植物挥发性成分散发调节的研究之实际应用.PDFVIP

2005-2006 学年研究生植物化学课程译文 黄文捷 译 植物挥发性成分散发调控的实际应用研究 Current Opinion in Plant Biology 2005, 8:113–118 Practical applications of research into the regulation of plant volatile emission Natalia Dudareva and Florence Negre 黄 文 捷译 在植物的生长周期内，它们会释放出由挥发性成分组成的不同的混合物。这些挥发性成分在植 物吸引传播花粉的昆虫、抵御外界侵害及交流方面起了重要作用。植物挥发性成分的重要性，除了 其芳香气味对人们具有普遍的吸引力外，还在于这些次生代谢物已经成为代谢工程的研究对象。在 过去的十年里，人们研究植物挥发性成分的生物合成途径取得了重大进展，这为修饰挥发性成分提 供了一个开端。新研究的植物挥发性成分修饰方法揭示了挥发性成分之间复杂的联系和调节过程， 同时也为将来代谢工程的成功开辟了新的道路。 前言 许多植物能从它们的叶、花、果中释放出由挥发性次生代谢物组成的不同的混合物。这些挥发 性物质主要由萜类、苯丙素类和脂肪酸衍生物组成。据目前所知，它们在植物体内总次生代谢物中 占 1%左右。这些低分子量的挥发性物质由不同种类的化合物构成（烷烃类、醇类、醛类、酮类、 醚类和酯类）。这些化合物在植物的生命周期内起了关键的作用，它们使植物能与外界环境发生相互 作用。植物从花果中散发挥发性物质（主要指芳香气味），使它们能给动物、传粉昆虫和传种昆虫提 供化学信息，以保证植物能成功地繁殖和进化。从植物组织里散发出来的挥发性物质，作为植物防 御体系的一部分，能直接抵御各种微生物和动物，吸引肉食性动物以驱赶食草动物，通过三元营养 体系相互作用间接保护植物。一株信号植物通过散发挥发性物质，能减少90% 以上食草动物的数量， 同时也能给邻近植物警示，使它们免受病原体的侵害。从根部散发出来的挥发性物质对植物地下防 御体系很有帮助。根部散发的挥发物有可能具有抗微生物或食草动物的功用，或者使植物表现出植 化相克行为，增加植物本身的生态竞争力。在这篇文章里，我们主要关注植物挥发性成分的实际应 用。另外，在农业和芳香工业中都需要用到那些微量的芳香性物质，而且近年来人们在认识植物挥 发性成分的生物合成和调节上取得了很大进展，因此我们还将讨论这些进展如何应用到代谢工程上。 实际应用：新的领域 近来挥发性次生代谢物在商业上的重要性激起了人们对它们结构的认识和设计它们的生物合成 的兴趣。花粉传播在农作物生产中十分关键的一步，也是一个主要的影响因素。一些农作物靠手工 来传播花粉，而这样低效率的花粉传播方式会造成作物产量的大量损失。依靠昆虫来传播花粉的作 物（如大多数的果树、草莓、坚果、油种和蔬菜）的传粉效率会通过花香气的基因工程得到提高。 经过改进的花粉传播技术不但可以提高这些作物的产量，而且能提高它们的质量。在这些作物中， 大部分都需要它们的胚珠受精来优化果实大小形状。同时，控制挥发物的能力为了解挥发物质变和 量变的影响及某一种挥发物在吸引传粉昆虫中发挥的作用提供了基础。通过这些知识，我们可以增 加作物对传粉昆虫的吸引力，如香草、可可树，原本这些植物只能依靠很小一部分的昆虫为它们传 播花粉，而且如果不在人工传粉技术上投入的话，它们很难在原产地以外种植。另一方面，为特定 的传粉昆虫制造花香气能降低花粉的损失、减少不同种类植物间传粉的干扰，这样就能提高植物繁 殖的成功率。 研究植物芳香物质同时也能提高观赏性植物的价值，这使得那些从事花卉养植的企业也从中受 益。现实中，在采用传统种植方法时，由于花的寿命与挥发性物质之间的负面关系，有许多品种的 花会丧失香气。挥发性物质中新发现的成分吸引着香水、化妆品和香料企业，促使这些企业进行研 究，不断发现新的挥发性芳香物质。通过化学合成的光学对映异构体具有嗅觉上的特殊性质，可以 代替天然芳香性物质（如玫瑰里的氧化物），但是这需要很高的成本。如果这些对应异构在植物体内 进行生物合成时所涉及的基因能够找到的话，那细胞方法就能取代化学方法。这种细胞方法可以应 本译文习作草稿仅供浏览，错误之处请反馈 wangjunr@ 第 1 页 共 4 页 2005-2006 学年研究生植物化学课程译文 课程教师 王俊儒 20