萜類化合物的功能和經(jīng)濟價值

萜類化合物的功能和經(jīng)濟價值摘要:萜類化合物在植物的生命活動中扮演著重要的角色,在天然產(chǎn)物中所占比重最大,其中很多植物化感作用的關(guān)鍵物質(zhì),并廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥生產(chǎn)等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞:萜類化合物;功能;經(jīng)濟價值1萜類化合物概述萜類化合物(Terpenoids)是所有異戊二烯聚合物及其衍生物的總稱。萜類化合物中的烴類常單獨稱為萜烯。萜類化合物除以萜烯的形式存在外,還以各種含氧衍生物的形式存在,包括醇、醛、羧酸、酮、酯類以及甙等。萜類化合物在自然界中分布廣泛,種類繁多,估計有1萬種以上,是天然物質(zhì)中最多的一類。萜類化合物在植物界中普遍存在。常見含萜類化合物的植物類群有:薔薇科(Rosaceae)、藜科(Chenopodiaceae)、天南星科(Araceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、蘿科(Asclepi-adaceae)、莎草科(Cyperaceae)、禾本科(Gramineae)、柏科(Cu-pressaceae)、杜鵑科(Ericaceae)、木犀科(Oleaceae)、木蘭科(Magnoliaceae)、樟科(Lauraceae)、胡椒科(Piperaceae)、馬鞭草科(Verbenaceae)、馬兜鈴科(Aristolochiaceae)、蕓香科(Ru-taceae)、唇形科(Labiatae)、菊科(Compositae)、松科(Pinaceae)、傘形科(Umbelliferae)、桃金娘科(Myrtaceae)等。2萜類化合物的功能近年來,隨著對萜類化合物(尤其是高等植物的)研究深入,人們發(fā)現(xiàn)它們在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮的作用越來越突出,遂引起人們的極大關(guān)注。2.1增強植物的抗病能力在植物群落中,萜類化合物所起的抗病殺菌作用是十分明顯的。木本植物的心材部分含有較高的萜類和酚類物質(zhì),具很強的抗腐性。洋蔥與豌豆間種,洋蔥產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)可殺死豌豆的黑斑病菌,而倍半萜植物抗毒素如脫氧-6-甲氧基棉酚等對真菌有顯著的抑制作用。另外,類萜衍生物甘薯黑芭霉酮對真菌也同樣具有抗性,它是植保素中的一類物質(zhì)。楝科(Meliaeeae)植物中的三萜類化合物具有廣譜的抗病殺菌怍用,如從印度徠(Azadiracktaindica)種子中分離得到的一系列四環(huán)三萜類的抗菌化合物。2.2幫助植物抵御天敵萜類化合物通過直接和間接兩種方式抵御天敵的侵害。直接方式指植物在抵御天敵,如昆蟲和植食動物的侵食過程中,釋放萜類物質(zhì)作為阻食劑和毒性物質(zhì)對敵害直接產(chǎn)生阻食和毒害作用。許多萜類化合物都是良好的阻食劑,如棉酚、蓼二醛等。棉花植株各組織器官的色素腺內(nèi)廣泛存在著萜類化合物,包括棉酚、半棉酚酮等,這些萜類化合物可以抵抗煙芽夜蛾和紅鈴蟲的活性。胡盧巴(又名香草)與棉花為鄰,胡盧巴的特殊香味能使棉蚜望而生畏,還有檸檬烯,可使柑桔免受一種食葉蟻的侵害。間接方式是指植物所產(chǎn)生的萜類化合物并不直接對危害自身的植食性昆蟲產(chǎn)生毒害作用,而是被釋放到周圍的環(huán)境當中,從而引誘植食性昆蟲的天敵前來而解救自身。近年來發(fā)現(xiàn)了兩種萜烯同系物(3E)-4,8-二甲基壬烷-1,3,7-三烯和(3E,7E)-4,8,12-三甲基-十三烷-1,3,7,I1-四烯,研究表明,它們是植物尋求間接自我保護的次生代謝產(chǎn)物。Dicke等的實驗表明,利馬豆(Phaseoluslunarus)被螨蟲(Tetranychusurtiae)侵襲后釋放出的大量萜類化合物,主要通過上述兩種物質(zhì)引來螨蟲的天敵——雌性捕食螨。同樣,Turlings等人發(fā)現(xiàn),玉米苗(Zeamays)代謝物中的上述兩種物質(zhì)也可有效地誘導(dǎo)害蟲洋喇子(Spodopteraex“口)的天敵——雌性寄生胡蜂(Cotesiam0rginiventris)找到它們的寄生處,以保自身。黃瓜受到草食性動物侵食時,也能釋放出(3E)-4,8-二甲基壬烷-1,3,7一三烯,引來其天敵——肉食性動物。2.3維系植物與其他生物類群的互惠關(guān)系植物所產(chǎn)生的香氣,其化學(xué)成分十分復(fù)雜,但多屬于類萜、酚性化合物,它們具有刺激昆蟲取食或起昆蟲性信息素的作用,因此香氣往往成為很好的引誘劑,引誘昆蟲前來取食或“交尾”,從而實現(xiàn)授粉,為某些種群能夠穩(wěn)定的繁衍下去提供了保證。從桑蠶食性的研究中發(fā)現(xiàn),桑葉中含有幾種揮發(fā)性的單萜化合物檸檬醛、乙酸松油酯、芳樟醇等,這些物質(zhì)對桑蠶具有引誘作用,在3CO1內(nèi)桑蠶幼蟲嗅到這些化合物的氣味,就能做正趨向定位運動。Hopkins等研究表明,植物花粉中直鏈三烯酸是極強的誘蜂次生代謝產(chǎn)物,具有同功作用的還有香葉烯、桉樹腦、香茅醛等氣味引誘劑。香氣是蟲媒花植物為維護與之授粉的昆蟲之間的特殊互惠關(guān)系而產(chǎn)生的。同時,蟲媒花植物還生成其他的次生代謝物質(zhì)(如花色甙等),使花色豐富多彩,以吸引昆蟲。2.4化感作用化感作用是指植物或微生物的代謝分泌物對環(huán)境中其他植物或微生物的有利或不利的作用。萜類化合物在化感物質(zhì)中占有很大比例,其作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。24.1抑制種子萌發(fā)及幼苗生長無論以何種方式從植物體釋放出來的萜類化合物,都對植物種子和土壤微生物產(chǎn)生作用,這種作用足以引起生物群落的量甚至質(zhì)的變化。長期以來,某些萜類化合物,如一些單萜類能強烈抑制種子萌芽和幼苗生長已被公認,但一般認為,單獨某種化合物的抑制作用較低,而混合物的作用較強。Popov對24年生油松(Pinustabulaeformis)、白樺(Betulaplatyphlla)混交林的研究表明,樺葉的水浸液和揮發(fā)性物質(zhì)在高濃度下能抑制松樹種子發(fā)芽勢及幼苗生長,其中主要是萜類化合物起作用。還有人通過研究發(fā)現(xiàn),揮發(fā)物對種子和幼苗根區(qū)的危害作用比受害蟲和真菌的襲擊更為明顯,其作用機理目前還不明確,有待于進一步研究。2.4.2調(diào)節(jié)群體密度——自毒作用植物萜類化合物作為化感物質(zhì)不僅僅只對其他植物的生長有影響,有時還抑制自身幼苗的生長發(fā)育,也稱自毒作用。早在1836年撰寫的《馬首農(nóng)言》中就記載“不怕重種谷,只怕谷重谷”。天津地區(qū)的農(nóng)諺云“谷重谷,白受苦”,這都說明存在農(nóng)作物連作減產(chǎn)的現(xiàn)象,其原因在于農(nóng)作物的根部能分泌有毒物質(zhì)積于土壤中產(chǎn)生自毒作用。駱世明等對茶樹和蟛蜞菊的研究證實,植物本身產(chǎn)生的毒性物質(zhì),如倍半萜內(nèi)酯等,可影響群體密度,并且這種自毒作用有利于自然選擇。24.3影響種群格局和群落演替植物種群格局的形成受多方面因素影響,如競爭、環(huán)境條件及化感作用等因素。植物分泌的化感物質(zhì)對自身及其周圍環(huán)境起抑制或促進作用,這樣可形成具有一定分布、一定密度和一定種間組合的空間格局。這種現(xiàn)象的實例很多。2O世紀7O年代.Muller對加州常綠硬濃密闊葉灌叢群落的研究發(fā)現(xiàn),緊挨著灌叢的是l~2m寬的裸帶,再外是發(fā)育不全的矮小草本,而后才是茂盛的燕麥屬(Arena)和雀麥屬(Bromus)的草本植物。最后查明格局的成因,是由于灌木通過分泌萜類化合物抑制了周圍的草本植物生長。Muller等人關(guān)于鼠尾草(Salviaspp.)及加州蒿(Artemisiacalifornica)抑制周圍禾草生長而形成裸地圈的研究表明,土壤中的萜類化合物.如按樹腦和莰烯酮是這種現(xiàn)象的成因。據(jù)Muller研究,北加利福尼亞草原曾是由野燕麥(Arenatua)和毛雀麥(Bsomusmollos)構(gòu)成的一年生草本植物群落,以后由于生長在其周圍的芳香性鼠尾草屬灌木和蒿屬的葉中分泌出樟腦和桉樹腦等萜類化合物,抑制了其他草本植物生長,進而逐漸代替了一年生草本群落】。在人工草場中,多年生菊科植物細葉亞菊(Alaniatenltifolia)是一種雜草,其地上部分揮發(fā)油的有效成分為樟腦、桉樹腦、一蒎烯等8種主要化學(xué)成分,能抑制垂穗披堿草種子萌發(fā)及幼苗生長過程中的生理生化作用,從而導(dǎo)致垂穗披堿草生長受阻及大量細葉亞菊的入侵。桉樹產(chǎn)生的萜類化合物能抑制許多植物的根系發(fā)育,蘋果、梨、桃樹均不宜栽種。在高等植物中已觀察到大量的化感現(xiàn)象,植物種群可通過化感作用來應(yīng)付其他種群的競爭或避免與其他種群的競爭,從而維護自己種群的穩(wěn)定性。化感作用可使植物種群在生存競爭中處于優(yōu)勢地位,利于種群的擴大、繁衍,也可以促進或延緩演替的過程。3萜類化合物的經(jīng)濟價值3.1藥物的有效成分人們利用次生代謝產(chǎn)物入藥治病具有悠久的歷史。萜類化合物是中藥具有臨床療效的重要有效成分。例如,梓醇是地黃降血糖的主要成分,而穿心蓮內(nèi)酯是穿心蓮清熱船毒、消炎止痛的有效成分,中藥青蒿中的青蒿素對惡性瘧疾有速效作用。從芫花根莖中提出的芫花酯甲素和乙素已被證明具有良好的引產(chǎn)作用,并早已用于臨床。此外,許多新的二萜衍生物,如冬凌草素、雷公藤內(nèi)酯等都具有一定的抗癌活性。近年來的研究表明,白樺三萜類物質(zhì)(TBP)具有良好的抗腫瘤作用。從短葉紅豆杉(Taxusbrevifolia)中分離出的二萜類化合物——紫杉醇(taxo1),具有良好的抗癌活性和獨特的作用機理——抑制微管懈聚和穩(wěn)定聚合狀態(tài)的微管結(jié)構(gòu)。還有許多萜類具有防病治病的作用,如樟腦在醫(yī)藥上主要作為強心藥和刺激劑,它是最重要的萜酮類。龍腦同蘇合香酯配合制成的蘇冰滴丸,可用于治療冠心病心絞痛,還可用于發(fā)汗祛痰、防治霍亂以及外科治療方面。中藥的龍膽草可用于瀉肝膽實火,其中所含龍膽苦甙即是有效成分之一。有的萜類化合物還有輔助藥物吸收的作用,如不同濃度的杜香萜烯對安定的體外透皮吸收具有一定的促進作用?？傊?萜類成分的生物活性是多方面的,不但是某些中藥的主要有效成分,而且也越來越被西藥所關(guān)注,并已用于生產(chǎn)。32工業(yè)上的利用除了作為藥物的有效成分外,萜類及其合成產(chǎn)物也越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè),并且收到了很大的經(jīng)濟效益,越來越被人們所關(guān)注。許多萜類化合物都是香料工業(yè)的重要原料,龍腦具有胡椒而又似薄菏的香氣,是重要的香料原料。姜的根莖是常用的食品凋昧香料,其中含有姜烯、姜黃烯、麝子油烯、水芹烯等萜類化合物。松節(jié)油的主要成分是蒎烯和13-蒎烯,二者都是香料工業(yè)的重要原料,而且,純度很高的13-蒎烯價格不亞于黃金價格。此外,由優(yōu)級松節(jié)油或蒎烯和苯酚共聚而制得的一種酚改性的萜烯樹脂——萜烯酚樹脂,可用于油漆、膠粘劑、橡膠等工業(yè)部門,是天然橡膠等的優(yōu)良增粘劑。3.3農(nóng)業(yè)上的利用眾多的次生代謝產(chǎn)物還是良好的除草劑和天然的殺蟲劑,其中萜類化合物起著關(guān)鍵作用。玄參科寄生植物獨腳金所分泌的獨腳金酚(具有兩個內(nèi)酯的萜類化合物)、桉樹腦等就是良好的除草劑。萜類化合物具有殺蟲劑作用,是由于它可作為拒食劑和毒性物質(zhì)或由于它作為一種昆蟲繁衍的調(diào)節(jié)物,如鬧羊花素-Ⅲ-四環(huán)二萜類化合物對斜紋夜蛾(dopteraliture)和雜擬谷盜(Triboliumconfusum)等具有強烈的毒殺和生長發(fā)育抑制作用。從殺蟲植物除蟲菊[Chysanthe—mumcinerariaefolium(Pyrethrumcinerariaefolium)]中分離得到的除蟲菊內(nèi)酯(pyrethrosin)——大環(huán)倍半萜內(nèi)酯,是良好的天然殺蟲劑。當今農(nóng)藥市場中的兩大殺蟲劑品種之一就是擬除蟲菊酯類。楝科植物對菜粉蝶(Pierisoccidental)和粘蟲(Meucaniaseparata)等昆蟲有強烈的殺蟲作用,其中主要作用成分是一種呋喃三萜類化合物——川楝素。大自然提供的天然物質(zhì)或模擬天然物人工合成的化學(xué)品,一般說來是無毒的或環(huán)境毒性較小,利用這些物質(zhì)除草、殺蟲,對保護環(huán)境、維系系統(tǒng)的功能與平衡是極為有益的。4結(jié)語總之,萜類化合物無論是對人類還是植物自身都具有重要意義。一方面,在發(fā)揮保護植物自身作用的同時,又可對環(huán)境產(chǎn)生影響,從而影響植物群落甚至生態(tài)系統(tǒng)的演變;另一方面,它的經(jīng)濟價值正逐漸向人