抗病激活劑在瓜類抗病性誘導中的應用

摘 要：植物抗病激活劑是一種對環境污染少，并可誘導植物對多種病害產生抗性的新型化學農藥。文章綜述了植物誘導抗病性的特點及作用機理，介紹了表油菜素內酯、苯并噻二唑、草酸、水楊酸等抗病激活劑的結構功能，分析了其在瓜類抗病機制中的作用。

關鍵詞：瓜類；抗病激活劑；信號傳導；抗病性誘導

瓜類作物屬于葫蘆科植物，包括黃瓜、甜瓜、西瓜、南瓜、苦瓜、冬瓜和絲瓜等。蔓枯病、霜霉病、病毒病、白粉病、細菌性角斑病等都是瓜類作物容易發生的病害。這些病害的發生嚴重影響著瓜的品質和產量，降低其經濟效益，而且一些病害流行性很強，在適宜的條件下，短時間內便可流行，給瓜類作物造成毀滅性的災害。植物中具有大量的可誘導基因，其中包括在植物受到病原侵襲時，誘導產生系統抗性的基因。植物抗病激活劑能激活植物的抗病防御系統而使植物具備抗病能力，對病原體和植物本身沒有毒害。這是具有全新作用機制的一類新的化學農藥，它解決了傳統農藥使用過程帶來的環境污染問題，為防治瓜類作物多種病害提供了一種新的途徑。

1 植物抗病激活劑的作用機理

植物系統獲得抗性(systemic acquired resistance，SAR)是由壞死型病原物浸染或某些生化制劑誘導處理后，植株未受浸染或處理部位對病原物浸染產生抗性，能夠誘導植物SAR信號產生的一類化學物質，稱為植物激活劑(plant activator)。

植物抗病激活劑的誘導除了可以引起植物富含羥脯氨酸糖蛋白(HRGP)的變化，導致木質素在細胞壁沉積，使植物形成物理防御機制外，還能導致植株內源水楊酸(SA)的累積，形成活性氧激增，使植物局部細胞程序化死亡而產生過敏反應(HR)。植物抗病激活劑誘導后產生的HR信號及抗病信號經內源信號傳導物質水楊酸(sA)、茉莉酸(JA)、乙烯(Et)和N0可傳導到達整個植株，經過一系列抗病相關基因的調控和表達，可引起寄主防御酶系如苯丙氨酸解氨酶(PAL)、β-1，3-葡聚糖酶(β-1，3-glucanase)、幾丁質酶(clliti-nase)、過氧化物酶(POX)等的活性提高，抗病物質如木質素與植保素等的變化以及病程相關蛋白(PRP)的調控與表達。植物抗病激活劑本身及其代謝物無直接的殺菌活性，但可刺激植物的免疫系統而誘導植物產生具有廣譜性、持久性和滯后性的系統獲得抗病性能(sAR)。

2 激活劑在瓜類抗病誘導中的應用

能夠誘導植物產生抗病性的激活劑有很多，隨著研究的深入，越來越多的激活劑將研制成功并投入生產。表油菜素內酯、苯并噻二唑、草酸、β-氨基丁酸是幾種成熟高效的植物抗病激活劑，它們在瓜類多種病害防治中的應用，可以探索一種新的高效無害的病害防治手段來提高瓜類作物的產量和改善其品質。

2．1 表油菜素內酯

表油菜素內酯(epi-brassinosterold，EBR)是極具生理活性的油菜素甾醇類化合物的1種。油菜素甾醇類化合物在植物界中分布很廣泛，在被子植物、裸子植物甚至藻類的莖、葉、花和種子等器官中都有發現。目前，已從自然界中分離和人工臺成了逾60種油菜素甾醇類化合物。試驗表明，西葫蘆植株接種黃瓜花葉病毒(CMV)后，在4 d左右開始出現類似于過敏反應癥狀，經EBR處理的植株其癥狀表現早于未處理的植株。EBR在短時間內促使西葫蘆葉片大量累積H₂O₂，含最明顯高于對照。由此可見EBR處理在早期主要通過降低植株體內過氧化氫降解酶APX、POD、cAT的活性而使過氧化氫保持一個較高水平。經EBR處理的植株體內丙二醛古量沒有因噴施EBR而提高，其含量甚至低于對照水平，EBR處理降低了CMV對西葫蘆植株的浸染水平，病株率和病情指數相對于只接種CMV處理植株均有所下降，相對平均防治效果達到38.8％。同時噴施EBR能明顯降低西葫蘆葉片中病毒含量，提高了西葫蘆對CMV的抗性。

在農業生產中使用較普遍的是2，4-表油菜素內酯制劑，它具有與天然油菜素內酯相類似的生物活性，其原理是利用化學結構與天然油菜索內酯相近的麥甾醇為原料，用化學方法將其改造成EBR。使用EBR浸泡種子時其濃度為0.05～0.5 mg／L，噴灑葉面的使用濃度為0.1 mg／L。使用EBR處理黃瓜苗和西瓜苗，可提高其抗病能力，可使黃瓜增產30％，西瓜增產20％。EBR作為植物的甾類激素，其抗病功能還有許多未解之處。但是在實際應用中，EBR表現出明顯的抗性增強效果，所以人們把EBR作為1種具有抗性誘導功能的植物激素。

2．2 苯并噻二唑(BTH)

苯并噻二唑(benzothiadiazole，BTH)全稱苯并[1，2，3]噻二唑-7-羧酸甲酯(BTH)，是商品化最成功的植物抗病激活劑，可誘導植物對細菌、真菌和病毒等產生廣譜的抗性，原汽巴一嘉基公司在開發磺酚脈除草劑時發現該物質能激發植物產生SAR，隨后由諾華公司(現先正達公司)實施商品化成功。BTH的取代基基五元雜環結構對它的誘導活性至關重要，結構改變的其他噻二唑均無誘導活性。BTH本身及其在植物體內的代謝產物均無殺菌活性、但BTH能激活植物抗性反應并影響病原物生活史的多個環節，從而誘導植物對細菌、真菌和病毒等產生廣譜的系統抗性。除了模擬SA起到信號傳導的作用外，由BTH誘導的抗性還能導致PAL、β-1，3-葡聚糖酶、過氧化物酶和谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)等活性的變化，并誘導PR基因的表達產生PRP。

王晨芳試驗表明，BTH處理對于誘導黃瓜對炭疽病的抗性具有良好效果，誘導效果達到84.94％。處理后第3天黃瓜表現出最佳誘導抗性，并且持效期在21 d以上。試驗發現BTH對炭疽菌抱子萌發及菌絲生長均無直接抑制作用。于凌春等的研究結果表明：噴施100 mg／kg的BTH溶液對黃瓜蔓枯病菌有很好的抑制作用。使抗病黃瓜植株葉片內幾丁質酶和β-1，3-葡聚糖酶活性達到較高水平，能有效誘導黃瓜產生系統獲得抗性。

BTH的施藥方式主要是葉面噴施，濃度為0.1 mmol／L，可保護田間作物在生長季節免遭白粉病的侵害，達到生態學要求的低用最和持久的保護效果。將BTH用于種子處理，效果會更好。這是因為種子處理具有高度的目標性和從農作物的生長發育起點出發的緣故。BTH作為植物抗病激活劑，應當在病菌浸染前施藥于作物，方能起到保護作用。

2．3 草酸

草酸又名乙二酸(Oxalate)是最簡單的二元酸。分子式(cOOH)₂·2H₂O，草酸的羧基在誘導抗病性中起作用。草酸能顯著誘導植物對多種病害的系統抗性，但不抑制病原菌孢子的萌發和菌絲生長，所以是1種典型的非生物誘抗劑。草酸能顯著誘導多種酶的活性，經草酸處理的植株，其體內的過氧化物酶會迅速增加。過氧化物酶是植物抗病毒代謝中1種重要的酶，該酶參與木質素的合成進而導致細胞壁的木質化。而寄主植物細胞壁的高度木質化對病毒的浸染和擴展可能具有限制作用。草酸誘導瓜類的系統抗性，針對多種真菌、細菌和病毒性病害的抗性均已被陸續報道。

鄭光宇等以草酸處理對西瓜花葉病2號敏感的甜瓜品種網紋香。草酸的誘導可以顯著提高該品種甜瓜對西瓜花葉病毒2號(WMV-2)的系統抗性。草酸處理植株的感病癥狀顯著輕于對照植株，病毒含量僅為對照植株的4％。草酸處理植株的過氧化物酶活力為對照植株的6倍，并且誘導出3種新的過氧化物酶同工酶，甜瓜植株內木質素的古量亦提高了82.9％。證明了草酸在誘導甜瓜過氧化物酶的同時，誘導了甜瓜對WMV-2的系統抗性。

2．4 β-氨基丁酸

β-氨基丁酸(B-aminobutyric acid，BABA)是從經曝曬的番茄根系中分離得到的1種次生代謝非蛋白質氨基酸。它不僅具有廣譜的誘導抗病活性，而且與多種化合物具有協助增效作用，是1種極具潛力的植物化學誘抗劑?？烧T導茄科、葫蘆科、豆科、十字花科植物抵抗由卵菌、真菌、細菌、病毒和線蟲引起的病害，保護植物的葉部、根部和果賽免受病菌危害。

經BABA誘導處理黃瓜第1片真葉后，黃瓜植株體內苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)、過氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性都產生較大變化。PAL是苯丙烷類代謝途徑的關鍵酶和限速酶，它催化L-苯丙氨酸直接脫氨產生反式肉桂酸，在術質素和酚類物質的合成中起重要作用，因而與植物抗病性密切相關。POD、PPO參與酚的氧化，形成對病原菌毒性較高的醌類物質；并參與木質素的合成，使細胞壁增厚來抵御病原菌的侵入和擴展從而抑制發病。BABA還能誘導黃瓜植株產生病程相關蛋白(PRP)，迄今為止，幾乎所有的SAR都與PRP積累有關，其中PRP-1的積累是SAR產生的最可靠的生理生化標志。試驗證明濃度20mmoI／L的β-氨基丁酸即可以誘導黃瓜產生70％以上的抗病效果。

2．5 水楊酸

水楊酸(Salicylic acid，SA)又稱鄰羥基苯甲酸，是植物系統獲得抗性(SAR)所必需的內源信號分子，它可誘導許多植物對不同病原真菌、細菌及病毒產生抗性，這一點已經在煙草、黃瓜和擬南芥等植物中得到證實。SA具有多種生理調節作用，如誘導某些植物開花，導致天南星科植物佛焰花序產熱，誘導煙草和黃瓜對病毒、真菌及細菌等病害的抗病性。

黃瓜幼苗經SA處理后，誘導了與抗病相關的POD、PPO、PAL活性的變化，POD在處理后24 h有明顯提高，以后一直呈上升趨勢。PAL在處理后72、120 h 2次出現酶活性峰。黃瓜葉片的病情指數與對照相比明顯降低。在生產中一般SA誘導瓜類對TMV抗性需要濃度大于0.7 mmol／L，黃瓜對炭疽病、霜霉病抗性誘導SA濃度分別為14.5、2.5nlmol／L。

SA在實際使用中存在一些不足，首先SA外源使用時，在植物體內迅速轉化，主要以β-葡萄糖基形式存在，該物質不能在韌皮部傳導，故不能被有效利用；其次SA在濃度較大時對多數作物均有毒性，稍有不慎即引起藥害，故SA雖為實驗室研究的好材料，但仍不是田間大面積使用的理想化合物?？紤]到實際應用的穩定性和活性，實際應用中使用的大多是SA的衍生物。

2．6 細胞分裂素

細胞分裂素(Cytokinin，CTK)作為調節植物細胞生長分化的重要激素，在植物的抗逆誘導過程中也扮演著不可或缺的角色。研究證明，細胞分裂素是植物系統抗性形成過程中的必要因子，缺乏細胞分裂索的突變體植物，不能被SA或茉莉酸等逆境信號物質誘導產生系統抗性。究其原因可能是因為細胞分裂素是1種根激素，植物體內細胞分裂索水平的高低，代表著植物整體生物活性的高低，當然也反映了植物對逆境抗性能力的強弱，完全喪失根活性的植物即使形成了系統抗性也是毫無意義的。據王惠娟報道：在黃瓜上使用細胞分裂素可以增強其對枯萎病、霜霉病的抗性，發病率較對照降低28.5％和14.3％。

3 結語

植物誘抗劑對于瓜類病害的抗性作用已經取得了明顯的效果，其優勢在于多抗性、整體性、持久性和穩定性，不受生理小種的影響，在大多數情況下，誘導抗病性是非特異性的，僅少數具?；?，同時誘導抗病性采用的誘導劑是生物或無毒、微毒的化學藥品，是今后發展農作物無公害栽培和生產安全綠色食品的理想選擇。

隨著對植物抗病機理的深入研究和新的生物技術手段的應用，更多的植物誘抗劑將被開發出來。今后植物誘抗劑要解決的主要問題是它的使用效率以及藥效的持久性，生產成本的降低也是植物誘抗劑能夠被廣泛使用的關鍵。而新型誘導劑的開發，必將為植物保護和植物病害治理開辟一個嶄新的領域。