植保素诱导形成因素的研究进展

摘 要 植保素（phytoalexin）在植物抵抗不良环境过程中起着重要的作用。本文简单介绍了何为植保素；主要分析了植保素的诱导形成因素，其中主要分为生物和非生物因素；并就诱导植保素过程中的一些问题进行了讨论。

关键词 植保素；诱导形成；研究进展

中图分类号：S432 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）021-057-02

高等植物承受着各种各样的环境压力，其中包括其他有机体如竞争者、捕食者、病原物。为了抵抗不良环境，高等植物产生了一系列的化学防御机制，研究发现其中起重要作用的包括次生代谢产物植保素。因此如何有效诱导植保素的形成对植物更好地生存发展具有非常重要的意义。

1 植保素概述

植保素是植物受到生物或非生物因子侵袭时在体内合成并迅速积累的抗微生物活性的小分子化合物，在植物抗病过程中起着重要的作用。在国内，植保素也称为植物保卫素、植物抗毒素、植物防卫素。植保素一般出现在侵染部位附近，最初是在种子中发现，后来陆续在叶片、花和荚果等不同的植物器官中发现。目前已分离鉴定的植保素大致可分为以下几种：黄（烷）酮类、类黄酮类、倍半萜类、吲哚类、双苯类、香豆素类、萜类、环二酮类、内酯类、醌类、苯乙酮类、苯并呋喃类以及生物碱类等。其种类繁多，并且同一科所含的植保素有着明显的相似性。同一种作物含有多种植保素，如番茄能产生苯酚类、聚乙炔类、萜类植保素，仅水稻植保素就已鉴定出十几种，主要包括萜类及黄烷酮类等；不同种作物有相同植保素，如水稻、白沙蒿、类柏拟婆婆纳、槐属植物、桂樱等中均含有樱花素。目前对茄科和禾本科植物中植保素的研究已很深入。

2 植保素的诱导形成因素

可以诱导植物细胞累积植保素的因子被称为诱导子或激发子，根据其来源可分为生物和非生物型。生物激发子包括真菌、细菌、病毒、昆虫等。非生物激发子又可分为物理和化学型，物理激发子有创伤、冷害、紫外光、可见光、低氧、超声波等；化学激发子有水杨酸、BH、寡糖、多糖、汞制剂或其它重金属盐、硫酸盐、半胱氨酸和各种硫制剂、乙烯、环状AMP、DNA 插入突变剂、蛋白质、多胺、真菌和昆虫的提取物。近年转基因研究也为植保素的诱导形成提供了一条新的途径。

2.1 生物因素

植物被非亲和病原和产生枯斑的亲和病原侵染后，通过信号传导途径诱导一系列抗病防卫反应基因表达，使得非侵染部位在较长时期内都保持着对这种病原及其他病原的增强抗性[11]。目前报道较多的生物激发子是真菌。

基因Mgb1 和 Mst12对稻瘟病菌形成附着孢和侵染钉起着重要的作用，Tomoaki等人分别采用缺失Mgb1 和 Mst12的稻瘟病菌突变体侵染水稻（rice），结果显示这两种病菌诱发的植保素水平远远低于野生型稻瘟病菌诱发的，这表明了植保素的积累需要病菌侵入寄主细胞后的诱导。

袁红霞等用大丽轮枝菌VD-8f（致病力强）和VD-422（致病力弱）菌丝胞壁提取物作为激发子处理棉花幼苗，结果表明植保素棉酚含量均显著增加。石延霞等对经瓜枝孢弱致病菌株2-2A2诱导后黄瓜叶片中提取的物质进行生物活性试验、硅胶板薄层层析、高效液相色谱分析，结果表明2-2A2可以有效诱导黄瓜中类黄酮类植保素的积累，并且在诱导48 h后积累量最大。不结球白菜经霜霉病原菌诱导后，防卫素mRNA在诱导和未诱导的系统叶片中转录表达均增加 。

2.2 物理因素

紫外光在植物的向光性，气孔打开，细胞生长，信号转导，开花时间等植物体基因表达和发育过程中扮演着非常重要的角色。因此研究者广泛地利用紫外线作为诱导植保素产生的物理激发子。何水林等用紫外线诱导离体辣椒叶片表达倍半萜环化酶活性，结果表明紫外线交联处理45 s诱导10 叶期辣椒植株，倍半萜环化酶活性最高，可以推测紫外线能诱导辣椒合成植保素。元桂梅等发现葡萄叶片用乙磷铝和紫外线处理后白黎芦醇含量明显提高，最大白黎芦醇诱导量出现在紫外线照射后的48 h。

Schmidt发现用致病疫霉处理马铃薯时，同时用光照射比不用光照射能诱导马铃薯产生更多的日齐素、鲁比素和phytuberol。张楠用大头针刺伤虎杖叶，结果表明损伤处理对虎杖老叶、嫩叶中白黎芦醇和虎杖苷的含量均具有诱导作用，而嫩叶较老叶中两者含量的提高更大，分别提高近1倍和28%。

2.3 化学因素

采用化学物质诱导植物产生植保素的研究越来越受到重视，其中包括化学合成物质和生物提取物。

一些重金属盐能显著诱导植保素的累积。Ca2 +、Sr2 +能诱导马铃薯日齐素的积累；Cr3 +，Co2 +，Ni2 +，Zn2 +，Al3 +，Cd2 +和Pb2 +均能诱导曼陀罗产生植保素[7]。水杨酸可明显增加不结球白菜防卫素基因mRNA表达量[11]。在刘文奇等[18]的大豆悬浮细胞研究体系中，无论是氧化型还是还原型的谷胱苷肽（GSH）都能诱导大豆素或者异黄酮类化合物的合成，并且50μmol/L的GSH就能诱导大豆素的积累，这种浓度远低于高等植物1.5 mmol/L GSH的生理浓度和叶绿体内3.5 mmol/L GSH。丹参在冠瘿病过程中，采用甲基紫精和酵母处理后能诱导出植保素隐丹参酮，结果显示两者混合，干重的隐丹参酮代谢产物可高达3.56 mg，对照为0 mg[19]。N，N-二甲基鞘氨醇（DMS）能诱导马铃薯块茎中日齐素的浓缩积累量达到500μM ～1000 μM。

菌物细胞间相互作用分子的几种类型包括细胞壁多糖、多肽、糖蛋白、脂质分子，研究发现它们可作为高等植物植保素的诱导子。廖春燕等将腐霉细胞壁、几丁质、壳聚糖、纤维素和其它真菌细胞壁的成分施用于菜豆内皮层，发现壳聚糖是菜豆素（植保素的一种）最为有效的诱导物。刘元召等利用热解法从DL1805真菌壁上提取寡聚糖（DLO），发现DLO能诱导大豆植保素的产生，在5 mg/L ～100 mg/L间的5个处理浓度中随浓度的加大诱导效果也逐渐增强，100 mg/L的时候OD（A286）达到1.103。蓖麻子在用匍枝根霉培养滤液中的胞外酶、多聚半乳糖醛酸内切酶处理后，可从中提取到一种抗菌素（植保素）。

2.4 转基因植物

近年来，国内外分子生物学技术的迅速发展为培育抗病品种开拓了新的途径。许多研究人员将植保素还原酶编码基因导入植物均获得了诱导植保素的转化植株。一些植保素如白藜芦醇除具有抗真菌活性外，还具有人体保健价值，因此进行这些物质的转化是一举双效。

Cooper等和Giorcelli等均通过CaMV35S启动子调控紫花苜蓿中编码异黄酮素还原酶（IFR）和葡萄中编码芪合酶的基因片段，分别成功转化到烟草和白杨树中，结果显示被转化的烟草细胞表达出高水平的IFR，而在转化的白杨树中表达出两种新的混合物，经检测分别是顺式、反式3-葡萄糖苷-白藜芦醇。

3 讨论

植保素的形成与累积不仅依赖于寄主和病原的关系，还依赖物理、化学和生物等其它因素，这些因素可以诱导植物细胞累积植保素。因此寄主组织的部位、发育程度，激发子的种类、处理时间、处理浓度等都会影响到植保素是否能够得到有效的诱导形成。何水林等人用CuCl2、HgCl2处理辣椒（品种Subiche），结果表明离体辣椒叶片均不同程度地表达倍半萜环化酶活性，CK中均未检测出酶活性；在2 mmol/LCuCl2的作用下，辣椒叶片中倍半萜环化酶活性在36 h达最高值，以后下降；CuC12 对辣椒倍半萜环化酶的诱导作用与CuC12 的浓度及辣椒植株的生育进程有关，而HgCl 诱导不同生育期辣椒叶倍半萜环化酶活性差异不大，而且不同浓度处理间的差异也不显著。

应用转基因植物提高植物抗病性越来越受到重视。植物本身代谢变化也可能影响植物与病原物的互作，因此在分析转基因植物的抗病功能时，应考虑外源基因转化对植物本身的初生或次生代谢的影响；外源基因导入植物后，能否稳定地遗传给下一代，涉及到转基因植株的遗传稳定性；外源基因受到各种因素的影响，在转基因植株的当代或后代中会不会出现基因沉默，而这种基因沉默可能发生在转录水平、转录后抑制水平或两个水平上同时发生，这些都需要进一步深入研究。

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