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1、植物资源与植物化学漫谈,杨崇仁,2006.12.28,资源： 资财之源 人类生存和发展所需要的一切物质的和非物质的要素 资源的基本性质： 社会的有效性 相对的稀缺性 自然资源： 在一定时间和空间范围内存在，在一定的条件下能够产生经济价值，并提高人类福利的 自然环境因素 土地资源 气候资源 水资源 生物资源 矿产资源 能源资源 海洋资源 旅游资源 自然资源的特点： 有限性 区域性 整体性 多用性,生物资源： 在生态系统中自然分布，能够产生经济价值，可繁殖和再生，形成一定的生物 产量，并能持续利用的，对人类有用的生物种类及其产物。 植物资源： 栽培植物资源 野生植物资源 农业植物资源 森林植物资源
2、 草原植物资源 食用植物资源 药用植物资源 工业用植物资源 环境植物资源,自然生命的科学,医药生物学 农林生物学 环境生物学,人口与健康 人口增长、贫困、老龄化 粮食与食品 粮食缺乏、食品安全、 疾病 癌症、艾滋病等传染性疾病、退行性疾病、老年性疾病 环境与生态 以牺牲资源和环境为代价的经济发展。 生物多样性锐减和生态系统失衡。 气候变化、自然灾难,21世纪人类面临的挑战,Ethics: Global Inequities,Health and environmental inequities between developed and developing nations are among
3、 the greatest ethical challenges in the world Life expectancy: Developed nations 80 years and rising Developing countries 40 years and falling Underlying these inequities in health and environmental outcomes are inequities in knowledge (digital/genomics/nanotechnology divides),疟疾,中国,心血管疾病 已成为死亡的主要原因
4、之一,世界三种人(WHO的全球性调查),健康人群约10% 亚健康人群约70% 疾病人群约20%,Conservation of biodiversity is important,80 % forests are felling 10-15% plants are faced with annihilation,A floodwater in Indonesia due to the forest fall.,Taxus spp. rapidly decreased and disappeared due to the requirement of taxol.,美国“科学引文索引（SCI）”
5、收录的4500余种学术刊物，有2350种为生物科学杂志。 影响因子（Impact factor）在10以上的一流学术刊物，80%是生物学刊物。,生物科技创新时代,全球生产总值增长率,全球人口增长率,人口年龄增长率,什么是生物资源 ？,生物科技创新时代的特征,基因重组 生物催化 生物产物,生物技术,结构基因组学 比较基因组学 功能基因组学 蛋白质组学 植物化学组学,生物物质,Biotechnology + Material,Bioterials,新型的生物资源,机会与挑战,新的学科生长点 新的学术思维 新的研究方法 新的研究手段,日新月异的大量信息 突飞猛进的研究成果 容易得到的实验条件,理性的
6、思维，理论的突破,生物网络的复杂性,分子水平多层次的相互作用 复杂的信号传递网络中的多种靶分子 需要全新的实验及理论概念,系统生物学（systems biology） 统一生物学(General Biology),对生物系统的现代认识自组织系统 生物系统的开放性 生物系统的宏观性（多样性） 生物系统的复杂性（非线性的复杂体系） 生物系统的层次性（多级层次） 生物系统的演化 整合生物信息学,新兴交叉学科化学生物学,发现对生命过程有调控作用的物质 研究其结构与功能 探讨信息传递与识别和调控的机理 发现分子进化和生物合成的规律 发现对疾病有治疗作用的新一代药物,经验植物化学 结构植物化学 药用植物化
7、学 孤立性，静态性 物理化学试验，数据整理，逻辑推理 植物化学分子的结构与用途 理论植物化学 生物植物化学 化学生物学 动态性，整体性，信息流 生物技术手段，信息整合，理性思维 植物化学组分子多样性与功能 植物生命过程中的化学,通关藤甙元 (tenacigenen) A,乌头碱 （朱任宏）,贝母碱（朱子清）,麻黄碱（赵承嘏）,Return on the active fraction(s) in order to isolate and analyse the bioactive compounds,2,Plant,EtOAc and MeOH Crude extracts,国外植物化学的研究
8、,Filtration on polyamide,高通量筛选,进入21世纪以来，随着生命科学与信息科学的飞跃发展，药学研究面临前所未有的新的挑战，只有通过新思想、新方法、新技术的不断形成和创新，通过跨学科知识的交叉与融合，从药学教育、研究、管理等方面进行体制改革，开拓新的研究领域，才能适应现代社会对药品的新的需求。 创新药物的研究与开发是日本药学研究的主流。其中，着重于老年病和现代社会疾病为目标的新药研制与开发。大量的有机合成方法与试剂的开发和应用，体现了日本有机合成系统研究领域在国际上的领先作用，而且为新药筛选提供大量的后备分子，为先导物的优化和天然药物的全合成提供基础。 以生物医学的观点在
9、不同层次和多方面开展现代药学研究，是近年日本药学研究发展的一个特色。特别注重基因信息的实用化以及基因治疗药的开发研究。 生药学和天然产物化学相关的研究与九十年代相比较，比重显著减少。大多与生理活性相结合，重视量化分析。注意与进化生物学、发育生物学、环境生物学、及其代谢的途径与机制相结合。 重视新技术、新方法的开发与研究。以HPLC为核心，组合各种分析技术，开发有机分子的定量分析方法,是当前生命科学和药学研究中在分析技术方面的重要发展趋势。例如：利用特殊的发色试剂,制备发光衍生物,建立药物代谢产物高灵敏度的HPLC全自动分析技术；应用LC-MS技术对糖质,蛋白质等生物大分子的定量分析和结构解析等
10、。,日本天然产物化学研究的新动向,DNA,DNA,DNA,RNA,蛋白质（酶）,RNA,蛋白质（酶）,环境因子,植物化学组 (phytochemome),蛋白质组 (proteome),基因组 (genome),生物遗传的信息流,DNA,次生代谢,环境因子,DNA,RNA,蛋白质（酶）,植物化学组 (phytochemome),蛋白质组 (proteome),基因组 (genome),次生代谢, 基因组决定每个物种独特的植物化学组基本类型。 植物化学组分子的生物合成受特异的功能基因调控。 近缘植物类群往往具有类似的植物化学组。 植物化学组成与植物的生长环境相关化学型（chemotype),环境
11、因素,植物化学组学 phytochemics,从生命科学的角度研究植物的化学成分。 高速、大量地建立植物小分子化学库及其信息系统。 从植物生物体系的整体性和动态性出发研究次生代谢产物在植物生命过程中的功能与作用。 如：动态变化规律、生源途径、与外界环境和系统进化的关系等。 用生物技术手段研究次生代谢产物的生理活性和生物合成途径及其机制。 阐明次生代谢途径的关键酶及其相关联的基因。 植物化学组学是蛋白质组学的发展和补充。 植物化学组对于阐明植物生命现象的本质有重要的意义。,植物化学组学 (phytochemomes),植物化学组是生物多样性的重要环节,基因多样性 （基因组） 生物大分子多样性 （
12、蛋白质组）（糖组） 生物小分子多样性（植物化学组） 物种多样性 生态系统多样性,是植物与环境因子互作的信号分子 是植物对抗外界胁迫因子的防御分子 是植物个体发育与生长的调节分子,植物化学组在植物生命过程中的意义,OH,OH,OH,OH,O,HO,C-2至C-4 位差向异构体,环的大小,六员环：吡喃环 五员环：呋喃环,C-5位差向异构体,右：D 型 左：L 型, 型 型,端基异构体,单糖的分子多样性,64种六碳糖具有同样的分子式：C6H12O6,糖质的分子多样性与生理功能,植物配糖体,X,xylose arabinose fucose quinovose galactose glucose ec
13、t.,Terpenoids steroids aromatics alkaloids ect.,monodesmoside, bisdesmoside,.,PLANT GLYCOSIDES,high polarity unstable higher molecular weight difficult to isolate and purify,complicated structure elucidation important biological founction in plant life remarkable biological activities,O, S, C, N,Agl
14、ycone,Sugar,调控植物睡眠的配糖体成分,12 叶片开放 21 叶片关闭,2,1,Baker（1875）： 互生叶组（Sect. Alternifolia） 轮生叶组（Sect. Verticillata） 对生叶组（Sect. Oppositifolia） 汤彦承（1978）： 苞叶系（Ser. Bracteata） 互叶系（Ser. Alternifolia） 滇黄精系（Ser. Kingiana） 独花系（Ser. Hookeriana） 点花系（Ser. Punctala） 短筒系（Ser. Alte-lobata） 对叶系（Ser. Oppositifolia） 轮叶系（Se
15、r. Verticillata）,Tamura (1993)： Sect. polygonatum (包括苞叶系、互叶系和短筒系) Sect. verticillata (包括独花系、点花系、对叶系、滇黄精系和轮叶系) 吴世安等(2000): (tmK基因和rpl16基因PCR-RFLP分析) 互生叶为单系 对生叶和轮生叶为多系,黄精属的系统分类,黄精属植物甾体皂甙元的分子进化与系统分演化,互叶系,滇黄精系,点花系,轮叶系,分子的氧化水平,高,低,I级氧化,II级氧化,III级氧化,IV级氧化,V级氧化,黄精属甾体配糖体糖链结构的多样性,植物化学组与药用植物资源的可持续利用, 道地药材 GAP 与 GCP 药用植物的标准提取物 药用植物的功效成分 药用植物的质量标准体系,亚洲国家的药用植物种类,植物化学组是中药的物质基础,中药植物化学组多靶点生理活性中医整体观念 中药植物化学组成（单方、复方、中间体） 植物化学组与中药质量控制体系 中药材（地道药材） 复方中成药 中药标准提取物（有效组分） 植物化学组与药效的相关性,传统医药 在欧美国家的应用, 道地药材是在一定生态地理环境中、在一定的历史条件下 形成的质优、效佳、量大的中药材 道地药材在生物学上是物种的特定居群 (population) 道地药材是一个物种的： 最佳基因型 (best genoty
