1天然产物化学的概念。
天然产物化学:是以各类生物为研究对象,以有机化学为基础,以化学和物理方法为手段,研究生物二次代谢产物的提取,分离,结构,功能,生物合成,化学合成与修饰及其用途的一门科学,是生物资源开发利用的基础研究。天然产物化学是植物化学,药物化学,生物化学,农业化学的基础,它与生物学,药物学,农艺学等学科密切相关。
它的成果可广泛应用于药学,食品,轻工,化学等领域。
2 植物次生代谢(二次代谢)与次生代谢产物的概念。
植物次生代谢是指生物合成生命非必需物质并储存次生代谢产物的过程。植物次生代谢产物是植物体内合成的,在代谢活动中没有明显或直接的作用,但对植物适应不良环境或病原体侵害 ,吸引传粉媒介以及植物代谢调控等方面具有重要意义。
3目前,植物次生代谢产物的生产(获取途径)有哪些,各有什么优缺点?
1 直接从植物中提取次生代谢产物。
利用传统的提取分离方法结合现代的先进仪器优点:可以直接从植物中提取次生代谢产物,人工栽培缺点:如大量占用耕地,引种困难,生长周期长,栽培过程中各种影响因素不易控制,有效成分含量低,品种品质不稳定,大量使用人力,物力及财力等。
2 化学合成模拟。
在完全了解次生代谢产物在植物体外的反应步骤后,利用化学工业,完全合成或半化学合成次生代谢产物。优点是方便大量制备,实现工厂化生产。缺点是会遇到成本高、毒性大工艺流程复杂、产生同分异构体及环境污染等问题。
3 微生物发酵
微生物发酵具有惊人的繁殖速度和非常旺盛的生命力,可以在几十分钟内完成一个繁殖周期,且分布广。确保次生代谢产物的质量。但很快被菌物所覆盖,同样不能分离到这类生长缓慢的真菌。
(2)虽然分离到植物体内的内生真菌,并在各种条件下进行产孢诱导,但是有的菌株在人工培养基上不产生孢子。(3)目前,因常用药用植物内生真菌的研究较少,活性菌株的筛选模型单一,极大地限制了对有效物质的发现。(4)内生真菌所产生活性代谢产物的含量极低。
同时,内生真菌在多次传代后,生物特性退化,其代谢产物不稳定。
4 利用植物组织和细胞培养法生产次生代谢产物。
利用植物组织和细胞大量培养植物生产次生代谢物的优点表现在:(1)实现工业化生产,不占用耕地。(2)与植物栽培不同,它采用发酵工业反应器的生产系统和**工艺,可以不受天气、地理、季节等自然条件。
(3)代谢产物的生产完全在人工控制条件下的限制下进行,可以通过改变培养条件和选择优良培养体系得到超整株植物产量的代谢产物。(4)有利于细胞筛选、生物转化、寻找新的有效成分。(5)有利于研究植物的代谢途径。
植物组织和细胞培养法的缺点:虽然植物组织和细胞培养在理论与应用上的重要性日益显著,且发展迅速,但需要指出的是,植物组织培养中还存在着一些重要的问题急待解决。
5 基因工程。
利用基因工程利用基因工程获得药用植物次生代谢产物主要有两个途径。一是利用生物反应器进行转基因植物细胞或微生物细胞进行发酵生产次生代谢产物;二是培育转基因植株 ,通过人工栽培提供高含量次生代谢产物的中药材原料。基因工程的优势:
(1)高效经济的特点。基因工程技术能够突破自然的生殖隔离,按人类的需要设计和改造生物的结构和功能,制造出生产能力强大和满足特殊需要的优良的动物、植物和微生物品种。在相同投入的情况下,它能够大幅度地提高产品的产量和品质;在低投入的情况下,它能够高效地生产特殊的商品。
而且生物具有的遗传性使外源基因只要进入了受体细胞的基因组中就可以遗传给后代,一旦得到了优良的生物品种就可持久地使用。基因工程的高效性和经济性是传统产业工程难以比拟的。(2)清洁、低耗和可持续发展的特点。
传统产业不断大量的消耗地球上已有的资源,又不断产生有害的废物而污染人类生存的生态环境 , 基因工程所利用的原料是可再生及可循环使用的生物量,主要的生产环节是在活的生物体或活的细胞内完成。因此,现代基因工程不需消耗大量的不可再生的资源,也不会或极少会产生对生命有害的废物。(3)药用植物的基因与转基因工程可以改变传统遗传性状,培育优良品种,提高有效生药成分含量,增强植物抗病毒和抗虫害的能力。
基因工程的缺点:在技术上存在着一定的不确定性和盲目性。首先,技术方面的不确定性,如目标基因插入到宿主的染色体上,若插入到染色体的沉默区,则目标基因不能表达;或者由于目标基因插入到宿主染色体的基因中,破坏了这个基因的结构,造成宿主的插入突变,也会降低宿主生物的生存能力。
其次,目前我们所进行的基因工程只能对简单的、单基因控制的性状进行设计和改造,但生物的绝大部分的重要性状是由多个基因共同控制的。对这些多基因控制的性状,现有的基因工程技术几乎是束手无策。再次,我们对活的生物体基因表达调控的机制还知之甚少,有关的知识仅限于耐启动子和增强子的了解,且是不全面的了解,对生物体整体调节的复杂性的认识还刚刚开始,在这种知识背景下进行的基因工程往往带有极大的盲目性,效果也往往是事倍功半。
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