次生代谢在生态农业中的应用/国家星火计划培训丛书 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘立新，梁鸣早，科学技术部农村科技司 编

图书标签:

• 次生代谢
• 生态农业
• 植物生理
• 农业技术
• 星火计划
• 绿色农业
• 植物化学
• 生物防治
• 土壤健康
• 可持续农业

出版社： 中国农业大学出版社

ISBN：9787565519918

版次：1

商品编码：12344922

包装：平装

丛书名： 国家星火计划培训丛书

开本：32开

出版时间：2018-03-01

用纸：胶版纸

页数：192

字数：160000

正文语种：中文

内容简介

　　《次生代谢在生态农业中的应用/国家星火计划培训丛书》从植物生理学的角度讨论农业生产，主要介绍植物的次生代谢的理论和研究进展，并将其应用在生态农业上。
　　《次生代谢在生态农业中的应用/国家星火计划培训丛书》可作为农业专业户和普通农民的田间操作指导手册和科学普及书籍。

内页插图

目录

第一章 植物次生代谢概述
第一节 植物初生代谢和次生代谢
一、初生代谢与次生代谢的定义
二、次生代谢发现历史
三、次生代谢近现代的研究与进展
第二节 植物次生代谢现象的启示
一、名特优农产品的跟踪研究
二、优质农产品生产的三要素
第三节 植物次生代谢开启与运转
一、植物对逆境的应激反应就是开启次生代谢
二、次生代谢开启和运转的充分条件

第二章 植物次生代谢产物、功能及途径
第一节 次生代谢产物的综述
一、次生代谢的主要产物、代谢途径及功能
二、生物碱
三、酚类衍生物
四、黄酮类
五、有机酸
六、萜类
第二节 植物内源激素
一、植物内源激素的分类
二、植物内源激素的功能
第三节 植物化感物质
一、植物化感物质的分类
二、植物化感物质的功能

第三章 次生代谢的抗逆机制
第一节 次生代谢的抗逆防御机制
一、渗透调节物质的保护作用
二、抗自由基的酶促和非酶促防御
三、逆境蛋白的应激指令作用
四、防御信号转导与交叉网络应答机制
第二节 次生代谢抑制病虫草害
一、次生代谢的抗病害机理
二、次生代谢的抗虫害机理
三、次生代谢的抗杂草机理
第三节 次生代谢与植物的抗逆性
一、次生代谢的抗旱机理
二、次生代谢的抗盐机理
三、次生代谢的抗低温机理
四、次生代谢的抗高温机理
五、次生代谢的抗灾害性天气的机理

第四章 次生代谢产物中的品质物质
第一节 农产品品质与人类健康
一、化学农业引起健康问题的反思
二、人体细胞的活力来自丰富的膳食营养
……
第五章 次生代谢在生态农业上的应用
第六章 扩展阅读
参考文献

前言/序言

　　生态农业按照生态学和经济学原理，运用现代科学和管理手段，并与传统农业相结合，是生态效益和社会效益并举的现代化高效农业。本书介绍次生代谢研究及其在生态农业中的应用。
　　第一章介绍近年来植物次生代谢的研究。
　　第二章介绍植物次生代谢产物分类、功能及途径。次生代谢产物可分别被称为化感物质、内源激素、免疫物质、品质物质和风味物质，这些重要的次生代谢产物正是农业生产所追求的目标。
　　第三章介绍次生代谢的抗逆机制。在生产中充分利用植物次生代谢产物中的化感物质和内源激素可以抑制病、虫、草害和抵抗逆境（干旱、低温、高温、盐碱和灾害性天气），这是栽培过程中不用农药的理论依据。
　　第四章介绍次生代谢产物中的品质影响，主要涉及农产品的营养物质与风味、色泽、抗逆性、耐贮性等。优质农产品内含人类必需的营养物质。
　　第五章介绍次生代谢在生态农业上的应用。生态农业高产优质栽培技术体系是考虑为作物的次生代谢运转提供充足的物质基础，用人类可参与的胁迫来诱导作物打开次生代谢、产生系统性抗逆，从而提高植物的抗性和农产品的质量。本章阐述了高产优质栽培的四位一体技术体系和成功案例，为人类生产出更有营养价值的农产品。
　　第六章扩展阅读部分介绍了近年来在细胞生理学领域关于膜系统的研究，这些知识与我们的生态农业关系密切。在这部分还介绍了我国农田病虫草害的问题综述。

生态农业的绿色脉搏：次生代谢物的奥秘与实践 一、 引言：重塑农业的未来，拥抱自然智慧 当今世界，我们面临着前所未有的挑战：如何在满足日益增长的人口对食物的需求的同时，保护我们赖以生存的地球？传统农业模式过度依赖化肥、农药，不仅对环境造成了严重污染，还可能对人类健康构成威胁。在此背景下，生态农业以其可持续、环保、健康的理念，正成为引领农业发展未来的重要方向。而在这场深刻的农业变革中，隐藏在植物体内、默默支撑着它们生存与繁衍的“次生代谢物”，正逐渐显露其强大的应用潜力，成为生态农业实现绿色、高效、可持续发展的关键驱动力。 本书旨在深入探索次生代谢物在生态农业中的丰富应用，揭示它们如何成为替代化学农药、提升作物抗性、改良土壤肥力、促进生物多样性乃至生产高附加值农产品的“秘密武器”。我们并非要简单地罗列次生代谢物的种类，而是力求从生态系统的宏观视角出发，结合前沿的科学研究和实践案例，展现次生代谢物在构建健康、稳定、富有活力的生态农业体系中所扮演的不可或缺的角色。 二、 次生代谢物的多维视角：自然界的“绿色宝藏” 次生代谢物，顾名思义，并非植物生存所必需的基本代谢产物，而是植物在长期进化过程中，为适应复杂多变的环境，抵御病虫害侵袭，吸引传粉者，甚至与其他生物进行信号交流而产生的一系列结构多样、功能各异的化合物。它们是植物对外界压力的“智慧回应”，是自然界赋予生命的“绿色馈赠”。 从化学结构上看，次生代谢物家族庞大，种类繁多，主要可分为萜类、酚类、含氮化合物（如生物碱）和含硫化合物等几大类。每一类次生代谢物都包含着无数的子成员，它们在植物体内扮演着不同的角色，例如： 萜类化合物：如芳香精油中的柠檬烯、薄荷醇，以及植物防御激素中的大剂量的倍半萜和二萜。它们很多具有挥发性，能够散发出独特的香气，吸引传粉者，或驱赶害虫。 酚类化合物：如黄酮类、单宁酸、花青素等。这类化合物广泛存在于植物的根、茎、叶、花、果实和种子中，许多具有抗氧化、抗菌、抗病毒和抗肿瘤的活性。它们还可以作为植物的“色素”，吸引传粉者，或作为“屏蔽层”，吸收紫外线。 含氮化合物：包括生物碱（如咖啡因、尼古丁、吗啡）和氰苷等。这些化合物往往具有剧毒性，是植物最直接的防御武器，能够有效阻止食草动物的啃食。 含硫化合物：如植物体内的大蒜素、芥子油苷等。这些化合物在植物受伤时释放，具有强烈的辛辣气味，能够驱赶或杀死病原菌和害虫。 然而，次生代谢物的价值远不止于此。它们并非孤立存在，而是与植物体内的其他次生代谢物、甚至与其他生物形成复杂的网络。这种协同作用，使得植物能够更有效地应对环境挑战。例如，一种化合物可能负责吸引传粉者，而另一种化合物则负责在该地区形成一种“警告信号”，通知其他植物即将到来的威胁。 理解次生代谢物的多样性及其在植物体内的功能，是探索其在生态农业中应用的基础。它们是大自然为我们提供的丰富的化学“工具箱”，等待我们去发掘和利用。 三、 次生代谢物在生态农业中的关键应用：绿色革命的驱动力 次生代谢物在生态农业中的应用，正日益从理论走向实践，为解决当前农业面临的诸多难题提供了创新的解决方案。 1. 替代化学农药，构筑生物防治的坚实防线 传统农业过度依赖化学农药，不仅导致环境污染、土壤退化，还引发了农产品安全和食品安全问题，以及病虫害的抗药性问题。次生代谢物提供了天然、环保的替代方案。 天然杀虫剂与驱避剂：许多植物次生代谢物，如印楝素（来自印楝树）、除虫菊素（来自除虫菊）、烟碱（来自烟草）、苦参碱（来自苦参）等，都表现出显著的杀虫、驱虫活性。它们通过干扰害虫的神经系统、消化系统、生长发育或繁殖，达到防治害虫的目的。与化学农药相比，这些天然杀虫剂通常对非靶标生物毒性较低，更易于生物降解，对环境和人类健康的影响更小。例如，印楝素可以通过抑制昆虫的蜕皮激素，干扰其正常生长发育；除虫菊素则能迅速麻痹昆虫的神经系统。 天然杀菌剂与抗病毒剂：许多植物酚类化合物、萜类化合物以及含硫化合物，都表现出强大的抗菌、抗真菌和抗病毒活性。例如，某些精油成分（如茶树油、牛至油）具有广谱的抗菌作用；单宁酸可以与蛋白质结合，形成一层保护膜，阻碍病原菌的侵入；植物体内产生的植物抗毒蛋白（PR proteins）则在抵抗病毒感染方面发挥着重要作用。这些天然物质能够有效抑制或杀灭植物病原菌，减少病害的发生，降低对化学杀菌剂的依赖。 生物诱导抗性：植物的次生代谢物并非仅是直接杀灭病虫害，更重要的是，它们能够诱导植物自身产生更强的抗性。当植物受到轻微的病虫害侵袭或受到特定信号（如某些次生代谢物的释放）刺激时，会激活其自身的防御机制，产生更多的次生代谢物，从而更有效地抵抗后续的、更严重的侵扰。这种“预警”和“强化”机制，使得植物能够更主动地应对环境压力，减少外界干预的需求。 2. 提升作物自身抗性，增强生态系统的韧性 次生代谢物不仅是抵御外来威胁的“盾牌”，更是植物自身生存和繁衍的“生命力源泉”。在生态农业中，通过合理选育、管理，可以充分发挥次生代谢物在提升作物抗性方面的作用。 抗旱、耐盐碱能力：某些次生代谢物，如脯氨酸、甜菜碱等，能够作为渗透调节物质，帮助植物在干旱、盐碱等逆境条件下维持细胞膨液，减少水分流失，从而提高抗旱、耐盐碱的能力。 抗重金属能力：一些植物通过产生特定的次生代谢物（如金属硫蛋白），能够有效地络合、隔离土壤中的重金属离子，减轻重金属对植物的毒害，甚至能够用于修复重金属污染的土壤。 营养价值与风味改良：许多次生代谢物，如类胡萝卜素、花青素、黄酮类化合物等，不仅为农产品提供鲜艳的色彩，更重要的是，它们具有重要的营养价值，是人体必需的抗氧化剂、维生素前体等。合理利用这些次生代谢物，可以改良农产品的品质，增加其营养价值和风味，满足消费者对健康、美味食品的需求。 3. 促进土壤健康，构建可持续的农业生态系统 土壤是农业的根基，而健康的土壤是生态农业可持续发展的关键。次生代谢物在土壤改良、促进有益微生物生长等方面也发挥着重要作用。 土壤改良剂：植物根系分泌的次生代谢物，如有机酸、酚类化合物等，能够改变土壤的pH值，促进土壤中难溶性养分的释放，提高土壤的肥力。同时，这些化合物还可以分解土壤中的有机质，为土壤微生物提供能量和碳源，促进土壤微生物的活性和多样性。 促进有益微生物的生长与协同作用：许多植物次生代谢物能够作为有益微生物的“信号分子”或“营养物质”，吸引和促进固氮菌、解磷菌、菌根真菌等有益微生物的生长和繁殖。这些微生物能够与植物形成互惠共生关系，帮助植物吸收养分，增强抗病性，进一步提高作物的产量和品质。例如，菌根真菌可以极大地扩大植物根系的吸收面积，并帮助植物吸收土壤中难以获取的磷元素。 生物修复土壤：某些植物产生的次生代谢物，特别是能够吸附或降解污染物的化合物，可以用于修复被农药、重金属等污染的土壤，使土地恢复生机，实现农业的可持续发展。 4. 拓展农产品附加值，推动农业产业升级 除了在农业生产环节的直接应用，次生代谢物还可以为农产品带来更高的附加值，推动农业产业的升级。 天然色素与食品添加剂：从农作物中提取的天然色素（如花青素、类胡萝卜素）和风味物质，可以替代合成色素和人工香料，满足消费者对天然、健康食品的需求，为农产品加工业带来新的增长点。 天然药物与保健品原料：许多具有药用价值的次生代谢物（如紫杉醇、青蒿素、人参皂苷等），正是来源于植物，成为天然药物和保健品的重要原料。通过生态农业的种植模式，可以生产出高品质、高纯度的药用植物资源，为生物医药产业提供可持续的供应。 生物农药与生物肥料的开发：从植物中提取的次生代谢物，经过进一步的研发和生产，可以开发出新型的生物农药和生物肥料，这些产品具有高效、低毒、环保的特点，能够为生态农业提供更加完善的技术支撑。 四、 挑战与展望：迈向更广阔的应用前景 尽管次生代谢物在生态农业中的应用前景广阔，但仍面临着一些挑战，需要我们进一步的努力和探索。 研究深度与广度不足：虽然对一些常见的次生代谢物有了深入的了解，但自然界中仍有大量未被发现和研究的次生代谢物，其潜在应用价值有待挖掘。同时，对次生代谢物在复杂生态系统中的相互作用机制，以及其在不同环境条件下的稳定性、降解规律等方面的研究也需要进一步加强。 提取、分离与纯化技术：从植物中高效、低成本地提取、分离和纯化目标次生代谢物，并将其稳定地应用于农业生产，是当前技术上面临的一大挑战。需要开发更先进、更环保的提取技术，以降低生产成本，提高产品质量。 标准化与产业化瓶颈：目前，许多次生代谢物在农业中的应用仍处于小规模试验或示范阶段，缺乏统一的生产标准和质量控制体系，难以实现大规模的产业化推广。建立完善的标准化体系，促进技术创新与产业对接，是实现规模化应用的关键。 政策支持与市场引导：推动次生代谢物在生态农业中的广泛应用，需要政府在政策法规、资金投入、技术推广等方面给予大力支持。同时，也需要加强市场宣传和引导，提高消费者对生态农产品的认知度和接受度，从而形成良性的市场循环。 展望未来，随着科学技术的不断发展和人们对可持续发展的日益重视，次生代谢物在生态农业中的应用必将更加深入和广泛。从基因工程、合成生物学等前沿技术，到大数据、人工智能等信息技术的辅助，都将为我们更好地理解和利用这些“绿色宝藏”提供新的机遇。我们有理由相信，通过不懈的努力和探索，次生代谢物将为构建一个更加健康、绿色、可持续的未来农业做出更加重要的贡献。 五、 结语 本书旨在为您打开一扇通往次生代谢物世界的大门，让您看到它们在重塑农业未来、实现生态文明建设中的巨大潜力。我们呼吁更多的科研人员、农业生产者、政策制定者以及社会各界关注并参与到次生代谢物在生态农业中的研究与应用中来，共同谱写生态农业的绿色篇章。让我们携手同行，拥抱自然智慧，共创人与自然和谐共生的美好未来。

评分☆☆☆☆☆

我以一个资深农艺师的视角来审视这本书，坦白讲，很多关于次生代谢的文献往往过于偏重基础研究，读起来枯燥且缺乏直接的应用指导。然而，此书的编排理念显然是面向实践的。它并没有回避复杂的生物化学背景，但高明之处在于，它总能在关键的技术节点上，清晰地勾勒出一条从分子到田间的转化路径。例如，书中详细对比了不同发酵方法和植物组织培养技术对特定次生代谢物积累的影响，这些对比不是简单的罗列，而是深入分析了不同培养基成分中，特定激素水平波动如何影响关键酶的表达，从而指导了规模化生产的可能性。最让我眼前一亮的是关于“次生代谢物与生物多样性维持”的探讨。作者通过引入生态学中的“植物-微生物互作”模型，解释了在间作或轮作系统中，特定代谢产物如何通过土壤渗漏或根系分泌物，为伴生植物提供生存优势，这对于我们设计更具稳定性的生态农田系统具有极高的参考价值。这本书的语言风格严谨而不失生动，大量采用图表和流程图来辅助理解复杂的代谢网络，极大地降低了专业知识的理解门槛，让基层技术人员也能快速掌握核心概念。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，对于希望从传统农业向现代精准生态农业转型的技术人员来说，无疑是一次知识的“补强训练”。它所覆盖的知识面相当广博，从植物体内复杂的基因调控网络，到田间尺度上不同作物间的相互作用，无不有所涉猎。尤其在“生物有效性”这一环节的论述上，作者进行了深入的剖析，指出了许多实验室中表现优异的次生代谢物，在进入复杂的土壤环境后，面临的降解、吸附和生物利用率下降的挑战。书中对新型的靶向释放载体技术进行了介绍，这些载体能够保护次生代谢产物，并将其精准投递到目标生物或靶区，从而大幅提高了应用效率。这部分内容，让我深刻体会到，现代农业的应用科学已经发展到了需要精细工程介入的阶段。这本书的叙事节奏张弛有度，理论深度足够支撑学术探讨，同时又不乏实践案例的生动性，使得它既可以作为高年级本科生和研究生的参考教材，也完全可以作为一线技术人员的案头工具书。它提供了一张清晰的路线图，指引我们在利用自然的复杂性来解决农业可持续性问题的道路上，走得更远、更稳健。

评分☆☆☆☆☆

这本关于次生代谢在生态农业中的应用的著作，简直是一次深入田野与实验室的奇妙旅程。初捧此书，我便被其宏大的叙事结构所吸引，作者似乎并未将重点局限于那些晦涩难懂的化学反应式，而是巧妙地将植物次生代谢产物的生物合成途径与它们在实际农业环境中的生态功能紧密地编织在一起。例如，书中对某些萜类化合物在植物抗虫防御中的机制阐述得极为透彻，不仅描述了信号传导的分子机制，更结合了不同气候带和土壤条件下，这些物质的产量和功能多样性变化。我特别欣赏其中关于“信息素”在作物群落调控中的作用的章节，它不再将作物视为孤立的个体，而是置于一个复杂的生物网络之中，探讨了芳香族化合物如何影响土壤微生物群落的结构，进而反作用于作物的营养吸收效率。书中穿插的案例研究，大多来自国内一线科研机构的实际试验数据，使得理论不再是空中楼阁，而是有坚实的数据支撑，让人对“生态农业”这个概念有了更具体、更具操作性的理解。阅读过程中，我时常会停下来，思考如何将这些前沿的生物化学知识转化为我们日常农田管理中的具体策略，比如如何通过非化学干预手段，诱导作物自身产生更高水平的次生代谢产物，以达到可持续病虫害管理的目标。整本书读下来，感觉像是接受了一次全方位、多维度的农业生物技术升级培训。

评分☆☆☆☆☆

作为一名专注于农业经济和可持续发展研究的学者，我更关注的是这种技术路线的经济可行性和政策导向性。这本书在探讨次生代谢应用时，展现出一种难得的前瞻性——它并未将次生代谢产物仅仅视为“高价值的天然药物或香料”，而是将其定位为提升整个农业生态系统服务功能的基础要素。书中对如何利用次生代谢物来替代部分传统化肥和农药，并进行成本效益分析的部分，尤其值得推敲。作者通过构建一个动态的生态经济模型，展示了在长期实践中，初期投入的研发和技术培训成本，如何被后续的投入减少和品质提升所抵消。此外，书中对知识产权和种质资源保护的讨论也体现了较高的社会责任感，强调了开发利用本土特色作物的次生代谢资源，必须与当地农民的利益捆绑，确保技术成果能够真正惠及生产者。这种将硬核生物化学、应用生态学与宏观经济视角融为一体的写作手法，使得这本书的受众范围极大地拓宽了，不再局限于实验室里的研究人员，更是为政策制定者提供了坚实的科学依据。

评分☆☆☆☆☆

我是在寻找关于土壤健康和生物防治新思路的过程中接触到这本书的。说实话，许多关于生物防治的书籍，要么过于聚焦于单一的生物制剂，要么就是泛泛而谈。而这本著作的独特之处在于，它将“次生代谢”作为一个贯穿始终的主线索，去解构和重塑我们对“健康土壤”的理解。书中对植物根系分泌物（Exudates）的分析细致入微，不同次生代谢物如何影响根际微生物的群落结构，特别是那些能有效促进固氮菌和溶磷菌活性的化合物，都有详尽的化学结构图和相应的田间表现数据。我最欣赏的是它对于“应激响应”的阐述，书中提出，通过模拟轻微的生态胁迫（如适度的干旱或营养限制），可以系统地“训练”植物产生更丰富的次生代谢防御机制，这是一种主动培养生态免疫力的策略。这种思路彻底颠覆了以往那种“尽力满足作物需求”的传统农业观，转而强调“激发作物潜力”。阅读这本书，就像被一位经验丰富的生态设计师手把手地引导，去观察和设计一个能够自我维持和调节的农田生态系统。