综述:激发子影响下植物次生代谢产物的合成及其在胁迫管理中的应用与体外增产技术

【字体: 时间:2025年08月31日 来源:Physics of Life Reviews 14.3

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  这篇综述系统阐述了植物次生代谢产物(如黄酮类、萜类、生物碱)通过MEP、MVA和莽草酸等通路合成的分子机制,重点分析了激发子(生物/非生物)通过ROS、Ca2+内流和MAPK级联激活防御信号转导的过程,并探讨了CRISPR-Cas9、纳米技术和植物组织培养在医药农业领域的应用前景。

  

植物次生代谢产物的防御密码

生物合成途径的精密调控

植物通过甲基赤藓糖醇磷酸(MEP)、甲羟戊酸(MVA)和莽草酸三条核心通路,构建出黄酮类、萜类和生物碱等次生代谢产物军团。当遭遇病原体侵袭或干旱胁迫时,这些化合物如同化学盾牌——例如紫杉醇通过MEP通路组装,而吗啡则经由莽草酸途径诞生。特别值得注意的是,环境压力会促使植物将初级代谢产物重新调配至这些防御武器的生产线。

激发子:胁迫信号的分子钥匙

生物激发子(如真菌几丁质)与非生物激发子(如UV辐射)通过模式识别受体(PRRs)激活双重防御系统:一方面触发NADPH氧化酶爆发活性氧(ROS),另一方面引发钙离子(Ca2+)波浪式内流。这些信号通过MAPK磷酸化级联,最终唤醒NAC、MYB等转录因子家族,指挥苯丙烷途径等代谢兵团开足马力生产防御物质。最新研究发现,纳米银粒子作为新型人工激发子,能使紫草素产量提升3.8倍。

逆境下的代谢工程革命

在盐胁迫下,甘草细胞将合成资源转向黄酮类积累;而紫外线则像精准的分子剪刀,定向修剪出特定构型的花青素。CRISPR-Cas9技术已成功编辑CYP450基因家族,使长春花碱合成效率提升200%。植物组织培养技术更创造出惊人记录:采用真菌寡糖诱导的人参毛状根,皂苷含量可达野外植株的17倍。

绿色制药的未来战场

茉莉酸甲酯(MeJA)与水杨酸(SA)的协同作用,如同精准的代谢开关——在丹参悬浮细胞中,这种组合可使丹参酮ⅡA产量提高9倍。而基于多组学分析的智能调控系统,正在实现代谢通路的人造昼夜节律控制。这些突破性进展,为抗肿瘤药物规模化生产提供了可持续的"植物工厂"解决方案。

结论与展望

次生代谢网络的解码仍面临三大挑战:受体-激发子识别机制的黑箱、代谢流分配的动态平衡规律,以及转基因植物的生态风险评估。将合成生物学与纳米材料技术结合,或许能设计出可编程的"智能激发子",最终实现植物防御系统的人造操控。

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