水杨酸在农业生产中的利用.doc

水杨酸在农业生产中的利用刘自刚张雁摘要综述了水杨酸作用机制、生理效应等方面的研究进展, 目前在农业生产中的应用情况, 以及水杨酸作为一种新型植物激素在农业生产中的应用前景和水杨酸产品开发过程中需注意解决的问题。关键词水杨酸;农业生产;利用水杨酸(salicylic , SA) 化学名称邻羟基本甲酸,一种广泛存在于植物中的一类小分子酚类物质, 是苯丙氨酸代谢途径的中间产物, 属于肉硅酸的衍生物。参与植物的蒸腾、种子萌发、开花、结实、气孔关闭、产热等多种生理生化过程; 诱导植物产生抗病、抗盐、耐冷等多种生理性状, 还可参与植物细胞线粒体抗氰呼吸和非磷酸化途径, 提高植物体内茉莉酸代谢水平。 l 水杨酸的作用机制 水杨酸诱导植物抗病机制植物体内水杨酸受体蛋白基因与过氧化物酶基因高度同源, 外源水杨酸进人体内可以直接激活许多与抗性有关的酶系统活性; 同时水杨酸还参与植物体内茉莉酸代谢调节,后者可增强植物对多种胁迫的抗逆能力。许多研究还表明,水杨酸能显著提高 SOD 的活性,抑制 CAT( 过氧化氢酶)、 APX( 抗坏血酸过氧化物酶) 活性; SOD 活性提高能促使植物体内 H2O2 大量生成,而 CAT 、 APX 是植物体内重要的 H20 :的清除剂,通过与水杨酸结合, 其活性被抑制, 从而导致 H202 积累。 H2O2 诱导植物细胞过敏性坏死反应, 同时还对微生物有直接的毒性。 H202 还参与细胞壁蛋白( 如富经糖蛋白) 的氧化交联和木质素的形成, 木质素能加固细胞壁, 作为一种结构性防御屏障,起阻止微生物进一步侵染的作用。水杨酸是诱导植物抗病反应的一个重要信号分子。许多植物感病后, 其体内都会有大量水杨酸积累,水杨酸与系统抗性(systemic acquired resistance , SAR) 的形成密切相关。 SAR 指在病原物诱导下植物产生的一种整体水平非专化抗性, 对病原菌的再侵染, 甚至对其他病原物的侵染均产生很强的抗性, 是植物一种主动防御机制。植物 SAR 的产生需要一系列信号的转导, 水杨酸是激发 SAR 的主要信号分子。转细菌的水杨酸羟化酶基因(nahG) 烟草和拟南芥试验进一步证明水杨酸是诱导 SAR 的重要的内源信息物质。 Chen 等从烟草中鉴定出一种水溶性水杨酸的受体蛋白(SABP) 。分子生物学和酶学的研究表明, SABP 是一种过氧化氢酶(catalase , CAT) , SABP 与水杨酸结合后即失去酶活性。 Chen 等认为水杨酸的作用首先在于和具有 CAT 活性的 SABP 结合,使其 CAT 活性受到抑制,从而提高植物体内 H20 2 的含量, 最终导致与 SAR 有关的防卫基因表达和植物抗病性的诱导。 199 7 年, Du 等在烟草和拟南芥中发现另一种与水杨酸具有高度亲和性、低丰度的可溶性 SABP2 。与过氧化氢酶相比, SABP2 更有可能在水杨酸的信号传导中起作用。在诱导 SAR 的信号传递过程中水杨酸可能作用在 H202 的上游,即水杨酸在诱导 SAR 中是作为第一信使,而 H202 是第二信使;但有些研究报道认为水杨酸作用位置在 H202 的下游。另外,植物体内的离子流、蛋白磷酸化/去磷酸化反应、 NO 产生、脂质过氧化等相互配合同样可以激活植物的抗病性反应与水杨酸也有一定的关系。因此, 水杨酸介导的植物抗病反应的机制是多途径的。 水杨酸诱导植物耐冷机制低温胁迫条件下, 水杨酸可在细胞膜的疏水区积累, 影响与膜相关的一系列生理生化反应。外源水杨酸可提高水稻种子发芽率、发芽指数等活力指标, 这与低温胁迫条件下, 水杨酸可提高水稻胚乳内淀粉酶、蛋白酶活性及可溶性糖含量有关。可溶性物质含量的升高带来两方面的效应:一是为新物质的合成和积累提供充分的底物; 二是提高细胞内溶质的浓度, 降低细胞中溶质渗透势, 提高其渗透调节作用, 缓解因冷害胁迫给细胞带来的生物物理和生物化学变化, 如生物膜相变、电解质外渗、细有素物质积累, 从而相对提高耐冷性。 水杨酸诱导植物耐盐机制抗性植物在接触 A13 +后不久( 数分钟至数小时) 能专一性地从根尖内分泌出有机酸,如柠檬酸、草酸、苹果酸,根尖 1~ 2cm 区域被证明为是有机酸分泌的主要部位。从根系分泌的有机酸能与根际的 A13+ 结合, 形成无毒性的螯合物,从而减轻了铝对根际细胞的毒害。最近研究表明1~ 10μ mol /L 的水杨酸能促进并调节根系由铝诱导的柠檬酸分泌, 水杨酸作为信号分子参与调节铝胁迫反应。水杨酸作为一个信号分子其本身不太可能直接去调节或修饰阴离子通道。可能的机制是水杨酸需要依赖一个或多个下游信号分子(MAPK) 将 A13+ 信号传递和放大,并通过下游生化反应机制去调节有机酸的分泌。 2 水杨