水杨酸对葡萄抗逆性调控的研究进展

赵艳侠+亓桂梅+王咏梅

摘要：葡萄易遭受病菌侵染和非生物胁迫的危害，水杨酸（SA）是一种重要的响应逆境反应的信号分子，在应对逆境的代谢调控中发挥重要作用。本文对近年来国内外有关SA在葡萄抗逆性调控中的研究进展进行了综述，重点介绍了SA在葡萄抗寒、抗热、抗旱、抗病、抗盐及抗金属胁迫中的功能和作用机制，并对今后的研究方向进行了展望。

关键词：葡萄；水杨酸；抗逆性；信号转导

中图分类号：S663.101文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）11-0146-05

Research Progress of Salicylic Acid on Stress

Resistance Regulation of Grape

Zhao Yanxia， Qi Guimei， Wang Yongmei

（Shandong Academy of Grape， Jinan 250100， China）

AbstractGrape is vulnerable to pathogen infection and abiotic stress. Salicylic acid （SA） is a kind of important signaling molecule to response to stress reaction， and plays an important role in stress resistance regulation. In the study， the research progresses of SA on stress resistance regulation of grape at home and abroad in recent years were reviewed.The mechanism and function of SA on grape resistance to cold， hot， drought， disease， salt and metal stress were mainly introduced， and the future research direction was also discussed.

KeywordsGrape； Salicylic acid； Resistance； Signal transduction

葡萄生产在我国的果树产业中占有重要的地位，2016年国际葡萄与葡萄酒组织（OIV）统计数据显示，2015年全球葡萄种植面积已达750万公顷，产量约为7 600万吨[1]。其中，中国葡萄种植面积为77.9万公顷，位居世界第二位，产量为1 367万吨，处于世界第一位，成为名副其实的葡萄生产大国[2]。葡萄在生长过程中常常遭受非生物胁迫，如盐、干旱、洪涝、金属和臭氧毒害、紫外线辐射、除草剂及其他化学污染物，其生长发育及果实的产量和品质受到严重影响。

水杨酸（salicylic acid，SA）是一种小分子多酚类物质，普遍存在于高等植物体内，能够调节植物体内的多种生理生化过程，在许多逆境条件下积累明显。适当浓度的外源SA能通过调节某些生理过程提高植物的抗性，其介导的信号途径与植物抗性密切相关[3]，并且具有提高植物非生物抗逆性的作用[4，5]。

近年来，SA作为逆境反应过程重要信号因子，在葡萄上的研究较多，本文总结了SA参与调控葡萄抗逆性的研究进展，为进一步探究其在逆境胁迫中的调节机制和葡萄适应低温、干旱、盐渍等逆境下的作用机制提供理论基础，同时为指导葡萄生产实践提供参考。

1逆境条件下SA的生理功能

1.1葡萄抗寒方面的研究

我国葡萄产地主要集中在北方地区，而北方严寒天气严重制约了葡萄的大规模生产，一定程度地限制了新品种及新技术的推广和应用。葡萄在膨大后期成熟前如果遇到低温冷害，容易出现叶片黄化、果实糖酸比降低、品质变差等情况，严重影响葡萄的商品价值。王丽等指出，在抗寒锻炼期间，叶面喷施1.0 mmol/L外源SA可以明显提高红地球葡萄幼苗根、茎中SOD、POD活性，降低质膜相对透性和MDA含量，并通过部分阻断CAT活性，从而激发体内的抗性机制，增强幼苗的抗寒性[6]。林玲等研究发现，外源SA处理可以提高酿酒葡萄果实糖度，提高葡萄内在品质[7]。在自然低温条件下，陈国品等研究发现对冬季成熟或二次收获的巨峰葡萄使用外源SA处理，能显著提高其叶片光合速率，提高果实的抗寒性及内在品质[8]。

低温储存是延长葡萄货架期和市场供应最常用和有效的方式，但易影響果实品质，引起一系列生理病害。研究发现，SA处理可以延缓果蔬成熟，减轻冻害，延长货架期，在葡萄冷藏期间，外源SA处理有效减轻了采后的重量损失、果实软化和低温冻害[9]。

1.2葡萄抗热方面的研究

极端高温可以导致植物生长发育紊乱，引起膜透性发生变化、代谢异常和抗氧化系统发生变化[10，11]，SA在抵御高温胁迫中发挥着重要作用。王文举等通过测定离体叶片细胞膜渗透情况估测葡萄的耐热性，发现SA能维持细胞膜结构与功能的稳定性，提高红地球葡萄植株抗热性，高温喷施100 μmol/L SA可以提高葡萄叶片叶绿素含量、游离脯氨酸浓度，降低MDA浓度和细胞伤害率[12]。孙军利等研究发现，高温胁迫下对克瑞森无核葡萄扦插苗喷施SA可以增加可溶性蛋白和游离脯氨酸的含量，并且可以诱导叶片蛋白激酶的活性，促进蛋白磷酸化反应，进而提高葡萄的耐热性[13]。刘悦萍等研究发现SA或者高温锻炼处理可以保持叶肉细胞结构在高温下的稳定性，从而提高了葡萄幼苗的抗热性[14]。外施SA和热锻炼有相似的提高抗热性的机制，均通过提高葡萄叶肉细胞对膜脂过氧化的抗性诱导其对胁迫的抗性[15]。

1.3葡萄抗旱方面的研究

干旱是制约葡萄产业发展的重要环境因子之一，我国1/3以上的葡萄种植在干旱和半干旱地区，水分胁迫使葡萄生长发育产生生理障碍，产量和品质降低[16]。外源SA在黄瓜、水稻和玉米干旱胁迫中的应用多有报道[17-19]。郝敬虹等研究表明，外源SA处理能缓解干旱胁迫对黄瓜幼苗生长、净光合速率和水分利用效率的抑制，减小膜脂过氧化程度，促进脯氨酸的积累[17]；张永福等在研究铝、干旱双重胁迫下根系对水杨酸的生理响应时发现，50 μmol/L SA处理通过调节根系活性氧、抗氧化酶及非酶促抗氧化系统，增加了对细胞膜的保护，有利于葡萄耐旱性的提高[20]。

1.4葡萄抗病方面的研究

植物易感染支原体、病毒、细菌和真菌等，研究发现SA可以诱导多种植物对真菌、细菌和病毒病害产生抗性[21，22]。喷施外源SA对巨峰、美人指葡萄进行抗霜霉病的诱导研究发现，葡萄对霜霉病增强的抗性是由SA诱导产生的，而非SA对孢子囊的直接毒性，适当浓度的SA对葡萄具有较好的诱导抗病作用[23]；杜远鹏等研究发现，适宜浓度的SA能够较好地诱导霜霉病抗性产生，叶面喷施SA能够降低根瘤蚜种群密度，提高根系POD和CAT活性，通过增强活性氧清除能力来减轻活性氧伤害，缓解树势衰退[24]。另外通过比较抗病葡萄品种和感病葡萄品种SA含量的变化，以及SA信号途径相关基因NPR1和PR1的表达情况，发现SA信号通路相关基因均被诱导表达，且在高抗品种中两个基因被更快更强烈地诱导表达，SA信号参与了葡萄对霜霉病的抗性[25]。

1.5葡萄抗盐方面的研究

盐胁迫是严重限制农作物生产的主要环境胁迫因子之一，能够破坏渗透平衡，产生毒害作用。葡萄常种植在半干旱区域，易遭受干旱和盐胁迫[26]。大量研究发现盐胁迫通过影响叶面积、降低根系和茎段的水势影响光合作用，导致叶片脱落，进而引起植物死亡[27-29]，葡萄对盐胁迫中度敏感，适宜的盐胁迫可以提高根系活力[30]。目前国内关于SA在草莓、番茄、水稻抗盐胁迫中的作用多有报道[32-34]，研究表明适当浓度SA处理可以通过影响植株叶绿素含量和抗氧化酶活性，改善它们的生长状况，提高耐盐能力；尚未发现SA在葡萄抗盐方面的研究。国外研究表明，在NaCl胁迫条件下，喷施SA可以减少葡萄叶片和根系中Na+和Cl-的积累，增加NO-3-N、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+和 Fe2+的浓度，SA可以降低盐离子积累造成的伤害，提高葡萄对必需和有益离子的吸收[31]。

1.6葡萄金属离子胁迫研究

重金属镉存在于土壤中，易被植物吸收，產生毒害作用，造成叶片卷曲、根和茎生长受到抑制，限制根系对营养元素的吸收[35，36]。研究发现SA可以显著降低氯化镉处理下葡萄根系过氧化物的产生，阻止根系活力和质膜 H+-ATPase 和 Ca2+-ATPase 活性下降，通过降低自由基的产生，缓解镉胁迫对葡萄生长的抑制和损伤[37]。

铝胁迫下植株生长受到明显抑制，根长、茎长、总生物量和根冠比显著降低，通过对水晶葡萄水培加入氯化铝和不同浓度的SA共培养发现，低浓度的SA处理促进了铝胁迫下根系和茎干的生长，显著增加了生物量，一定程度上减轻了铝对葡萄的伤害，50 μmol/L SA处理对缓解葡萄苗铝毒害的生理效应最明显[38]。

2逆境条件下SA作用机制

2.1SA的信号转导

SA是植物体内苯丙氨酸代谢途径产物，在许多植物抵御病原菌入侵的防卫中起着重要作用[39]，其合成途径有两条，一是苯甲酸途径，二是邻香豆酸途径。SA在葡萄抗逆中发挥重要调控作用，在逆境条件下葡萄体内的SA含量会明显升高，可能是由于SA合成酶的表达增强，而诱导SA合成酶增强可能是其他早期信号分子发挥作用[40]。

SA是激活植物超敏反应和系统获得性抗性（SAR）的内源信号分子，能够诱导多种病程相关蛋白（PR蛋白）的表达[41]，而PR的积累伴随许多植物系统抗性的产生[42]，诱导植物体产生抗病性。SAR的信息传递过程可能是：病原菌或化学物质等刺激导致细胞间隙中物质释放SA，SA与其结合蛋白（SABP2）等因子作用后，抑制过氧化氢酶和过氧化氢清除酶的活性，提高H2O2水平，产生SA自由基[43]，SA在这一过程中起着重要作用，但过程较复杂，许多问题尚待研究。Leon等发现H2O2可以通过两种途径促进烟草叶片中SA的生物合成，一是直接诱导催化游离苯甲酸（BA）转化为SA的苯甲酸-2-羟化酶（BA2H）活性，二是增加BA含量，结果暗示H2O2可能处于SA介导的SAR建立的上游，而非仅仅处于下游起作用[44]。Kawano等以SA处理烟草悬浮细胞后导致胞外迅速产生O·2，随后是胞内Ca2+升高，推测在SA信号转导途径中可能有Ca2+的参与并处于H2O2的下游[45]。

2.2基因表达与蛋白调控

随着葡萄全基因组系列的公布，葡萄研究的分子和基因时代已经到来，研究人员已分离出许多与胁迫相关的基因及其调控因子，并对其功能进行分析和鉴定[46]，有研究证明上下游的转录因子和蛋白激酶也参与SA的信号通路过程。葡萄中WRKY转录因子是一个庞大的基因家族，其成员不同作用不同，在非生物胁迫中发挥重要作用[47]，研究发现VvWRKY11可以快速响应SA的刺激，对葡萄外施5 mmol/L SA 2 h可以诱导VvWRKY11转录因子的表达量升高，4 h后表达量下降，用拟南芥基因组过量表达葡萄VvWRKY11基因，发现其参与SA的信号转导，并对干旱胁迫有响应[48]。高温条件下，外源SA可以诱导PAL基因的表达和多酚类物质的积累，提高葡萄高温抗性[49]。促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）是植株体内一个重要的蛋白激酶家族，在植物信号转导过程中的蛋白质磷酸化和去磷酸化时起着重要作用，参与生物和非生物胁迫的信息传递过程，在葡萄中发现外源SA可以诱导VvMPK6在转录水平上上调，VvMPK6通过调节抗氧化酶系统酶活来增强植株的高温抗性[50]。

3问题与展望

逆境条件下葡萄体内的SA水平会升高，且外施SA可以提高葡萄的抗寒性、抗旱性、抗盐性及对重金属胁迫的抗性。因此，SA能诱导葡萄对非生物胁迫产生抗性，预示着SA在诱导葡萄交叉抗性反应中也会起着重要作用。尽管近年来SA调控葡萄抗逆性研究取得一定进展，但仍有许多问题尚待解决。一方面，目前关于SA的作用研究主要集中在生理指标的测定，关于深层次的机理研究相对较少，SA作为一个信号分子，是如何通過信号转导途径参与葡萄抗逆的，以及参与哪些复杂的信号网络系统，尚未见报道；另一方面，SA作为一个重要的激素信号，如何协同其他激素分子在葡萄抗逆中发挥作用尚不清楚。

为了更好地理解和阐明SA在葡萄逆境适应机制中的地位和作用，根据SA在逆境胁迫中的生理机制和作用的研究现状，未来研究可以从以下几个方面着手：（1）深入开展对葡萄逆境胁迫下SA分子水平的功能和机制分析，对同类或不同类抗性基因之间进行集中和系统的分析与研究；（2）增加SA与其他植物激素在逆境信号转导和葡萄生理调控中的协同、交互和拮抗效应研究；（3）对SA在葡萄实际生产中施用方式、浓度、次数、作用效果等进行全面研究；（4）加强对不同葡萄品种、器官组织对SA响应敏感程度差异及胁迫反应机制的研究。随着分子生物技术的发展，在借鉴模式植物和其它作物的抗逆性研究机制的同时，设计更加全面合理的试验，深入研究SA调控葡萄抗逆性的机制，从而为减轻葡萄的逆境伤害提供更有效的途径。

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收稿日期：2017-05-15

基金项目：湖南省科技计划项目（2015NK3002）

作者简介：淡俊豪（1995—），女，贵州贵阳人，在读硕士研究生，主要从事烟草品质与生态安全、耕地重金属污染治理等研究。E-mail：335094608@qq.com

通讯作者：黎娟（1981—），女，在读博士研究生，副教授，研究方向为烟草科学与工程技术。E-mail：adalee619@126.com