脫落酸在植物逆境脅迫研究中的進(jìn)展

范佳穎+孔珍珍+呂卓云

摘要：脫落酸作為一種植物內(nèi)源激素，在植物應(yīng)對非生物脅迫及調(diào)控方面發(fā)揮了非常重要的作用。本文綜述了ABA在調(diào)控植物在應(yīng)對干旱脅迫、低溫脅迫和鹽脅迫中的作用及其研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：脫落酸；植物逆境脅迫；干旱脅迫；低溫脅迫；鹽脅迫

脫落酸（Abscisic acid，ABA）是上世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)和鑒定出的一種植物內(nèi)源激素， 以異戊二烯為基本單位組成的倍半萜羧酸。自從脫落酸被分離和鑒定之后，其生理功能不斷被揭示出來。起初人們認(rèn)為脫落酸是一種生長抑制物質(zhì)，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)它在控制植物生長、抑制種子萌發(fā)、促進(jìn)器官衰老、調(diào)節(jié)基因表達(dá)和氣孔運(yùn)動等方面都有作用。同時，研究發(fā)現(xiàn)，脫落酸作為一種“脅迫激素”，它是植物逆境信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的信號物質(zhì)。

1 脫落酸的生物合成及代謝

先前研究認(rèn)為ABA的合成主要發(fā)生在葉綠體內(nèi)，然后轉(zhuǎn)移到其他組織中去。研究發(fā)現(xiàn)不僅植物的葉片，根尖也能合成大量的脫落酸，植物的其他器官，特別是花、果實(shí)、種子也能合成脫落酸，ABA 在質(zhì)體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及液泡等部位都有合成[5]。

高等植物體內(nèi)，ABA的積累主要受其生物合成、代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)所控制。一般認(rèn)為高等植物體內(nèi)ABA的合成途徑有兩條，一是C15直接途徑：以甲羥戊酸（MVA）為前體，3個異戊烯單位聚合成15碳的法呢焦磷酸（FPP），由FPP經(jīng)環(huán)化和氧化直接形成15碳的ABA。二是高等植物中的C40間接途徑——類胡蘿卜素氧化裂解途徑。現(xiàn)在越來越多的證據(jù)表明高等植物ABA主要以間接途徑合成[1-2]，主要分為2個階段，即異戊烯基焦磷酸（IPP）的合成和黃質(zhì)醛的合成[3]。近年研究表明，多種轉(zhuǎn)錄因子與NCED 相互作用，從而介導(dǎo) ABA 生物合成的調(diào)控。

ABA的分解代謝主要是通過二大類反應(yīng)，即羥基化和共軛作用。通過氧化ABA環(huán)上的不同甲基原子團(tuán)，羥基化作用可分為種（C-7′、C-8′、C-9′）。CYP707A 催化的 ABA 8'- 羥基化途徑是高等植物內(nèi)源 ABA 代謝的主要途徑[4]。ABA 可被氧化或與 Glu 和 Asp 等小分子物質(zhì)結(jié)合形成無生理活性的ABA 形式 （ 即 ABA-GE），ABA的8′-羥基化作用是由細(xì)胞色素P450單加氧酶（P450）所催化的，產(chǎn)物8′-羥基化ABA則自動異構(gòu)化成紅花菜豆酸（PA）。DPA由CYP707A形成二氫紅花菜豆酸（DPA）[5]。

2 脫落酸與植物逆境脅迫

2.1 脫落酸與干旱脅迫

作為一種非生物脅迫，干旱脅迫嚴(yán)重影響了作物的生長和發(fā)育，已成為限制作物產(chǎn)量的主要因素。植物細(xì)胞主要通過ABA的變化來感知周圍水分脅迫信號。早期關(guān)于植物抗旱性與脫落酸的研究表明，滲透脅迫可誘導(dǎo)細(xì)胞合成脫落酸，脫落酸的積累與植物品種間抗旱性強(qiáng)弱有關(guān)，因此，常常把脫落酸的含量作為抗旱性鑒定的指標(biāo)之一。

ABA主要是通過促進(jìn)植株保衛(wèi)細(xì)胞的氣孔關(guān)閉以維持植株內(nèi)的水分。此外，它還能夠調(diào)控許多與脫水耐性相關(guān)基因的表達(dá)。由于LEA具有高度的親水性，所以它能夠在已脫水細(xì)胞中保護(hù)生物大分子，以維持水分。郭強(qiáng)等[6]發(fā)現(xiàn)在脫水-復(fù)水的過程中外源ABA可以調(diào)控小立碗蘚恢復(fù)其光合作用，從而使小立碗蘚適應(yīng)極端環(huán)境。

水分虧缺時ABA可以進(jìn)行快速而大量的積累，水分虧缺誘導(dǎo)ABA積累過程實(shí)際上是一個細(xì)胞逆境信息過程。該過程包括細(xì)胞對水分虧缺的識別和轉(zhuǎn)導(dǎo)，細(xì)胞信號傳遞及編碼ABA合成關(guān)鍵酶基因的調(diào)控。9-順式-環(huán)氧類胡蘿卜雙氧合酶 （NCED ） 是ABA 合成中的關(guān)鍵酶。從此酶的變化可以觀察出植物體內(nèi) ABA 的代謝變化。

2.2 脫落酸與高鹽脅迫

高鹽是影響植物生長和發(fā)育的主要環(huán)境因子之一，土壤鹽漬化已迫使經(jīng)濟(jì)作物減產(chǎn)甚至嚴(yán)重限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，作為主要的非生物脅迫因素，高鹽可引起植物體內(nèi)離子紊亂，最終導(dǎo)致植物產(chǎn)量降低，死亡率升高。

ABA能夠緩解鹽分過多導(dǎo)致的滲透脅迫與離子脅迫；保持水分平衡；同時，鹽脅迫下，ABA可以誘導(dǎo)植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸的大量積累，維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并提高相關(guān)保護(hù)性酶的活性。Ambrosone 等[7]研究發(fā)現(xiàn)AtRGGA基因過表達(dá)時可以使經(jīng)過ABA處理的幼苗表現(xiàn)出耐鹽性，從而使植物抗性得以表達(dá)。結(jié)果表明在鹽脅迫下ABA大量合成，進(jìn)而使植物自身耐鹽性增強(qiáng)。

2.3 脫落酸與低溫脅迫

低溫脅迫下，植物可以通過感知刺激和信號傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)抗氧化酶活性、累積滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、誘導(dǎo)冷信號的傳導(dǎo)和抗寒基因的表達(dá)，來增加植物的抗寒性。植物體的抗氧化保衛(wèi)系統(tǒng)如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸酶（AsA）、以及過氧化氫酶（CAT）等，在低溫下協(xié)同作用，能清除植物體內(nèi)的活性氧，維持自身的代謝與生長。

在低溫脅迫時，脫落酸成為地下-地上部分的信息聯(lián)系者，促進(jìn)水分從根系向葉片的輸送，并且能迅速關(guān)閉氣孔以減少水分的損失。脫落酸可誘導(dǎo)植物滲透調(diào)劑物質(zhì)脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量增高以增加細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，鄧鳳飛等[8]研究發(fā)現(xiàn)適宜濃度的外源ABA可促進(jìn)低溫脅迫下小桐子幼苗脯氨酸的積累，增強(qiáng)植物抗低溫能力。

3 展望

目前，關(guān)于ABA信號傳導(dǎo)的主要機(jī)制已經(jīng)被揭示，植物體內(nèi)ABA的生物合成途徑也已經(jīng)有所了解，ABA 在植物逆境脅迫反應(yīng)中的重要調(diào)節(jié)作用，已得到人們的普遍共識。在環(huán)境脅迫下，植物會積累ABA，但環(huán)境脅迫是如何導(dǎo)致ABA合成的。這些具體的分子機(jī)制仍然有待研究。另外，ABA在鹽脅迫方面叫其他非生物脅迫而言研究較少。隨著對ABA作用機(jī)制和脅迫下分子機(jī)制的不斷揭示，人們將能更好地應(yīng)用它來合理調(diào)控植物的生理生化活動和生長發(fā)育，增強(qiáng)植物對不同環(huán)境的適應(yīng)能力，最終為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

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