植物次生代谢产物是指植物体内普遍存在的生物代谢非必须的小分子化合物化合物。植物天然产物或次生代谢产物是深入探讨和研究植物系统发育的重要化学证据。同时利用系统发育的方法来理解或解释植物次生代谢产物的特征,或是利用物种的系统发育树来探讨植物化学特征的演化规律,是植物化学同植物分类学和植物系统学学科交叉新产生的进化生物学前沿研究领域。次生代谢产物在植物生命之树中的分布规律和进化一直是植物系统学家和植物化学家关注的问题,如Cronquist(1977)曾提出在同一时代的相近类群具有相似的次生代谢产物的观点。然而迄今为止,我们对次生代谢产物在被子植物生命之树中的分布及进化规律仍不清楚。随着分子系统学的深入研究和发展,植物系统发育或生命之树的框架已经基本完成(如Thetreeof life、APGⅢ和APGⅣ),同时大量的天然产物的发现和鉴定(目前已经有超过100000种),为深入研究植物次生代谢产物在生命之树上的分布及演化规律提供了基础。本研究选取了 8类具有代表性的次生代谢产物[生物碱类、黄酮类、萜类、单宁类、酚酸类、醌类、甾体类、木脂素及香豆素类(简称L&Cs)],将其标注在最新的由437个科组成的种子植物系统树上。结果发现308个科进行过植物化学成分探究,129个科(主要由如无油樟科等稀少的科)没有植物化学成分研究数据。黄酮类和生物碱类是目前种子植物中占主导地位的代表性次生代谢产物,有245个科有黄酮类化学成分报道,有221个科有生物碱类化学成分的报道,其它如醌类、酚酸类、单宁类、甾体类和L&Cs等次生代谢产物在种子植物中的分布是多样而不规律的。为了进一步探究次生代谢产物在种子植物中的分布规律,本研究采用了Blomberg’ s K值和D值两种最新的计算系统发育信号的方法,对8类次生代谢产物在种子植物中的系统发育信号进行了计算。结果发现除了甾体类次生代谢产物以外,其他7类均呈现了一定的系统发育信号。由于系统发育信号是指系统树上相近类群中进化相关性状之间的相似性,即亲缘关系相近的类群拥有相似性状的可能性,因此说明7类次生代谢产物在种子植物中呈聚集性分布,而甾体类次生代谢产物在种子植物中的分布及合成是随机的。这一结果也支持Cronquist(1977)的假说。同时,从整体上看,7类次生代谢产物在种子植物中的系统发育信号均不强(0<K<1or0<D<1),说明了在种子植物进化过程中,自然选择对植物多样化有较强的约束力,但对次生代谢产物多样化的约束力较弱(即环境因素对其多样化影响较强)。进一步分别对种子植物54个主要支系的8类次生代谢产物的系统发育信号进行了计算。结果发现:7类(除甾体类外)次生代谢产物仅在种子植物18个支系中呈现了系统发育信号;裸子植物中仅萜类呈现了系统发育信号;被子植物中单子叶植物及被子植物基部类群中所有次生代谢产物均无有效系统发育信号;7类次生代谢产物的系统发育信号主要集中在核心真双子叶植物(超菊支和超蔷薇支)的13个支系中。这表明次生代谢产物在种子植物进化过程中,其多样化更多是受环境或外界因素的影响,而遗传进化因素的影响是有限的。这些出现系统发育信号的植物类群和次生代谢产物多样性的出现密切相关,表明了二者在进化中存在协同进化的可能性。从起源上看,大多数次生代谢产物均在种子植物的祖先类群中便已出现,并在种子植物多样化过程中急剧多样化,如黄酮类次生代谢产物在植物登陆时就已出现,但其多样化过程主要还是伴随着被子植物的多样化而丰富的。此外,研究结果还表明白垩纪以后,次生代谢产物的多样性与昆虫、哺乳动物和鸟类多样化过程具有紧密关系,如柱头的出现以及芳香萜由利已素到利它素的转变,是促使食植性昆虫转变为传粉昆虫的主要原因。最后,本研究结果也表明的特定的次生代谢产物在具体类群中呈聚集性分布的规律,以及次生代谢产物的系统发育信号及在生命之树上的分布特征,对寻找天然化合物、寻找具有药用价值的潜在植物类群,以及在相近类群中寻找特定化合物有着重要潜力和应用前景。