蕓薹屬蔬菜中硫代葡萄糖苷的含量差異分析及其對(duì)甜菜夜蛾和菜青蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的影響

1、蕓薹屬蔬菜中硫代葡萄糖苷的含量差異分析及其對(duì)甜菜夜蛾和菜青蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的影響研究摘要：蕓薹屬是十字花科下的一個(gè)屬。此屬包括多種重要的園藝作物：白菜類(lèi)、芥菜、蕪菁等。硫代葡萄糖苷是植物體內(nèi)一種含硫的親水性次生代謝產(chǎn)物。不同的品種硫苷的類(lèi)型和含量不同。白菜類(lèi)中,小白菜主要的硫苷為3-丁烯基和1-甲氧基-3-吲哚基甲基硫苷,菜心中為3-丁烯基和2-羥基-3-丁烯基硫苷等等。甜菜夜蛾作為一種雜食性害蟲(chóng)，1 研究背景與意義 隨著人們生活質(zhì)量提高和生態(tài)環(huán)境的日益關(guān)注，有機(jī)食品成為大家的廣泛需求，菜農(nóng)為追求經(jīng)濟(jì)效益而大量使用植物殺蟲(chóng)劑。然而，隨著用量增多，一系列環(huán)境問(wèn)題隨之而來(lái)。近年科研數(shù)據(jù)顯示，化學(xué)農(nóng)藥對(duì)生

2、態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。早在20世紀(jì)60年代，科學(xué)家在南極企鵝體內(nèi)檢測(cè)到農(nóng)藥的成分?；瘜W(xué)農(nóng)藥一旦在作物上過(guò)量噴灑，在土壤中積累，經(jīng)過(guò)生物與食物鏈的遷移與富集，在各類(lèi)食品中農(nóng)藥大量殘留積累，不僅對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大的破壞，而且人類(lèi)食用污染食品后，將產(chǎn)生潛在的身心危害。然而，生物界大部分植物能夠產(chǎn)生一些次生代謝產(chǎn)物，如硫代葡萄糖苷、生物堿、類(lèi)黃酮等，能夠阻止昆蟲(chóng)取食或抑制昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)、生殖以及存活等生理活動(dòng)，即：利用植物次生代謝產(chǎn)物代替農(nóng)業(yè)殺蟲(chóng)劑，利用生物防治的方法來(lái)治理作物的蟲(chóng)害問(wèn)題。本團(tuán)隊(duì)以蕓薹屬蔬菜中的次生代謝產(chǎn)物硫代葡萄糖苷為研究對(duì)象，分析其在不同蔬菜中的含量差異，以及其對(duì)雜食性昆蟲(chóng)甜菜夜蛾和廣食性

3、昆蟲(chóng)葉青蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育的影響。本課題的重要意義在于改善化學(xué)殺蟲(chóng)劑對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染，為利用植物次生代謝產(chǎn)物來(lái)防御有害昆蟲(chóng)提供理論基礎(chǔ)。2 十字花科蕓薹屬蔬菜中硫代葡萄糖苷的含量差異硫代葡萄糖苷（Glucosinolates,GS,簡(jiǎn)稱(chēng)硫苷）又稱(chēng)芥子油苷，是一種含氮、硫的重要植物次生代謝產(chǎn)物。十字花科蕓薹屬蔬菜種類(lèi)間硫苷含量差異較大,同一種類(lèi)的不同亞種之間也存在差異。下面分別對(duì)十字花科蔬菜中甘藍(lán)類(lèi)、白菜類(lèi)、芥菜類(lèi)和蘿卜類(lèi)亞種間硫苷含量的差異進(jìn)行比較。由表1可以看出，十字花科蕓薹屬蔬菜中不同種類(lèi)間的硫苷含量差異較大，其中甘藍(lán)類(lèi)含量最高，平均值為295.24mol /gFW；其次是白菜類(lèi)和芥菜類(lèi)，平均值

4、為32mol /gFW左右；蘿卜類(lèi)肉質(zhì)根中硫苷含量低，平均值為20.82mol /gFW。與白菜類(lèi)、芥菜類(lèi)、蘿卜類(lèi)蔬菜相比,甘藍(lán)類(lèi)蔬菜的硫苷含量要比白菜類(lèi)、芥菜類(lèi)蔬菜高出10倍,比蘿卜類(lèi)蔬菜高出15倍。十字花科蔬菜種間遺傳特性的差異造成了產(chǎn)品間硫苷含量的差異。而硫苷含量的差異也正反映了蔬菜昆蟲(chóng)對(duì)于這些蔬菜的偏好程度。3 十字花科蕓薹屬蔬菜中硫代葡萄糖苷生物學(xué)功能昆蟲(chóng)對(duì)十字花科蕓薹屬蔬菜的喜愛(ài)程度不同在于硫苷及其降解產(chǎn)物含量的差異。硫苷在芥子酶或胃腸道中細(xì)菌酶的催化作用下，發(fā)生降解并產(chǎn)生多種降解產(chǎn)物，而這些降解產(chǎn)物及硫苷本身就能參與植物的防衛(wèi)反應(yīng)，并起著抗蟲(chóng)、抗病等作用。早期研究證明，硫苷及其降

5、解產(chǎn)物對(duì)昆蟲(chóng)有毒，它們通過(guò)減少昆蟲(chóng)體內(nèi)總氧氣的吸入和 CO2的呼出，抑制了糖酵解-克雷布斯循環(huán)，從而改變昆蟲(chóng)的新陳代謝能力，導(dǎo)致昆蟲(chóng)生長(zhǎng)緩慢甚至死亡（Pracros et al.，1992；陳亞洲和閻秀峰，2007）。另一方面，硫苷及其降解產(chǎn)物在害蟲(chóng)與植物的識(shí)別中發(fā)揮作用，一些揮發(fā)性的硫苷降解產(chǎn)物如異硫氰酸鹽可作為攝食或產(chǎn)卵的刺激物吸引十字花科植物害蟲(chóng)。盡管硫苷及其產(chǎn)物對(duì)多種病原體、細(xì)菌等有毒害作用，但其對(duì)人體癌癥研究具有重要意義。有研究證實(shí)，硫苷降解產(chǎn)物異硫氰酸鹽通過(guò)雙重機(jī)制來(lái)特異性地調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的代謝，即選擇性使階段酶失活（例如細(xì)胞色素 P450 酶）和誘導(dǎo)階段酶（例如苯醌還原酶谷胱甘肽轉(zhuǎn)

6、移酶）的表達(dá)，阻斷腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的代謝途徑，抑制癌細(xì)胞的分裂和生長(zhǎng)，從而達(dá)到抗癌目的（Fahey et al.，1998；鄭建仙，2005）。硫苷及其降解產(chǎn)物能調(diào)節(jié)十字花科植物的生長(zhǎng)素代謝，平衡體內(nèi)的硫元素，緩解硫素脅迫，保證植物正常生長(zhǎng)發(fā)育，這些生物學(xué)功能對(duì)植物、動(dòng)物和人類(lèi)都具有生物學(xué)和營(yíng)養(yǎng)學(xué)的重要意義（黃界潁和馬友華，2003；鄭建仙，2005）。4 十字花科蕓薹屬蔬菜中硫苷的合成與調(diào)節(jié)由于硫苷具有獨(dú)特的生物學(xué)功能，人們對(duì)硫苷的合成途徑進(jìn)行了大量的研究。硫苷生物合成模式大致可分為三個(gè)階段（圖 1）：氨基酸側(cè)鏈的延長(zhǎng)、硫苷核心結(jié)構(gòu)的形成和葡萄糖配基側(cè)鏈的二次修飾（李娟和朱祝軍，2005；Hir

7、ai et al.，2007）。隨著模式植物擬南芥基因組的序列測(cè)定和功能解析，通過(guò)體內(nèi)標(biāo)記技術(shù)，人們對(duì)硫苷的生物合成途徑有了較為深入的了解。研究發(fā)現(xiàn)，所有的硫苷都是由氨基酸合成而來(lái)，脂肪族硫苷來(lái)源于甲硫氨酸，芳香族硫苷來(lái)源于苯丙氨酸，吲哚族硫苷來(lái)源于色氨酸。根據(jù)對(duì)油菜的雜交選育試驗(yàn)證明，植物硫苷的含量差異受上代基因型的影響，硫苷含量高的植株中其子代含量也高，這說(shuō)明硫苷的有無(wú)與含量高低是由基因來(lái)控制的，早年，在硫苷合成的三個(gè)階段中，相關(guān)的主要合成和調(diào)節(jié)基因已得到了驗(yàn)證，分別是由MAM、CYP79/ CYP83、AOP等合成基因家族起決定作用（鄭建仙，2005；周榮漢和段金廒，2005），而轉(zhuǎn)錄因子MYB基因家族在硫苷的生物合成過(guò)程中則起著調(diào)節(jié)上述基因的作用（Yan & Chen，2007）。目前在國(guó)際上有關(guān)十字花科植物硫苷合成調(diào)控基因的研究取得了很大進(jìn)展，例如從擬南芥中克隆出來(lái)的MYB28基因過(guò)表達(dá)的植物，體內(nèi)脂肪族硫苷的含量會(huì)升高，植物受昆蟲(chóng)侵害的程度會(huì)減輕，因此可以將MYB28基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)，以此來(lái)提高植物的抗蟲(chóng)性。擬南芥MAM1突變體因 4-甲基亞磺酰丁基硫苷含量低于野生型，非致病鐮刀菌對(duì)植株的易感性增強(qiáng)，由此利用改變硫苷某種組分的方式可以增強(qiáng)植物的抗病性。5 硫苷對(duì)甜菜夜蛾與葉青蟲(chóng)的生理影響5.