在相當長的時間里,人們對大多數的植物次生代謝產物的意義并不了解,這些次生代謝物被認為是無功能的代謝產物或代謝廢物。直到19世紀末20世紀初,有機化學家在對植物的次生代謝物的研究中才驚奇地發現這些次生代謝物的妙用,它們可以用作醫藥藥物、毒藥、香料以及工業的原材料。而研究還發現,許多次生代謝物在植物中都具有重要的生態學功能,主要可包括以下幾點:
(1)保護植物免受食草動物的侵害及病原菌的侵染
植物在進化過程中為防御昆蟲、病原菌的危害以及植食性動物取食形成了多種立體防御機制,包括直接防御、間接防御、物理防御和化學防御。有些植物會分泌某種化學物質,然后散發出惡心的氣味以趕走“敵人”;有些植物會全身長滿刺讓“敵人”望而卻步。
天然植物的外層結構能賦予其防御植食性動物食用及微生物侵染的物理屏障,這些結構主要包括葉面的蠟質層,種子或水果的外皮以及堅硬的果殼、樹皮等,例如生長在東非的金合歡樹通過全身布滿利刺來防御植食性動物。
但是這也并不能阻止一些聰明的嘴尖而有力的動物的啃咬。于是,金合歡又生一計,在受到動物啃咬的過程中,它的葉子會分泌一種難聞的化學物質,釋放出一股令人作嘔的氣體,在驅趕敵人的同時還會提醒方圓45米內的同伴注意附近有敵人出沒,而周圍的金合歡也會進入戰備狀態開始分泌化學物質,當動物被一棵樹的氣味熏跑之后再跑到另一棵樹上,它的命運也就可想而知了。
在植物體內,還存在天然的、具有抗菌能力的物質,如丁香中的丁子香酚、大蒜中的蒜素、肉桂中的肉桂醛和丁子香酚芥末中的芥子油、藿香中的丁子香酚和麝香草酚等,它們都具有殺傷微生物和抑 制微生物繁殖的功效。在美國,每年都會有相當比例的放養家畜由于食用了大量的含有生物堿的植物,如魯冰花、飛燕草和千里光等而導致死亡。有資料表明:所有植物都能產生殺傷外來微生物的物質,該類物質在保持植物生物活性和延 長生 命期限方面具有重要的作用。
(2)作為授粉植物和種子擴散過程中動物的誘感劑(包括氣味,顏色和味道)
由于植物本身不能移動,為了傳播繁殖必 須依靠外力合作,如有些植物會依靠風來傳播繁殖。雖然前面我們描述了植物和微生物昆蟲之間的敵對關系,但是對于許多植物來講。昆蟲和一些動物的存在對于它們來講也是有利的,大部分有花植物會通過動物來傳粉,或者通過昆蟲來完成授粉。植物會通過花的顏色形狀和氣味等來吸引傳粉者為它們進行傳粉,而傳粉者也會得到一定的回報,如花蜜。
(3)作為植物與植物競爭、植物與微生物共生的一種介質
植物體的葉片、根腐爛后可將各種初生和次生代謝產物釋放到土壤里,當這些次級代謝產物達到一定的濃度后就會抑 制其他植物的生長,這樣該植物本身就可以得到更多的水分、光照和礦物營養。有實驗研究表明,咖啡酸和阿魏酸在土壤中達到一定量時會抑 制許多植物的萌芽和生長。次生代謝物的生態學功能深刻影響著植物的競爭和生存能力。作為植物內防御反應產生的化合物,次生代謝物能抵御細菌和食草動物,增加植物的適應能力,但是這種物質卻不適合作為人類的食品。
冀公網安備13012102000126號