植物芥子油苷代谢与硫营养

文章简要介绍芥子油苷积累、代谢及其防御作用受环境供硫水平调控的研究进展。     

芥子油苷在植物-生物环境关系中的作用

芥子油苷是一类含氮、含硫的植物次生代谢物质,主要分布于白花菜目的十字花科植物。芥子油苷及其降解产物具有多种生化活性,近年来人们更多地关注芥子油苷代谢与其它物质代谢途径的相互联系以及与植物生存环境的相互作用。介绍了芥子油苷及其分布、芥子油苷-黑芥子酶系统以及由芥子油苷介导的植物对昆虫、病原体的防御作用和植物与植物之间的化感作用的研究概况。     

芥子油苷-黑芥子酶系统及其在植物防御和生长发育中的作用

本文对十字花科（Cruciferae）植物体内的芥子油苷-黑芥子酶系统在生物、非生物胁迫和生长发育中的研究进展作了介绍。     

植物激素与芥子油苷在生物合成上的相互作用

植物激素在植物的生长发育中起着关键性作用,芥子油苷是一类重要的次生代谢物质。植物激素与芥子油苷之间存在复杂的相互作用。生长素与吲哚类芥子油苷在生物合成上存在着相互作用。植物防卫信号分子与芥子油苷之间也存在相互作用,茉莉酸强烈诱导吲哚类芥子油苷生物合成相关基因CYP7982和CYP7983的表达,从而诱导吲哚-3-甲基芥子油苷和N-甲氧吲哚-3-甲基芥子油苷等吲哚类芥子油苷的生成,水杨酸和乙烯则能轻度诱导4-甲氧吲哚-3-甲基芥子油苷的生成。植物防卫信号转导途径相互作用以精细调节不同种类吲哚类芥子油苷的生成。     

植物芥子油苷代谢及其转移

芥子油苷是一类含氮、含硫的植物次生代谢产物,主要分布于十字花科植物。芥子油苷及其降解产物具有多种生化活性,在植物防御方面也有重要作用。简要介绍芥子油苷的分布、合成、降解和在植物体内的转移。     

芥子油苷在甘蓝蚜寄主部位选择行为中的作用

利用刺吸电位技术（EPG）记录甘蓝蚜Brevicoryne brassicae在芥菜Sinapis alba 不同部位上的取食行为,同时用高压液相色谱（HPLC）分析芥菜相应部位的芥子油苷(glucosinolates)含量,据此分析芥子油苷在甘蓝蚜对寄主部位偏好行为中的作用。选择芥菜三个部位进行取食行为记录和化学分析,即新出完全叶(第7片)的叶片、叶柄,以及花茎。相对于其它两个部位,甘蓝蚜的口针在花茎上用较少的刺探次数和较短的时间到达韧皮部;一旦口针进入韧皮部持续吸食阶段,蚜虫在三个部位的取食行为没有太大的差异。只在花茎的表皮和皮层中测定到较高含量的白芥子苷（glucosinalbin）。因此,本实验的结果证明,白芥子苷是甘蓝蚜寄主部位选择的关键信号化学物质或取食促进剂。     

拟南芥莲座叶芥子油苷含量对水分胁迫的响应

芥子油苷(glucosinolates)是十字花科植物中一类含氮、含硫的次生代谢产物,与其水解产物在植物防御功能中有重要意义且与环境因子关系密切.通过控制供水的方式对营养生长时期的拟南芥幼苗进行水分胁迫,观察了土壤自然干旱对营养生长时期拟南芥莲座叶芥子油苷含量及组成的影响.结果表明,土壤自然干旱处理下,拟南芥莲座叶的芥子油苷总量从处理3 d起低于对照,且随着处理天数的增加与对照组的差异逐渐增大,脂肪族芥子油苷的响应均比较明显,与芥子油苷总量的变化趋势基本一致,而吲哚族芥子油苷对水分胁迫则不敏感.脂肪族中的4-甲基亚磺酰丁基芥子油苷(4-methylsulphinylbutyl GS,4MSOB)占脂肪族芥子油苷的比例最大,它的含量变化成为影响莲座叶中芥子油苷组合模式的主导因素.     

植物中的吲哚族芥子油苷与生长素代谢途径的关系

文章介绍了植物中的吲哚族芥子油苷代谢与生长素合成途径相互关系的研究进展。     

机械损伤对拟南芥莲座叶芥子油苷含量和组成的影响

植物可以利用体内次生代谢产物的变化来抵御昆虫取食和机械损伤.芥子油苷是拟南芥的主要次生代谢产物.通过剪刀剪取叶片(40%面积)对温室培养的拟南芥幼苗莲座叶进行机械损伤处理,观察机械损伤后8个时间点拟南芥叶片中不同种类芥子油苷含量和组合模式的变化.结果表明机械损伤后3 h叶片中芥子油苷总含量开始明显上升,脂肪族和吲哚族芥子油苷含量在损伤后3 h也都显著高于损伤前.在检测到的12种芥子油苷中,4-甲基亚磺酰丁基芥子油苷(4-methylsulphinylbutyl GS,4MSOB)的含量最多,占芥子油苷总量的48.5%,并且在损伤3 h后含量增加.4MSOB含量的变化成为影响莲座叶中芥子油苷组合模式的主导因素.其它各种芥子油苷在损伤后不同时间点的变化也存在差异.     

盐胁迫对拟南芥和盐芥莲座叶芥子油苷含量的影响

芥子油苷是十字花科植物中一类含氮、含硫的次生代谢产物,与其水解产物在植物防御功能中有重要意义且与环境因子关系密切。以模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）和盐生模式植物盐芥（Thellungiella halophila）为研究对象,系统地分析了盐胁迫下二者芥子油苷组成和含量的变化规律。拟南芥（生长4周）和盐芥（生长6周）叶片的芥子油苷组成在盐胁迫后没有改变。拟南芥的芥子油苷总量、脂肪族芥子油苷总量、吲哚族芥子油苷总量受盐胁迫的影响均不显著,而盐芥的则随盐胁迫增强先减少、后增加并高于对照水平。拟南芥脂肪族的3MSOP、5MSOP和吲哚族的4OHI3M、4MOI3M随盐胁迫增强而含量降低,而脂肪族的6MSOH、吲哚族的I3M以及盐芥脂肪族的3MSOP则随盐胁迫增强有含量增加的趋势。拟南芥脂肪族的8MSOO和吲哚族的1MOI3M,盐芥脂肪族的3MTP、Allyl、10MSD和吲哚族的4MOI3M,在盐胁迫下的含量变化与盐芥芥子油苷总量的变化趋势一致。     

论昆虫与植物的相互作用和进化的关系

昆虫与植物是陆地生物群落中最为重要的组成部分,二者间的相互作用是多方面的,其中最为重要的是昆虫选择植物作为食物和生长场所、昆虫为植物传授花粉两方面。该文集中讨论这两方面的相互作用有哪些因素与进化有密切的关系。植食性昆虫根据其寄主植物范围,通常分为专食性（寄主范围窄）和广食性（寄主范围广）。从生态关系来看,广食性的取食行为比专食性的更为有利,但实际情况却与此相反,统观植食性昆虫的取食行为,有向专食性演化更为普遍的倾向。专食性发展有利于提高昆虫对寄主植物的选择效率,还可缓和天敌作用所造成的压力。根据昆虫与植物相互作用的特点,目前已提出很多昆虫与植物的进化理论,包括成对的协同进化、弥散的协同进化、群落的协同进化以及顺序进化。在昆虫对寄主植物的选择中,以植物对昆虫的影响较昆虫对植物的影响更为重要,称为顺序进化是适宜的;昆虫为被子植物传授花粉造成互惠共生,其中的进化关系应称为协同进化。     

Characterisation of glucosinolates using electrospray ion trap and electrospray quadrupole time-of-flight mass spectrometry

Twelve naturally occurring glucosinolates displaying alkenyl, hydroxylated, methylsulphinyl, aromatic and indole side chains were investigated by both negative and positive ion electrospray ionisation-tandem mass spectrometry (ESI-MS/MS). In order to resolve the MS/MS spectra obtained from the anion and cation molecular ions of glucosinolates, the different fragments were investigated by MSn experiments using an ion trap spectrometer. The MS3 spectra obtained permitted possible fragmentation schemes to be proposed. These were supported by accurate mass measurements of some characteristic diagnostic ions with the help of a quadrupole time-of-flight instrument. The negative ion ESI-MS/MS behaviour of the different glucosinolates investigated in this study confirmed previously described patterns and revealed new interesting structural informative fragments. Some are common to all the glucosinolates and others are highly specific for a type of variable side chain. The positive ion ESI-MS/MS fragments obtained from the [MNa+Na]+ or [MK+K]+ molecular ions did not provide complementary specific diagnostic ions. Nevertheless, when compared with the negative ion mode, the daughter ions appeared more homogenous and with a better relative abundance for all of the 12 compounds studied. Moreover, the positive ion mode appeared to be more efficient than the negative mode for the study of methoxylated glucosinolates and should be useful to detect the glucosinolates present as organic salts in crude plant extracts.     

虫瘿—昆虫与植物互作的奇特产物

虫瘿是昆虫刺激产生的植物不正常组织。造瘿昆虫几乎能在高等植物的所有类群中产生形态各异的虫瘿,甚至能在同一种植物上形成多种形态不一的虫瘿。虫瘿形成的机制仍不清楚,普遍认为是昆虫控制了虫瘿的形成,但植物细胞也参与了虫瘿形成的调控。为了探索这一神秘的领域,科学家们已经对昆虫的刺激物以及植物的反应作了大量的研究,未来工作的难点将是如何把二者联系起来。     

Characterisation of aphid myrosinase and degradation studies of glucosinolates

Myrosinase from Brevicoryne brassicae was purified by ammonium sulfate fractionation, dialysis, and chromatography on a DEAE column. The chromatography yielded a single peak and a 115.6-fold purification. Further FPLC gel filtration gave a single peak at 120 kDa. Denaturing SDS/PAGE of the protein revealed a single band at 60 kDa, indicating that the native B. brassicae myrosinase is a dimer. Kinetic parameters towards 8 glucosinolates were calculated. Strong differences of V(max) and K(m) were observed depending on the substrate. Degradation products of each glucosinolate were identified and quantified by GC-MS and GLC-FID, respectively. Using both crude aphid homogenates and purified myrosinase, two unique hydroxyglucosinolates, 3-butenyl- and benzyl-isothiocyanates were identified from progoitrin ((2S)-2-hydroxybut-3-enyl-glucosinolate) and sinalbin (4-hydroxybenzyl-glucosinolate) degradation respectively. Addition of ascorbic acid to the reaction mixtures containing sinalbin and progoitrin caused the production of hydroxylated degradation products usually associated with plant myrosinase metabolisation. The occurrence of the myrosinase system in B. brassicae is discussed in terms of similar allelochemical adaptation between the herbivore and its host plant.     

植物与植食性昆虫防御与反防御的三个层次

在植物与植食性昆虫长期的进化过程中,双方形成了一系列的防御与反防御策略。本文将这些策略归为3个层次:第一层次起始于植物对植食性昆虫相关分子模式的识别,并由此激活植食性昆虫分子模式相关的免疫反应。这种免疫反应对于不能产生效应子的植食性昆虫种群是有效的;第二层次是一些植食性昆虫种群可以通过释放特异性效应子抑制植物产生的植食性昆虫分子模式相关的免疫反应,从而在植物上正常生长与繁衍;第三层次是一些植物基因型可以通过特异抗性基因识别植食性昆虫的效应子,进而激活效应子诱导的免疫反应,表现出特异的抗虫性。深入揭示植物与植食性昆虫间的这种分子互作机制,不仅在理论上有助于理解昆虫与植物的协同进化机制,而且在实践上可为作物抗性品种的培育提供重要的技术指导。     

虫瘿多样性及其与寄主植物和环境间关系

虫瘿是自然界极常见的生物现象,凝聚着昆虫与植物间显著、复杂而密切的协同关系。本文主要阐述了致瘿昆虫的主要类群及其在植物上的致瘿部位、虫瘿外部形态、虫瘿发育过程、虫瘿内部结构、虫瘿寄主植物多样性以及虫瘿空间分布规律等,探讨了致瘿昆虫和寄主植物间相互关系,以及影响虫瘿空间分布的环境因素等。最后对目前虫瘿生物学存在的问题及以后的研究方向进行了讨论,以期为有害虫瘿的控制和有益虫瘿的开发与利用,以及致瘿昆虫与寄主植物间协同演化关系、致瘿昆虫的致瘿机理等研究奠定一定的理论基础。     

植物与植食性昆虫化学互作研究进展

植物与植食性昆虫之间存在着复杂的化学相互作用。一方面,当遭受植食性昆虫为害时,植物能识别植食性昆虫相关分子模式,触发早期信号事件和激素信号转导途径,并由此引起转录组与代谢组重组、直接和间接防御化合物含量升高,最后提高对植食性昆虫的抗性。另一方面,植食性昆虫也能识别植物的防御反应,并能通过分泌效应子、选贮、解毒以及降低敏感性等反防御措施抑制或适应植物的化学防御。深入剖析植物与植食性昆虫的化学互作,不仅可在理论上丰富对昆虫与植物互作关系的理解,而且可在实践上为作物害虫防控新技术的开发提供重要的理论与技术指导。