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乙烯-奇妙的植物激素
发表时间:2018-08-13 17:16:23点击:1956
人类自很早已经开始利用乙烯催熟果实。直到20世纪初,人们开始用科学的方法研究乙烯与果实成熟之间的关系,证明乙烯是植物的一种天然产物。
由于在果实的成熟过程中,乙烯的产量较低,而当时检测乙烯含量的技术又较为原始和落后,这一问题一直迟迟没有得到解决,直到20世纪60年代气相色谱和火焰离子化探测器应用到乙烯的测量中来,较大地提高了乙烯检测的灵敏度和准确度。借助这两种技术,科研人员可以实时监测乙烯的产量,研究乙烯的产生和果实的成熟到底孰先孰后。较终的结果显示,在果实成熟之前,乙烯便开始大量合成,说明乙烯是诱导果实成熟的原因。近年来,随着科学的进步,已经有较先进的痕量乙烯检测设备问世,例如荷兰EMS公司生产的高精度物联网乙烯分析仪,测量精度可达1ppb,分辨率可达0.1ppb。该设备是一款物联网测量设备,可以将测量数据传输到云数据库。
科研人员通过调节乙烯及相关组分来人工调控果实的成熟。于是,乙烯利、1-甲基环丙烯(1-MCP)等一些乙烯相关的植物生长调节剂逐渐被发现,并应用到生产实践中来,较大减小了果实腐败造成的经济损失。20世纪60年代,Lieberman和 Mapson用14C标记的甲硫氨酸处理成熟的果实,在产生的乙烯气体中发现了放射信号,证明了甲硫氨酸是乙烯合成的前体。
乙烯生物合成较主要的贡献来自于加州大学Davis分校的杨祥发教授。通过多年系统的研究,杨祥发教授及其同事揭示出了乙烯的生物合成途径,并指出乙烯合成的直接前体为1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)。为了纪念杨祥发教授在乙烯生物合成研究中的重大贡献,科学界将乙烯合成过程中的甲硫氨酸循环命名为杨氏循环。
杨祥发教授和“杨氏循环”
在已经阐明乙烯的生物合成途径前提下,人们对生物体是如何识别乙烯并调控植物做出相应的反应的信号转导通路进行了研究。20世纪八九十年代开始,拟南芥作为一种模式植物,逐渐被应用到科学研究中来。和豌豆黄化苗一样,当用乙烯处理拟南芥黄化苗后,也表现出典型的“三重反应”(根和下胚轴缩短、增粗,顶端形成弯钩)。随后,人工诱变、图位克隆以及拟南芥遗传转化等技术的出现和完善,为乙烯信号转导方面的研究带来了曙光。
利用人工诱变技术和三重反应,科研工作者们筛选出了一系列三重反应不正常的的拟南芥突变体,主要表现为两类:对乙烯处理不敏感(乙烯处理后,仍有较长的下胚轴和根,无弯钩)和组成型乙烯反应(不用乙烯处理时,即表现出三重反应)。随后,通过图位克隆技术,鉴定到突变基因,并通过遗传分析鉴定乙烯信号相关基因的上下游关系。
通过遗传筛选鉴定乙烯不敏感突变体
近三十年来,经过科学家的共同努力,已经构建出了乙烯信号转导通路中的主要组分(并逐渐在生产实践中应用,调控植物的生长发育,增加植物的耐逆性,以较好地满足人类的需求。近年来,科学技术迅猛发展,乙烯在植物生长发育中的新功能逐渐被发现,乙烯信号转导通路中的新组分也逐渐被克隆和鉴定,乙烯和其他植物激素之间互作的网络也逐渐被揭示。
乙烯信号转导通路图