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水杨酸在植物逆境生理中的作用

[日期:2013-08-26]
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摘要:植物生存于自然环境中,会受到各种逆境的伤害。水杨酸(salicylicacid,SA)作为植物内源信号分子,在逆境下会诱导产生,缓解逆境对植物的伤害。本文综合近些年来的研究成果,对水杨酸在植物逆境下的作用机理进行了简要综述。
    关键词:水杨酸;植物逆境;生理

    0 引言
    植物在生长发育的过程中,会遭受到如病虫害、低温、干旱、盐渍等一系列的逆境胁迫。此时,植物会表现出抵抗这些不利环境的性状,称之为植物的抗逆性。研究植物抗逆性,除了科学认知方面的意义之外,就最实用角度看,提高栽培植物的抗逆性,可以使一些自然条件较差的土地适于种植,进而扩大栽培的面积;提高作物自身抗病虫害能力可以大大减少农药的使用,减少环境污染。SA是从柳树皮中分离出的有效成分,是植物体内普遍存在的一种简单的小分子酚类化合物,它的化学成分是邻羟基苯甲酸,是肉桂酸的衍生物。SA已被确定为一种植物激素,它是植物体内一种普遍存在的内源信号分子。近年来,通过对SA的研究,发现它在植物中具有许多重要的生理作用,包括对抗病虫害、寒冷、干旱、盐渍等逆境胁迫。

    1、SA与植物的抗病性
    自然条件下,植物与各种潜在的病原微生物有着广泛和经常的接触。当植物被病原微生物侵染后,会造成植物水分平衡失调、呼吸作用加强、光合作用下降、生长改变等一系列病害症状。但是由于植物具有有效的防御机制来抵抗病害的侵染,所以植物病害的发生频率是很低的。近年来,抗病信号及信号的转导已成为植物分子生物学研究的热点,对植物病害的信号分子研究较多的集中在SA、茉莉酸和茉莉酸甲酯。近年来,有大量证据表明,植物体在受到病原微生物的侵染时,内源SA水平会升高,进一步诱导病原相关蛋白(PRS)基因的表达,产生抗病蛋白,提高植物的抗病性。另外,还有一些研究结果表明,SA可能的作用方式是:植株受病原菌侵染后,体内水杨酸水平提高,SA与SA受体蛋白(SABP)结合,抑制过氧化氢酶的活性,导致体内过氧化氢的水平提高,自由基产生,高水平的SA作用于SA防卫信号传导链的上游和(或)下游,也可能在诱导交替氧化酶基因表达的过程中起一定作用,从而产生一种在呼吸作用或产热过程中期主要作用的酶]。

    2、SA与植物的抗低温胁迫
    低温胁迫对植物的危害,按低温程度和受害情况,可分为冷害和冻害两种。无论哪种都会严重影响植物的生长发育。大多数植物在受到低温胁迫时,其水分平衡会失衡、膜结构的变化、酶活性发生变化等。近年来,SA对提高低温条件下黄瓜、玉米、茄子和水稻的抗寒性已被证实。通过给黄瓜幼苗喷洒,250mg·L-1的SA可显著提高黄瓜幼苗叶片细胞膜的稳定性,抑制叶片中MDA的累积,提高植物的抗低温胁迫能力。还有实验指出,适宜浓度的外源SA能提高黑麦种子的萌发能力。另外,研究表明,SA能够明显降低低温处理下的膜透性,提高抗冷能力。这一过程是通过提高活性氧清除酶活性、抑制膜脂过氧化作用来实现的。另外,在低温胁迫下,植物内部的可溶性物质含量会升高,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。

    3、SA与植物的抗旱性
    植物常常会遭受缺水的有害影响,当植物消耗水大于吸水时,就使组织内水分亏缺。过度水分亏缺的现象即为干旱。在干旱胁迫下,植物的膜受到损伤、光合作用减弱、各部位间水分重新分配。研究证明,外源SA能减缓水分胁迫下菜豆幼苗叶片含水量和光合色素含量的下降,保持叶片的SOD、CAT和根的SOD、POD、CAT活性,但却增加了叶片和根的电解质外渗率,降低了叶片POD的活性“。此外,对黄瓜进行研究也得到了类似的结果。由此看出,SA可以在一定程度上缓解水分胁迫对植物造成的伤害。

    4、SA与植物的抗盐性
    盐胁迫可使得植物吸水困难,生物膜被破坏,生理紊乱。研究发现,盐胁迫条件下SA能提高幼苗相对含水量,降低Na+、K+向上运输的选择性,通过促进子叶内超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性降低膜脂过氧化产物丙二醛的含量和质膜通透性,缓解了盐胁迫对幼苗生长的抑制。在盐分过多时,植物还会生成脯氨酸、甜菜碱等以降低细胞水势,增加耐盐性。

    5、结语
    SA作为一种内源信号分子,在植物的各种抗逆性中起着至关重要的作用。近年来,对SA诱导植物抗逆的研究日益增多,而且也取得了很大的进展。但是,仍然有很多问题尚不清楚。尤其想要完全明确SA在植物抗性中作用的各种机制,还需要更多的研究。伴随着研究的深入开展,SA作用机制也再不断的被揭示,在植物上也拥有了更多的应用。对植物体内的SA水平的提升,并加上植物自身的调节能力,调节体内的SA代谢基因表达,有利于植物抵抗逆境;如果将通过筛选产生SA的特定的基因导入植物中,就能够培育出具有遗传稳定性,并在逆境环境下具有抗性的转基因植物。SA机制在植物的应用意义重大,不仅增加了植物的产量,还有效的控制了农药的使用,优化了环境,社会效益和环境效益一举两得。了解了SA的抗逆机制,对于农业生产具有重要的意义。

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