植物免疫誘導(dǎo)劑在草莓中的應(yīng)用情況

苗立祥，楊肖芳，張豫超，蔣桂華

（浙江省農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所，浙江 杭州 310021）

草莓是一種營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值均較高的小漿果，因其色、香、味俱佳，成為冬春季深受消費者青睞的時令水果。目前，浙江省草莓種植戶在省內(nèi)種植面積5 333.3 hm2，省外種植面積4 666.7 hm2，在育苗面積1 533.3 hm2，總產(chǎn)值約50億元，是浙江省農(nóng)業(yè)中的一項特色高效產(chǎn)業(yè)。

在浙江省的大棚草莓栽培中，其開花結(jié)果期大都處于冬春季低溫、弱光季節(jié)，大棚內(nèi)溫度較高，經(jīng)常碰到陰雨天氣，導(dǎo)致大棚內(nèi)濕度增加，容易滋生病蟲，其中灰霉病、白粉病、蚜蟲以及螨類等危害較重。為了保證正常產(chǎn)量，種植者們采用相應(yīng)的農(nóng)藥進行防治。近年來，隨著草莓種植地土壤環(huán)境的不斷惡化，病蟲害危害也越來越嚴重，導(dǎo)致化學農(nóng)藥的使用劑量越來越大，頻率也越來越高。由于草莓果皮細胞只有1～2層，非常薄，易受外界有毒、有害物質(zhì)直接或間接污染，果實上農(nóng)藥殘留檢出率偏高，甚至超標，嚴重影響了草莓的安全生產(chǎn)。

植物免疫誘導(dǎo)劑是一類能夠誘導(dǎo)植物產(chǎn)生免疫防御反應(yīng)的化合物，其本身并不殺蟲、不殺菌，不具備殺菌或抗病毒活性[1]，靶標是植物，這些化合物在低濃度下即可被植物識別為信號物質(zhì)，誘發(fā)并增強植物自身的免疫反應(yīng)，提高植物抵御病害和抗逆的能力。植物免疫誘導(dǎo)劑可在保持植物與病菌、環(huán)境之間和諧關(guān)系的基礎(chǔ)上，提高植物的抗性，促進植物生長良好，進而提高品質(zhì)，減少農(nóng)藥的使用。本文對植物免疫誘導(dǎo)劑的種類、誘導(dǎo)機理及其在草莓栽培上的應(yīng)用現(xiàn)狀進行綜述，旨在為植物免疫誘導(dǎo)劑在草莓上的開發(fā)和應(yīng)用提供一定的理論和實踐參考。

1 植物免疫誘導(dǎo)劑種類

植物免疫誘導(dǎo)因子一般分為2類：植物免疫誘導(dǎo)子（蛋白質(zhì)、寡糖、生物代謝產(chǎn)物或有機活性小分子）和植物免疫誘導(dǎo)菌（木霉菌、芽孢桿菌等）。植物免疫誘導(dǎo)劑一般特指植物免疫誘導(dǎo)子，根據(jù)來源可分為生物源和非生物源類[1]。生物源類誘導(dǎo)子是指動植物、微生物活體及其代謝或互作產(chǎn)物，主要有寡糖類、糖蛋白或糖肽、蛋白質(zhì)或多肽類以及脂類；其中，寡糖類和蛋白類是目前應(yīng)用較廣泛的誘導(dǎo)劑。寡糖類免疫誘導(dǎo)劑主要有4個來源：（1）由真菌細胞壁多糖及甲殼動物殼得到的寡聚糖-葡聚寡糖（如β-葡七糖——由幾丁質(zhì)和殼聚糖得到的氨基寡糖素）；（2）由植物細胞壁多糖得到的寡聚糖（如寡聚半乳糖醛酸、木聚寡糖）；（3）細菌產(chǎn)生的胞外多糖激發(fā)子（如脂多糖）；（4）由植物及真菌糖蛋白得到的寡聚糖（如肽寡糖）。蛋白類誘導(dǎo)子主要指從微生物中分離到的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)能誘導(dǎo)植物的早期防御反應(yīng)，產(chǎn)生抗性。非生物源類主要指能誘導(dǎo)植物產(chǎn)生信號傳導(dǎo)的水楊酸、茉莉酸、茉莉酸甲酯、草酸、乙烯、脫落酸、油菜素內(nèi)酯、磷酸鹽、二氧化硅、臭氧等[2]。

2 誘導(dǎo)機理

誘導(dǎo)劑通過誘導(dǎo)植株木質(zhì)素的沉積、乳突的形成及胼胝體、膠滯體、侵填體的產(chǎn)生，不同程度地阻止病原物的侵入和擴展，強化細胞壁，阻止病原菌的入侵。植物細胞識別誘導(dǎo)劑后通過細胞膜上的專一結(jié)合位點進行結(jié)合，結(jié)合并識別后引起膜的去極化和離子流的變化，Ca2＋和H＋流入細胞內(nèi)，而K＋流出細胞，使得細胞質(zhì)酸性化, 而細胞間堿性化；同時，一些信號分子如活性氧、NO、胞內(nèi)第二信使（Ca2＋-CaM）及水楊酸、茉莉酸、乙烯等參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的胞外信號分子啟動，直接激活植物防衛(wèi)反應(yīng)基因的表達。誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)植物產(chǎn)生一系列代謝調(diào)控反應(yīng)，增強苯丙氨酸解氨酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、抗壞血酸過氧化物酶、幾丁質(zhì)酶、β-1,3-葡聚糖酶、過氧化物酶、纖維素酶等與抗病、抗逆性直接或間接相關(guān)酶的活性，增加了木質(zhì)素、植保素、總酚、花色苷和類黃酮等抗病物質(zhì)含量，進而提高植物的抗逆性。

3 免疫誘導(dǎo)劑在草莓生產(chǎn)中的應(yīng)用

免疫誘導(dǎo)劑通過激發(fā)植物自身的免疫反應(yīng)，使植物獲得系統(tǒng)性抗性，提高植物自身對抗外界的免疫力，幫助作物增強抗病原微生物的能力，有效預(yù)防病害的發(fā)生；此外，植物免疫誘導(dǎo)劑還能促進草莓生長發(fā)育、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)及提高耐貯性。

3.1 促進草莓生長和發(fā)育

在草莓幼果期，噴施5%氨基寡糖素（800倍液和1 000倍液）對草莓不僅無藥害，且易被土壤中微生物降解為水和二氧化碳等易被環(huán)境吸收的物質(zhì)，能顯著促進草莓植株的生長，莖粗增加24.1%，平均展開葉片數(shù)量增加8～10片[3-4]。使用?？奠`1號（3%殼寡糖水劑）可以增加草莓植株高度和根莖干質(zhì)量[5]。在冬季草莓生產(chǎn)中，5%氨基寡糖素水劑可促進作物發(fā)育，提早開花5～7 d[6]。

油菜素內(nèi)酯能提高草莓葉片中葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素和總?cè)~綠素含量，從而提高葉片的光合作用能力[7]。當使用0.1 mg/L的油菜素內(nèi)酯后，草莓葉色加深，葉面積增加，葉片干、鮮質(zhì)量增加，植株生長健壯[8]；此外，油菜素內(nèi)酯還可以增加根莖粗度，提高根質(zhì)量，增加草莓苗的繁殖系數(shù)[9-11]。當油菜素內(nèi)酯的濃度為0.02～0.03 mg/kg時，可極大地促進草莓提早開花、結(jié)果，提高產(chǎn)量；但當油菜素內(nèi)酯的濃度為0.04～0.05 mg/kg 時，反而延遲草莓開花、結(jié)果[12]。

不同濃度茉莉酸甲酯蘸根處理均可提高草莓組培苗根莖粗、根長和根系干質(zhì)量[13]，茉莉酸甲酯蘸根協(xié)同接種摩西球囊霉處理也能提高草莓產(chǎn)量[14]。蘸根處理還可提高草莓成活率、株高、單株葉面積、根系干質(zhì)量、葉片數(shù)量等生長指標[15]。

3.2 誘導(dǎo)抗病性

噴施5%氨基寡糖素后，草莓白粉病發(fā)病率降低，僅為3.3%，防治效果達45.5%[6]。?？奠`1號（3%殼寡糖水劑）能夠誘導(dǎo)草莓抗病，降低草莓炭疽病、灰霉病發(fā)病率，促進植株生長[5,16]。

油菜素內(nèi)酯能夠顯著降低草莓葉片細胞質(zhì)膜透性和丙二醛（MDA）含量，提高抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性，增強葉細胞內(nèi)超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）和谷胱甘肽還原酶（GR）的活性，從而提高其對灰霉病的抗性，降低果實發(fā)病率[7-8]。

茉莉酸甲酯協(xié)同摩西球囊霉能提高草莓根系POD、SOD、多酚氧化酶（PPO）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）的活性，降低根系MDA生成含量，降低枯萎病病株率和病情指數(shù)，減輕草莓植株發(fā)病程度[14-15]。

水楊酸對提高植物抗病性有很好的效果[17]，可誘導(dǎo)PR-蛋白的合成，抑制病原分泌的植物細胞壁降解酶活性，誘導(dǎo)木質(zhì)素沉積、細胞壁木質(zhì)化，誘發(fā)病程相關(guān)蛋白的積累，阻止病害的進一步滲透和擴展。2～4 mmol/L水楊酸能降低草莓白粉病的病情指數(shù)[18]，提高草莓對炭疽病的抗性[19]，還可抑制采后草莓果實灰葡萄孢霉的菌絲生長與孢子萌發(fā)，從而降低灰霉病的發(fā)病率[20]。

此外，多效唑、烯效唑、β-氨基丁酸等還能控制草莓子苗長勢，促使子苗矮壯老熟，提高草莓對炭疽病和灰霉病的抗性[21-23]。

3.3 提高產(chǎn)量，改善果實品質(zhì)

Aspinall等[24]、Viasus-quintero等[25]研究表明，免疫誘導(dǎo)劑對提高葉綠素含量、VC含量和可溶性糖含量，降低可滴定酸含量，改善作物品質(zhì)有很好的效果。使用5%氨基寡糖素可使采收初期的單果質(zhì)量提高37.2%，使采收后期單果質(zhì)量提高18.2%[6]。油菜素內(nèi)酯可增加第1級序果單果質(zhì)量和總果的平均單果質(zhì)量[7]，使單株產(chǎn)量極顯著增加[10]。茉莉酸甲酯也能提高草莓單株果數(shù)、平均單果質(zhì)量和總產(chǎn)量[14]。

油菜素內(nèi)酯可使草莓果實堅硬，表面光澤增加，總糖、還原糖、有機酸含量及糖酸比增加，風味更濃[8,26]，品質(zhì)更高[7]，但不利于草莓果實可溶性蛋白含量的增加。隨著油菜素內(nèi)酯施用濃度提高會明顯增加畸形果率，影響水果的經(jīng)濟價值；因此，草莓上最好只施用1次，濃度以0.1～0.2 mg/kg為宜[27]。茉莉酸甲酯也能顯著提高草莓果實VC和可溶性固形物含量[14]，但使用濃度過高會降低果實硬度[28]。

3.4 提高草莓的耐貯性

油菜素內(nèi)酯能通過調(diào)控采后草莓果實苯丙烷類代謝相關(guān)酶活性，提升幾丁質(zhì)酶、β-1,3-葡聚糖酶和抗氧化酶及病程相關(guān)蛋白的活性，延緩果實成熟衰老，抑制果實腐爛，提高草莓的耐貯性[29-30]；同時，油菜素內(nèi)酯處理提高了果實硬度、可溶性固形物和VC含量，增加了總酚、花色苷和類黃酮的積累量，提高了草莓的貯藏品質(zhì)[29-30]。β-氨基丁酸處理也能提高草莓果實中的可溶性固形物、可滴定酸、總花色苷和總酚含量[23]。

茉莉酸甲酯能維持貯藏后期較高的可溶性固形物含量，抑制還原糖積累，但對果實硬度、VC、可滴定酸、總糖含量無影響[31]。10 μmol/L茉莉酸甲酯處理還可誘導(dǎo)二氫黃酮醇還原酶（DFR）活性的上升，延緩酚類和花色苷類物質(zhì)含量的下降[32]，但100 μmol/L茉莉酸甲酯處理使果實品質(zhì)下降[31]。茉莉酸甲酯通過提高PAL、肉桂酸-4-羥化酶（C4H）活性，延緩4-香豆酰-輔酶A連接酶（4CL）活性的下降，誘導(dǎo)總酚和花青素類物質(zhì)含量的增加，提高DPPH自由基清除能力，維持較高的抗氧化能力，從而避免腐爛的發(fā)生[33]。

4 展望

近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們消費水平的提高，對優(yōu)質(zhì)草莓的需求量不斷增大，對草莓的質(zhì)量安全也越來越關(guān)注。目前草莓生產(chǎn)中對病蟲害的防治仍以化學農(nóng)藥為主，化學農(nóng)藥的殘留難以避免，這給消費者帶來了安全隱患。植物免疫誘導(dǎo)劑與傳統(tǒng)的化學農(nóng)藥不同，它不直接作用于有害生物，而是激發(fā)植物自身的天然免疫系統(tǒng)，使植物獲得系統(tǒng)性抗性來防治病害，有利于農(nóng)業(yè)的安全和可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)用前景廣闊。雖然在草莓生產(chǎn)中已經(jīng)進行了誘導(dǎo)劑的應(yīng)用，但誘導(dǎo)機制仍不清晰。通過分子技術(shù)手段，解釋清楚免疫誘導(dǎo)劑如何提高草莓對主要病蟲害的抗性，明確主要的靶標、受體結(jié)合和識別位點是下一步研究的重要內(nèi)容。建議進一步利用新技術(shù)手段和新工藝，研發(fā)出實用性強的免疫誘導(dǎo)劑，助力實現(xiàn)草莓安全生產(chǎn)。