴桃根统一都被称为藤梨根。但这两种植物的药用价值以及化学成分都不相同。因此，为了对其进行区分，本文之中通过研究大量的关于藤梨根的文献。针对中华猕猴桃根的化学成分以及抗肿瘤作用进行阐述。以期为之后的研究提供参考。4.1抗肿瘤活性的化学成分中华猕猴桃根中包含了三萜类等多种化学成分，经实验证实如三萜类、甾体类以及生物碱类等活性成分有着对抗肿瘤细胞的作用。因为中华猕猴桃根中含有的三萜类化合物数量较多，Kalandiya等学者进一步证实了总三萜有着很强的抗肿瘤活性。Chang等学者在研究后表示，ACPS就是通过对机体免疫力的调节来抑制肿瘤扩大。4.2抗肿瘤作用及机制4.2.1抗结直肠癌作用陈永杰等从形态学影响等与蛋白相关的方面，对EERAC对于大肠癌LoVo细胞的作用进行研究，其研究结果表明EERAC对肠癌细胞的增长有些很明显的抑制作用，在72小时时可以到达79.48%的最高数值；EERAC也同时具有让细胞凋亡的作用，通过显微镜可观察到肿瘤细胞核固缩、碎裂以及溶解最后出现凋亡的一系列活动状态，其机制能够利用Bcl-2进行下调的方式来进行表达，并且将Caspase-3和Bax两者进行上调后，能够对线粒体拥有的凋亡途径进行有效激活。杨晓丹等则通过实验进一步发现了，从中华猕猴桃根中提取的乙酸乙酯，可以对肠癌SW480细胞起到抑制生长和促使细胞凋亡的作用，但该作用具有一定的时间性并对其浓度有些要求；中华猕猴桃根可以让细胞周期停滞在S期，与细胞周期有关联的蛋白P53、cyclinD1以及P21的变现形式也会产生与之相对应的变化。4.2.2抗胃癌作用Song等人检验ACPS对胃癌SGC-7901细胞的是否有抑制作用时发现，ACPS能否对细胞凋亡起到作用跟其浓度有很大关系，其通过调节caspase-9、p-p38以及PARP基因让肿瘤细胞逐渐死亡。张琳等通过硅胶柱层析等诸多分析方法分离出了β-谷甾醇和熊果酸，并针对肺腺癌细胞株A549和胃癌细胞株SGC-7901进行抗肿瘤实验，发现熊果酸对抑制癌细胞活性生长效果很好，分别达到了74.8%和91.2%的抑制率。将野生猕猴桃根直接用水煎煮使用，发现其可以减少胃癌细胞BGC-823的细胞生长和繁殖。白吉庆等认为藤梨根就是中华猕猴桃根，他们使用免疫组织化学方法等方式来检测它对SGC-7901细胞凋亡有什么影响与作用，最后证实了藤梨根提取物在很大程度上可以促进SGC-7901凋亡，可能是通过对抑制Bcl-2蛋白的生长水平来完成的。4.2.3抗肝癌作用羟基是化合物中一定会有的活性基团，如果该基因被其它基因甲基化或乙酰化后，它的抗癌活性就会被削弱。Chang等对中华猕猴桃根进行分离，找到2个包含有羟基基因的酚酸类化合物。在对肝癌HepG2细胞实验时发现将不同浓度的中华猕猴桃根应用其中，其最终结果显示出它可以通过降低VEGF、MMP2、EGFR以及MMP9来减少癌细胞增长以及转移的同时，加开细胞的凋亡。Ku等证实了中华猕猴桃根中存在CA的成分，当CA药物的浓度到达5mg·kg-1·d-1的数值时，在控制肝癌细胞繁殖的功效是最强的，其是通过阻断VEGFR2酶和ATP之间相互结合，其机制能够利用Src/FAK/cdc42进行下调的方式来实现的。4.2.4抗肺癌作用中华猕猴桃根中的三萜类化合物是能够对肿瘤产生作用的最重要的成分。Cheng等在其中提取到的熊果酸，对非小细胞肺癌NCI-H460细胞很有效果，其只要是通过抑制肿瘤细胞的生长并指示其凋亡，来达到阻滞G1期细胞这种形式表达出来的，从而通过NF-kappaB(p65)来抑制癌细胞不断繁殖。4.2.5抗黑色素瘤作用石森林在实验中验证了硬毛中华猕猴桃根在进行提纯后得到的ACPS，依靠静脉注射的方式注入到小鼠体内，一方面能够抑制皮下移植瘤进一步蔓延，另一方面还能让高脾脏指数得到提升；流式细胞术结果也证实了ACPS通过对细胞周期的调控来增加其比例，从而对肿瘤细胞的分裂产生影响；通过电镜观察之后会发现小鼠的肿瘤组织形态发生改变并逐步凋亡。第5章结语食用药植的生长受到了很多方面的因素的影响，这些环境因素并非独立的作用于植物生长的过程中，而是各方面相互作用的结果。食用药植之中包含的活性成分大多是汲取于大自然中所蕴含的各种元素后形成的，在其漫长的生长过程中，诸如水分、土壤等各方面的条件是不可缺少的。单一生态因子会限制植物的生长，对研究造成一定的局限，我们需要系统的整合多种技术，更加深刻的了解食用药植次生代谢物的生成途径以及代谢规律等问题，从而能够找到其有效成分形成的原因。整合资源找到适合药植种植的环境，并进行合理的规划，建立起品质优秀的食用药植基地实现量产。随着学者们对植物次生代谢的生理化和适应性的研究逐步加深，分子生物学方法也逐渐加入其中，植物次生代谢的研究得到了迅猛发展。针对植物次生代谢生态学进行研究不仅让食用药植工程发展的效率和质量都有所提高，而且还帮助了传统食用药植确立有针对性的栽培标准。植物的二次代谢是植物与生态因素经过长时间互相作用时造成的结果。因此，创建了植物次生代谢生态学这一理论，从次生代谢的方向来看待生态环境和植物之间存在的关系，并从生态学的方面了解植物生代谢所需要的步骤具有非凡的意义。在植物受到物理化学环境的影响并且对其慢慢适应时，植物与植物之间也存在着竞争与同化的关系，植物可以通过分泌出一些化学成分对昆虫以及草食动物等进行防御，以及植物与微生物之间进行互相影响的过程中，次生代谢物在其中一直都担任着重要角色。综上所述，对植物次生代谢物的研究，对我国食用药植的发展有着及其深远的意义。参考文献：[1]KUTCHANTM.Ecologicalarsenalanddevelopmentaldis-patcher:Theparadigmofsecondarymetabolism[J].PlantPhysiology,2021,125:58-60.[2]陈晓亚.植物次生代谢研究[J].世界科技研究与发展,2021,28(5):1.[3]梁建萍,贾小云,刘亚令．干旱胁迫对蒙古黄芪生长及根部次生代谢物含量的影响[J].生态学报,2019,36(14):4415-4422.[4]PeterJC,MarkRA,VirginiaW.Impactoflow-temperaturestressongeneralphenylpropanoidandanthocyaninpathways:enhancementoftranscriptabundanceandanthocyaninigmentationinmaizeseedlings[J].Planta,2020,194(4):541.[5]KentaroM,NamiGY,MasahikoK,etal.Lossofanthocyaninsinred-winegrapeunderhightemperature[J].JExpeBotany,2017,58(8):1935.[6]鲁守平,隋新霞,孙群,孙宝启.食用药用植物次生代谢的生物学作用及生态环境因子的影响[J].天然产物研究与开发,2016,18:1027.[7]冯慧娜.雷公藤发状根的鉴定和培养及其次生代谢物调控初步研究[D].西北农林科技大学,2021.[8]YuKW,MurthyHN,HahnEJ,etal.GinsenosideproductionbyhairyrootculturesofPanaxginseng:influenceoftemperatureandlightquality[J].BiochemicalEngineeringJournal,2019,23(1):53-56.[9]李霞,王洋,阎秀峰.水分胁迫对黄檗幼苗三种生物碱含量的影响[J].生态学报,2017,27(1):58-64.[10]郭兰萍,黄璐琦,邵爱娟,等.苍术根际区土壤养分变化规律[J].中国中药杂志,2016,30(19):1504．[11]HakkinenST,RavenN,HenquetM,etal.Molecularfarmingintobaccohairyrootsbytriggeringthesecretionofapharmaceuticalantibody[J].BiotechnologyandBioengineering,2014,111(2):336-346.[12]韩建萍,梁宗锁.氮、磷对丹参生长及丹参素和丹参酮ⅡA积累规律研究[J].中草药,2017,36(5):756-759.[13]康建宏,吴宏亮,杨涓,等.不同施氮水平下枸杞主要次生代谢产物与多糖的关系研究[J].安徽农业科学,2018,36(36):16008-16010.[14]李玉琴.环境污染对植物食用药用的影响研究[J].环境科学与管理,2018,43(02):88-92.[15]YangZR,MaoX,LiRZ.Researchprogressingeneticengi-neeringofplantsecondarymetabolism[J].JPlantPhysiolMolBiol,2020,31(1):11-18.[16]沈双．诱导子对丹参毛状根生长和丹参酮含量的影响[D].西北农林科技大学,2021．[17]靳浩淼.诱导子对西洋参发状根的影响[D].吉林农业大学,2018．[18]邓婉．植物