植物激素检测技术研究进展

生命科学

Chinese Bulletin of Life Sciences

第22卷 第1期2010年1月

Vol. 22, No. 1

Jan., 2010

文章编号 ：1004-0374(2010)01-0036-09

收稿日期：2009-08-03

基金项目：国家自然科学基金项目(90717002; 20805001)*通讯作者： E-mail: yu.bai@

植物激素检测技术研究进展

白　玉，杜甫佑，白　玉*，刘虎威

(北京大学化学与分子工程学院，北京 100871)

摘 要：植物激素是植物体内合成的一系列痕量有机化合物，它们在植物的生长发育和环境应答过程中

具有非常重要的作用，其超微定量及原位测定技术仍是制约植物激素研究的瓶颈问题之一。该文着重介绍了近年来茉莉酸及其甲酯、脱落酸、生长素、赤霉素和多肽激素等植物激素分析检测技术的最新研究进展，并对植物激素超微量、高灵敏检测技术研究中存在的问题和发展前景进行了简要的讨论。关键词：植物激素；分析检测；进展

中图分类号：Q946.855；Q94-334 文献标识码：A

Recent development in determination of plant hormones

BAI Yu, DU Fu-you, BAI Yu*, LIU Hu-wei

(College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, China)

Abstract: Phytohormones, a series of trace organic compounds synthesized in plants, play important roles in plant growth, development and environmental response. The ultrasensitive and in-situ detection of phytohormones has been a crucial issue in the plant research. This paper mainly presents the recent development in determina-tion of jasmonic acid, methyl jasmonate, abscisic acid, auxin, gibberellin and peptide hormones, and discusses the challenges and prospects in this topic.

Key words: phytohormones; determination; progress

植物激素是植物体内合成的一系列痕量有机化合物，它在植物的某一部位产生，运输到另一个或一些部位，在极低的浓度下便可引发生理反应，几乎参与了调控植物从种子休眠、萌发、营养、生长和分化到生殖、成熟和衰老的每个生命过程，既可调控植物自身的生长发育，又通过与植物所生存的外部环境互相作用调节其对环境的适应[1, 2]。通过调控如细胞分裂素、油菜素内酯和生长素等植物激素的代谢可显著地改良作物的株型结构和产量构成，从而大幅度提高作物产量和品质[3,4]。因此，国家自然科学基金委员会按照国家粮食发展需要、中长期科学和技术发展规划以及我国在植物激素研究方面所具有的知识积累和坚实的工作基础，在1997年启动了“植物激素作用的分子机理”重大研究计划，其中“植物激素成分分析、超微定量检测和原位检测”成为该重大研究计划中的六个核

心科学问题之一[5]。

植物激素主要包括生长素(a u x i n )、赤霉素(gibberellin, GA)、细胞分裂素(cytokinin, CTK)、脱落酸(abscisic acid, ABA)、油菜素甾醇类(brassinosteroids,BRs)、茉莉酸(jasmonic acid, JA)及其甲酯(MeJA)、水杨酸类(salicylic acids, SA)、乙烯(ethylene)和多肽激素(peptide hormones)等，它们在植物体内的含量极低(通常在ng/g ，甚至pg/g 水平上)，且周围共存的基体成分非常复杂，几乎不可能同时分析所有植物激素[6, 7]。此外，多数植物激素的性质不稳定，对温度等外界条件敏感，在各器官中呈现一定的动态分布。因此，如何精确可靠地对超微量的植物激

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素进行定性和定量分析，如何准确、实时、原位在线检测激素在植物体各部位的分布及转运，如何准确、快速鉴定新型激素的分子结构，已成为目前植物激素作用机理研究中的瓶颈问题之一，严重制约了我国植物科学研究领域在植物激素代谢、转运和信号转导等方面的研究进展。正如许智宏院士和李家洋院士所指出[1]：虽然分析鉴定植物激素成分和含量有一定的难度，尤其是油菜素内酯、赤霉素和细胞分裂素的超微定量分析，在国际上也仅有少数实验室具备相关的设施与技术手段，但目前我国在这方面的研究却仍是空白，国内几家实验室在研究激素代谢和信号转导途径中所涉及的相关激素的超微定量分析还主要依赖于国外实验室，制约了研究的深入和研究进度。

近年来，随着分离与分析新技术和新方法的发展以及植物激素作用机理研究的迫切需要，我国科研工作者在植物激素分析与测试技术方面做了很多重要的工作并建立了一些相关的分析检测方法，大大提高了植物激素分析检测的水平。关于植物激素检测技术，前几年国内已有一些综述[7-9]，本课题组也曾对细胞分裂素的相关分析方法进行了总结[10]，因此本文仅就近年来国内外在茉莉酸及其甲酯、脱落酸、生长素、赤霉素和多肽激素等植物激素分析检测技术的最新发展及应用情况进行综述，并就目前面临的挑战和进一步发展的方向进行了简要的讨论。

2　主要分析技术

生物鉴定法是一类经典的植物激素检测方法，它利用激素作用于植物的组织或器官时产生的特异性反应对植物激素进行测定[6,10]。1928年，Went首先将这种方法运用于生长素的测定，利用生长素能使燕麦胚芽鞘弯曲的特性来测定生长素浓度。生物鉴定法虽然简便，但对样品纯度要求较高，需要复杂的样品前处理过程来实现，同时由于其专一性和重复性较差，因而这种方法的应用逐渐减少。

免疫检测技术是测定植物激素的常用方法。该方法是基于抗原和抗体的特异性结合，因此有较好的专一性。采用放射性元素标记的方法，即放射免疫分析(radioimmunoassay，RIA)[11]，其检测灵敏度高，重复性好，但对实验条件的要求较高。酶联免疫吸附分析(enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)是一种简单易行并被广泛应用的分析检测技术[12-14]，其原理主要是将抗原或抗体固定在载体表面，再与酶标记的抗体或抗原进行结合，洗涤除去未结合的部分后进行检测。Maldiney等[12]在ELISA 中引入抗生物素蛋白-生物素复合物体系，测定了生长素、脱落酸和玉米素核苷三种激素，检测限能够达到3~5 pg。此外，免疫传感器也开始用于植物激素的测定[15,16]，主要利用抗原和抗体间的相互作用进行识别，当被分析物(抗原)与抗体结合后，检测信号利用转换器转换为电信号，从而进行定量检测。免疫检测的方法一来容易受到交叉反应的干扰；二来由于抗体的不通用性以及制备时间较长，使得整个实验周期较长。

近年来，色谱技术的飞速发展使其在植物激素检测中的应用越来越广泛，主要利用各组分在色谱固定相上保留性质的差异实现分离，并根据色谱图中得出样品含量及纯度信息。气相色谱火焰离子化检测法(GC-FID)[17,18]和气相色谱质谱法(GC-MS)[18-22]能够对所分析样品进行准确、高灵敏度测量，但由于气相色谱对样品的特殊要求，使得待测组分需具有一定挥发性，因此在植物激素样品的前处理过程中需对样品进行衍生化。高效液相色谱紫外检测法(HPLC-UV)[23]、高效液相色谱荧光检测法(HPLC-FL)[24]和高效液相色谱质谱检测法(HPLC-MS)[25-32]也大量用于植物激素的纯化及定量分析，其中MS因为具有良好的选择性和灵敏度，并且能够给出化合物的结构信息，在实际检测中得到了更普遍的运用。以MS作检测器时，常采用稳定同位素标记的化合物作为内标，这样既扣除了萃取步骤中样品损失的影响，同时也能排除背景基质干扰，因此使得定量分析结果更为准确。此外，毛细管电泳技术(CE)的样品消耗量少、分离效果好，因而也是分离检测植物激素的有效手段[33,34]，但由于灵敏度和重现性等方面的限制阻碍了其进一步的运用。

另外，目前还有一些其他的分析方法也被用于植物激素的检测，如光谱法[35]、电化学法[36]等。本文主要介绍了近年来以色谱法为主的植物激素分析检测技术的研究进展。

3　各类植物激素检测技术现状

3.1　茉莉酸及其甲酯

茉莉酸(JA)是十二碳的环戊烷酮酸，具有多种生物功能，可作为植物在应对外界伤害时产生的抵御信号，如植物在受到昆虫取食或非生物胁迫等伤