植物誘抗劑的應(yīng)用研究進(jìn)展

帥正彬，胡慧敏,柴 丹,郭江洪,楊 斌

(1.成都市農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所，成都 溫江 611130；2.西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院，重慶 北碚 400700)

植物誘抗劑全稱植物免疫誘抗劑，又名激發(fā)子，它可以通過(guò)調(diào)節(jié)植物代謝激活植物免疫系統(tǒng)和生長(zhǎng)系統(tǒng)來(lái)增強(qiáng)植物抗病性和抗逆性，也被稱為植物疫苗，并且其不污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)符合發(fā)展綠色植物保護(hù)的要求。目前，它是世界上生物農(nóng)藥開(kāi)發(fā)的熱門研究領(lǐng)域，近年來(lái)，我國(guó)植物誘抗劑的相關(guān)研究也逐漸深入。作為一類新型的生物產(chǎn)品，它將在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，前景十分廣泛。

1 植物誘抗劑的概念與作用機(jī)理

植物誘抗劑(elicitor)是被Keen等于1972年提出的，是能夠激活植物產(chǎn)生防衛(wèi)反應(yīng)的因子的統(tǒng)稱。按來(lái)源是否是生物因子，分為生物源和非生物源兩類誘抗劑，按是否產(chǎn)生于寄主作物又分為內(nèi)源和外源誘抗劑。生物激發(fā)子與環(huán)境有良好的相容性，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

植物誘抗劑與植物接觸后，它可以多種方式進(jìn)入植物并被植物受體識(shí)別，研究表明番茄、大豆、歐芹、水稻、小麥等作物細(xì)胞膜上存在對(duì)誘抗劑親和力高的受體蛋白，誘抗劑被識(shí)別后，產(chǎn)生膜的去極化，離子通道，胞間液的堿化，氧化突發(fā)反應(yīng)，蛋白的磷化等多種信號(hào)傳導(dǎo)反應(yīng)，從而刺激植物產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng)(HR)、積累植物保衛(wèi)素、抑制病原物降解酶的蛋白質(zhì)抑制物、多種細(xì)胞壁修飾作用等一系列防衛(wèi)反應(yīng)。

2 植物誘抗劑的種類與應(yīng)用

植物誘抗劑分被分為兩種：生物源和非生物源的。根據(jù)生物源誘抗劑的化學(xué)性質(zhì)，將其分為糖類激發(fā)子、糖肽激發(fā)子、脂質(zhì)或脂肽激發(fā)子、蛋白激發(fā)子和小分子代謝物激發(fā)子等。

本文主要綜述對(duì)環(huán)境友好、安全、應(yīng)用前景大的幾種誘抗劑的應(yīng)用研究進(jìn)展。

2.1 氨基寡糖素

氨基寡糖素(寡糖激發(fā)子)在自然界的含量極其豐富，主要來(lái)源于動(dòng)物、植物和微生物的殼或細(xì)胞壁。目前確定的寡糖激發(fā)子主要包括殼寡糖、胞外多糖、木葡聚糖、幾丁質(zhì)、海帶多糖、海藻糖等。

殼寡糖是從蝦和蟹等海洋生物的殼中提取出的一種多糖類天然產(chǎn)物，是幾丁質(zhì)、殼聚糖系列產(chǎn)品的下游產(chǎn)品，具有殺菌、殺蟲、促生長(zhǎng)的作用，對(duì)人、畜無(wú)害，不污染環(huán)境，在植物抗逆誘導(dǎo)劑上具有較好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用潛力，研究應(yīng)用很活躍。

2.1.1 抗逆 殼寡糖通過(guò)調(diào)節(jié)寒冷和干旱等脅迫條件下植物的生理和生化功能，從而顯著地減少了逆境對(duì)植物造成的損害，減少環(huán)境因素對(duì)農(nóng)作物的不良影響。殼寡糖通過(guò)減少細(xì)胞膜的過(guò)氧化作用，可以降低細(xì)胞電解質(zhì)滲漏率，提高細(xì)胞保水力，最終顯著地提高茄苗的抗寒性。

2.1.2 抗病蟲 氨基寡糖素水劑可調(diào)節(jié)作物的代謝平衡，誘導(dǎo)作物抗病。

王胤等人的試驗(yàn)表明，噴施氨基寡糖素后黃瓜白粉病和疫病在病情得到控制，防效達(dá)68%和72.8%，草莓白粉病的防治效果為45.5%，對(duì)番茄的灰霉病、早疫病和細(xì)菌性病害防效為60.6%[1]。張胡煥[2]等人試驗(yàn)得到5%氨基寡糖素水劑1000倍液配施48%苯甲·嘧菌酯懸浮劑1000倍液對(duì)番茄葉霉病的防治效果為62.97%～86.14%。陳思思[3]2019年試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)保康靈1號(hào)(3%殼寡糖水劑型)300倍液處理草莓后的炭疽病、灰霉病等病害發(fā)病率從16.6%降低到8.84%。曲誠(chéng)懷[4]等人發(fā)現(xiàn)在蘋果種植上，在早熟嘎拉的春季生育期用5%氨基寡糖素水劑800倍液噴施4次，與噴施常規(guī)藥劑相比，顯著提高抗病能力和提升果實(shí)品質(zhì)：兩個(gè)處理的果實(shí)紅斑病病情指數(shù)分別為3.8、5.2，炭疽葉枯病病情指數(shù)分別為10.8、24.7，差異均為極顯著。

2.1.3 增產(chǎn) 殼寡糖通過(guò)減少病害、減少脅迫對(duì)農(nóng)作物的危害，從而減小對(duì)植物的光合效率影響、促進(jìn)植物的器官分化和養(yǎng)分的積累，最終提高產(chǎn)量。牛貞福[5]等人實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氨基寡糖素作為誘抗劑，使番茄產(chǎn)量單株提高16.75%。張斌[6]等人發(fā)明的一種含有殼寡糖的沖施肥對(duì)黃瓜、青菜、茄子、辣椒的平均增產(chǎn)率為10%～20%。朱江的試驗(yàn)表明，向西瓜噴施氨基寡糖素可以防止早衰，促進(jìn)生長(zhǎng)，使其提早成熟并增產(chǎn)。羅樹(shù)凱試驗(yàn)表明，在棉花生長(zhǎng)期，噴施5%氨基寡糖素更能促進(jìn)棉花株高、莖粗、真葉數(shù)等生長(zhǎng)量的增加，使棉花增產(chǎn)效果明顯。王曉丹用?？奠`1號(hào)處理水稻的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其能提高種子的出苗率，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)；后期結(jié)實(shí)率和穗粒數(shù)都有提高，最終提高產(chǎn)量。

2.2 殼聚糖

殼聚糖來(lái)源于甲殼素，在自然界中的儲(chǔ)備十分豐富，主要存在于甲殼動(dòng)物的殼中，少量于昆蟲體壁和黑曲霉等真菌細(xì)胞壁中。它在激活植物的自我防御系統(tǒng)、誘導(dǎo)植物抗逆和調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)方面發(fā)揮著重要作用，但它因?yàn)樗苄源蠛头肿恿看蠖蝗菀妆恢参镂?，且高濃度?duì)細(xì)胞膜能產(chǎn)生傷害，所以在生產(chǎn)上應(yīng)用受到限制。

殷和勤等人的試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)黃瓜幼苗施用殼聚糖可以促進(jìn)其根系吸收養(yǎng)分、提高葉片中葉綠素、可溶性蛋白和可溶性糖的含量，最終使幼苗的品質(zhì)提高。葛少彬[7]用含殼聚糖水溶肥料(殼聚糖≥25g/L、N+K2O≥80g/L)600倍液噴施辣椒能極顯著增產(chǎn)10.9%。張愛(ài)華等人試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于香蕉，施用殼聚糖與常規(guī)施肥處理相比，提高了果指質(zhì)量和果指長(zhǎng)度，增產(chǎn)25.3%，提高產(chǎn)量的同時(shí)還延緩了果實(shí)的衰老進(jìn)程，提高果實(shí)貯藏性。牛貞福[5]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)噴施殼聚糖可增強(qiáng)番茄對(duì)灰霉病的抗性，相對(duì)防效分別比CK提高62.33%。

2.3 蛋白類

植物免疫蛋白是一種初生多肽復(fù)合蛋白，從植物、酵母和微生物中提取。根據(jù)活性可分為酶類蛋白質(zhì)和非酶類蛋白激發(fā)子，這些植物免疫激活蛋白包括纖維素酶、隱地蛋白、過(guò)敏致病性蛋白等幾十種，可以激活植物體的代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)、免疫反應(yīng)，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，提升作物的品質(zhì)。有的已在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用，如“阿泰靈”“多肽?！焙汀捌站G通”。

“阿泰靈”是由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所開(kāi)發(fā)的一種非常優(yōu)良的極細(xì)鏈格孢激活蛋白，是一種具有生物活性和穩(wěn)定性的新型蛋白農(nóng)藥。它對(duì)病毒性病害的預(yù)防和治療效果極佳，并且對(duì)細(xì)菌性和真菌性病害也具有良好的防治效果；“多肽?！笔怯稍颇洗髮W(xué)研制出的青霉菌滅活菌絲體制劑，主要成分為多肽和多糖，是一種植物有機(jī)誘導(dǎo)抗病劑；“普綠通”是北京普綠通(北京)生物科技有限公司生產(chǎn)的一種含有植物免疫蛋白的新型肥料。

2.3.1 抗病 “阿泰靈”對(duì)“云煙87”煙草病毒病的相對(duì)防效超過(guò)35%；黃夸克[8]等人試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)誘導(dǎo)劑“多肽?！痹跓煵荽筇锲趯?duì)其黑腐病和黑脛病的相對(duì)防治效果分別平均達(dá)75.9%、75.0%。徐興陽(yáng)[9]等人實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，“多肽?！睂?duì)育苗期煙草TMV(普通花葉病)的防效可達(dá)到91.8%以上，對(duì)大田期煙草TMV的防效為21.8%～80.1%。

2.3.2 增產(chǎn) 在水稻生產(chǎn)中，施用“阿泰靈”，或用“多肽?！弊鳛樗净剩蛴谩岸嚯谋！?～2kg/667m2混合營(yíng)養(yǎng)土均能提高出苗率和秧苗素質(zhì)；施用“普綠通”可以促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)，特別是增加有效分蘗數(shù)，從而提高水稻產(chǎn)量，同時(shí)也提高水稻的抗紋枯病能力。

“多肽?！睂?duì)玉米、馬鈴薯、油菜病害防控及其增產(chǎn)效果，產(chǎn)量增長(zhǎng)率為1.54%～15.51%。何永福等人對(duì)白菜的試驗(yàn)明確了“普綠通”800倍浸根+苗期噴霧與“多肽?！?00倍浸根+苗期噴霧可以明顯增加白菜鮮重，并且同時(shí)使霜霉病的病情指數(shù)降低。陳麗麗等人研究表明，早春日光溫室有機(jī)栽培條件下番茄施用“普綠通”后，植株生長(zhǎng)、產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)及抗病性方面均有提高。

2.4 水楊酸等激素

水楊酸可以誘導(dǎo)植物體內(nèi)病程相關(guān)蛋白基因表達(dá)從而獲得抗病性，可以延緩小麥幼苗葉片葉綠素含量、蛋白質(zhì)含量和相對(duì)含水量下降的趨勢(shì)，通過(guò)水分滲透勢(shì)減少蒸騰作用，提高水分的利用效率。

2.4.1 抗病 水楊酸的外源噴施可以降低冬瓜植株過(guò)氧化氫酶的活性，增強(qiáng)冬瓜葉片防御酶和病程相關(guān)蛋白酶的活性，積累葉片水分，誘導(dǎo)對(duì)枯萎病的抗性。韓松庭等(2019年)報(bào)道苯并噻二唑、2,6-二氯異煙酸和水楊酸等誘抗劑能夠誘導(dǎo)煙草獲得系統(tǒng)抗性，噴施誘抗劑結(jié)合灌施化學(xué)藥劑比單施化學(xué)藥劑更有效地控制煙草青枯病,降低殺菌劑用量。

2.4.2 抗逆 于麗麗等人研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)濃度的水楊酸有利于促進(jìn)鹽脅迫下水飛薊種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)，提高抗氧化酶活性和色素含量，同時(shí)減少膜脂過(guò)氧化損傷，提高抗鹽性，增加可溶糖、可溶蛋白和脯氨酸的含量。外源水楊酸能明顯降低冬小麥的MAD含量，增加抗氧化酶活性、光合色素含量和根系活力，進(jìn)而促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)；還增加了可溶性蛋白和脯氨酸含量，從而提高了植株的滲透調(diào)節(jié)能力，最終減少鹽脅迫對(duì)冬小麥帶來(lái)的氧化損傷。植株的根系形態(tài)隨著鹽脅迫程度的加深而受更大程度的抑制，武慧研究發(fā)現(xiàn)玉米品種吉單35自交系外施水楊酸后提高了玉米根系耐鹽性，增加了根系吸收水分和養(yǎng)料的能力、促進(jìn)了植株的光合作用能力等。

2.4.3 增產(chǎn) 姚晨濤[10]等用0.25%S-誘抗素水劑(ABA、脫落酸)500～750倍液噴施番茄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)增產(chǎn)率為9.51%～15.08%，可以顯著提高單果重并且增加果實(shí)直徑，還可以增加番茄中的可溶性固形物和Vc的含量。德國(guó)科學(xué)家根據(jù)“植物他感”原理研發(fā)的“碧護(hù)”是一種植源植保產(chǎn)品，內(nèi)含8種天然植物激素，如吲哚乙酸、赤霉素、脫落酸、蕓苔素內(nèi)酯等，它可以誘導(dǎo)作增加產(chǎn)量、改善品質(zhì)物和提高抗逆性。萬(wàn)濱發(fā)現(xiàn)“碧護(hù)”可以促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育，增加分蘗，提高有效穗數(shù)，增加千粒重，每公頃增產(chǎn)1213.5kg。王重鋒等[11]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在花生開(kāi)花期結(jié)束時(shí)，對(duì)葉面噴施調(diào)環(huán)酸鈣可以顯著地控制花生地上部的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，提高百果質(zhì)量、雙仁數(shù)和莢果產(chǎn)量，施用劑量為1350g/hm2的增產(chǎn)率最高，達(dá)16.4%。

2.5 其他應(yīng)用

除了以上幾種誘抗劑研究得多外，學(xué)術(shù)界還對(duì)其他多種生物源和非生物源物質(zhì)的誘抗作用有所研究，比如生物活體、活化酯、腐殖酸、草酸、硫化氫等，在應(yīng)用實(shí)際中人們還研究通過(guò)二種以上誘抗劑復(fù)配而產(chǎn)生的新型誘抗劑的誘抗效果。

1933年，病理學(xué)家切斯特(Chestwer)發(fā)現(xiàn)，用病菌侵染植物后，從被感染葉片釋放的信號(hào)物質(zhì)被轉(zhuǎn)移到植物的其他部位，從而誘導(dǎo)防御反應(yīng)。1954年，Yarwood也發(fā)現(xiàn)真菌可以誘導(dǎo)植物免疫。腐生微生物也可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性，腐生微生物寡雄腐霉抑制多種土壤真菌的同時(shí)可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性。

能夠誘導(dǎo)植物對(duì)真菌、細(xì)菌和病毒等產(chǎn)生廣譜的抗性，王文娟等[12]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)蘋果施用質(zhì)量濃度為150ms/L的活化酯可使其病情指數(shù)從對(duì)照的26.34降低到16.87，使蘋果產(chǎn)生獲得性抗性，持效抗病時(shí)間可達(dá)15d。

施用3%腐殖酸葉面肥有誘導(dǎo)免疫的效果，對(duì)葡萄的抗病性和抗蟲性都有一定的提升，平均單穗病粒數(shù)為對(duì)照的16.7%[13]。

草酸能顯著提高黃瓜對(duì)炭疽病的系統(tǒng)抗性。秦瑞劼發(fā)現(xiàn)在小麥生育關(guān)鍵期，控釋尿素配施植物誘抗劑顯著提高了土壤氮素供應(yīng)強(qiáng)度和氮肥利用率，提升了產(chǎn)量和純收益。劉文文等在2019年[14]研究了硫化氫(H2S)對(duì)大豆根對(duì)鋁脅迫的響應(yīng),Al+NaHS處理顯著緩解了鋁脅迫對(duì)根伸長(zhǎng)的抑制作用,根伸長(zhǎng)量較Al處理提高約36.7%。

3 結(jié)語(yǔ)

植物誘抗劑作為新型農(nóng)藥，對(duì)人畜無(wú)害、對(duì)環(huán)境友好，具有明顯的防病害、抗逆、增產(chǎn)效果，是安全農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的理想選擇，應(yīng)用前景十分廣闊。但誘抗劑的研究現(xiàn)處于起步階段,實(shí)際生產(chǎn)中廣譜高效的誘抗劑種類很少，應(yīng)用效果和應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不如化學(xué)農(nóng)藥；在理論研究上，從植物誘抗劑作用于植物到信號(hào)的識(shí)別、傳遞過(guò)程再到植物抗性反應(yīng)的發(fā)生等機(jī)理尚處于研究片段，還沒(méi)有定論。今后，應(yīng)挖掘研發(fā)多種類型、高效廣譜的誘抗劑，著重開(kāi)展誘抗方法、提高誘抗效果、誘抗轉(zhuǎn)化方面的研究，其中，運(yùn)用基因工程克隆植物中受到誘導(dǎo)后表達(dá)的啟動(dòng)子，并與抗病相關(guān)的基因組合形成一個(gè)表達(dá)調(diào)控元件，將其轉(zhuǎn)移至無(wú)抗病能力的植物中，使誘導(dǎo)抗性轉(zhuǎn)化為遺傳抗性，將感病品種轉(zhuǎn)為抗病品種，這將成為植物誘導(dǎo)抗病的研究方向。