化学分类学 百科内容来自于: 百度百科

化学分类学是以生物的化学成分及其合成途径的特征为依据,配合传统分类及有关学科。

基本介绍

化学分类学以研究生物类群的特性、起源、亲缘关系及其系统发育规律的分类学分支,即从分子水平来探讨生物进化的一门学科。化学分类学这一名称是荷兰生化学家R.海赫瑙尔于20世纪50年代末提出,先用于植物,而今已应用于生物界。

学科历史

学科起源

类在利用植物的过程中,最初,分植物为可吃的、药用的和有毒的类群,尔后才逐渐形成植物化学成分与植物的系统位置相联系的概念。如中国明代李时珍(1518~1593)在其巨著《本草纲目》中,按药物的自然属性与特征加以归类,他把亲缘近的属、种列在一起,如草部之四,湿草类的53种药物中,有21种属于菊科,并把 8种蒿属植物排列在一起。蒿属种类不仅具有相似的形态,而且多含挥发油,药物效用也多近似。这种分类方法可以说是中国植物化学分类的萌芽。在国外,S.阿博特于1886年提出“植物类群的化学成分最好地表明了植物界的进化理论”。M.赫洛少夫(1890,1891,1893)认为:比较植物化学是植物的自然相关性与它们的化学组成之间的联系方面的知识。莎茨基(1889)提出“生物碱是较高等的植物有机体的代谢产物,最复杂的生物碱只有在高级的纲、目、科植物中产生。研究这些生物碱的特性,必然得出结论──它们是产生生物碱的植物中间的遗传联系的结果,这种情况强烈地证实科学的植物分类系统的合理性等”。

学科发展

20世纪初叶后期,出现了植物化学成分与植物系统发育关系内在规律的总结工作。如苏联生化学家伊万诺夫(1926,1961)认为有机体物质进化的主要生化规律有四:
①每一个种在恒定的外界条件下具有制造一定成分物质的特性,这种特性是它的生理化学特征;
②有相近遗传联系的种有相似的生理化学特征;
③当生存的外界条件改变的时候,或植物迁移到另外的气候条件下的时候,其外界条件区别愈大,则生理化学特征的变化也愈大,植物种内(个体之间特征)的联系因而断开,出现与原有的继承性相联系的新的特征:特征在进化;
④引起生理化学特征变异的原因是气候因素──光、温度、水分,在地理上的每一个地方,它们的量与质的结合都是特殊的,所以地球上的植物的生化过程在任何地方也不会重复。С.Л.伊万诺夫总结的四条规律,可以解释植物系统发育与所含化学成分演化的关系上的许多现象,但他没有看到引起植物化学过程改变的不仅是气候因素,土壤、生物等也是重要因素。60年代以来,由于植物生化资料的积累、寻找药物及其他轻工、化工原料的要求及成功,尤其是许多新技术主要是各种色谱分析方法和各种电泳技术的发展,以及植物分类本身需要得到更多的特征,所以植物化学分类学成为生物分类领域中迅速发展的交叉学科。动物的化学分类研究,至今主要在高级阶元之间开展,但在种级阶元乃至种下群体的研究报告也已出现。

研究内容

R.海赫瑙尔于1965年,在其“化学分类学的过去和现在”一文中提出化学分类学研究包括描述化学分类学与动态化学分类学两部分。前者是分离植物成分,阐明其结构并研究这些成分在植物界的分布;后者在于对生物合成途径进行比较研究,从而解决起源于化学特征的平行性和多样性的问题。同时还应熟知关于新陈代谢途径方面和由这途径产生的植物成分方面的进化趋势,即发展和退化。
所以,化学分类学的研究内容可概括为:
①对各级分类阶元例如科、属和种所含化学成分(包括主要成分,次要成分和特征成分)的特性和合成途径进行比较研究;
②探索各化学成分在生物界中的分布规律,研究生物体中化学成分的自身进化;
③根据生物所含的化学成分及其合成途径,配合传统分类学及有关学科,共同研究生物类群的起源,如植物起源、动物起源、被子植物起源和哺乳动物起源等。

学科分类

植物化学分类学

应用的化合物,通常可以分为三类,即初生代谢物、次生代谢物及带信息分子。其中初生代谢物是重要的代谢途径部分,它们中之大多数普遍分布于植物之中,如乌头酸柠檬酸,它们参与呌循环,并存在于所有需氧生物体内。又如构成植物蛋白质的约22种氨基酸,或碳循环过程中所出现的任何糖类等,均无很大的分类学价值。次生代谢产物,在植物中不那么普遍出现
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,也正是由于它们有限地在植物中分布,因而成为有价值的分类学资料。分类上应用的化合物为生物碱、酚类、β-硫代葡萄糖苷脂、氨基酸类萜、油等等。尽管对于这些次生代谢物的功能问题,尚存在很大争论,但就分类学而言,其价值在于它们的分布,以及它们与其他性状的相关性。应用植物次生代谢的分布来改进植物分类系统的论述很多,使分类系统愈益接近其自然演化的实际情况。例如中国植物学家胡先骕1950年提出的胡先骕系统,主张被子植物的起源是多元的,出自若干支派的原始被子植物。单子叶植物也有 3个来源,其中棕榈类直接起源于种子蕨部。在其他系统中棕榈目位置都安排较高,但棕榈目所含生物碱比较简单,甘油酯典价低、挥发油之比重和折射率均较小,都说明棕榈目比较原始。根据精油生物碱等在植物界(主要是被子植物)各目、科里的分布情况制定的,尤其是近年来新制定的植物分类系统,已更接近植物自然演化的实际情况。带信息分子,如DNA,RNA,蛋白质等的研究目前尚未到达提供分类学准绳的水平,但有一点是肯定的,分子愈复杂,形成该分子所需的步骤愈多,那末该分子的分布就愈狭窄,它的分类学价值就愈大。

动物的化学分类学

研究历史很短,但已使一些疑问得到澄清,部分系统得到改善。如鸟纲中之红鹳火烈鸟),以往置于鹳形目或雁形目,但红鹳之外形及习性介于鹳形、雁形二目之间,经20年研究,用酶法、电泳法分析、比较100种鸟类的卵蛋白后,确定红鹳为独立于鹳形目与雁形目的类群,建立了红鹳目。北京产的萝卜螺以往定为三种或二种,经用圆盘电泳酯酶分析,证实为2种。化学分类学应用于昆虫分类尚在探索之中,70年代以来出现较多的是对社会性昆虫(白蚁、蚂蚁)的研究报告,应用昆虫的外分泌腺的挥发性分泌物(如驱避素、警戒素等)探索居群内、居群间的亲缘关系,进而分析其分类系统关系,但由于社会性昆虫类型等级复杂,食物的影响,年龄的不同,使取样难于一致等问题未获解决,实验手段尚不足以检出1毫微克分泌物的水平,致研究成果有限。
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