摘要油菜素內(nèi)酯是調(diào)控植物生長發(fā)育的重要植物激素，具有促進植物細胞分裂和生長、光合作用和呼吸作用、植株光形態(tài)的建成、提高抗逆性以及降低蒸騰等作用，對葡萄果實產(chǎn)量和品質(zhì)的提高均有著極其重要的貢獻。本研究綜述了油菜素內(nèi)酯的生物合成途徑及其關(guān)鍵酶、生物合成途徑的影響因素，以及其對葡萄果實產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，總結(jié)了油菜素內(nèi)酯對植物光合作用，呼吸作用，蒸騰作用及植物光形態(tài)的建成的生理效應(yīng)。同時，對油菜素內(nèi)酯與其他植物內(nèi)源激素的互作網(wǎng)絡(luò)進行了梳理，并提出未來的研究方向應(yīng)以油菜素內(nèi)酯合成相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子、與其他植物激素互作機理和開發(fā)新型高效的油菜素內(nèi)酯類植物調(diào)節(jié)劑為主。

　　關(guān)鍵詞葡萄;油菜素內(nèi)酯;合成;生理效應(yīng)互作機理

　　油菜素內(nèi)酯rassinolide,BR又名蕓苔素內(nèi)酯，是一類痕量高效的植物激素，具有調(diào)控植株生長發(fā)育的作用且廣泛分布在植物體中Groveetal.,1979，因而也被譽為第六類激素。目前已知BR具有促進細胞分裂與生長、提高植物的抗逆性、平衡植物營養(yǎng)生長與生殖生長、促進植物的光合作用、提高產(chǎn)量等生理作用趙毓橘和王玉琴,1986,大自然探索,(3):133136.。

　　已有研究表明，BR可以顯著促進西瓜Citrulluslanatus(Thunb.)Matsum.etNakai幼苗的生長王玉琴等,1994，也可以促進玉米ZeamaysL.根系的生長孔祥生和張妙霞,1998，且BR在對植物抗旱性、抗寒性、耐高溫性、抗鹽性、抗藥性、抗病性的形成具有顯著促進作用王紅紅等,2005。

　　在對BR生物合成途徑的研究中發(fā)現(xiàn)，合成前體是30甾醇衍生物環(huán)狀類固醇ycloartenol)，通過甲基化、異構(gòu)化生成中間產(chǎn)物菜油甾醇ampesterol)，最后再通過前氧化途徑和后氧化途徑，最終生成了BR。BR在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方面也有著重要作用，研究表明，BR信號通過細胞膜上受體BRI1/BAK1感知后，在一系列蛋白、酶的作用下調(diào)控下游基因的表達，進一步調(diào)控植物的生長發(fā)育(FujiokaandYokota, 2003)。植物生長發(fā)育由多種激素共同作用，有些激素表現(xiàn)為協(xié)同作用，有些則表現(xiàn)為拮抗作用。BR可以通過與生長素協(xié)同作用共同調(diào)控乙烯的生成，從而達到調(diào)控果實成熟的目的萬正林,2007)。

　　同時，BR與脫落酸也具有協(xié)同作用，二者既可以通過促進果實可溶性固形物的增加，而調(diào)控葡萄果實花色苷的形成，也可以通過調(diào)節(jié)氣孔運動進而提高植物對逆境脅迫的能力李錢峰等,2018。此外，BR與水楊酸也具有協(xié)同作用，二者通過調(diào)節(jié)膜保護酶的活性進而提高番茄LycopersiconesculentumMill.幼苗的抗逆性萬正林,2007。

　　葡萄VitisviniferaL.是世界種植面積較廣的果樹，因其果實口感酸甜、適宜破碎而廣泛應(yīng)用于釀造葡萄酒。近年來，BR被廣泛運用到葡萄栽培實踐中，為葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)的提高做出貢獻。研究表明，BR可改善葡萄漿果和串的大小和產(chǎn)量，提高葡萄果實對脅迫的抵抗能力，提高葡萄光合色素的含量BajguzandTretyn,2003。隨著分析技術(shù)的完善、基因組學(xué)研究方法的應(yīng)用、轉(zhuǎn)錄組學(xué)的發(fā)展等，BR在葡萄栽培過程中的應(yīng)用也越來越廣泛，本研究總結(jié)了BR合成代謝的分子機制及其對葡萄果實品質(zhì)的生理作用，并為未來研究其他植物激素與油菜素內(nèi)酯互作提供新思路。葡萄果實內(nèi)的油菜素內(nèi)酯.

　　BR在植物體內(nèi)廣泛存在，是唯一與動物激素相似的植物激素，與哺乳動物中的甾醇5α還原酶steroid5αreductase基因同源，這就意味著未來可以通過分析動物激素的作用機理推測出BR可能存在的代謝合成方式和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途經(jīng)。BR是甾醇類化合物，根據(jù)甾體分子碳原子數(shù)量，所有的BRs可以分為三類：27、28和29FujiokaandYokota,2003。隨著激素分析技術(shù)日益成熟，目前已被發(fā)現(xiàn)的油菜素類固醇高達70多種。在香蒲科TyphaceaeJuss.)植物中，BR的存在形式主要是香蒲甾醇yphasterol圖和茶甾醇easterone圖2BBajguzandTretyn,2003。

　　對BR的生物合成途徑的研究多聚焦于突變體中，有研究發(fā)現(xiàn)BR的合成途徑分為早期C6氧化途徑和后期C6氧化途徑，Suzuk等(1995)研究發(fā)現(xiàn)了云臺甾醇Campesterol是BR的合成起始物，經(jīng)過加氧、羥化、氧化最終得到了氧蕓苔甾烷醇xocampestanol，F(xiàn)ujioka1997發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)物將繼續(xù)羥化、脫羥基、再羥化進一步反應(yīng)最終生成BR，該反應(yīng)途徑統(tǒng)稱為早期C6氧化途徑，進一步在長春花Catharanthusroseus(L.)G.Don)培養(yǎng)細胞中發(fā)現(xiàn)脫氧油菜素甾酮Dehydrocastasterone可以直接轉(zhuǎn)化為油菜素甾酮Castasterone，這就意味著在植物體內(nèi)還存在著另一條油菜素內(nèi)酯的合成途徑，即后期C6氧化途徑。

　　早期C6氧化途徑

　　具體過程是菜油甾醇Campesterol作為合成前體通過脫氫反應(yīng)生成菜油甾烷醇ampestanol，之后通過羥基化生成6α羥基菜油甾烷醇αHydroxycampestanoil，隨后通過加氧反應(yīng)生成含氧菜油甾烷醇Oxocampestanol，通過兩步羥基化生成長春花甾酮athasterone、茶甾酮easterone，通過脫氫反應(yīng)生成脫氫茶甾酮Dehydroteasterone，進一步反應(yīng)生成香莆甾醇yphasterol，最后通過羥基化生成油菜素甾酮astasteron，進一步氧化生成油菜素內(nèi)酯rassinolideNoguchietal.,2000。

　　具體過程是脫氧茶甾酮Dehydroteasterone作為合成前體通過脫氫反應(yīng)生成脫氫脫氧茶甾酮Dehydroeoxoteasterone，再通過羥基化合成脫氧香蒲甾醇Oeoxocastasterone，進一步脫氫生成油菜素甾酮Castasterone，最后脫氫生成油菜素內(nèi)酯BrassinolideNoguchetal.,2000。

　　油菜素內(nèi)酯的生物合成調(diào)控

　　油菜素內(nèi)酯的合成與光信號調(diào)節(jié)植物光形態(tài)建成是一個低能量級的反應(yīng)，大多數(shù)的BR缺失突變體都表現(xiàn)出葉卷曲，黃化的形態(tài)特征Hongetal,2002。Luo等(2010)分離鑒定出了調(diào)節(jié)植物光形態(tài)建成的擬南芥的轉(zhuǎn)錄因子GATA，它的作用是直接參與BR調(diào)控光信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，進而參與調(diào)控植株光形態(tài)建成。

　　油菜素內(nèi)酯生物合成的調(diào)節(jié)基因在BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程中，受體激酶BRI1與BAK1在信號通路中起決定性的作用。BRI1的過表達會使植物對BR敏感性增強，與BR的結(jié)合性也更強，BAK1與BRI1的作用機理可以概括為：BR結(jié)合蛋白與BRI1的胞外結(jié)構(gòu)域結(jié)合，從而介導(dǎo)BR的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，BRI1的同源物的突變體利用一種新的激活方式，在與BR結(jié)合后啟動BR的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。等(2002)研究發(fā)現(xiàn)AK1和BRI1具有相同的表達模式，并且兩種蛋白都位于質(zhì)膜上，因此可以相互作用，此外，BAK1和BRI1可以彼此磷酸化，并且BAK1在存在BRI1的情況下顯示出更高的磷酸化水平。

　　Tang等(2008)研究擬南芥BSK族基因介導(dǎo)BRI1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)BAK1最有可能介導(dǎo)BRI1激酶的激活，而不是介導(dǎo)BR信號通路中特定下游成分的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，相反，BSK直接介導(dǎo)從BRI1到下游BR響應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。在對BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的研究中發(fā)現(xiàn)BAK1調(diào)節(jié)BRI1的運輸，且BRI1與BAK1共受體在原生質(zhì)體中的共過量表達導(dǎo)致BRI1的內(nèi)部積累增加，但是原生質(zhì)體系統(tǒng)的固有局限性限制了將功能性內(nèi)吞作用與BRI1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)聯(lián)系的嘗試，故該假說一直未被證實Russinovaetal,2004。

　　在BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程中，BZR1在介導(dǎo)BR生物合成反饋抑制中有著重要的作用。通過對BZR1突變體核成分進行鑒定，發(fā)現(xiàn)BZR1是BR信號通路的正調(diào)節(jié)劑，介導(dǎo)下游BR生理效應(yīng)和BR生物合成的反饋調(diào)節(jié)Wangetal,2002。BZR1作為BR合成轉(zhuǎn)錄抑制劑，對BR穩(wěn)態(tài)的形成和生長發(fā)育中具有雙重作用，ong等(2005)通過對擬南芥體內(nèi)BR的突變體bzr11D研究分析發(fā)現(xiàn)顯性bzr11D突變體可以增加BZR1蛋白的積累，抑制BR不敏感的bri1和bin2突變體，并導(dǎo)致對BR生物合成抑制劑油菜素唑不敏感，這些發(fā)現(xiàn)共同表明了BZR1在BR信號傳導(dǎo)中起積極作用。

　　植物內(nèi)油菜素內(nèi)酯的生理效應(yīng)

　　油菜素內(nèi)酯對植物生長發(fā)育的影響B(tài)R作為植物體內(nèi)的重要激素，對調(diào)控植物生長發(fā)育有著極其重要的作用，體現(xiàn)在對細胞的伸長、細胞的分裂、植株的生殖生長、植物的向性運動都有促進作用。BR增加植株株高主要是通過對細胞壁進行修飾和調(diào)控細胞壁合成基因表達從而影響細胞壁的生成。細胞的伸長主要與木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶與擴張蛋白的合成有關(guān)，有研究發(fā)現(xiàn)，BR可以促進新的木葡聚糖添加到細胞壁中，從而使細胞松弛細胞伸長(Jinetal.,2014)。

　　Xie等2011通過使用擬南芥BR突變體證明了BR通過與纖維素酶合成酶上游元件結(jié)合從而實現(xiàn)對纖維素合成酶的調(diào)控，這也解釋了BR促進細胞伸長的原因。研究發(fā)現(xiàn)MD40作為調(diào)節(jié)蛋白對擬南芥下胚軸伸長有著正調(diào)控作用，與花粉管伸長有關(guān)的受體激酶FERONIA也參與BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程DeslauriersandLarsen,2010。通過對BR缺失突變體水稻的葉片夾角進行分析發(fā)現(xiàn)葉片連接處傾斜程度明顯減少，推測出BR具有增加葉片彎曲程度的作用Nakayaetal,2002。

　　BR促進細胞分裂主要表現(xiàn)在促進葉片的擴張、促進根細胞周期的進程、調(diào)節(jié)維管束的數(shù)量、抑制氣孔的形成。通過對大豆Glycinemax(Linn.)Merr.)上胚軸切斷并進行BR的處理，目前已經(jīng)被證實BR可以使周期蛋白CycD3表達上調(diào)Huetal,2000，從而對細胞分裂有所影響，而且外源BR可以使BR缺失突變體植株葉片擴大Nakayaetal,2002。

　　BR對根系的作用是通過調(diào)控細胞靜止中心的分裂和遠端干細胞的分化進程，Kuppusamy等(2009)研究發(fā)現(xiàn)BR還可以影響根毛的生成、并促進了側(cè)根的生成。生長素可以促進木質(zhì)部的發(fā)育，因此有研究者推測BR同樣可以調(diào)節(jié)木質(zhì)部的生命活動，目前已被證實，BR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體BRL1與BRL3可通過調(diào)節(jié)韌皮部與木質(zhì)部分化比例進而調(diào)控維管束的發(fā)育Wangetal,200。

　　對擬南芥施加外源BR時也會發(fā)現(xiàn)，其氣孔關(guān)閉的比例增加，氣孔發(fā)育變緩，推測因為BR通過磷酸化調(diào)控與氣孔發(fā)育有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子SPCH的活性，進而調(diào)節(jié)氣孔開閉和發(fā)育Gudesblatetal,2012。BR調(diào)控植株的生殖生長表現(xiàn)在促進植物花粉管伸長、影響開花時間、誘導(dǎo)開花、提高產(chǎn)量及果實品質(zhì)。李計紅等(2011)研究發(fā)現(xiàn)施加外源的BR可以使擬南芥的開花時間提前，并且可以不通過春化和自主途經(jīng)誘導(dǎo)植株的開花。

　　油菜素內(nèi)酯在葡萄內(nèi)應(yīng)用及未來研究方向葡萄作為重要果樹，如何提高果實品質(zhì)一直是研究熱點，由于BR具有促進植株生長、提高光合能力、提高抗旱能力的作用因而被廣泛應(yīng)用到葡萄的生產(chǎn)中。通過對葡萄漿果施用BR后發(fā)現(xiàn)果實成熟期提前，而施用BR抑制劑后果實成熟期延后，直接證明了BR參與調(diào)控果實成熟過程Symonsetal,2006。Vergar等(2018)在對葡萄施用BR類似物后發(fā)現(xiàn)鮮食葡萄色澤變艷，果實品質(zhì)提高。

　　Zheng等(2020)研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)BR處理后的果實果糖成分含量提高、有機酸含量降低、花色苷含量顯著提高，進一步分析發(fā)現(xiàn)BR可以通過抑制HMGR的活性，并與VvHMGR協(xié)同調(diào)節(jié)水果中顏色，從而促進香氣及果實其他品質(zhì)特征的形成。其他研究結(jié)果表明，對葡萄施用BR后果實產(chǎn)量、可溶性糖含量顯著提高，抗氧化能力顯著提高Babalıketal,2019。植物生長調(diào)節(jié)劑具有微量、高效的作用，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著極其重要的作用。目前萘乙酸、多效唑、吲哚乙酸、乙烯利、矮壯素等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛的應(yīng)用。但是目前這些植物生長調(diào)節(jié)劑并不能長時間促進植物的生長發(fā)育，且作用形式單一，難以全方面的調(diào)控植物的生長和生殖。

　　農(nóng)藝師論文范例：甘州區(qū)設(shè)施陽光玫瑰葡萄栽培技術(shù)

　　BR作為可以與多種植物激素互作的新型植物激素，其生理效應(yīng)較廣泛，可以全面的促進植物生長和代謝活動，因此，在未來的研究中應(yīng)該著重研究BR與其他激素的互作機理，以便開發(fā)BR類的生長調(diào)節(jié)劑。BR與生長素、赤霉素、脫落酸、乙烯存在互作Tanakaetal.,2003;馬立娜等,2012，但尚不明確其是否與細胞分裂素、水楊酸、茉莉酸發(fā)生互作，BR與其他植物激素互作調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)也將是未來研究的方向。通過分析近年來BR的應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)應(yīng)該著手于解決農(nóng)藥殘留的問題張琳,2011，而BR的優(yōu)勢在于其具有用量少、見效快的特點，可以很好的減少農(nóng)藥殘留。因此，開發(fā)新型的BR類的生長調(diào)節(jié)劑是未來植物激素研究的新方向，有著廣闊的前景。

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　　作者：李嘉佳李相怡王磊王世平