CN111436297A - 一种抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的方法 - Google Patents

一种抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的方法，属于植物生物学领域。本发明向植株喷施吡草胺溶液，吡草胺的毒性低，易降解，喷施后在植物上基本不会存在吡草胺残留，对人体安全。本发明提供的方法仅需喷施吡草胺溶液即可，成本低，简单易行，便于推广。实施例的数据表明，选择在柑橘植株新梢抽梢12～15d时开始向叶片和选择栽植4周的拟南芥植株短时间喷施20～300μmol/L吡草胺溶液后，停止喷施吡草胺溶液待植株生长一周后显示其JA含量显著降低、JA合成通路的基因表达量显著降低，进而表明拟南芥和柑橘叶片的JA含量显著降低，对木本作物所需浓度高于草本植株；且不会影响植物的正常生长。

Description

一种抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的方法
技术领域
本发明涉及植物生物学技术领域，尤其涉及一种抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的方法。
背景技术
人类最初在燕麦叶片中首次分离得到茉莉酸(JA)，它具有促进植株提早转色、成熟与衰老等生物学功能。外源喷施JA及其类似物处理能够激活植株JA介导防御反应，改变香气组分，躲避动物的攻击；诱导下游抗性基因如PDF1.2和GST1表达降低，抑制灰葡萄孢菌、褐斑病、青霉病等腐生病原菌侵染和生长。但是，JA作为一种与胁迫、衰老密切相关激素，在科研和农业生产中往往需要降低其含量，从而促进根系生长、增加栽培物种的生物总量，减少细胞凋亡，延缓植株衰老进程。JA是一种脂氧化物，以亚麻酸为前体物质；通过脂氧合酶(Lipoxygenase，13-LOX)形成13-HPOT，依次经过丙二烯氧化酶(Allene oxidesynthase，AOS)加氧和环化酶(AOC)形成12,13-EOT和Cis-(+)-OPDA；Cis-(+)-OPDA在过氧化物酶体被2-氧-二烯酸还原酶OPR还原和多次氧化形成JA；JA运载到细胞质形成信号分子茉莉酸异亮氨酸(JA-ile)。
目前，通过基因工程手段在模式植物中能够一定程度降低植物体内的JA含量，但是存在操作复杂、推广困难等问题。同时，果树作为多年生木本作物中很难通过基因工程手段快速改变植株或果实体内JA合成。因此，外源喷施JA抑制剂可以作为降低植物体内JA的有效手段。目前，JA合成途径的抑制剂种类不多，主要包括以下几种化学物质抑制剂：(1)二乙基二硫代氨基甲酸乙酯酸(DIECA)，通过抑制JA合成途径的AOS基因表达；(2)布洛芬(IBU)，抑制JA合成途径的LOX基因表达；(3)没食子酸丙酯(PG)，非特异性抑制JA合成途径的3-LOX和环化酶(AOC)的表达。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的方法。本发明提供的方法成本低，简单易行，便于推广，吡草胺的毒性低，易降解，喷施到植物上时基本上不会存在吡草胺残留。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的方法，向植株喷施吡草胺溶液。
优选地，所述吡草胺溶液的浓度为20～300μmol/L，所述吡草胺溶液的溶剂包括乙醇和水，所述乙醇与水的体积比例为1:299～599。
优选地，当所述植物为柑橘时，在所述柑橘新梢抽梢12～15天时开始向叶片喷施吡草胺溶液。
优选地，在所述柑橘新梢抽梢13～14天时开始向叶片喷施吡草胺溶液。
优选地，当所述植物为柑橘时，所述喷施的量为10～50mL/株。
优选地，当所述植物为柑橘时，所述喷施时隔天喷施一次。
优选地，当所述植物为拟南芥时，在所述拟南芥栽植4周时开始喷施吡草胺溶液。
优选地，当所述植物为拟南芥时，所述喷施的量为2～20mL/株。
优选地，当所述植物为拟南芥时，所述喷施时隔天喷施一次。
优选地，当所述植物为拟南芥时，所述喷施时喷2～4次。
本发明提供了一种抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的方法，向植株喷施吡草胺溶液。本发明中，吡草胺的毒性低，易降解，半衰期在10.92-12.68d，喷施后在植物上基本不会存在吡草胺残留，对人体安全，能够抑制植物体内激素茉莉酸的合成，提供了一种抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的的新方法，提供了一种吡草胺抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的新应用。本发明提供的方法仅需喷施吡草胺溶液即可，成本低，简单易行，便于推广。实施例的数据表明，选择在柑橘植株新梢抽梢12～15d时开始向叶片和选择栽植4周的拟南芥植株短时间喷施20～300μmol/L吡草胺溶液后，停止喷施吡草胺溶液待植株生长一周后显示其JA含量显著降低、JA合成通路的基因表达量显著降低，进而拟南芥和柑橘叶片的JA含量显著降低，对木本作物所需浓度高于草本植株，且不会影响植物的正常生长。
附图说明
图1为实施例1中分别喷施200μmol/L的吡草胺溶液和清水(作为对照)1周后，柑橘叶片中JA含量对比图；
图2为实施例1中分别喷施200μmol/L的吡草胺溶液和清水1周后，柑橘叶片中JA-ile含量对比图；
图3为分别检测清水对照和200μmol/L吡草胺溶液处理停止2周后的柑橘叶片中脂氧合酶(13-LOX)、丙二烯氧化酶(AOS)、环化酶(AOC)的表达量对比图，其中A路线为JA-ile的合成原理示意图，B为13-LOX、AOS和AOC的表达量对比图；
图4为实施例2中清水和不同浓度的吡草胺溶液喷施后拟南芥植株的实物图；
图5为实施例2中清水(对照)和75μmol/L吡草胺溶液(处理)喷施后拟南芥植株的JA含量对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的方法，向植株喷施吡草胺溶液。
在本发明中，所述吡草胺溶液的浓度优选为20～300μmol/L，更优选为75～200μmol/L，所述吡草胺溶液的溶剂包括乙醇和水，所述乙醇与水的体积比例优选为1:299～599。本发明对所述吡草胺的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。本发明对所述吡草胺溶液的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法制得即可，在本发明的具体实施例中，优选为将吡草胺与无水乙醇混合，溶解配制成60mmol/L的贮存液，所述贮存液经清水分别稀释成20、75和200μmol/L的吡草胺溶液。
在本发明中，当所述植物为柑橘时，在所述柑橘新梢抽梢优选12～15天时开始向叶片喷施吡草胺溶液，更优选为13～14天。本发明优选选择在新梢抽梢2周左右喷施吡草胺是为了抑制柑橘生长早期JA的合成，同时抑制JA合成途径的相关基因表达，从而降低JA合成。
在本发明中，当所述植物为柑橘时，所述喷施的量优选为10～50mL/株。
在本发明中，当所述植物为柑橘时，所述喷施时优选隔天喷施一次。
在本发明中，当所述植物为拟南芥时，优选在所述拟南芥栽植4周时开始喷施吡草胺溶液。
在本发明中，当所述植物为拟南芥时，所述喷施的量优选为2～20mL/株。
在本发明中，当所述植物为拟南芥时，所述喷施时优选隔天喷施一次。
在本发明中，当所述植物为拟南芥时，所述喷施时优选喷2～4次。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
1、材料选择：选择生长2周的纽荷尔脐橙幼苗；
2、配制药剂：将吡草胺与无水乙醇混合，溶解配制成60mmol/L的贮存液。贮存液经清水稀释成200μmol/L的吡草胺溶液。
3、实验处理：选择两株大小相当的纽荷尔脐橙幼苗，在新梢抽梢14d时开始，分别以不同浓度的吡草胺溶液(作为处理)和清水(作为对照)喷施叶片，每次喷施10mL/株，隔天喷施一次，连续喷施5次。
观察喷施过程中、停止喷施2周后的植物外观形态，测定JA、JA-ile含量和JA合成通路相关基因的表达情况，生物学重复三次。
图1为分别喷施200μmol/L的吡草胺溶液和清水1周后，柑橘叶片中JA含量对比图，由图1可知，停止喷施吡草胺溶液的经过200μmol/L吡草胺溶液处理的柑橘叶片中JA含量(0.67ng/g)显著低于清水处理(4.83ng/g)的柑橘叶片，即经本发明吡草胺溶液处理后JA含量显著降低了8余倍。图2为分别喷施200μmol/L的吡草胺溶液和清水1周后，柑橘叶片中JA-ile含量对比图，由图2可知，吡草胺溶液处理柑橘植株后，叶片中JA信号分子JA-ile(0.036ng/g)显著低于清水处理(0.88ng/g)的柑橘叶片，即经本发明吡草胺溶液处理后JA-ile含量显著降低了20余倍。
利用基因检测试剂盒对柑橘叶片JA合成途径中相关的基因表达情况进行检测，即分别检测清水对照和200μmol/L吡草胺溶液处理停止2周后的柑橘叶片中脂氧合酶(13-LOX)、丙二烯氧化酶(AOS)、环化酶(AOC)的表达量，具体结果如图3所示，图3中A路线为JA-ile的合成原理示意图，B为13-LOX、AOS和AOC的表达量对比图。图3所示的各柱状图中，非黑色表示喷施吡草胺溶液的柑橘叶片中相关基因表达量，黑色则表示喷施清水的柑橘叶片中相关基因表达量，*表示p<0.05，**表示p<0.01。如图3所示，JA合成的前提物质为亚麻酸，吡草胺溶液处理后降低了13-LOX表达量，同时丙二烯氧化酶(AOS)加氧和环化酶(AOC)也依次降低从而导致JA合成抑制，可见，经过吡草胺处理后能够显著降低柑橘JA合成相关基因表达量，JA含量以及有效信号分子JA-ile含量也显著降低，从而抑制柑橘植株体内JA合成和信号传导，进而影响柑橘植株的抗性。
实施例2
1、材料选择：选择生长4周的拟南芥植株；
2、配制药剂：将吡草胺与无水乙醇混合，溶解配制成60mmol/L的贮存液。贮存液经清水稀释成20、75和200μmol/L的吡草胺溶液。
3、实验处理：选择3株大小相当的拟南芥植株，且处于开始抽薹并开花状态。分别用吡草胺溶液(处理)和清水(对照)喷叶片，每次喷药5mL/株，隔天喷3次。
处理结束后，观察植株老叶和嫩叶生长状态，分析对植物的生殖过程如抽薹、开花的影响，并测定植株叶片的JA含量；
4、结果
图4为清水对照和不同浓度的吡草胺溶液喷施后拟南芥植株的实物图，观察吡草胺处理对拟南芥植株老叶形态无显著影响，但是随着其浓度增加对嫩叶片生长影响加大，导致叶片变小、呈现卷曲状态，同时植株香味感官上发生变化；且当吡草胺溶液高于200μmol/L会缩短植株抽薹节间长度，每次喷施药剂体积过大或雾化状态不佳，茎顶端与花序处会发生弯曲、甚至花序枯萎；但是一定浓度范围内且常规操作，植株生殖过程如花序生长、后期结籽无显著性影响。
图5为清水(对照)和75μmol/L吡草胺溶液(处理)喷施后拟南芥植株的JA含量对比图，*表示p<0.05，由图5可知，吡草胺溶液喷施后，JA含量比清水对照的降低了16.03％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抑制植物体内激素茉莉酸合成及响应的方法，其特征在于，向植株喷施吡草胺溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吡草胺溶液的浓度为20～300μmol/L，所述吡草胺溶液的溶剂包括乙醇和水，所述乙醇与水的体积比例为1:299～599。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述植物为柑橘时，在所述柑橘新梢抽梢12～15天时开始向叶片喷施吡草胺溶液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述植物为柑橘时，在所述柑橘新梢抽梢13～14天时开始向叶片喷施吡草胺溶液。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述植物为柑橘时，所述喷施的量为10～50mL/株。
6.根据权利要求1或2或5所述的方法，其特征在于，当所述植物为柑橘时，所述喷施时隔天喷施一次。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述植物为拟南芥时，在所述拟南芥栽植4周时开始喷施吡草胺溶液。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述植物为拟南芥时，所述喷施的量为2～20mL/株。
9.根据权利要求1或2或8所述的方法，其特征在于，当所述植物为拟南芥时，所述喷施时隔天喷施一次。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当所述植物为拟南芥时，所述喷施时喷2～4次。
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