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(zhì)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(zhì)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(jī)理及動(dòng)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(jì)（距今約3.5億年），到三疊紀(jì)達(dá)到了鼎盛時(shí)期。被子植物在侏羅紀(jì)出現(xiàn)（約1.8億年），到了第三紀(jì)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(dòng)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(jìn)行斗爭。植物的有毒成分是植物自身合成的，能對(duì)取食者產(chǎn)生一定的傷害。習(xí)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(dāng)植物被摸碰或被吃掉時(shí)，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(shí)和花。植物毒素的種類繁多，結(jié)構(gòu)多種多樣，除少數(shù)是蛋白質(zhì)外絕大多數(shù)是植物次生物質(zhì)

3、，主要的毒素有非蛋白質(zhì)氨基酸、生氰糖苷、生物堿、蛋白質(zhì)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(zhì)氨基酸及其生態(tài)意義,第一節(jié) 非蛋白質(zhì)氨基酸及其生態(tài)意義,一、堿性非蛋白質(zhì)氨基酸二、酸性非蛋白質(zhì)氨基酸三、芳香和雜環(huán)非蛋白質(zhì)氨基酸四、含硒氨酸五、具神經(jīng)毒性氨基酸六、非蛋白質(zhì)氨基酸的生態(tài)意義,第一節(jié)    非蛋白質(zhì)氨基酸及其生態(tài)意義,組成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)單位的氨基酸稱為蛋白質(zhì)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(zhì)氨基酸（non-protein amino acid），它們?cè)谥参矬w內(nèi)大多數(shù)呈非結(jié)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(jié)構(gòu)上看，有毒的非蛋白質(zhì)氨基酸多數(shù)是蛋白質(zhì)氨基酸的模擬物。被動(dòng)物食入后，能被當(dāng)作相應(yīng)的蛋白質(zhì)氨基酸而被組入到蛋白質(zhì)中，引起結(jié)構(gòu)和功能的改變，從而帶來嚴(yán)重的后果。谷氨酸和g-氨基丁酸是神經(jīng)遞質(zhì)，與這些氨基酸

5、結(jié)構(gòu)相似的非蛋白質(zhì)氨基酸能引起,動(dòng)物某些神經(jīng)癥狀而帶來傷害。 有很多游離的非蛋白質(zhì)氨基酸對(duì)動(dòng)物是有毒的，但進(jìn)行過較深入研究的大約有20多個(gè)，按其結(jié)構(gòu)和功能可分為下面幾類。,一、堿性非蛋白質(zhì)氨基酸,在pH 7時(shí)能攜帶凈正電荷的都?xì)w于這一類，它們多帶有2個(gè)或2個(gè)以上的氨基酸基團(tuán)。（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(shí)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(dá)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(dāng)而發(fā)生中毒的。,刀豆氨酸對(duì)廣譜生物都是有毒的，能抑制某些細(xì)菌的生長，能被組入到鏈球菌（Staphylococcus aureus）的蛋白質(zhì)中。刀豆氨酸還抑制了霉菌、酵母和藻類的生長，對(duì)高等植物和動(dòng)物的生長發(fā)育也有影響。Allende(1964)用小鼠肝核糖體制劑做實(shí)

8、驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)刀豆氨酸被組入刀蛋白質(zhì)中了。刀豆氨酸對(duì)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(zhì)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(shí)發(fā)現(xiàn)的，它也是個(gè)游離的非蛋白質(zhì)氨基酸。副刀豆氨酸有一個(gè)自由的氨氧基基團(tuán)，和鳥氨酸的氨氧基相同。副刀豆氨酸對(duì)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(zhuǎn)氨酶的活性。副刀豆氨酸可能和這些酶的輔基結(jié)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(gè)屬的49個(gè)種中，發(fā)現(xiàn)有36種含

10、有這個(gè)非蛋白質(zhì)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(gè)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(duì)小球藻（Chlorella vulgaris）的毒性要,高于刀豆氨酸，對(duì)大腸桿菌則有劇毒。高精氨酸對(duì)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(yán)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(duì)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(duì)哺乳動(dòng)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(gè)有毒游離氨基酸，當(dāng)小鼠和大鼠取食這種氨基酸時(shí)，產(chǎn)生骨骼異常和出現(xiàn)動(dòng)脈瘤。后來證明它的毒性是其結(jié)構(gòu)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(duì)小鼠有毒，它是鳥氨酸的同系物，在哺乳動(dòng)物肝臟里抑制了鳥氨基轉(zhuǎn)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(dòng)物紫輪海參（Polycheira refescens）中分離的，是含有一個(gè)羥基化的亞甲基團(tuán)的精氨酸同系物。接著又在日本海葵(Anthopleura japonica)中找到它。在野豌豆屬（Vicia）中至少有17個(gè)種含,有這個(gè)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(shí)，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(gè)氨基酸。 對(duì)這兩種非蛋白氨基酸的毒性和生物功能了解尚少，但其結(jié)構(gòu)類似于精氨酸，推測(cè)它們可能作為精氨酸的抗代謝物而起作用。,（四）木藍(lán)氨酸（indospicin）H2N—C(=NH) —NH—O—CH2—CH2

16、—CH2—CH2—CH(NH2) —CO2H木藍(lán)氨酸 木藍(lán)屬（Indigofera）的穗花槐藍(lán)（I.spicata）是熱帶的一種豆科植物，有高含量的粗蛋白質(zhì)，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(dòng)物的流產(chǎn)和肝損傷。Pearn(1967)研究了1000頭食用了穗花槐藍(lán)大鼠的胚胎，發(fā)現(xiàn)食用這種植物造成了嚴(yán)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(lán)還能引起不同程度的急性肝損傷。1970年,Pearn又用提純的木藍(lán)氨基酸做實(shí)驗(yàn)，在大鼠妊娠11天胃管給藥，每克體重2 mg，實(shí)驗(yàn)5頭。其中兩只雌鼠的胚胎在妊娠的21天死于子宮內(nèi)。另3只得到16只胚胎，其中13只有腭裂，而對(duì)照的10只全部是正常的。DNA、RNA和蛋白質(zhì)含量有些增加，但增加的75％是水的潴留。木藍(lán)氨酸對(duì)牛羊亦有劇毒，能引起肝損傷和懷孕動(dòng)物流產(chǎn)等。 我國南方木藍(lán)屬植物有野青樹（I.suffrutic

18、asa），小灌木，可提取靛藍(lán)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(yán)重者可致死。,木藍(lán)氨酸也是精氨酸的同系物，能被食入的動(dòng)物誤組入蛋白質(zhì)中，從而帶來嚴(yán)重的后果。木藍(lán)氨酸引起動(dòng)物的某些傷害，可被同時(shí)注入等量的精氨酸所減輕，而不受同時(shí)注入的刀豆氨酸所影響。,二、酸性非蛋白質(zhì)氨基酸,含有二羧基的非蛋白質(zhì)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(jié)構(gòu)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(zhì)中，而是因谷氨酸是昆蟲神經(jīng)-肌肉接點(diǎn)處的一種神經(jīng)遞體，在神經(jīng)傳導(dǎo)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(dòng)的傳遞，影響了谷氨酸的正常生理活動(dòng)，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(zhì)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(nèi)鈴蘭

21、氨酸中的氮構(gòu)成了其非蛋白氮含量的75％。已測(cè)定了百合科的90個(gè)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(duì)海灰翅夜蛾（Spodoptera 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(shí)驗(yàn)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(zhì)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(huì)把它組入到自身的蛋白質(zhì)中。當(dāng)動(dòng)物食入鈴蘭氨酸后，由于體內(nèi)的脯氨酸活

23、化酶不能識(shí)別它，把它誤認(rèn)是脯氨酸，于是合成了脯氨酰-tRNA并進(jìn)而將其組入蛋白質(zhì)中。帶有鈴蘭氨酸的異常蛋白質(zhì)失去了正常蛋白質(zhì)的生理功能，進(jìn)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(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的茚三酮染色呈橘紅色斑點(diǎn)，它是一個(gè)新的非蛋白質(zhì)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(gè)屬的其他種中含量約在0.22%～0.52%之間。至今黎豆氨酸對(duì)其他生物的影響知道得還不多，但對(duì)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(biāo)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(biāo)記碳被有效地轉(zhuǎn)入了羥基高精氨酸中，而轉(zhuǎn)入到氨基酸庫和黎豆氨酸的極少。當(dāng)把標(biāo)記的羥基精氨酸施給這個(gè)植物時(shí)，標(biāo)記的碳進(jìn)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(jié)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(gè)種中，只有油麻藤屬種子含量在0.5%以上，這個(gè)屬種子的脫脂干粉多巴含,量在3.

26、1%～6.7%之間。Bell（1971）報(bào)道，油麻藤屬有6個(gè)種的種胚里含量達(dá)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(jìn)而將多巴脫羧為多巴胺。這個(gè)反應(yīng)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(duì)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(duì)動(dòng)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)蠶豆病（favism），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(yīng)關(guān)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(guān)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(guān)，患者慢性神經(jīng)紊亂，

28、運(yùn)動(dòng)失調(diào)。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(nèi)L-多巴能被脫羧變?yōu)槎喟桶罚?能顯脫羧變?yōu)槎喟桶罚黾幽X中多巴胺的水平。采用這個(gè)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(dāng)把L-多巴喂給小鼠時(shí)，引起了腦中5-羥色胺濃度的降低，并使被處理的動(dòng)物呈現(xiàn)過敏反應(yīng)，產(chǎn)生跳動(dòng)不安和打斗。 L-多巴由酪氨酸羥化而來，當(dāng)以

29、14C標(biāo)記的酪氨酸注給一種油麻騰（M.deeringina）的幼葉時(shí)，產(chǎn)生了標(biāo)記的L-多巴。然而，在這種油麻藤的細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)里，在組培的細(xì)胞里并沒有積累L-多巴，說明離體的細(xì)胞已不能像生活的高等植物那樣來儲(chǔ)存次生代謝物質(zhì)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(gè)屬中。在一種銀合歡L.leucoecphala的葉子中含量高達(dá)2%～5%，而在種子中可達(dá)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(dòng)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(dá)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(hù)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(duì)廣譜動(dòng)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(dòng)物生長的效應(yīng)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(cè)它可能干擾了一些酶的活性。已證明在動(dòng)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(zhuǎn)氨酶的活性。綠豆幼苗的生長能被含羞草氨酸強(qiáng)烈地抑制，但在體外，綠豆的天冬氨酸-谷氨酸轉(zhuǎn)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(gè)酶和輔基結(jié)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(fù)葉，受觸時(shí)葉閉合。該植物全株有毒，有牛誤食后中毒死亡的報(bào)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(gè)有生理活性的胺，在哺乳動(dòng)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(dá)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(dòng)失調(diào)，并引起死亡?？诜@個(gè)非蛋白質(zhì)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(yīng)無疑和其含有大量的5-羥色氨酸有關(guān)。,（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(yán)重。這種病常有很強(qiáng)的季節(jié)性，歷年在食物比較短缺，這種果被大,大量食用時(shí)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(shí)這種果尚未完全成熟，此時(shí)低血糖氨

36、酸含量可達(dá)0.11%。這種病臨床的一個(gè)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(dāng)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(gè)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(dāng)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(chǔ)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(shí)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(zhì)，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(shí)間，表明低血糖氨酸轉(zhuǎn)變成有毒化合物（亞,甲環(huán)丙基

38、乙酸）要有一個(gè)過程，這個(gè)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(zhuǎn)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酰基參與。低血糖氨酸使脂

39、肪酸氧化降低的同時(shí)，也使葡萄糖異生速率降低，于是動(dòng)物為滿足能量的需要，不得不動(dòng)用儲(chǔ)備的糖元，儲(chǔ)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(duì)動(dòng)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(jī)的過氧化物的含量。但是過量的硒又會(huì)給動(dòng)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(dá)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(chǔ)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(qiáng)，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?xí)r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(huì)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(dá)4?10－3。食用這種植物常引發(fā)臨床的硒中毒。這種植物儲(chǔ)存的硒化物是丙氨酸丁氨酸硒醚。 玉蕊科植物L(fēng)ecythis 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(zhì)也是丙氨酸丁氨酸硒醚，

43、濃度高達(dá)18?10－3。,在分析這些硒化物時(shí)發(fā)現(xiàn)硒是以共價(jià)鍵和碳原子連接的，非常類似于硫化物的結(jié)構(gòu)，硒對(duì)硫有拮抗作用。用豇豆（Vigna radiata）作實(shí)驗(yàn)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(zhì)，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(zhì)，說明這些累積者自身有一種旁路代謝機(jī)制，將大量的硒同化到非蛋白質(zhì)硒氨基酸中，而避免了中毒的發(fā)生。其他植物缺少這種機(jī)制，因

44、而對(duì)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)生山黎豆病（neurolathyrism），輕者肌肉無力，重者導(dǎo)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(zhì)氨基酸的生態(tài)意義,許多科學(xué)家認(rèn)為，非蛋白質(zhì)氨基酸具有對(duì)抗昆蟲和食草動(dòng)物的取食、抑制微生物生長等作用，對(duì)含有它的植物具有保護(hù)功能，因而有一定的生態(tài)意義。第一，非蛋白質(zhì)氨基酸對(duì)動(dòng)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(shì)。第二，這些自然產(chǎn)物在有些植物中達(dá)到了很高的含量，合成這些物質(zhì)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(shì)，能增加它們?cè)谏娓偁幹写婊钕聛淼臋C(jī)會(huì)。第三，如果上述觀點(diǎn)是有道理的話，那么昆蟲和食草動(dòng)物在進(jìn)化中就能發(fā)展某種對(duì)抗這種有毒化合物的機(jī)制，如產(chǎn)生對(duì)這些化合物的生化脫毒機(jī)制，或其他方式來適應(yīng)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(guān)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(zhì)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(jī)體有生氰作用，能產(chǎn)生毒性

48、很強(qiáng)的氫氰酸。氫氰酸有廣譜毒性，對(duì)哺乳動(dòng)物、鳥類以及昆蟲都有很強(qiáng)的毒性，對(duì)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(dá)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(yán)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(gè)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(chǎng)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(zhì)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(gè)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(dá)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(gè)種的特征，即在一個(gè)種里或都是生氰糖苷型，或都是非生氰糖苷型。但在有幾個(gè)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(zhì)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(yùn)用于臨床的生物堿藥品已達(dá)80種之多，相當(dāng)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(guān)注。 生物堿是氨基酸的代謝產(chǎn)物，分為三個(gè)類別：真生物堿(true alkaloids)，有一個(gè)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(tuán)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），桑科的大,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(xué)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(shí)，煙堿可與水任意混溶，極易溶于醇、醚、氯仿及石油醚等有機(jī)溶劑。能與各種,無機(jī)酸 (如鹽酸、硫酸)和有機(jī)酸

57、生成結(jié)晶的單鹽和雙鹽。煙堿有劇毒，少量對(duì)中樞神經(jīng)有興奮作用，量大時(shí)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(jié)構(gòu)中含有一正托品烷基團(tuán)。正托品烷8-位甲基化即為托品烷（tropane），再加上各式各樣的側(cè)鏈基團(tuán)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(gè)被分離、結(jié)晶并廣泛

58、應(yīng)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(jié)構(gòu)中含有一正托品烷基團(tuán)。正托品烷8-位甲基化即為托品烷（tropane），再加上各式各樣的側(cè)鏈基團(tuán)就組成了一類托品烷生物堿類。 托品類生物堿對(duì)多種動(dòng)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(jià)值，常用于解除平滑肌痙攣和治療有機(jī)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(cè)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(guān)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(duì)廣譜生物都是有毒的，能驅(qū)拒許多食草動(dòng)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(diào)節(jié)劑的作用。最著名的抑制細(xì)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(duì)抗動(dòng)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(zhì)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(zhì)毒素及其生態(tài)意義,第四節(jié) 蛋白質(zhì)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(zhì)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(fù)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(dāng)年可能并不知道，在這鮮艷奪目的愛物之中，卻包含著殺機(jī)。1966年Khan制得相思子毒素結(jié)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(zhì)

64、細(xì)胞毒素，含量約為0.19%。其相對(duì)分子量為60 000～65 000，由兩條肽鏈組成，A鏈約為264個(gè)氨基酸、B鏈約為288個(gè)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(xì)胞膜上受體結(jié)合，幫助Ａ鏈進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，Ａ鏈進(jìn)入細(xì)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(xì)胞蛋白合成被抑制，產(chǎn)生毒效作用。但是，它對(duì)癌細(xì)胞比對(duì)正常細(xì)胞的毒性更強(qiáng)，這一點(diǎn)引起人們的注意。

65、,相思子毒素在加熱到65℃時(shí)，蛋白質(zhì)變性，其毒性也隨之喪失。相思子有劇毒，葉和根次之。動(dòng)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(dòng)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(xiàng)鏈并戴在胸前。 目前人們對(duì)相思子毒素在醫(yī)療上的應(yīng)用價(jià)值作了大量探索，由于該毒素的獨(dú)有特征，隨著研究的進(jìn)一步深入，相信其在醫(yī)療上將會(huì)有更廣闊的應(yīng)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?zhǔn)且环N糖苷酶。蓖麻毒素屬凝集素，Ｂ鏈上含有兩個(gè)半乳糖結(jié)合位點(diǎn)，能與細(xì)胞上含半乳糖的糖蛋白或糖脂結(jié)合。作為糖蛋白，蓖麻毒素含有共價(jià)結(jié)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(shí)，證明其小鼠LD50為0.53 g，細(xì)胞毒性試驗(yàn)IC50為3.8×10-10 mol/Ｌ。可見蓖麻毒素具有非常強(qiáng)的毒力和細(xì)胞毒作用。蓖麻毒素屬核糖體失活蛋白，是一種細(xì)胞毒素，必須進(jìn)入細(xì)胞，才能發(fā)揮毒性。蓖麻毒素通過Ｂ鏈與細(xì)胞膜上半乳糖殘基結(jié)合，促使Ａ鏈內(nèi)化，加強(qiáng)、加快Ａ鏈的細(xì)胞毒作用。Sandvig等(1996)研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)化的蓖麻毒素主

68、要被運(yùn)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(xì)胞中，蓖麻毒素由高爾基體到達(dá)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，由于核糖體的大亞基與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)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(zhì)合成。,蓖麻毒素對(duì)小鼠艾氏腹水瘤細(xì)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(zhì)合成來殺死癌細(xì)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(dá)。將RTA表達(dá)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(jìn)行比較，它們都有相似的細(xì)胞毒作用，對(duì)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(duì)蛋白水解酶有抑制活性的一種小分子蛋白質(zhì)，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(gòu)部位結(jié)合，抑制酶的催化活性或阻止酶原轉(zhuǎn)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(nèi)