全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 17卷 第 3期
2005年 6月
Vol. 17, No. 3
Jun., 2005
我国资源植物化学与天然产物化学基础研究的
现状与发展
方 颖1，温明章2*
（1 湖北中医学院，武汉 430061；2 国家自然科学基金委员会生命科学部，北京 100085）
摘　要：本文从生物活性成分的筛选与分离、植物次生代谢产物生物合成及其分子调控、环境因子对
植物次生代谢产物合成和积累的影响、植物体内生菌与植物次生代谢产物的关系等方面介绍了我国资源
植物化学与天然产物化学领域基础研究的现状与发展。
关键词：资源植物化学；天然产物化学；基础研究
中图分类号：Q 94 6　　文献标识码：A
The status and development of basic research on phytochemistry
and natural product chemistry in China
FANG Ying1, WEN Ming-Zhang2*
(1 Hubei College of Traditional Chinese Medicine, Wuhan 430061, China;
2 Department of Life Sciences, National Natural Science Foundation of China, Beijing 100085, China)
Abstract: This paper introduced the status and development of basic research on phytochemistry and natural
product chemistry in the fields of searching bioactive components, biosynthesis and molecular regulation of
plant secondary metabolism substance, environment influence on the synthesis and accumulation of plant
secondary metabolism substance, the relationship of endophyte and plant secondary metabolism substance.
Key words: phytochemistry ; natural product chemistry; basic research
我国幅员辽阔、资源丰富，有很多具有巨大
经济价值和应用价值的植物及天然产物资源，如红
豆杉、黄莲、冬虫夏草等，随着人类对其需求的
不断增加以及经济利益的驱使，许多不可重复利用
的宝贵资源遭到了破坏，植物资源不断减少。为了
保护和合理利用这些植物资源，科研人员进行了大
量的相关基础研究，国家自然科学基金委员会植物
学科自 1988年以来共资助该领域的研究项目96项，
占植物学科资助项目总数的 6.44%，经费投入共计
1 084.5万元，占植物学科总资助金额的 5.30%。
对近六年结题项目(1995~2000年度资助项目)情
况进行统计，植物化学领域共资助项目 22项，经
文章编号 ：1004-0374(2005)03-0282-04
收稿日期：2004-12-29
作者简介：方　颖( 1 9 7 5 —)，女，硕士；温明章( 1 9 7 0 —)，男，博士，副研究员，* 通讯作者。
费 246.8万元；在 SCI发表论文 28篇、国内核心刊
物发表论文 73 篇；培养硕士、博士、博士后 5 1
人；省部级奖励 1 项，专利 1 项。天然产物化学
领域共资助 6项，经费 67.5万元；在 SCI发表论文
1 篇、国内核心期刊发表论文 13 篇；培养硕士、
博士、博士后 9 人；专利 2 项。
对资助项目进行分析可以看出，该方面的研究
具有交叉综合性强、涉及领域宽、基础研究与应用
相结合等特点，而相关研究日趋活跃并逐渐受到重
视，研究方向主要集中在以下几个方面。
1　生物活性成分的筛选与分离
几个世纪以来，天然产物尤其是高等植物的代
·基　金 ·
283第3期 方　颖，等：我国资源植物化学与天然产物化学基础研究的现状与发展
谢产物一直是人类获得药物的来源。在发展中国
家，植物是药品的主要来源，世界上有 80% 的人
口主要依赖于植物和植物提取成分来维护生命和健
康，即使在美国，也有 120种以上重要的处方药来
源于植物，大约占美国药物总用量的 25%[1]。天然
药物在保障人类健康方面所发挥的作用愈加得到科
学家的重视，我国科学家也在不断开发利用药用植
物资源。植物的次生代谢产物(secondary metabo-
lism substance)中的很多种成分，如生物碱、蒽
醌、黄酮、皂苷、挥发油、有机酸、鞣质等是
重要的药物来源。
寻找活性成分一直是资源植物化学及天然产物
化学研究的主流，研究内容主要是进行化学成分的
提取分离、结构鉴定，并且结合药理学研究以筛选
具有活性的次生代谢产物为目的，研究方法大都采
用了经典的植物化学提取分离方法与现代技术相结
合，既运用了传统的溶剂提取、柱层析分离的方
法，又运用了正反相分离(如硅胶、RP-18、MCI、
Sephdex LH-20)、HPLC制备、HSCCC、LC-MS、
GC-MS等现代技术手段分离纯化次生代谢产物，利
用光谱分析手段，包括 U V、I R、N M R、M S、
X-Ray对化合物进行结构鉴定。1997年资助的重点
项目——生物活性成分在广义木兰科植物中的分布
规律，共采集了广义木兰科 32种植物 64个提取部
位样品进行了初步生物活性筛选，并系统研究了该
科 13种植物的化学成分，分离出 178个化合物，鉴
定了 153个化合物结构，发现新化合物 19个。
随着学科的发展和学科交叉的深入，一方面，
研究涉及到了活性化合物的合成、半合成、结构修
饰等，生物活性成分是发现药物或药物先导化合物
(lead compound)的第一步也是重要一步，有些情况
下，活性成分本身就能开发成药物，如紫杉醇
(taxol)等，有些化学成分有活性，但用作药物尚不
理想，需经结构修饰、改造、简化和合成等使之
发展成为药物，如青蒿素、鬼臼毒素等；另一方
面，研究逐步深入到了探讨活性成分的药理和作用
机制。许多天然的活性成分具有独特的药理作用，
应用现代分子药理学的研究思想和分子生物学的各
种技术可以为我们揭示药物作用的根本机制，为药
物的深度开发提供理论指导。该领域的研究队伍以
从事植物及天然产物活性成分的提取、分离、结构
鉴定和结构改造工作的科研人员为主，近年来越来
越多的从事化学合成、药理学等领域的研究人员加
入到了该领域。从植物学科受理的项目看，这方面
的研究主要集中在抗肿瘤、抗抑郁、治疗心脑血管
疾病、艾滋病、早衰等方面药物的寻找和开发上，
也有部分关于植物源农药、植物源生长调节剂的研
究。
2　植物次生代谢产物生物合成及其分子调控研究
随着分子生物学技术的迅猛发展和各学科的广
泛交叉与融合，植物次生代谢产物生物合成及其分
子调控研究已经成为植物资源学领域研究的前沿和
热点[2~8]，合成途径和调控机制的阐明可以使植物资
源得到更加科学的开发利用和保护。很多植物的次
生代谢产物虽然具有活性，但在植物体中的含量相
对较低，并且一些活性极高的药用植物资源稀少，
用化学方法合成某些化合物难度极大，通过研究次
生代谢产物生物合成途径，可以利用分子调控方法
来提高它们的产量以满足人类的需求。
该方面工作的核心是植物化学成分的生源研
究，即阐明各类化学成分在体内生物合成的途径，
各种酶在过程中所起的作用以及过程中所产生的各
种中间产物并测定它们的结构。在生源研究中提出
了很多设想与途径，因而也形成了多种学说，如异
戊二烯法则、醋酸学说等，这些学说已在药用植物
有效成分的生物合成及其途径研究中得到了应用。
随着同位素示踪技术和化学技术的发展，生源研究
的进展更为迅速。生源研究的意义基本上可归纳为下
列几点：(1)了解各类成分的生物合成途径以及某种成
分最初由何种物质(这种物质称为前体Precursors)形成
和各种中间产物后，就可以人为地于植物中注入前
体或中间产物来增加所需成分的积累和产量，达到
人工控制、定向培育的目的；(2)从生源关系密切
的成分中来扩大生物活性物质的资源，如三萜类与
许多甾体衍生物类在生源上关系密切，甾体衍生物
类常具有多种生物活性，三萜类成分在植物界分布
广泛，故有可能从三萜类成分寻找具有广泛生物活
性的物质；(3)从生源学说来确定某类成分的结构类
别，如四环三萜类成分原分类不属于三萜，以后通
过生源关系的探讨，才明确地将它们划在三萜范围
内；(4)了解某类成分在植物体内的原始状态与代谢
途径后，就可以为植物成分的生物合成提供理论依
据，将能更好地对生产与实践(如生药的采收时间
与部位、有效成分的合成等)起指导作用。
次生代谢产物生物合成途径的研究方法包括：
放射性同位素标记、前体饲喂、酶学分析等。在
明确这些次生代谢产物生物合成途径的前提下，利
用分子生物学和基因工程技术克隆目标次生代谢产
284 生命科学 第17卷
物生物合成途径中的关键酶基因，并使其在细胞中
高效表达，实现人工控制有用次生代谢产物的生
产。如 2000年度资助的重点项目“棉酚、青蒿素
生物合成途径及调控的研究”对棉酚的生物合成途
径进行深入研究，棉酚对棉花的抗病抗虫能力和棉
籽品质有重要影响，研究阐述了棉酚途径几步关键
反应，克隆了三个关键酶基因，分别是法尼基二磷
酸合酶、(+) –δ–杜松烯合酶(CAD1)和 (+) –δ–杜松
烯 –8–羟化酶(CYP706B1)，它们催化棉酚合成途径
的前三步反应，其中(+) –δ–杜松烯的形成和 8位羟
基化是棉酚合成的关键步骤；课题组还克隆了棉花
根特异表达的分泌型漆酶GaLAC1，该酶可能催化
棉酚与细胞壁的关联，可用于环境的植物修复。
细胞大量培养是利用培养细胞自身酶系统生产
药用组分的一种技术，是生物技术可持续开发名贵
珍稀药用资源的一个重要方面。迄今为止，研究人
员已经对紫草、人参、黄莲、毛地黄等 1 000多种
植物细胞进行过大量培养。次生代谢产物有数万
种，是地球上最丰富的有机化合物库。人类利用植
物次生代谢产物已有很长的历史，但植物次生代谢
关键酶的克隆和分子调控研究却是一个年轻而又活
跃的领域。
3　环境因子对植物次生代谢产物合成和积累的影响
植物的次生代谢是植物长期适应环境变化而形
成的代谢过程，这个过程不同于初生代谢，具有显
著的种属、器官、组织以及发育时期特异性，而
且代谢产物的种类和数量明显受到环境的影响，次
生代谢产物在植物提高自身保护和生存竞争能力、
协调与环境关系上充当着重要的角色[9]。对植物次
生代谢及其产物与环境之间关系的阐明，可以增进
对植物与环境之间相互关系的深入了解。近年来，
该方面的研究已受到重视，研究者已经认识到植物
次生代谢及其产物与环境之间关系的深入探讨在植
物次生代谢研究领域以及植物资源学、植物生态学
中的重要地位，相应工作有逐年增加的趋势。研究
植物次生代谢产物的合成途径及其分布规律，特别
是与环境因子的相互关系，对于从天然资源中“高
效”获取药用物质具有重要的实践指导意义。根据
生物活性成分在植物器官中的分布规律，可以通过
调控主要生态因子获得更多的生物活性成分或提高
其含量，并以此改进栽培技术。2000年资助的面
上项目“喜树幼苗中喜树碱代谢及其环境调控”研
究了喜树碱合成、积累与环境的关系，发现喜树碱
含量与气候因子密切相关，土壤干旱、光照不足、
养分亏缺等都可导致幼苗叶片喜树碱含量增加。
目前该方面的研究还处在初级阶段，很多项目
研究了光照、温度、水分、C O 2浓度、p H 值等
环境因子对植物次生代谢产物生物合成和累积在宏
观上的影响，优选出最佳的环境因子。随着对次生
代谢生理生化及生态适应方面认识的深入，以及分
子生物学手段的渗透和植物功能基因组的发展，探
讨植物基因的表达、调控与环境的关系成为可能，
在探讨环境影响次生代谢产物形成的过程中，对次
生代谢产物含量、次生代谢关键酶活性、关键酶编
码基因的表达同步进行测定，从终产物、蛋白质、
核酸三个水平同时入手并分析它们的对应关系，将
可以阐明植物从接受环境信号到做出适应反应(产生
次生代谢物以应对环境)的过程和分子机制[9]。
4　植物体内生菌与植物次生代谢产物的关系
几乎所有的植物都有一定种类的微生物存在于
其组织或细胞内，这些微生物就是植物内生菌
(endophyte)。内生菌(endophyte)一词由 De Bary
(1866)首先提出[10]，是指那些在其生活史的一定阶
段或全部阶段生活于健康植物的各种组织和器官内
部的真菌或细菌，被感染的宿主植物(至少是暂时)
不表现出外在病症，可通过组织学方法或从严格表
面消毒的植物组织中分离或从植物组织内直接扩增
出微生物DNA的方法来证明其内生[11]。植物与内生
菌之间存在着各种各样的关系，包括寄生、共生
等。由于内生菌生活在没有外在感染症状的健康植
物组织内部，长期以来其存在和作用一直为人们所
忽视。自 20世纪 30年代，人们发现造成畜牧业重
大损失的牲畜中毒是由于食用了感染内生菌的牧
草，内生菌的研究才得以广泛开展起来。内生菌在
植物中分布广、种类多，在植物的生长发育、抗
逆境、抗病毒、抗动物危害等方面有重要的生理学
和生态学作用 [12]。研究表明，内生菌能产生与宿
主植物相同或相似的具有生理活性的代谢产物。近
年来，分离具有植物生理活性成分的内生菌已成为
一个新的研究热点，同时，对内生菌的研究也可能
从中得到一些新的化合物，它们或许有更加新颖的
结构，有可能成为具有活性的先导化合物。
目前国内该方面的研究主要着重于两个方面：
(1)直接从内生菌中筛选具有生物活性的次生代谢产
物，运用植物化学提取分离的方法与生物活性筛选
相结合，发现具有活性的内生菌，通过基因工程等
方法筛选高产菌株，最后使内生菌发酵培养生产。
(2)研究内生菌对植物活性次生代谢产物累积的调控
作用，例如 1999年资助的“黄花蒿内生菌株产生
青蒿素合成促进物研究”项目，探讨了黄花蒿内生
菌和青蒿素类化合物的关系，发现内生菌发酵液对
黄花蒿愈伤组织的生长和青蒿素的累积有促进作
285第3期 方　颖，等：我国资源植物化学与天然产物化学基础研究的现状与发展
用，并从内生菌代谢产物中得到几个新的化合物；
2004年资助的“黄花蒿内生炭疽菌产生的激素样物
质研究”在前一项目研究成果的基础上，对黄花蒿
发根细胞增殖和青蒿素合成积累都有明显促进作用
的激素样物质进行深入研究，明确该物质的结构及
其对植物生长和次生代谢的调节作用。国内已有多
个研究小组对植物内生菌进行研究，涉及蒿属植
物、滇重楼、红豆杉属植物、铁皮石斛、金线莲、
锦鸡儿、长春花等十几种植物。我国内生菌的研究
与国外相比，除少数几个研究小组进展较快，多数
处于起步阶段。
5　结　语
近年来，各种生物化学和分子生物学技术在该
领域广泛应用，学科交叉日渐深入，资源植物化学
和天然产物化学领域的研究从宏观向微观发展，从
化学成分研究逐步向分子水平的作用机理、分子调
控等方面深入，实验室技术设备配置不断完善，研
究人员的素质不断提高，中青年科研人员承担起重
任，研究领域向多方面发散开展，各方面的工作进
行得如火如荼，而我国加入WTO后对于创新药物
的迫切需求更是大大推进了植物资源化学和天然产
物化学的发展。从研究对象来看，大多数的研究都
是针对具有药用价值的植物、动物和微生物，体现
了当前研究天然药物的热潮。同时，此领域也存在
一些问题：(1)大部分研究创新能力不足，还需进
一步深入；(2 )从事前沿研究的队伍仍需加强；(3)
经费投入严重不足。今后我国应加强该领域基础研
究的资助，从源头上确保生物资源的合理保护和开
发利用。
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