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農藥快訊:2019年第14期
  文章:60篇

茉莉酸及其甲酯在農業上的應用研究進展

作者:范樹茂 等 更新時間:2019-07-24

摘要:茉莉酸類化合物是廣泛存在于植物體內的內源激素,參與植物生長發育眾多生理過程的調控,誘導植物對病蟲害、非生物脅迫產生防御反應,緩解作物對外界不利環境的脅迫。對茉莉酸及其甲酯在提高作物抗逆性,防御病蟲害能力,改善作物品質以及延長農產品貨架期等方面的研究進展進行綜述,為綠色農業的發展提供依據。

 

茉莉酸類化合物(JAs)包括茉莉酸、茉莉酸甲酯(MeJA)、(Z)-茉莉酮、二氫茉莉酸和二氫茉莉酸丙酯(PDJ)等含有環戊烷酮結構的化合物。1971年茉莉酸首次從肉桂枝枯病菌(Lasiodiplodia thebromae 的培養液中分離出來。其是廣泛存在于植物中的內源激素,起到信號傳遞的作用。植物受外源茉莉酸或茉莉酸甲酯刺激后,經由硬脂酸途徑激活防御系統或直接激活防御基因,從而提高作物耐寒、耐旱、耐高溫和耐鹽等抗逆性,增強作物抗病、抗蟲能力,改善作物品質,提高作物產量等。隨著對茉莉酸類化合物研究的逐漸深入,其生物學作用的重要性也越發凸顯。本文概述了茉莉酸及其甲酯在農業領域的研究進展,旨在為健康綠色農業的發展提供理論參考。

 

茉莉酸及其甲酯提高作物抗病能力

植物體內的茉莉酸積累到一定水平后,可啟動抗病防御基因的表達,促使植物產生防御反應,從而表現出較強的抗病能力。

 

向妙蓮等通過抑菌活性試驗研究發現,MeJA對水稻細條病菌無強烈抑制作用,與張智慧、周大祥等研究結果相似。但MeJA淋根和噴霧試驗研究發現,MeJA明顯提高了水稻幼苗對細條病、白葉枯病、稻瘟病的抗病性,其誘導效果可能與MeJA處理濃度、方法及水稻生育期有關。王英珍等通過PDA培養基離體試驗發現:MeJA對梨黑斑病有抑制作用,且濃度越高,抑菌效果越好;先用7 mmol/L MeJA浸泡采摘前的果實,再接種黑斑病菌,結果顯示,用MeJA處理后的果實未發病。通過對酶活性的研究發現,MeJA可提高成熟果實過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、β-1,3-葡聚糖酶(GLU)、幾丁質酶(CHT)等相關酶的活性,進而提高了抗病性。研究發現,MeJA可通過誘導防御基因的表達來提高中國春濮麥92個小麥品種對白粉病的抗病性。Haggag等研究發現,MeJA誘導提高小麥對銹病的抗性。李天來等發現鈣促進MeJA誘導番茄活性氧積累和抗氧化酶活性。經外源MeJA處理后,小麥條銹病菌的胞間菌絲、吸器母細胞和吸器的發育明顯受到抑制。

 

茉莉酸及其甲酯提高作物抗蟲能力

茉莉酸介導的信號轉導途徑是類十八烷途徑,在蟲傷和創傷誘導下,植物體內茉莉酸及其衍生物含量會明顯增加,激活植物體內相應防御基因,使植物產生各種類型的防御物質。姜礅等在長白落葉松上局部或全株噴施不同濃度的JA,各處理均可降低舞毒蛾的蟲體質量,且與清水處理差異顯著;JA顯著降低了幼蟲存活率、雌雄蛹質量和產卵量,與越慧芳等的研究結果相似;同時舞毒蛾幼蟲體內的保護酶和解毒酶的活性也得到了明顯的提高,來抵御落葉松產生的誘導抗性。從春蕾等研究發現,西花薊馬取食菜豆后,菜豆葉片中脂氧合酶(LOX)活性增強,與外施JA具有相似的誘導效果,同時提高了PODPPO的活性,增加了蛋白酶抑制劑(PI)的含量,與對青楊、煙草、茶樹、水稻、棉花的研究相似,抑制了蟲體內腸強堿性類胰蛋白酶活性和類胰凝乳蛋白酶活性。MeJA處理茶樹可產生揮發性的有機化合物,對茶尺蠖的天敵單白綿絨繭蜂具有很強的引誘作用,對茶尺蠖起到間接防御的作用。馮宏祖等對健康棉株葉片施用MeJA結果顯示,茉莉酸可提高PAL活性,該結果與從春蕾等研究結果不同。楊世勇等研究發現,茉莉酸可誘導棉花產生引起昆蟲消化酶失活的單寧類多酚物質,與在玉米上的研究結果相似。王俊斌等則通過基因表達層面,發現茉莉酸可誘導氫過氧化物裂解酶(HPL)和蛋白酶抑制劑(PI-IPI-II)基因表達,降低煙草葉片被取食的概率。1.0 mmol/L茉莉酸是誘導6葉期皖棉16號幼苗抗蟲性的最佳濃度,抗蟲性的滯后期為48 d。杜遠鵬等發現葉片噴灑茉莉酸能夠降低根瘤蚜種群密度,并提高葡萄根系活性氧清除能力和防御酶活性,茉莉酸處理降低了根瘤蚜侵染對植株地上部生長及光合作用的抑制。

 

茉莉酸及其甲酯提高作物的抗逆性

茉莉酸可以誘導植物產生防御物質提高作物的抗逆性。其中甜菜堿、可溶性糖類物質和脯氨酸等作為重要的細胞滲透調節物質,可降低細胞的滲透勢,同時超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶以及非酶抗氧化劑含量和活性迅速上升,清除植物體內過剩的活性氧自由基。

 

1  抗旱性

李兆舉等發現:低濃度外源茉莉酸甲酯(0.25 μmol/L)浸種能夠促進干旱脅迫下玉米種子的萌發和幼苗的生長,提高幼苗中脯氨酸含量,降低幼苗相對電導率和丙二醛(MDA)含量,增強抗氧化保護酶的活性;高濃度MeJA浸種則顯著抑制種子萌發及幼苗生長。楊藝等研究發現,棉花干旱脅迫下,MeJA可增加棉花體內甜菜堿、可溶性糖和脯氨酸等滲透性物質的含量,進而降低細胞滲透勢,提高棉花的抗旱能力。該研究結果與在小麥、蘋果上的研究結果一致。同時MeJA增加抗氧化酶的活性,清除過量的氧自由基,降低MDA濃度和相對電導率, 增強光合作用,抵御干旱脅迫。董桃杏等研究證實,MeJA代謝抑制劑水楊苷異羥肟酸可以逆轉MeJA誘導的水稻抗旱性,MeJA可以提高作物的抗旱性。謝靜靜等通過對小麥花后干旱脅迫試驗發現: 噴施JA提高了小麥的穗粒數和千粒重,緩解花后干旱脅迫對小麥產量的影響,同時可以緩解干旱脅迫對葉綠素的破壞,增加葉片的光合作用,提高抗氧化酶的活性;與在水稻上的研究相似,噴施不同濃度的MeJA均可顯著提高水稻葉片水勢和葉綠素含量,降低質膜透性和葉片無機離子含量。

 

2  抗寒性

金鵬等采用10 μmol/L MeJA,在10℃下對解放鐘枇杷熏蒸處理1 d,然后低溫貯存35 dMeJA明顯抑制了果實褐變指數、細胞滲透率和MDA的上升,保證了細胞的穩定性,降低果實硬度同時抑制果實出汁率以及抗氧化酶SODCATAsA-PODGSH-POD活性的下降,維持果實中活性氧代謝的平衡,減輕果實冷藏期間的受害癥狀,延長了果實的貨架期。而Fung等發現,MeJA通過提高甜椒中活性氧代謝酶活性,進而延緩冷害的發生。此外,MeJA還能增加辣椒幼苗葉片中葉綠素含量。MeJA通過調節小麥中S-誘抗素和赤霉酸(GA)的含量,提高其抗寒性。外源MeJA噴施低溫處理的矮抗58小麥,可明顯提高TaCBFⅣd-B4抗寒應答轉錄因子的表達量,提高細胞內可溶性蛋白和脯氨酸的含量,進而提高小麥對低溫的耐受能力。

 

3  抗高溫

李榮沖等研究發現,不同濃度的MeJA可提高紫蘇種子在高溫高濕環境下的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數,降低幼苗葉片中MDA的含量提高葉片中抗氧化酶和脂氧合酶的活性以及生物量的積累,以緩解高溫高濕造成的氧化損傷。楊華庚等發現,高溫脅迫下,MeJA處理蝴蝶蘭幼苗可提高SODPODCAT活性。MeJA可增強紅掌等幼苗的SODPOD活性,提高可溶性蛋白和脯氨酸含量, 顯著降低細胞相對電導率和MDA含量,提高了植物的高溫耐受性。

 

4  耐鹽性

Rezai等發現辣椒幼苗在鹽脅迫條件下,使用MeJA可明顯促進根系的生長,同時提高了葉片中葉綠素的含量,有效緩解了鹽脅迫。楊藝等研究發現,外源MeJA能促進棉花根系伸長,提高根系活力和細胞內脯氨酸含量,降低丙二醛含量,緩解鹽脅迫對棉花種子和幼苗的生長影響。Yoon等發現,MeJA通過調節植株生長、葉綠素含量、光合速率、蒸騰速率以及脯氨酸的含量來緩解大豆鹽脅迫,同時顯著提高了大豆體內ABA的含量。該結果與Salimi等研究結果一致。

 

茉莉酸及其甲酯提高果實色澤

許建鋒等研究發現,外源MeJA通過增加作物乙烯的釋放,促進蘋果果皮中葉綠素的降解類胡蘿卜素和花色苷的合成,提高蘋果的色澤,改善蘋果的品質,蘋果提前上市,增加種植者的效益。在京秀”“圣誕玫瑰葡萄上噴施MeJAPDJ,兩者降低了葡萄葉綠素含量,促進了花色苷的形成,改善了果實色澤,同時提高了果實的可溶性固形物含量,有利于果皮中總酚、類黃酮的積累,改善了葡萄果實品質,對果實中可滴定酸含量、果粒重、縱橫徑、果柄耐拉力、果粒耐壓力未產生影響。外源PDJ可明顯提高葡萄糖酸比,增加花色苷含量,促進葡萄著色和提早成熟,提早成熟56 d

 

茉莉酸及其甲酯其他方面

MeJA可以延長果實的貨架期。季悅等研究發現,MeJA處理可保持鮮切菠蘿的品質并提高其抗氧化活性。MeJA誘導鮮切菠蘿貯藏期間苯丙氨酸解氨酶和肉桂酸-4-羥化酶活力上升,延緩4-香豆酸輔酶A連接酶活力下降,從而提高DPPH自由基清除能力。閆媛媛等研究發現,MeJA可使蘋果膜脂過氧化反應系統的關鍵酶活性升高,降低機械脅迫對細胞膜產生的傷害,從而顯著延長貯藏期。付亮等發現,MeJA能有效抑制藍莓乙烯釋放量、腐爛率和失重率的上升,提高總花色苷含量并維持可溶性固形物含量,提高了藍莓果實的貯藏期品質和商品價值,顯著延長藍莓果實的貨架期。外源MeJA處理能夠有效提高采摘后番茄果實對鏈格孢霉、灰葡萄孢霉、擴展青霉、匍枝根霉病原菌侵染的廣譜抗性,延長了番茄的貯藏期。趙婉珍等研究葡萄轉色期葉面施用MeJA對釀酒葡萄香氣的影響,在所釀制的葡萄酒中,揮發酸含量顯著降低,酒的色度、總花色苷、總酚含量明顯上升,香氣明顯提升,在一定程度上提高了美樂干紅葡萄酒的品質。適當濃度MeJA熏蒸處理采后葡萄果實能有效抑制其常溫貯藏期的腐爛率、落粒率及果梗干褐指數的上升,保持較高的抗氧化能力,維持活性氧代謝平衡,從而減緩了貯藏期果實衰老速度,提高果實抗病性。

 

結論

    茉莉酸及其甲酯在日本和美國等已開發用于蘋果、葡萄和柑橘等作物,以改善果實品質、提高作物防御能力等;其在香料上也有較多應用。茉莉酸及其甲酯在國內尚未進入實際應用。蕓苔素內酯作為植物生長調節劑被廣泛應用于農業生產,而茉莉酸及其甲酯不僅具備蕓苔素內酯的生長調節功效, 同時還可以激活作物的防御基因,誘導作物提高防病害的能力,改善果實的品質,延長果實的貨架期。該品種值得進一步的研究與開發


來源:范樹茂, 司國棟, 王飛菲, 李登輝, 王偉. 現代農藥, 2019, (3): 1-4

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