植物激活蛋白提高植物抗病性的機(jī)制研究進(jìn)展

陳勇輝，殷瑞雪，萬園，溫平周，羅小霞

（1.江西生物科技職業(yè)學(xué)院，江西南昌 330200；2.江西科技師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，江西南昌 330013）

植物的正常生長受到各種病原微生物的侵襲。植物通過與病原物之間長期的相互影響、相互適應(yīng)、協(xié)同進(jìn)化，形成了一系列對(duì)抗病原菌的防御機(jī)制。其中，誘導(dǎo)抗性是植物重要的抗病機(jī)制之一[1]。激活蛋白（activator protein）是從鐮刀菌、交鏈孢菌及稻瘟菌等真菌中分離純化而得的一類新型的蛋白質(zhì)激發(fā)子，它可以誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性，提高植株免疫力，幫助植物在受到病蟲侵?jǐn)_時(shí)提高生存能力[2]。因此，針對(duì)植物激活蛋白提高植物抗病性的研究非常必要。

1 植物激活蛋白

激活蛋白是稻瘟菌、黃曲霉菌和交鏈孢菌等病原真菌表達(dá)的一種熱穩(wěn)定蛋白激發(fā)子，它本身沒有任何殺菌和抑菌活性，主要通過結(jié)合一些存在于宿主細(xì)胞表面的激發(fā)子受體，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換和細(xì)胞內(nèi)部水楊酸、茉莉酸/乙烯兩條信號(hào)途徑的傳導(dǎo)，激活植物自身的免疫系統(tǒng)，提高植物抵御病蟲害和不良自然環(huán)境脅迫的能力[3]。同時(shí)，該蛋白可以誘導(dǎo)植物產(chǎn)生系統(tǒng)抗性，促進(jìn)植物生長繁殖，提升作物品質(zhì)，并可將其用來生產(chǎn)高效的多功能生物農(nóng)藥[4]。

國外已有許多有關(guān)激活蛋白應(yīng)用于病蟲害防治的研究報(bào)道，如美國Eden生物公司就曾利用歐文氏菌激活蛋白誘導(dǎo)植物獲得抗病性，并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[5]；1922年，WEI等[6]發(fā)現(xiàn)植株在感染梨火疫歐文氏桿菌（Erwnia amyotvoar）后，可以產(chǎn)生一種抗植物病蟲害的過敏性蛋白質(zhì)?，F(xiàn)階段，國內(nèi)對(duì)激活蛋白提高植物抗病性的研究主要以水稻、番茄、煙草和絲瓜等農(nóng)作物為對(duì)象。

2 植物抗病反應(yīng)的類型

植物的抗病性常常表現(xiàn)為限制病菌的生長和擴(kuò)散，將其控制在感染部位的小區(qū)域內(nèi)。多數(shù)情況下，植物與病原菌相互識(shí)別引發(fā)局部抗病反應(yīng)，即過敏性反應(yīng)（Hypersensitive Response，HR）；經(jīng)過一段時(shí)間后，被侵染植株的抗性水平擴(kuò)展到整個(gè)植株，形成系統(tǒng)獲得性抗性（Systemic Acquired Resistance，SAR）。

2.1 過敏性反應(yīng)

過敏性反應(yīng)（HR）這一概念最早由STAKMAN提出，用來描述銹病在其谷類抗病品種上形成的快速、局部的植物細(xì)胞死亡[7]。過敏性反應(yīng)是植物與病原菌不親和作用時(shí)，植物所產(chǎn)生的一種自身防衛(wèi)反應(yīng)，主要包括植物識(shí)別病原菌、植物細(xì)胞死亡、抗病反應(yīng)的激發(fā)以及病原菌生長的抑制這4個(gè)環(huán)節(jié)[8]。研究發(fā)現(xiàn)，HR與植物的抗病性有關(guān)，植物在受到病原菌侵襲后，受侵染點(diǎn)及臨近的組織會(huì)快速壞死，從而抑制病原菌的生長。

2.2 系統(tǒng)獲得性抗性

系統(tǒng)獲得性抗性(SAR)是植物受到病原微生物初次侵染時(shí)，自局部侵染點(diǎn)激發(fā)的防御機(jī)制，并會(huì)進(jìn)一步激活的整株水平上的持久廣譜抗性[9]。SAR是在HR后，通過一系列的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，又引發(fā)的整株植物對(duì)病原菌的廣譜抗性，植物體感染病原菌后，產(chǎn)生SAR并伴隨著系統(tǒng)性水楊酸含量的增加和誘導(dǎo)病程相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)[10]。

3 植物激活蛋白提高植物抗病性機(jī)制

植物激活蛋白提高植物抗病性的機(jī)制十分復(fù)雜，在此過程中一些活性氧及相關(guān)酶類起著重要的調(diào)控作用。不少研究發(fā)現(xiàn)，活性氧的含量增加以及一些抗病相關(guān)防御酶類的活性增強(qiáng)是植物激活蛋白提高植物抗病性的主要表現(xiàn)，這些都可以作為植物抗病能力的指標(biāo)，判斷植物激活蛋白對(duì)植物抗病性的影響[11]。

3.1 活性氧

活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）主要有超氧陰離子（O2-）、過氧化氫（H2O2）和羥自由基（·OH），濃度過高的活性氧對(duì)植物細(xì)胞不利。植物在遭受到病原菌的侵染后會(huì)產(chǎn)生一系列的生理生化反應(yīng)，活性氧類物質(zhì)的產(chǎn)生是早期的防衛(wèi)反應(yīng)之一，它可直接減少病原菌的存活率，其中以H2O2最具典型，適量濃度的H2O2可抑制病原菌孢子的萌發(fā)和傳播[12]。饒力群等[13]研究發(fā)現(xiàn)，H2O2不僅可以直接殺滅病原菌，還能參與細(xì)胞的膜脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，干涉過敏反應(yīng)，導(dǎo)致植物細(xì)胞壁木質(zhì)化和細(xì)胞的死亡，誘導(dǎo)對(duì)植物病害的抗性。

3.2 超氧化物歧化酶

正常環(huán)境條件下，植物體內(nèi)ROS的產(chǎn)生和清除始終處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，但逆境會(huì)誘導(dǎo)ROS在植物體內(nèi)積累，ROS的大量積累會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化，使膜系統(tǒng)受到損傷，從而造成植物組織的損傷。超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）是生物體防御酶系統(tǒng)的重要一員，也是ROS清除中第一個(gè)產(chǎn)生作用的抗氧化酶，它可以快速歧化超氧陰離子自由基，形成H2O2和分子氧，抵御植物體內(nèi)ROS積累的毒性，從而提高植物抗病性[14]?？飩鞲坏萚15]研究煙草噴施植物激活蛋白的效果發(fā)現(xiàn)，與未處理組比較，處理組的SOD活性增長明顯，病情等級(jí)也較低，表明超氧化物歧化酶活性與植物抗病性呈正相關(guān)。

3.3 苯丙氨酸解氨酶

苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine Ammonia Lyase，PAL）廣泛存在于各種植物和少數(shù)微生物中，是植物體內(nèi)苯丙烷類代謝的關(guān)鍵酶，它不僅參與防御物質(zhì)——木質(zhì)素和異黃酮類物質(zhì)的合成，還能夠產(chǎn)生一種重要的次級(jí)信號(hào)分子水楊酸（Salicylic Acid，SA），激活植物過敏反應(yīng)和系統(tǒng)獲得性抗性，對(duì)提高植物抗病性有核心作用[16]。KOUKOL[17]首次從綠色植物中分離提取出PAL，并發(fā)現(xiàn)受病原菌侵染的植物中，感病品種的PAL活性增加量小于抗病品種，不能迅速合成有抗病作用的生化物質(zhì)，未能有效阻止病原菌擴(kuò)展，說明PAL活性可作為植物抗病性的生化指標(biāo)。麥麥提艾力·熱合曼等[18]使用灰霉菌激活蛋白處理番茄幼苗能顯著提高苯丙氨酸解氨酶（PAL）、過氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）活性，進(jìn)而提高番茄的抗病性。

3.4 過氧化物酶和幾丁質(zhì)酶

過氧化物酶（Peroxidase，POD）被認(rèn)為是植物抗病反應(yīng)中的關(guān)鍵性酶，在植物與病原菌互作系統(tǒng)中顯示出多樣活性變化[19]。幾丁質(zhì)酶是一類與植物病害相關(guān)的蛋白質(zhì)，在高等植物生長發(fā)育過程和抗病過程中起著重要的作用[20]。韓曉光等[21]以稀釋1 000倍的植物激活蛋白粗提液處理玉米，發(fā)現(xiàn)玉米中苯丙氨酸解氨酶、過氧化物酶、幾丁質(zhì)酶和多酚氧化酶活性比對(duì)照均有所提高，說明植物激活蛋白能誘導(dǎo)玉米抗病性。邱德文等[22]以30 mg/L的激活蛋白處理黃瓜種子、幼根和葉片，發(fā)現(xiàn)激活蛋白能促進(jìn)黃瓜幼根生長，并提高葉片中脫氫酶、過氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶和脯氨酸含量。

4 結(jié)語

綜上所述，植物在不斷抵御病原微生物侵染的過程中，宿主的抗病基因產(chǎn)物與病原微生物無毒基因產(chǎn)物相互識(shí)別并最終激活植物抗病信號(hào)的傳導(dǎo)途徑，這一復(fù)雜過程中，植物激活蛋白能調(diào)控植物中活性氧的動(dòng)態(tài)平衡及相關(guān)防御酶活性的大小[23]。植物激活蛋白引起的植物抗病性，與植物體內(nèi)相關(guān)分子信號(hào)轉(zhuǎn)換與傳導(dǎo)、活性氧的代謝和相關(guān)防御酶活性有很大聯(lián)系。然而，通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)誘導(dǎo)信號(hào)分子和具有特異性植物受體分子之間的識(shí)別及相互作用，并最終引發(fā)機(jī)體的防御反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過程，對(duì)同一植物使用不同的誘抗劑，可能會(huì)誘導(dǎo)出相似的抗病反應(yīng)，但是激活的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑卻不一定相同[24]。為進(jìn)一步抑制病原菌對(duì)植物的危害保證糧食安全，加強(qiáng)對(duì)植物激活蛋白誘導(dǎo)抗病性的分子機(jī)制以及機(jī)體內(nèi)各個(gè)信號(hào)分子之間相互傳導(dǎo)的具體途徑研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。