水杨酸在农业生产中的利用

欢迎阅读 水杨酸在农业生产中的利用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 1．1 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，水杨酸能显着提高 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 欢迎阅读 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systemicacquiredresistance，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 H202 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。 1997 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。 1．2 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， 欢迎阅读 从而相对提高耐冷性。 1．3 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 1～10μmol／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 水杨酸的生理作用 水杨酸是苯丙烷代谢途径的产物，属于肉桂酸的衍生物，是小分子酚类物质。它对一些重要的代谢 过程起调控作用，被视为一种新的植物激素。 2．1 水杨酸诱导开花 水杨酸与诱导开花有关， 如今被证实能为水杨酸诱导开花的植物有几十种， 其中对许多有观赏价值植物 的诱导开花作用，为园艺植物的生理调控提供了新的思路。 2．2 水杨酸的产热效应 水杨酸产热效应是因为诱导植物体内交替氧化酶基因表达的结果。巫术百合在水杨酸的诱导下产热 效果可使其花序比周围环境温度高 14℃。 2．3 水杨酸作为信号介导抗性 水杨酸是一种植物胁迫反应的信号分子，如植物受病原菌感染胁迫后，产生超敏反应，使病原的侵染局 部化，并产生一种信号分子，传递到全株引发植物的抗性反应。 目前，人们了解到水杨酸的生理作用是多样的，如抑制 Ace 转化为乙烯，提高硝酸还原酶的活性，参 欢迎阅读 与性别调控，促进块茎形成、抑制水稻颖花开放等。 3 水杨酸在农业上的应用 3．1 促进作物优质高产 低浓度水杨酸处理作物，合成代谢显着加强，粒重粒数增加，产量提高，品质改善。 3．2 外施水杨酸可提高作物对逆境的抗性和耐性 报道涉及的植物包括水稻、玉米、小麦、油菜、番茄、菜豆、黄瓜、大蒜、大豆、甜菜和烟草等。 涉及的病原菌种类达数十种之多，此外，水杨酸对提高作物的抗盐、抗旱、抗寒，都有一定的作用。 3． 2． 1 抗病性 5～50μg／mL 水杨酸诱导水稻幼苗产生对抗白叶枯病的抗性， 维持诱导抗性 15～20d。 0．0l～0．1mmoL／L 水杨酸诱导产生对水稻稻瘟病抗性，病瘟性持久期为15d，经0．01mmol／L 水杨酸 诱导处理后再用同浓度水杨酸进行一次强化处理，可增强抗性效果，延长抗性持久期。3．2．2 抗重金 属、金属盐胁迫研究表明，乙酰水杨酸ASA能有效缓解镍胁迫对稻苗的毒害，可通过施用乙酰水杨酸减 轻镍污染女 132 业废水土壤对作物的毒害，达到提高作物产量的目的。用 0．2％水杨酸处理 2％NaCl 胁迫下的水稻种子，表明水杨酸能提高水稻种子萌发后幼苗的抗盐性，使水稻种子出苗整齐一致。 3．2．3 提高作物耐冷性早稻苗期易受低温冷害危害，外源水杨酸能够降低低温胁迫对水稻的伤害， 在 4℃冷害条件下。低浓度15mol／L时抑制发芽。 水杨酸溶液可