油菜素内酯及其在种子萌发过程中的生理效应研究进展

环境下油菜素内酯促进种子萌发的生理作用和逆境条件下油菜素内酯对种子萌发的促进效应等，提出油菜素内酯促进种子萌发机理的研究方向。

关键词 油菜素内酯 ；种子萌发 ；进展

分类号 Q945

Abstract Based on the introduction of brassinolide sources， methods of synthesis and signal transduction pathway， the paper mainly expounded the physiological effects of brassinolide on seeds during germination stage and part of the molecular mechanism that brassinolide promoted seed germination when the seeds were in the normal and stress conditions， further put forward the research direction of the mechanism that brassinolide promoted seed germination.

Keywords brassinolide ； seed germination ； research progress

油菜素内酯（brassinolide， BL）又名芸苔素内酯或芸苔素，是植物中的甾醇类生长促进激素，它的作用贯穿植物萌发到开花结果的整个生活史，它能促进细胞伸长，影响细胞分裂分化，促进植物进入生殖生长，影响花诱导及分化，同时在提高植物对逆境条件抵御能力，增强植物净光合作用、增加作物产量等方面都具有十分重要的意义。由于油菜素内酯在提高作物耐旱、耐寒和耐盐等方面的能力，以及提高作物抗病性的作用已超过现有的5种激素，被国际上誉为第六激素[1]。自发现以来，科研人员对油菜素内酯各方面的研究不断取得突破性进展，尤其是近几年在促进种子萌发、提高作物对外界不良环境的抗性机理和促进作物幼苗细胞伸长分裂，减少水果和蔬菜中农药残留等研究取得了很大进步，同时在果蔬、农林方面的应用情况也有报道[2]，这为今后油菜素内酯应用于生产实际提供了理论基础。近年来，油菜素内酯在种子萌发阶段的的生理效应研究逐步展开，包括种子萌发阶段的信号传导机制、下胚轴的伸长作用原理等。笔者简述近年油菜素内酯在种子萌发阶段的生理作用和促进萌发分子机理的研究成果，阐述了油菜素内酯促进种子萌发的生理效应，以期为深入研究油菜素内酯在种子萌发生理方面的作用机理提供参考。

1 油菜素内酯的化学结构、合成及信号传导机制

1.1 油菜素内酯的化学结构

20世纪70年代，科学家对甘蓝型油菜（Brassica napus）进行研究，从花粉中发现了一种物质，后对其进行大量的采集、分离、纯化和结构分析，最终证明它具有与动物固醇类激素（雌性激素，睾酮等）相似的结构，并且多携带一定活性基团侧链的一种化合物（如图1），命名为油菜素内酯（brassinolide， BL）[3-4]，迄今发现约70种BL的类似物，它们合称油菜素甾醇类物质（brassinosteroid， BR），BR与BL结构上的区别主要在A，B环的修饰基团不同，油菜素甾醇类激素根据B环官能团的不同分成3类，再根据甾醇延伸出的基团不同又可将其分为7类，BL是BR中活性最强的分子，其它油菜甾醇类物质的活性只有BL的1/10[5-6]。科学家推测BR活性强主要原因是与BR母体甾醇中A和B环的反式结构、B环的6-O和6-O-7-氧杂环集团及A环的顺式α向的羟基集团等结构因素有关[7]。

BR在植物体中广泛存在，无论单子植物、双子叶植物、裸子植物、被子植物或是低等植物、高等植物都含有BR，其中栗甾醇（CS）分布最为广泛。不同组织、不同器官、甚至不同生长时期BR含量有很大差别，一般幼嫩的组织器官含量高于成熟的组织器官，幼年时期高于成熟期，生长旺盛部位合成也越多[8-9]。

1.2 BR的合成

20世纪70年代国外已有油菜素内酯合成研究。美国、日本等国研究人员分别以麦角甾醇和油菜甾醇作为原料合成油菜素内酯，但都由于反应步骤长、总收率低等因素无法实现工业化生产，中国从1988年开始有合成的研究[10]，主要是合成BRll、BR12、BR，合成途径：

植物甾醇酯磺酸→甾酮→二羟基甾酮 →四羟基甾醇→油菜素甾醇类物质（最终产物），该反应具有原料易获得、反应路线短、产物容易控制和反应收率高等优点。

随着GC-MS和GC-MS-SIM技术发展，通过饲喂标记的方法，发现另一合成路径：

甲基戊酸（类萜途径起始分子）→鲨烯→油菜甾醇（campesterol， CR，反应的起始物质）→油菜甾烷醇（CN）→C-6早期氧化途径或C-6晚期氧化途径→油菜甾酮→油菜素内酯[11]，该过程中油菜甾醇经一系列加氧、羟化、脱羟等途径最终合成油菜素内酯（图2）。该合成途径主要分为2条：前期C6氧化途径和后期C6氧化途径[12]。这2条途径的划分与甾醇体侧链反应时C6酮基与C22、C23、C2及C3进行位置修饰的先后有关[13]。

1.3 BR的信号传导机理

目前，对双子叶植物拟南芥和单子叶植物水稻中BR信号传导研究较为深入[14-15]。研究证明，植物甾醇类激素与动物甾醇有所不同，其信号传递主要通过结合细胞膜外层上的BR不敏感蛋白（brassinosteroid insensitive 1，BRI1）受体激酶后被感知，然后将信号传递到细胞质，在细胞质中BRI1与共受体BAK1（BRI1-associated receptor kinase，BAK）结合成二聚体，然后通过一系列的蛋白磷酸化和去磷酸化以及蛋白定位的改变，将信号传递给核中，通过转录因子直接调控下游基因的表达来实现对不同生理效应的调控[16]。在这一途径中：若BR信号没有被感知时，BRI1与自身共受体BAK1结合后将被负调控蛋白BRI1抑制[17]，同时类GSK3蛋白激酶BIN2磷酸化转录因子BZR1/BES1使之失活，无法进入细胞核识别DNA实现相应的生理调控[18]；当BR存在时，BR被信号受体BRI1感知后，与BRI1抑制子（BRI1 Kinase inhibitor 1， BKI1）发生解离[19]，被磷酸化解离的BRI1将很快与细胞质中BAK结合，BAK1-BRI1被激活后继续磷酸化，BR信号激酶（brassinosteroid-signalling kinase， BSKs）和组成型差异生长蛋白1（constitutive differential growth1，CDG1）的下游激酶，继而对下游的激酶BSU1去磷酸化作用，同时增强了BSU1的去磷酸化能力，对BIN2的活性产生抑制作用[20]，使之不能进一步磷酸化下游转录基因BESI或BZRI，最后转录因子在PP2A磷酸酶作用下去磷酸化，进入细胞核中实现基因调控[21]（图3）。