植物激素及其检测技术

1、植物激素及其检测技术什么是植物激素？植物激素是植物合成的一类痕量有机化合物，他们在极低的浓度下就能引发生理反应，在植 物的生长发育和环境应答中具有非常重要的作用。他们几乎参与了植物的每个生命过程，包 括种子休眠、萌芽、营养、生长、分化、生殖、成熟和衰老。1928年，温特证实了首个植 物内源激素生物素的存在，随后其他植物激素陆续被科学家发现。以前，人们将植物内 源激素分为五大类：生长素（auxins 赤霉素（gibberellins 细胞分裂素（cytokinins X 乙烯（ethylene X脱落酸（abscisic acid）。前三类激素能促进植物的生长发育，乙烯主要 促进植物器官成熟，而

2、脱落酸抑制生长发育。水杨酸（salicylic acid）油菜素内酯（brassinosteroids 茉莉酸（jasmonic acid，JA X 多胺（polyamines 酚类（phenolic compounds 独角金内酯（Strigolactones）等植物激素陆续被发现。图1.植物激素。表1.主要的植物激素及其代表化合物的分子结构、名称及含量范围（李艳华2011）。为什么要检测植物激素？ 一方面，植物激素对于植物生长、发育和对环境响应起着非常重要的调控作用。另一方面， 植物作为重要的农业产品、园艺产品等，植物激素（如细胞分裂素、生长素、油菜素内酯） 能显著调节植物的株型结构和产量

3、构成从而大幅提升作物的产量和品质茉莉酸、水杨酸、油菜素内酯等多种激素在植物对抗病虫害中发挥重要作用。因此植物激素的定性、定量在研 究植物激素作用机理、植物生命过程、提高农产品/园艺植株质量、和人类定向植物改造方 面起到重要作用。但是植物激素检测具有以下几个难点：1、作为植物的次生代谢产物，含量极低。1g鲜样中的通常为ng级植物激素，甚至pg级；2、不同样本含量差异大；样本越新鲜越好。3、基质效应干扰严重。基质是样品中分析物以外的组分，常对分析物的分析鉴定产生干扰， 影响结果的准确性，这种干扰被称为基质效应。如何检测植物激素？目前，主要有以下几个检测植物激素的方法：生物鉴定法 这是最早用于植物激

4、素检测的方法根据待测定的激素特性进行植物激素检测。 比如1928年，温特利用生长素能使燕麦胚芽鞘弯曲的特性来鉴定生长素浓度。该方法对样 本的纯度要求高，分辨率不高，重复性差，所以应用少。免疫检测法：，该技术基于抗原与抗体的特异性结合，是比较常用的方法，具有较高的专一 性。免疫检测方法又可以分为放射免疫分析（RIA）和酶联免疫吸附分析（ELISA）RIA的 检测灵敏度高，重复性好，但是对实验条件要求高。ELISA相比而言，更简单易行，因此 使用更为广泛。生物传感器：基于生物传感器的方法允许连续、直观的激素水平监测，主要分为电化学生物 传感器、免疫传感器和遗传编码传感器。电化学生物传感器利用酶促氧

5、化还原反应，并由转 换器转化为可以被测定的电信号，从而测定植物激素，对某些植物激素特异的中间化合物也 可用作生物传感器或电极。免疫传感器利用经过特殊设计的适配体（单链RNA或DNA）折 叠产生配体分子的结合位点，与目标植物激素特异性结合。遗传编码的生物传感器利用的是 基于靶向植物激素启动子区域设计的植物激素遗传报告者。图2、电化学生物传感器示例（Novak, Napier et al. 2017）。色谱和色谱-质谱联用法：近年来，色谱和质谱技术飞速发展，在植物激素检测的应用上越 来越受青睐。色谱技术利用各组分在色谱固定相上保留性质的差异实现激素分离，基于色谱 图，可以得出样本含量和纯度信息。质

6、谱技术可以将不同质量的离子按照质荷比（m/z）进 行定性、定量及结构分析，质谱法是唯一可以确定分子质量的方法，灵敏度高，样品需求小， 由于其高灵敏性和功能强大，在实际应用中最为广泛。安必奇生物科技有限公司/ 气相色谱-质谱联用（GC-MS ）技术可同时分析多种植物激素，准确性高，灵敏度高， 适合分析具有一定挥发性、弱极性的物质，因此在GC-MS分析前要衍生成相应的挥发 性衍生物，但高温容易降解热不稳定化合物。气相色谱与串联质谱（MS-MS）联用能 更一步提高对于负责内源激素检测的灵敏性。内标法（理想的内标物为同位素）可以减 少样本提取、纯化时的损失、仪器误差，使得定量更为准确。/ 液相色谱与质

7、谱联用（LC-MS）和高效液相色谱质谱法（HPLC-MS）也大量用于植物 激素的纯化、鉴定和定量分析，主要用于不挥发性化合物、极性化合物和热不稳定性化 合物的分析鉴定。LC-MS与GC-MS相比，减少了繁琐的衍生步骤，也减少了时间花 费，避免了衍生过程带来的实验误差。超高液相色谱法（UPLC）相较于HPLC和LC， 增加了分析的通量，灵敏度，和色谱峰容量，表现更为出色。因此，也常和MS连用， 用于植物激素分离鉴定。（MS-MS）串联质谱可以进一步进行激素的结构分析，结合多 反应选择监控（MRM）可以提高选择性和定量检测限度。内标法可以使结果更为灵敏 和可靠。图 3、LC/MSo其他方法：其他还有毛细血管技术(CE X光谱法、电化学法等，但是由于自身技术的限制，都没有质谱法应用广泛。比如，毛细管技术虽然样本消耗少、分离效果好，但是灵敏度和重 现性方面表现略差。参考文献：李艳华.基于质谱技术的植物激素高效分析方法研究D.中国农业科学院,2011.陈菲，陈丽璇，刘鸿洲，et al.质谱技术在植物内源激素检测中的应用(综述)J.亚热带 植物科学,2010, 39(4).Novak, O., R. Napier and K.