植物逆境生理第三章植物毒素及其生態(tài)意義

1、第三章 植物毒素及其生態(tài)意義,第一節(jié) 非蛋白質氨基酸及其生態(tài)意義第二節(jié) 生氰糖苷及其生態(tài)意義第三節(jié) 生物堿及其生態(tài)意義第四節(jié) 蛋白質毒素及其生態(tài)意義第五節(jié) 不含氮毒素及其生態(tài)意義第六節(jié) 植物毒素的致毒機理及動物的解毒方式,第三章 植物毒素及其生態(tài)意義,裸子植物最早出現(xiàn)在石炭紀（距今約3.5億年），到三疊紀達到了鼎盛時期。被子植物在侏羅紀出現(xiàn)（約1.8億年），到了第三紀已很繁盛。隨著綠色植物的出現(xiàn)和發(fā)展，以植物為食的各類動物

2、也隨之產(chǎn)生和發(fā)展起來。因此，植物在生存和發(fā)展中，除了要和自然環(huán)境斗爭外，還要和各種取食者進行斗爭。植物的有毒成分是植物自身合成的，能對取食者產(chǎn)生一定的傷害。習慣上常把植物的有毒成分稱為植物毒素（plant toxin）。毒素是植物最有效的防御武器，當植物被摸碰或被吃掉時，這種毒素便發(fā)揮作用。有趣的是，植物毒,素大部分集中在最易受襲擊的部位，如植物的果實和花。植物毒素的種類繁多，結構多種多樣，除少數(shù)是蛋白質外絕大多數(shù)是植物次生物質

3、，主要的毒素有非蛋白質氨基酸、生氰糖苷、生物堿、蛋白質毒素和不含氮毒素等幾類。,第三章 植物毒素及其生態(tài)意義,第一節(jié) 非蛋白質氨基酸及其生態(tài)意義,第一節(jié) 非蛋白質氨基酸及其生態(tài)意義,一、堿性非蛋白質氨基酸二、酸性非蛋白質氨基酸三、芳香和雜環(huán)非蛋白質氨基酸四、含硒氨酸五、具神經(jīng)毒性氨基酸六、非蛋白質氨基酸的生態(tài)意義,第一節(jié)    非蛋白質氨基酸及其生態(tài)意義,組成蛋白質結構單位的氨基酸稱為蛋白質氨

4、基酸，現(xiàn)知共有20種。在植物中除上述20種外還存在其他氨基酸，已分離鑒定了400余種非蛋白質氨基酸（non-protein amino acid），它們在植物體內大多數(shù)呈非結合狀態(tài)，其中有不少是有毒的，它們多數(shù)存在于豆科植物的種子中。從結構上看，有毒的非蛋白質氨基酸多數(shù)是蛋白質氨基酸的模擬物。被動物食入后，能被當作相應的蛋白質氨基酸而被組入到蛋白質中，引起結構和功能的改變，從而帶來嚴重的后果。谷氨酸和g-氨基丁酸是神經(jīng)遞質，與這些氨基酸

5、結構相似的非蛋白質氨基酸能引起,動物某些神經(jīng)癥狀而帶來傷害。 有很多游離的非蛋白質氨基酸對動物是有毒的，但進行過較深入研究的大約有20多個，按其結構和功能可分為下面幾類。,一、堿性非蛋白質氨基酸,在pH 7時能攜帶凈正電荷的都歸于這一類，它們多帶有2個或2個以上的氨基酸基團。（一）刀豆氨酸（canavanine）和副刀豆氨酸（canaline）H2N—C(=NH)—NH—O—CH2—CH2—CH(NH2)—CO2H刀豆氨

6、酸H2N—O—CH2—CH2—CH(NH2) —CO2H副刀豆氨酸H2N—C(=NH)—O—CH2—CH2—CH2—CH(NH2)—CO2H 精氨酸,豆科蝶形亞科的許多種子中都含有刀豆氨酸，而在云實亞科和含羞草亞科以及其他亞科的植物中并沒有發(fā)現(xiàn)。洋刀豆（Canavalia anssifformis）種子分析表明，刀豆氨酸以游離狀態(tài)存在，含量為鮮重的3.6%～6.2%。而在大果豆（Sioclea megacarpa）的種子中刀豆氨

7、酸含量可達鮮重的7％～10％。我國南方栽種的海刀豆（C.maaritima）攀緣騰本莢果長10 cm，可菜用，種子和豆莢有毒，種子含刀豆氨酸0.2%～4.4%，常有因加工不當而發(fā)生中毒的。,刀豆氨酸對廣譜生物都是有毒的，能抑制某些細菌的生長，能被組入到鏈球菌（Staphylococcus aureus）的蛋白質中。刀豆氨酸還抑制了霉菌、酵母和藻類的生長，對高等植物和動物的生長發(fā)育也有影響。Allende(1964)用小鼠肝核糖體制劑做實

8、驗，發(fā)現(xiàn)刀豆氨酸被組入刀蛋白質中了。刀豆氨酸對小鼠的毒性濃度為200 mg/kg體重。取食刀豆氨酸的玉米螟，蛋白質含量降低，氨基酸含量上升，精氨酸酶活性也稍有降低。,副刀豆氨酸是在研究刀豆的提取物時發(fā)現(xiàn)的，它也是個游離的非蛋白質氨基酸。副刀豆氨酸有一個自由的氨氧基基團，和鳥氨酸的氨氧基相同。副刀豆氨酸對煙草天蛾（Manduca Sexta）是有毒的，能使其生長緩慢，雌蟲卵巢萎縮，出現(xiàn)畸形的蛹和成蟲。副刀豆氨酸能顯著地抑制含有磷酸吡多醛的

9、酶的活性。僅10 mmol/L的副刀豆氨酸就能完全抑制谷氨酸－草酰乙酸和谷氨酸－丙酮酸轉氨酶的活性。副刀豆氨酸可能和這些酶的輔基結合，從而產(chǎn)生抗代謝作用。從含有刀豆氨酸的原料中都能分離到副刀豆氨酸。,（二）高精氨酸（homoarginine）H2N—C(=NH) —NH—(CH2)2—CH(NH2)CO2H高精氨酸 香豌豆（Lathyrus）的許多種都含有高精氨酸，Bell(1962)在這個屬的49個種中，發(fā)現(xiàn)有36種含

10、有這個非蛋白質氨基酸。Rao等（1963）從3 kg的山黎豆（L.sativus）的種子粉中分離出2.8 g高精氨酸，大約含量為0.1%。從百脈根屬（Lotus）的L.helleri種子里也分離出這個氨基酸。 高精氨酸在培養(yǎng)基中以8 g/ml就能抑制鏈球菌（Streptococcus aureus）生長的50%，它對小球藻（Chlorella vulgaris）的毒性要,高于刀豆氨酸，對大腸桿菌則有劇毒。高精氨酸對昆蟲也是有

11、毒的，但毒性低于刀豆氨酸。把25 mmol/L 的高精氨酸注入5齡煙草天蛾血淋巴中，雖然蛹化但嚴重殘缺畸形。把約5％的高精氨酸加入到四紋豆象（Callosobruchus maculates）的飼料中，阻止了蛹的羽化，若以接近自然含量（約1％）加入到飼料中，則沒有明顯的影響。高精氨酸對刀豆氨酸有明顯的制約作用，能替代精氨酸來減緩刀豆氨酸的傷害作用。它對哺乳動物的毒性似乎不是很明顯的，但這方面也卻少深入研究。高精氨酸的功能可能是作為精氨酸

12、的抗代謝物和競爭者而起作用。,香豌豆屬含異常游離氨基酸非常豐富，已分離和鑒定出至少有12種之多。還有?-N-(?-谷氨酰)氨基丙腈（C?C—CH2—CH2NH—C(O) —CH2—CH(NH2) —CO2H）,它是從香豌豆屬分離出的第一個有毒游離氨基酸，當小鼠和大鼠取食這種氨基酸時，產(chǎn)生骨骼異常和出現(xiàn)動脈瘤。后來證明它的毒性是其結構中的?-氨基丙腈（?-N?C—CH2—CH2—NH2）引起的。腈化物干擾了膠原蛋白和彈性蛋白的交聯(lián)作用。

13、 ?,?-二氨基丁酸（H2N—CH2—CH2CH(NH2)CO2H）最早是從L.latifolius分離出來的，并證明對小鼠有毒，它是鳥氨酸的同系物，在哺乳動物肝臟里抑制了鳥氨基轉氨甲酰酶的活性。,（三）羥基精氨酸（hydroxy-arginine）和羥基高精氨酸（hydroxy-homoarginine）H2N—C(=NH) —NH—CH2—CH(OH) —CH2—CH(NH2)CO2H羥基精氨酸H2N—C(=NH)

14、 —NH—(CH2)2—CH(OH) —CH2—CH(NH2)CO2H羥基高精氨酸 羥基精氨酸最早是從海洋動物紫輪海參（Polycheira refescens）中分離的，是含有一個羥基化的亞甲基團的精氨酸同系物。接著又在日本?？?Anthopleura japonica)中找到它。在野豌豆屬（Vicia）中至少有17個種含,有這個氨基酸。它的水解產(chǎn)物是尿素和羥基鳥氨酸。也已從歪頭菜（V.unijuga）種子中分離出了羥基鳥氨酸，

15、含量約為其干重的1％。 Bell(1962)在研究香豌豆種子的游離氨基酸時，在提取物中發(fā)現(xiàn)了羥基高精氨酸，后來在其他豆科植物如兵豆（Lens culinaris）和豌豆（Pisum sativum）中也發(fā)現(xiàn)了這個氨基酸。 對這兩種非蛋白氨基酸的毒性和生物功能了解尚少，但其結構類似于精氨酸，推測它們可能作為精氨酸的抗代謝物而起作用。,（四）木藍氨酸（indospicin）H2N—C(=NH) —NH—O—CH2—CH2

16、—CH2—CH2—CH(NH2) —CO2H木藍氨酸 木藍屬（Indigofera）的穗花槐藍（I.spicata）是熱帶的一種豆科植物，有高含量的粗蛋白質，味可口，并有固氮能力，曾引起人們很大興趣，考慮將它開發(fā)為飼料作物。但很快發(fā)現(xiàn)它能引起動物的流產(chǎn)和肝損傷。Pearn(1967)研究了1000頭食用了穗花槐藍大鼠的胚胎，發(fā)現(xiàn)食用這種植物造成了嚴重的胚胎病癥候群，包括次生腭裂和侏儒化，其大小只有正常胚胎的一半但各部分比例

17、正常。穗化槐藍還能引起不同程度的急性肝損傷。1970年,Pearn又用提純的木藍氨基酸做實驗，在大鼠妊娠11天胃管給藥，每克體重2 mg，實驗5頭。其中兩只雌鼠的胚胎在妊娠的21天死于子宮內。另3只得到16只胚胎，其中13只有腭裂，而對照的10只全部是正常的。DNA、RNA和蛋白質含量有些增加，但增加的75％是水的潴留。木藍氨酸對牛羊亦有劇毒，能引起肝損傷和懷孕動物流產(chǎn)等。 我國南方木藍屬植物有野青樹（I.suffrutic

18、asa），小灌木，可提取靛藍染料，全株有毒。鐵箭巖陀（I.hendecaphylla）亦全株有毒，誤食后造成家畜肝脾損傷，嚴重者可致死。,木藍氨酸也是精氨酸的同系物，能被食入的動物誤組入蛋白質中，從而帶來嚴重的后果。木藍氨酸引起動物的某些傷害，可被同時注入等量的精氨酸所減輕，而不受同時注入的刀豆氨酸所影響。,二、酸性非蛋白質氨基酸,含有二羧基的非蛋白質氨基酸有氨基草酰氨基丙酸和草酰二胺丙酸，本節(jié)主要介紹前者。HO2C—C(O) —NH

19、—CH2—CH(NH2) —CO2H?-氨基-?-草酰氨基丙酸HO2C—C(O) —CH2—CH(NH2) —CO2H谷氨酸,?-氨基-?-草酰氨基丙酸是從香豌豆屬的多種植物種子中分離到的，它在結構上和谷氨酸類似，是谷氨酸的模擬物。它的毒害作用不是被組入蛋白質中，而是因谷氨酸是昆蟲神經(jīng)-肌肉接點處的一種神經(jīng)遞體，在神經(jīng)傳導中起著重要作用。?-氨基-?-草酰氨基丙酸滲入神經(jīng)組織后，能阻斷神經(jīng)沖動的傳遞，影響了谷氨酸的正常生理活動，從

20、而引起一系列神經(jīng)功能障礙。,三、芳香和雜環(huán)非蛋白質氨基酸,（一）鈴蘭氨酸（azetidine-2-carboxylic acid） 鈴蘭氨酸 脯氨酸,最早是從百合科歐鈴蘭（Convallaria majalis）的葉中分離出來的，接著又在蓼科的一種蓼Polygonatum officienale中得到，而且含量很高，占其干重的3％～65%，在何首烏（Polygonatum multiflorum）根莖內鈴蘭

21、氨酸中的氮構成了其非蛋白氮含量的75％。已測定了百合科的90個種，有1/3的種含有鈴蘭氨酸。我國北方各地廣為分布的鈴蘭（C.keiskei），兩張葉片，一只花莖，全株有毒，花和根毒性較大。后來還在石蒜科和龍舌蘭科植物中分離到。鈴蘭氨酸也存在于幾種豆科植物中。一種百合科植物Urginea maritima含1.7%的鈴蘭氨酸，它對?；页嵋苟辏⊿podoptera littoralis）是有抗性的。Hassid等（1976）從這種百合科,植

22、物的葉中分離和提純了鈴蘭氨酸，用實驗證明鈴蘭氨酸的一種蓼P.officinale的根莖中提取脯氨酸-tRNA合成酶，發(fā)現(xiàn)綠豆的脯氨酰-tRNA合成酶能以脯氨酸1/3的速度活化鈴蘭氨酸，是其同系物。Fouden（1963）也發(fā)現(xiàn)大腸桿菌和菜豆的脯氨酸活化酶能活化鈴蘭氨酸，并把它組入自身的蛋白質中，而含有鈴蘭氨酸的鈴蘭和何首烏的脯氨酰-tRNA合成酶不能活化鈴蘭氨酸，因而不會把它組入到自身的蛋白質中。當動物食入鈴蘭氨酸后，由于體內的脯氨酸活

23、化酶不能識別它，把它誤認是脯氨酸，于是合成了脯氨酰-tRNA并進而將其組入蛋白質中。帶有鈴蘭氨酸的異常蛋白質失去了正常蛋白質的生理功能，進而引起了組織器官的壞死。,(二) 黎豆氨酸（lathyrine） 黎豆氨酸 Bell(1961)在分析一種香豌豆種子游離氨基酸時，發(fā)現(xiàn)了一個新的茚三酮染色呈橘紅色斑點，它是一個新的非蛋白質氨基酸，被命名為Lathyrine。黎豆氨酸在這種香豌豆的

24、種子里含量為2.11%，在這個屬的其他種中含量約在0.22%～0.52%之間。至今黎豆氨酸對其他生物的影響知道得還不多，但對其生物合成還,有些研究。高精氨酸可能是黎豆氨酸的前體物。把14C標記高精氨酸注入這種香豌豆的莢果皮或莖中，4～6周后分析種子，發(fā)現(xiàn)標記碳被有效地轉入了羥基高精氨酸中，而轉入到氨基酸庫和黎豆氨酸的極少。當把標記的羥基精氨酸施給這個植物時，標記的碳進入了黎豆氨酸。由此看來其合成途徑可能是高精氨酸通過羥基高精氨酸變?yōu)槔瓒?/p>

25、氨酸。,(三) L-多巴（L-dopa）L-多巴 酪氨酸 L-多巴以游離的或結合的糖苷形式存在于許多豆科植物的種子中，如羽扇豆屬（Lupinus）、油麻藤屬(Mucuna)和野豌豆屬（Vicin）等。其他科如大戟科的一種大戟Euphorbia lythyrus分泌的膠乳中也有。但是，在篩選過的上千個種中，只有油麻藤屬種子含量在0.5%以上，這個屬種子的脫脂干粉多巴含,量在3.

26、1%～6.7%之間。Bell（1971）報道，油麻藤屬有6個種的種胚里含量達到了6％～9％。高含量的多巴是油麻藤屬的特征。它的大量存在干擾了昆蟲的酪氨酸酶（tyrosinase）正常功能。該酶能氧化酪氨酸成為多巴，并進而將多巴脫羧為多巴胺。這個反應是昆蟲體壁硬化過程中重要的一步。所以，含大量多巴的種子對昆蟲有劇毒。在巴西的森林里，相鄰的有兩種豆科植物，一種是含有多巴的油麻藤屬，另一種不含多巴。不含多巴的種子被豆象咬得蟲孔滿布，而含多巴的

27、種子則完好無損。,L-多巴對動物包括人也是有毒的。蠶豆也含有適量的L-多巴，多食后可誘發(fā)蠶豆?。╢avism），主要癥狀是溶血性貧血并伴有葡萄糖-6-磷酸脫氫酶活性的降低。L-多巴的存在和紅血球中還原性谷胱甘肽的缺失有相應關系。谷胱甘肽的降低明顯地使紅血球壽命縮短。有蠶豆病病史的人也缺少葡萄糖-6-磷酸脫氫酶活性。 有關多巴毒理的研究，多與把它作藥劑用來治療人的震顫性麻痹癥（Parkinson’s?。┯嘘P，患者慢性神經(jīng)紊亂，

28、運動失調。病人的腦和腦脊髓液中多巴胺濃度降低，若給予病人大量的L-多巴（每日8 g），能使病人癥狀顯著減輕。在體內L-多巴能被脫羧變?yōu)槎喟桶罚?能顯脫羧變?yōu)槎喟桶?，著增加腦中多巴胺的水平。采用這個措施能減緩震顫性麻痹病人的癥狀。L-多巴也用做診斷劑，來診斷多種神經(jīng)性功能障礙。 當把L-多巴喂給小鼠時，引起了腦中5-羥色胺濃度的降低，并使被處理的動物呈現(xiàn)過敏反應，產(chǎn)生跳動不安和打斗。 L-多巴由酪氨酸羥化而來，當以

29、14C標記的酪氨酸注給一種油麻騰（M.deeringina）的幼葉時，產(chǎn)生了標記的L-多巴。然而，在這種油麻藤的細胞培養(yǎng)實驗里，在組培的細胞里并沒有積累L-多巴，說明離體的細胞已不能像生活的高等植物那樣來儲存次生代謝物質了。,（四）含羞草氨酸（mimosine） 含羞草氨酸 含羞草氨酸最早是從含羞草（Mimosa phdica）的樹液中分離出來的，銀合歡屬（Leucaena）許多種的種子和

30、葉片中都含有它。含羞草氨酸現(xiàn)知僅存在于含羞草亞科的含羞草屬和銀合歡屬兩個屬中。在一種銀合歡L.leucoecphala的葉子中含量高達2%～5%，而在種子中可達9％。賴氨酸是含羞草氨酸合成的前體。含羞草氨酸能被土壤中和反芻動物瘤,胃中的微生物降解，末端產(chǎn)物是3,4-二羥基吡啶。銀合歡L.leucocephala是樹狀豆科植物，高可達10 m，原產(chǎn)墨西哥，現(xiàn)已廣泛分布于亞熱帶和熱帶地區(qū)，作為咖啡、茶和可可園的防護林帶，在貧瘠少雨的地方也能

31、很好生長，能提供木材和飼料。 含羞草氨酸對廣譜動物包括人都是有毒的，家畜中毒最顯著的癥狀是脫毛。馬，驢，騾和豬是特別敏感的。含羞草氨酸引起了鼠生長速率和生殖力的降低，也能抑制微生物如大腸桿菌和植物如一種菜豆的生長。含羞草氨酸抑制動物生長的效應能通過在食物中加入酪氨酸和苯丙氨酸而被阻止。含羞草氨酸能和吡多醛磷,酸作用，而吡多醛是酶的輔基，因而推測它可能干擾了一些酶的活性。已證明在動物組織中它抑制了酪氨酸脫氫酶的活性，也抑制了豬

32、心肌天冬氨酸-谷氨酸轉氨酶的活性。綠豆幼苗的生長能被含羞草氨酸強烈地抑制，但在體外，綠豆的天冬氨酸-谷氨酸轉氨酶的活性并沒有被含羞草氨酸所影響。這也許表明，植物中這個酶和輔基結合得更為牢固。 我國云南和廣東等地分布的無刺含羞草（M.invisa）是伏地草本植物，羽狀復葉，受觸時葉閉合。該植物全株有毒，有牛誤食后中毒死亡的報道。,（五）5-羥色氨酸（5-hydroxy-tryptophan，5-HTP） 5-

33、羥色氨酸 色氨酸 5-羥色氨酸是個有生理活性的胺，在哺乳動物中，它是由色氨酸羥化脫羧而來，5-羥色氨酸是其前體物。在植物中5-羥色氨酸首先是從西非的一種豆科植物Griffonia simplicifolia種子里分離出來的，含量很高，可達鮮重的6％～10％，并常伴有5-羥色胺。,葉片中也有，但含量低。5-羥色氨酸也存在于油麻藤屬植物以及香蕉等植物中。給兔注射5-羥色氨酸（60～100 mg

34、/kg），提高了腦中5-羥色胺的水平，并帶來一系列神經(jīng)性癥狀，顫抖，肌肉活動失調，并引起死亡?？诜@個非蛋白質氨基酸，也提高了腦和器官中5-羥色胺的水平，并帶來不良后果。 在西非，這種植物也是一種草約，還是一種催欲劑，并有防腐抗菌作用。取食了葉片的山羊能提高生育力。這些生理效應無疑和其含有大量的5-羥色氨酸有關。,（六）低血糖氨酸（hypoglycine）和亞甲環(huán)丙基甘氨酸（methylenecyclo propyl glycine

35、） 低血糖氨酸 亞甲環(huán)丙基甘氨酸 牙買加的一種無患子科植物Blighia sapida，其果肉常被食用，由此發(fā)生一種嘔吐?。╲ormiting sickness），其病癥主要是激烈的干嘔和嘔吐，繼之發(fā)生血糖降低，痙攣，昏迷甚至死亡。兒童更為嚴重。這種病常有很強的季節(jié)性，歷年在食物比較短缺，這種果被大,大量食用時發(fā)生。果中含有的低血糖氨酸是造成這種病的原因。食用時這種果尚未完全成熟，此時低血糖氨

36、酸含量可達0.11%。這種病臨床的一個主要特征是血糖降低，可低到3 mg/100 ml（正常值為100 mg/100 ml）。當把低血糖氨酸靜脈注射給兔（20 mg/kg）7 h后，血糖由90 mg/100 ml降到10 mg/100 ml左右，并產(chǎn)生震顫。單一的肌肉注射低血糖氨酸，能使肝臟糖元急劇降低。從這種尚未完全成熟的果肉和種子中，還分離到一個二肽化合物，谷氨酰-低血糖氨酸。 無患子科的荔枝（Litchi chinen

37、sis）是我國南方的主要水果之一，果肉香甜可口，受,人喜愛。當人們連續(xù)大量食入荔枝后常發(fā)生一種“荔枝病”，表現(xiàn)為心率失常，血壓下降和由于儲糖量減少而產(chǎn)生低血糖癥。此“病”在我國南方荔枝大量上市時經(jīng)常發(fā)生。Gray(1962)從荔枝中分離到比低血糖氨酸低的同系物亞甲環(huán)丙基甘氨酸，它也是有低血糖氨酸的性質，從荔枝中也分離出與谷氨酰形成的二肽。 低血糖氨酸從給藥到病癥顯現(xiàn)，需要一段時間，表明低血糖氨酸轉變成有毒化合物（亞,甲環(huán)丙基

38、乙酸）要有一個過程，這個過程可能如下： 低血糖氨酸 亞甲環(huán)丙基丙酮酸 亞甲環(huán)丙基乙酸,,,,低血糖氨酸和其有毒產(chǎn)物都能被活化，形成乙酰-CoA衍生物，能競爭肉堿-乙酰轉移酶，使得肉堿含量水平降低，這就影響了脂肪酸的氧化，而脂肪酸的代謝需要有多種?；鶇⑴c。低血糖氨酸使脂

39、肪酸氧化降低的同時，也使葡萄糖異生速率降低，于是動物為滿足能量的需要，不得不動用儲備的糖元，儲備漸被耗盡，低血糖氨酸病就產(chǎn)生了。,四、含硒氨酸,甲基硒代胱氨酸 丙氨酸丁氨酸硒醚 甲基硒蛋氨酸 硒胱氨酸,硒是土壤中的微量元素，一般濃度為1?10－7。但在某些半干旱的土壤里硒的含量很高，并且是可溶性的，植物吸入大量的硒而成為有毒植物。微量的硒（約1?10－8）對動物

40、的生長和發(fā)育是必需的。硒還是谷胱甘肽過氧化酶的一種成分，該酶能降低有機的過氧化物的含量。但是過量的硒又會給動物帶來傷害。 最著名的累積硒的植物是豆科黃芪屬（Astragalus）植物。在北美黃芪屬有500余種，有24種能累積硒如A.bisulcatus 和A.racemosus等，在這些植物的種子和組織里能累積高濃度的硒，有的濃度高達15?10－3 。,由于這些植物能正常地生長在高硒地區(qū)，因而可作為指示植物來幫助鑒定土壤類型

41、。在累積硒的植物里，主要儲存的是甲基硒代胱氨酸和丙氨酸丁氨酸硒醚等。能累積硒的植物雖品種數(shù)不多但分布廣且毒性較強，在這些地地區(qū)放牧可引起家畜的急性中毒（飼料中硒含量大于40?10－6），癥狀是呼吸加快，體溫升高，府臥，直至死亡。在硒含量較低的地區(qū)（5～40?10－6）放牧時也可引起慢性中毒，使生長和繁殖速率降低。慢性中毒不是很容易診斷的，分析毛發(fā)中硒的含量能方便地判斷飼料中硒的含量。超過10?10－6就容易產(chǎn)生硒中毒，而低于5?10－6

42、中毒就不會發(fā)生。,除黃芪屬植物外，豆科的草本植物Neptunia amplexicaulis分布在澳大利亞昆士蘭的中部地區(qū)，也是累積硒的植物，硒的濃度可達4?10－3。食用這種植物常引發(fā)臨床的硒中毒。這種植物儲存的硒化物是丙氨酸丁氨酸硒醚。 玉蕊科植物Lecythis ollaria是美國中南部的一種大的落葉木本植物，其果被食用后常引起腹痛、惡心和嘔吐。1～2周后產(chǎn)生脫毛禿發(fā)。從其鮮果中分離出的活性物質也是丙氨酸丁氨酸硒醚，

43、濃度高達18?10－3。,在分析這些硒化物時發(fā)現(xiàn)硒是以共價鍵和碳原子連接的，非常類似于硫化物的結構，硒對硫有拮抗作用。用豇豆（Vigna radiata）作實驗發(fā)現(xiàn)，甲基硒蛋氨酸和蛋氨酸以相同的速率被組入了蛋白質，這就引起了功能的改變。但是，在累積硒的Neptunia amplexicaulis中并沒有找到含硒的蛋白質，說明這些累積者自身有一種旁路代謝機制，將大量的硒同化到非蛋白質硒氨基酸中，而避免了中毒的發(fā)生。其他植物缺少這種機制，因

44、而對硒是敏感的，甚至無法在這些富含硒的地方生存。,五、具神經(jīng)毒性氨基酸,豆科象豌豆屬的種子作為人類食物已有幾千年的歷史，常被食用的有山黎豆（L.sativus）、林生山黎豆（L.sylvestris）和L.cicera等。特別是分布十分廣泛的山黎豆，在饑饉之年能被大量食用，從而誘發(fā)產(chǎn)生山黎豆?。╪eurolathyrism），輕者肌肉無力，重者導致不可逆麻痹。（一）?-氰基丙氨酸（?-cyanoalanine） 豆科的野豌

45、豆屬（Vicia）和香豌豆屬等的種子中都含有?-氰基丙氨酸。,（二）草酰-二胺丙酸（oxalyl diaminopropinic acid，ODAP） 由于救荒野豌豆引起了山黎豆病，人們就努力地從其中分離引起這種神經(jīng)病癥的毒物。,六、非蛋白質氨基酸的生態(tài)意義,許多科學家認為，非蛋白質氨基酸具有對抗昆蟲和食草動物的取食、抑制微生物生長等作用，對含有它的植物具有保護功能，因而有一定的生態(tài)意義。第一，非蛋白質氨基酸對動物、昆蟲和

46、微生物有毒，能使含有它的植物在生存競爭中占優(yōu)勢。第二，這些自然產(chǎn)物在有些植物中達到了很高的含量，合成這些物質要消耗許多能量和代謝源。含有這些異常氨基酸的物種必然具有一種選,擇優(yōu)勢，能增加它們在生存競爭中存活下來的機會。第三，如果上述觀點是有道理的話，那么昆蟲和食草動物在進化中就能發(fā)展某種對抗這種有毒化合物的機制，如產(chǎn)生對這些化合物的生化脫毒機制，或其他方式來適應或利用這些化合物。這在大果豆（Dicclea megacarpa）和巴西

47、豆象（Carydes brasiliensis）相互關系的詳盡研究中已經(jīng)得到了證明。 可研制新型的生態(tài)型“綠色農(nóng)藥”。,第三章 植物毒素及其生態(tài)意義,第一節(jié) 非蛋白質氨基酸及其生態(tài)意義第二節(jié) 生氰糖苷及其生態(tài)意義,第二節(jié) 生氰糖苷及其生態(tài)意義,一、生氰作用和生氰糖苷二、生氰糖苷的多態(tài)現(xiàn)象和生態(tài)意義,第二節(jié)    生氰糖苷及其生態(tài)意義,人們很早就知道有些植物和其他有機體有生氰作用，能產(chǎn)生毒性

48、很強的氫氰酸。氫氰酸有廣譜毒性，對哺乳動物、鳥類以及昆蟲都有很強的毒性，對微生物也有抑制作用。一、生氰作用和生氰糖苷 生氰作用（cyanogenesis）是指植物具有合成生氰化合物的能力，并能在水解中釋放HCN。許多不同類群植物如蕨類、裸子植物、單子葉和雙子葉被子植物中都有生氰植物。至今已知豆科、薔薇科、大戟科、亞麻科、禾本科、木犀科、水麥冬科和忍冬科等有2000多種生氰植物。,（一）苦杏仁苷（amygdalin）

49、 苦杏仁苷 苦杏仁苷是人們熟悉的常見的一種生氰二糖苷，主要存在于核果類，如杏、桃、李和梅等的果仁中。杏（Prunus armenica）的苦杏仁中，苦杏仁苷的含量約為1％～5％，最高可達7.9%。兒童食入10～20粒，成人食入40～60?？嘈尤示湍芤鹬卸荆Y狀是嘔吐、呼吸困難和驚厥，嚴重者昏迷直至死亡。氫氰酸的經(jīng)典來源之一是苦杏仁；而苦杏仁味又是氫氰酸的特征味道。,（二）亞麻苦苷（linamarin）和

50、百脈根苦苷（lotausralin） 亞麻苦苷 百脈根苦苷 首先是從亞麻科亞麻（Linum usitatissimum）的種子中分離到的。亞麻纖維是紡織工業(yè)的原料，種子可榨油，但亞麻全株有毒，主要含亞麻苦苷，是個單糖苦苷，含量在0.17％～1.5％之間，種子和嫩芽含量較大。家畜和家禽取食亞麻種子可中毒，家畜取,食亞麻子餅或飲用浸漬亞麻的水亦能中毒。中毒癥狀為嘔吐、呼吸困難和痙攣

51、，最后呼吸麻痹而死。 豆科的白車軸草（Trifolium repens）和百脈根（Lotus corniculatus）分布很廣，是歐洲和澳洲牧場的主要草種，其莖葉中含有亞麻苦苷。 大戟科的木薯直立喬木，塊根肉質可食，熱帶地區(qū)廣為種植。木薯全株有毒，新鮮塊根毒性較大，常有食用而中毒者，其主要毒素也是亞麻苦苷。此外，毛莨科、西番蓮科和菊科的某些植物也都含有亞麻苦苷。,（三）高粱苦苷(dhurrin)

52、 高粱苦苷 高粱苦苷是從禾本科高粱（Sorghum vulgare）的幼苗中分離到的一個單糖苷，在尚黃化的高粱幼苗中高粱苦苷含量非常之高，可達150 mg/g(干重)。許多禾本科植物，如燕麥和玉米等幼苗也都含有這種生氰糖苷，家畜食入大量幼苗亦能引起中毒死亡。,二、生氰糖苷的多態(tài)現(xiàn)象和生態(tài)意義,具有生氰糖苷及其?-葡萄糖糖苷酶是一個種的特征，即在一個種里或都是生氰糖苷型，或都是非生氰糖苷型。但在有幾個種

53、的群體里，有生氰糖苷型也有非生氰糖苷型。 表 3-1 生氰糖苷植株的基因型和表型,第三章 植物毒素及其生態(tài)意義,第一節(jié) 非蛋白質氨基酸及其生態(tài)意義第二節(jié) 生氰糖苷及其生態(tài)意義第三節(jié) 生物堿及其生態(tài)意義,第三節(jié) 生物堿及其生態(tài)意義,一、幾種常見的植物生物堿二、生物堿的生態(tài)意義,第三節(jié) 生物堿及其生態(tài)意義,生物堿（alkaloids）是自然界中廣泛存在的一大類堿性含氮化合物，具有廣泛的生理功能，是許多藥用植物的有效

54、成分，目前運用于臨床的生物堿藥品已達80種之多，相當多的生物堿具有抗腫瘤活性、低毒性和成本低之特性，因而引起了人們的廣泛關注。 生物堿是氨基酸的代謝產(chǎn)物，分為三個類別：真生物堿(true alkaloids)，有一個由胺衍生來的含氮雜環(huán)核，如異喹啉生物堿；原生物堿(proto alkaloids)具有各種附附加基團的簡單,胺，如麻黃堿(ephedrine)、墨斯卡靈(mesca1ine)等；第三類生物堿并非由氨基酸途徑代謝得到

55、，而是由萜烯類、甾醇、脂肪酸、煙酸或膘吟衍生來的，化合物都含有氮，如咖啡堿(ceffein)和可可堿(theobromine)等。 下面介紹幾種植物中重要的常見生物堿以及它們的生態(tài)意義。一、幾種常見的植物生物堿 （一）   茄科植物生物堿 1、  煙堿（nicotine） 煙堿主要存在于茄科煙草屬（Nicotiana）的植物中。豆科的金合歡屬（Acacia），?？频拇?麻屬（

56、Cannabis），蘿摩科的馬利筋屬（Asclepias），尋麻科和藜科等一些植物也含有煙堿。煙堿，俗稱尼古丁，化學名稱1-甲基-2(3-吡啶基)吡咯烷，分子式C10H14N2，是煙草中生物堿的主要成分，占生物堿總量的95％。 煙堿 純品為無嗅、無色或淡黃色油狀液體。在低于60℃時，煙堿可與水任意混溶，極易溶于醇、醚、氯仿及石油醚等有機溶劑。能與各種,無機酸 (如鹽酸、硫酸)和有機酸

57、生成結晶的單鹽和雙鹽。煙堿有劇毒，少量對中樞神經(jīng)有興奮作用，量大時能抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)．使心臟麻痹，以致死亡。 2．  阿托品 阿托品是茄科托品烷類生物堿之一。這類生物堿的結構中含有一正托品烷基團。正托品烷8-位甲基化即為托品烷（tropane），再加上各式各樣的側鏈基團就組成了一類托品烷生物堿類。,阿托品 R=?-CH2OH 莨菪堿 R=?-CH2OH 阿托品是第一個被分離、結晶并廣泛

58、應用的托品烷類生物堿，最早是從顛茄（Atropa belladonna）中分離的，因此得名。阿托品是莨菪堿（hyoscyamine）在提取過程中的消旋產(chǎn)物。,阿托品是茄科托品烷類生物堿之一。這類生物堿的結構中含有一正托品烷基團。正托品烷8-位甲基化即為托品烷（tropane），再加上各式各樣的側鏈基團就組成了一類托品烷生物堿類。 托品類生物堿對多種動物有毒，能引起昏迷、瞳孔放大、呼吸困難和某些精神癥狀等。阿托品又是一種抗膽堿

59、劑，又有醫(yī)療價值，常用于解除平滑肌痙攣和治療有機磷農(nóng)藥中毒。這類藥物還能解除微血管痙攣，改善微血管循環(huán)。,3.茄堿（solanine） 茄堿屬甾類生物堿，具有基本的甾骨架，氮原子以環(huán)形或側鏈形式與甾骨架相連，茄堿水解產(chǎn)生茄定（solanidine）和糖。茄堿廣泛存在于茄科植物中。 茄堿,（一）   罌粟生物堿 嗎啡（morphine）是罌粟科罌粟（Papaver so

60、mnifarum）所含的生物堿。 嗎啡(三)千里光雙稠吡咯烷生物堿雙稠吡咯烷生物堿（pyrrolizidine aldaloids）,首先是從菊科千里光屬（Senecio）植物中分離出來的，而眾多的千里光植物（已知有180余種）也都含有它，所以，這類生物堿就歷史淵源地和千里光聯(lián)系在一起。這類生物堿分布廣泛，有多種生物活性，并且是人和家畜的一種肝毒素，能誘發(fā)癌變，因而受到人們的很大關注。(四)豆

61、科雙稠哌啶生物堿 雙稠哌啶生物堿（喹嗪定生物堿，quinolizidine alkaloids,QA）主要存在于豆科植物之中，在桑寄生科的槲寄生屬（Viscum）等也有少量存在。純的QA對廣譜生物都是有毒的，能驅拒許多食草動物的取食，如蝸牛、昆蟲、兔和牛等。,二、生物堿的生態(tài)意義,已經(jīng)證明生物堿有刺激或抑制種子發(fā)芽和生長的能力，可能有植物調節(jié)劑的作用。最著名的抑制細胞分裂的生物堿是秋水仙堿（colchicine）。越來越多的

62、事例表明，生物堿在對抗動物的取食方面有著明顯的作用。,第三章 植物毒素及其生態(tài)意義,第一節(jié) 非蛋白質氨基酸及其生態(tài)意義第二節(jié) 生氰糖苷及其生態(tài)意義第三節(jié) 生物堿及其生態(tài)意義第四節(jié) 蛋白質毒素及其生態(tài)意義,第四節(jié) 蛋白質毒素及其生態(tài)意義,一、相思子毒素二、蓖麻毒素三、蛋白酶抑制劑四、植物凝聚素,第四節(jié) 蛋白質毒素及其生態(tài)意義,一、相思子毒素 相思子毒素（abrin）是相思子樹（Abrus precator

63、ius）的種子相思子所含的毒素。相思子樹纏繞騰本，羽狀復葉，總狀花序腋生，莢果菱狀橢圓形，種子4～6粒，我國南方各省皆有分布。相思子又叫紅豆或相思豆，橢圓形，體表約2/3為朱紅色，1/3為墨黑色，引人喜愛，常被作為愛情的象征。王維有詩曰“紅豆生南國，春來發(fā)幾枝。愿君多采擷，此物最相思?！?詩人當年可能并不知道，在這鮮艷奪目的愛物之中，卻包含著殺機。1966年Khan制得相思子毒素結晶純品，并證明它是相思子中的主要毒素，是一種高毒性蛋白質

64、細胞毒素，含量約為0.19%。其相對分子量為60 000～65 000，由兩條肽鏈組成，A鏈約為264個氨基酸、B鏈約為288個氨基酸組成，兩條鏈通過二硫鍵連接。B鏈起載體作用，具有半乳糖凝集活性，可與細胞膜上受體結合，幫助Ａ鏈進入細胞內，Ａ鏈進入細胞催化60 Ｓ大亞基的28Ｓ rRNA的第4324位脫去腺嘌呤而使60Ｓ核糖體亞基失活，從而使細胞蛋白合成被抑制，產(chǎn)生毒效作用。但是，它對癌細胞比對正常細胞的毒性更強，這一點引起人們的注意。

65、,相思子毒素在加熱到65℃時，蛋白質變性，其毒性也隨之喪失。相思子有劇毒，葉和根次之。動物誤食后出現(xiàn)嘔吐腹瀉，呼吸困難，昏迷直至死亡。食入一粒相思子可使人中毒，馬食下60 g也可死亡。其他動物抗性要大些。非洲有些地方的婦女喜愛相思子的艷麗，將它制成項鏈并戴在胸前。 目前人們對相思子毒素在醫(yī)療上的應用價值作了大量探索，由于該毒素的獨有特征，隨著研究的進一步深入，相信其在醫(yī)療上將會有更廣闊的應用前景。,二、蓖麻毒素,蓖

66、麻毒素（ricin）主要存在于大戟科蓖麻（Ricinus communis）的種子中。蓖麻毒素是一種糖蛋白，分子量為65 KD，由Ａ、Ｂ兩條肽鏈組成的異二聚體。Ａ鏈(RTA)分子量為30(或32)KD；Ｂ鏈(RTB)的分子量為32 KD，兩條鏈通過二硫鍵連接。Ａ鏈是一種糖苷酶。蓖麻毒素屬凝集素，Ｂ鏈上含有兩個半乳糖結合位點，能與細胞上含半乳糖的糖蛋白或糖脂結合。作為糖蛋白，蓖麻毒素含有共價結合的糖分子，糖的主要組成是甘露糖、葡萄糖和半乳

67、糖。蓖麻毒素有三條寡糖鏈，一條在Ａ鏈上，兩條在Ｂ鏈上。,賀永懷等（1987）研究蓖麻毒素時，證明其小鼠LD50為0.53 g，細胞毒性試驗IC50為3.8×10-10 mol/Ｌ?？梢姳吐槎舅鼐哂蟹浅姷亩玖图毎咀饔谩１吐槎舅貙俸颂求w失活蛋白，是一種細胞毒素，必須進入細胞，才能發(fā)揮毒性。蓖麻毒素通過Ｂ鏈與細胞膜上半乳糖殘基結合，促使Ａ鏈內化，加強、加快Ａ鏈的細胞毒作用。Sandvig等(1996)研究發(fā)現(xiàn)，內化的蓖麻毒素主

68、要被運輸?shù)饺苊阁w降解，只有小部分到高爾基體。在一些非常敏感的細胞中，蓖麻毒素由高爾基體到達內質網(wǎng)，由于核糖體的大亞基與內質網(wǎng)膜結合，因此蓖麻毒素可作用于核糖體大亞基，使核糖體失活，從而抑制蛋白質合成。,蓖麻毒素對小鼠艾氏腹水瘤細胞、Ｌ1210白血病、Ｂ16黑痣瘤和Lewis肺癌均有明顯作用，它通過抑制蛋白質合成來殺死癌細胞，因此可用來治療癌癥。目前，RTA和RTB均已克隆并在大腸桿菌中表達。將RTA表達的產(chǎn)品即重組Ａ鏈(rRTA)與單克

69、隆抗體組成的免疫毒素與天然Ａ鏈的免疫毒素進行比較，它們都有相似的細胞毒作用，對乳腺癌、卵巢癌等也有相似的臨床治療效果。,三、蛋白酶抑制劑,天然的蛋白酶抑制劑(PI)是對蛋白水解酶有抑制活性的一種小分子蛋白質，由于其分子量較小，所以在生物中普遍存在。它能與蛋白酶的活性部位和變構部位結合，抑制酶的催化活性或阻止酶原轉化為有活性的酶。蛋白酶抑制劑在植物中分布甚廣，在許多農(nóng)作物如小麥、大麥、玉米、豆類、番茄和馬鈴薯中均有存在，多見于種子和塊莖內