2 牛蒡提取物对植物生长及诱导抗性效用的研究现状与分析(原稿).doc

牛蒡提取物对植物生长及诱导抗性效用的研究现状与分析秦军伟作者简介：秦军伟（1979 ），男，在读博士，讲师，研究方向为农产品深加工。E-mail：（1.沈阳农业大学工程学院 辽宁 沈阳，110866）摘要：牛蒡是药食两用植物，富含多种营养和药用成分，主要用于临床医学和食品及食品添加剂的研究。由于牛蒡提取物中含有诱导子，能提高植物的诱导抗性，所以其针对植物的效用研究得到日益重视。主要介绍牛蒡提取物如低聚糖、绿原酸、挥发油等对植物生长，特别是诱导抗病性影响的研究现状。研究认为，对于提取物施加在植物上的某些作用机制，尚未得到科学论证；其它牛蒡提取物如木脂素、多酚等，是否具有与低聚糖相同的功能，需要实验验证。另外，考虑到混合成分的协同作用，有必要研究牛蒡提取物的混合物对植物生长及抗病性的作用机制。关键词：牛蒡；提取物；诱导抗性；低聚糖Research and analysis of effectiveness on plant growth and induction resistance for burdock extractivesQIN Jun-wei1, LI Cheng-hua2*, GONG Yuan-juan1（1 College of Engineering，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866, China）Abstract: Burdock, a kind of medical-food plant with multiple nutritional and medicinal components, is used in researches related to clinical medicine, food and food additives. Because of some elicitors from burdock can improve the induction resistance, the effectiveness study on burdock extractives aiming at plants is appreciated increasingly. The research situation of effect on the plant growth, especially on the induction resistance from burdock extractives, such as oligosaccharide, chlorogenic acid, volatile oil, et al., is introduced mainly. It is still not got scientific demonstrations for some action mechanisms applied to plants by burdock extractives. As to other burdock extractives, such as lignanoid, polyphenol, etc., It is necessary to verify by experiments that whether they have the same functions as oligosaccharide or not. Otherwise, considering the synergistic function of mixtures, it is necessary to investigate the action mechanism to the plant growth and the induction resistance by burdock mixed extractives.Key words：burdock; extractive; induction resistance; oligosaccharide中图分类号： 献标识码： 文章编号：1前言牛蒡，学名Arctum Lappa L，为菊科两年生药食两用植物。牛蒡中含有多种化学成分，主要有木脂素、挥发油、酚羟基类及硫炔类化合物等，能够抗肿瘤、抗氧化、抗病毒、保护化学性肝损伤及降血糖，具有很高的医学价值。牛蒡富含蛋白质、氨基酸、维生素、膳食纤维及菊糖等，其综合营养价值极高，享有“蔬菜之王”的美誉，是亚洲国家，特别是日本的一道大众菜1。文献资料显示，牛蒡及其提取物主要用于临床医学研究和食品及食品添加剂的开发。目前，由于牛蒡提取物中含有诱导子，促使植物产生植保素等抗病物质，提高植物的抗病性，所以针对其在植物生长，特别是抗病诱导性中的效用研究受到密切重视，相关研究也已深入开展，取得良好的研究成果。论文主要介绍牛蒡低聚糖、绿原酸、脂肪酸等提取物及相关混合成分对植物生长及诱导抗病性影响的研究现状。2牛蒡提取物对植物生长及抗病性影响的研究现状2.1牛蒡低聚糖对植物生长及抗病性影响的研究现状当遭受病原体侵染时，植物自身可产生活性氧爆发、植保素合成、抗病相关蛋白基因表达等抗性反应2-3，这种抗性反应可被激发子物质所诱导。牛蒡低聚糖具有潜在的激发子活性，可诱导植物提高对病害的抗性4-5，具有很高的应用价值。郝林华研究了牛蒡寡糖溶液对黄瓜生长发育的影响及抗低温胁迫的生理效应。结果表明，牛蒡寡糖显著促进黄瓜种子及幼苗的生长和根系发育，促进壮苗的形成；经低温胁迫，牛蒡寡糖显著提高黄瓜叶片细胞膜的稳定性，提高抗氧化酶活性，提高抗冷性。但是，植物对低温胁迫的反应和适应是一个复杂的生理过程，有关牛蒡寡糖提高植物抗冷性的作用机制仍不明确，需要进一步研究6-8。陈靠山等以黄瓜幼苗叶为对象，采用牛蒡低聚果糖进行处理，发现局部叶和系统叶的游离态和结合态水杨酸含量均有提高，表明牛蒡低聚果糖可能是一种植物系统抗性因子，通过水杨酸途径提高系统抗性。但是，系统叶的水杨酸是否是由局部叶中转运而来的，尚未验证9。郝林华、伊艳杰等分别研究牛蒡寡糖溶液对黄瓜白粉病、小麦白粉病抗性的影响。结果表明：适宜浓度的牛蒡寡糖能诱导出植物对白粉病的系统抗性，是一种有效的植物抗病激发子。但郝林华尚未对牛蒡寡糖诱导出的小分子抗菌化合物组分产生的时间及量等方面进行系统研究，究竟是哪一种组分在起主要作用以及它与抗病性的关系也需进一步探讨10-11。目前，提高植物的自身抗病性，以解决果蔬采后病害防治的研究受到日益关注，通过诱导获得抗病性使果蔬延长贮藏期则是一种理想策略12。王凤德研究了牛蒡寡糖溶液对采后番茄抗病性的影响及其影响机制，结果表明牛蒡寡糖具有与壳寡糖类似的激发子功能，可有效提高番茄果实对自然病害的抗性以及对接种灰霉病的抗性，其诱导番茄抗病性提高的机制可能在于两者都可以诱导抗病相关蛋白基因的转录表达、提高过氧化物酶的活性以及诱导酚类物质的累积13-14。 孙利军等研究了牛蒡寡糖对草决明幼苗生长及秦艽和黄芩种子萌发的影响。研究发现，适宜浓度的牛蒡寡糖均可以促进草决明的幼苗生长和秦艽和黄芩种子的萌发，但表现为低浓度促进、高浓度抑制。另外，对于秦艽和黄芩种子发芽势与发芽率的促进机理有待进一步研究15-17。王凤德利用分子生物学及生物化学方法，研究了牛蒡低聚果糖对烟草花叶病毒（TMV）抗性的影响和作用机制以及对不同叶龄叶片对TMV的抗性反应。结果表明，牛蒡低聚果糖诱导处理，可显著抑制TMV在烟草中的增殖，增强烟草对TMV的抗性；牛蒡低聚果糖处理对老叶TMV的抑制效果最好，幼叶最弱，并且牛蒡低聚果糖对烟草的诱导效应不同于TMV对烟草的诱导效应13,18-19。2.2 牛蒡提取物的配合物对植物生长及抗病性影响的研究现状适宜浓度的稀土可降低植物发病率，提高抗病性20。作为非生物诱导子，稀土只有达到一定浓度时才对病原菌具有抑制作用，但可能对植物产生毒害作用，为解决稀土的安全限量问题，可与寡糖制成配合物，通过协同作用降低对植物的毒害程度。张玉凤等以西瓜枯萎病为对象，研究牛蒡寡糖-钕配合物对尖镰孢菌菌落直径、果胶酶活性、菌丝生长量和菌丝细胞膜透性的影响。结果表明，牛蒡寡糖-钕配合物可抑制菌丝生长，浓度升高，抑制作用加强。但是，配合物对病原真菌的直接影响与它在植物体内对真菌病害的影响是否一致，进入植物体内的配合物浓度和病原菌数量在平板培养和液体培养中的差距，表现出的效果是否一致等问题，尚未得到更进一步的探讨21。姚佳等研究钕和牛蒡低聚果糖对草决明种子萌发率及萌发过程中生理生化指标的影响。结果表明：低浓度的钕和牛蒡低聚果糖对草决明种子萌发和幼苗生长具有明显的促进作用；钕与牛蒡低聚果糖的混合处理效果要优于单独处理。研究也发现，钕和牛蒡低聚果糖对草决明种子的萌发和幼苗生长的作用机制可能不同，有待进一步研究22。2.3 牛蒡其它提取物对植物生长及抗病性影响的研究现状植物源杀虫剂具有生物活性多样、作用方式复杂、对高等动物及天敌安全、不污染环境、不易使害虫产生抗性等，应用前景广阔。马丽娜以柑桔全爪螨为对象，研究牛蒡提取物的杀螨机理及杀螨活性。结果表明，相对于黄连等中药，牛蒡子提取物中的9,12-Octadecanoic acid methyl ester不饱和脂肪酸对雌成螨和卵的触杀毒力较强，产卵抑制率较高，杀螨活性最佳。但是，化合物进入螨体内发挥毒效或者被分解为无毒物质的过程涉及到许多酶系的共同作用，究竟是哪类酶在起解毒作用尚不明确，其机理有待研究23。牛蒡根中富含次生代谢物质，如多酚、绿原酸、木质素等24，具有药肥同源、多靶位作用的特点，可作为新型肥料成分，提高作物产量和品质。董亮等研究了牛蒡粗提液和牛蒡寡糖对菠菜生长及品质的影响。研究表明：无论是牛蒡粗提液还是牛蒡寡糖溶液，均能促进生长和改善品质；与牛蒡寡糖相比，粗提液的促进效果更好，原因在于粗提液含有多种活性成分，本身的微量化合物可能就是纯品的增效剂和协调剂。但是，牛蒡提取物对菠菜品质的促进机理需要进一步研究，以便确定是“稀释效应”的影响，还是提取物调控草酸代谢的原因25。绿原酸作为一种酚类植保素，其产生速度和累积量与植物抗病性有关。林学政等应用牛蒡叶提取的绿原酸，研究其对植物病原真菌孢子萌发的影响及其对黄瓜枯萎病和辣椒疫病的防效。结果表明：较高浓度的绿原酸对植物病原真菌孢子的萌发均有一定的抑制作用，但效果因病原菌的不同而存在明显差异；盆栽防治试验表明，绿原酸对黄瓜枯萎病的相对防效显著高于对照；大棚防治试验表明，绿原酸对黄瓜枯萎病和辣椒疫病均有良好的防治效果，可达73.1%和64.0%26。3 结论牛蒡提取物在植物生长和抗病性方面得到广泛应用，提高了牛蒡的应用范围。但是，对于提取物施加在植物上的某些作用机制、促进机理等，尚未得到科学合理的论证。目前，牛蒡低聚糖对于植物生长，特别是诱导抗病性的影响效果和作用机制，已得到深入研究，而至于其它牛蒡提取物如木脂素、挥发油、多酚等，是否具有与低聚糖相同的功能，是否可以应用于植物的生长和抗病性中，需要进一步验证。与单一牛蒡提取物相比较，牛蒡粗提液、牛蒡寡糖与钕的配合物对植物生长及抗病性的作用效果更加明显。所以，是否考虑将牛蒡多种提取物混合，或将牛蒡提取物与其它成分混合，研究混合物对植物生长及抗病性的作用机制和影响效果。目前，中国牛蒡的种植面积超过2.3万公顷，除了高品质牛蒡根用于出口、牛蒡子用于临床医学研究以外，牛蒡叶和等外牛蒡根大多被废弃或作为家畜饲料，利用率不高。如果从牛蒡废弃物中提取有效成分，既能扩大其在医学、植物和动物中的应用范围，也能提高其经济价值，促进牛蒡种植业的发展壮大。参考文献1Yoshihiro Imahori, Naoki Kitamura, Shizuka Kobayashi, et al. Changes in fructooligosaccaride composition and related enzyme activities of burdock root during low-temperature storage J. Postharvest Biology and Technology, 2010, 55:15-202Dixon Richard A, Lamb Christopher J. Molecular communication in interactions between plants and microbial pathogens J. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol, 1990, 41:339-367 3 Eduardo Blumwald, Gilad S. Aharon, Bernard C-H. Lam. Early signal transduction pathways in plant-pathogen interactions J. Trends Plant Sci., 1998, 3:342-3464He Peng-Qing, LI Tian, Chen Kao-Shan, et al. Induction of volatile organic compounds of Lycopersicon esculentum and its resistance to Botrytis cinerea by burdock oligosaccharideJ . J Integr Plant Biol, 2006, 48：1-55Zhang Peng-ying, Wang Jin-chang，Liu Sheng-hao，et al . A novel burdock fructooligosaccharide induces changes in the production of salicylates, activates defense enzymes and induces systemic acquired resistance to Colletotrichum orbiculare in cucumber seedlingsJ. J Phytopathol, 2009, 157：201-2076郝林华，陈靠山，李光友. 牛蒡寡糖促进黄瓜生长及抗低温胁迫的生理效应J.上海交通大学学报（农业科学版），2006，24（1）：6-127郝林华. 牛蒡寡糖的制备与结构分析及其对植物生长和抗病性的研究D. 青岛：中国海洋大学，20048郝林华，石红旗，孙丕喜，等. 牛蒡寡糖对黄瓜植株生理生化特性的影响J.西北植物学报，2006，26（8）：1612-16169陈靠山. 牛蒡低聚果糖对植物内源水杨酸的诱导作用C. 山东省植物生物学研究进展学术年会论文集，2006：90-9310郝林华，孙丕喜，石红旗，等. 牛蒡寡糖诱导黄瓜对白粉病的抗性J. 上海交通大学学报（农业科学版），2006，24（5）：441-44711伊艳杰，刘娜，李翠香，等. 牛蒡寡糖诱导对小麦白粉病抗性的影响J. 麦类作物学报. 2009，29（3）：540-54212Terry LA, Joyce DC. Elicitors of induced disease resistance in Postharvest horticultural crops: a brief review. Postharvest Biol Technol，2004,32:1-1313王凤德. 牛蒡低聚果糖诱导植物抗病的分子机制研究D.济南：山东大学，2009 14Wang Feng-de, Feng Gui-hua, Chen Kao-shan. Defense responses of harvested tomato fruit to burdock fructooligosaccharide, a novel potential elicitor J. 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