植物激素乙烯對環境污染的影響作用探析

韓娟

摘 要：自工業革命以來，重金屬日益污染著土壤和水資源，導致作物產量損失顯著，目前已經受到社會各界的廣泛關注。而植物如何應對重金屬脅迫的分子和生理反應是使作物產量最大化的關鍵。本文就植物激素生乙烯在信號通路、防御機制和減輕重金屬毒性等方面的作用進行了綜述。

關鍵詞：乙烯；重金屬；相互作用

文章編號：1004-7026（2018）13-0073-01 中國圖書分類號：Q74 文獻標志碼：A

重金屬污染是全球共同關注的問題，一旦重金屬被植物吸收，進入食物鏈系統，就會給生物造成重大影響。在重金屬中，有些元素是植物生長發育所必需的微量元素，在新陳代謝中起著重要的作用。但一旦過量，重金屬就會對光合作用、礦物質營養和與水的相互作用等關鍵代謝過程產生不利影響，也減少了生物量的積累。除此之外，產生過量的活性氧，損傷了植物自身的抗氧化防御系統，使植物從分子水平到生理水平都受到了一系列的傷害。

先前的研究表明，外源施用植物生長激素可以提高對抗重金屬毒性的能力。這說明植物激素對于重金屬脅迫耐受性有著重要關聯，本文綜述了植物激素乙烯與重金屬污染有關的最新發現及其作用。

1 乙烯的基本介紹

乙烯，存在于某些植物組織和器官，是植物生長激素，參與許多發育過程，如幼苗的“三重反應”（葉脫落、果實成熟和衰老）。目前國內外有幾項研究報告了這種植物激素在應對非生物脅迫方面的作用，以前的實驗表明，暴露于有毒重金屬水平的植物中乙烯的產量增加[1]。然而，現在還不清楚乙烯對重金屬耐受機制的調控方式。

2 乙烯與重金屬的相互作用

乙烯以蛋氨酸為原料合成，經SAM合成酶將其轉化為S-腺苷甲硫氨酸。SAM作為底物，可通過ACC合成酶生成1-氨基環丙烷-1-羧酸，最終釋放5‘-甲基硫代腺苷，通過所謂的“陽循環”再循環到蛋氨酸中。然而，氧氣存在，ACC被ACC氧化酶降解，在植物中生成乙烯、CO2和氰化物。重金屬脅迫增加了編碼酶ACS和ACO的基因的表達，從而提高了植物激素的產量[2]。

馬鈴薯中ACS基因的表達能被銅和鎘誘導，從而增加生物合成的量。而鉻處理的水稻根的轉錄組分析顯示了4個乙烯生物合成相關基因（ACS1、ACS2、Ac4和ACO5）的表達增加，表明乙烯參與了水稻中的鉻信號傳導。

減少植物激素會影響葉片生物量，導致乙烯應答基因延遲誘導，而野生型和突變型植株之間的鎘含量沒有顯著差異，表明突變體中乙烯釋放量的下降與鎘吸收量降低無關[1]。

這些發現表明，在重金屬脅迫條件下，植物乙烯產量會迅速增加，而植物生長發育減慢，這表明這種植物激素在植物對重金屬毒害的反應中起著重要作用。

在重金屬脅迫下，乙烯生物合成酶ACS 2和ACS 6被MAPKs磷酸化，從而延長其半衰期。與后者相比，磷酸化的和天然的都具有功能，但前者比后者更穩定、更活躍，而且轉錄因子WRKY 33能夠被磷酸化，WRKY 33又調控上述兩個基因的表達。WRKY 33蛋白直接結合在體內兩個基因啟動子中的W盒，表明此蛋白也能激活MPK 3/MPK 6級聯下游的ACS 2和ACS 6表達[2]。

擬南芥EIN 2基因是乙烯信號通路的重要組成部分，是乙烯和應激反應的傳導體。該基因對重金屬的耐受性有一定的影響。在幾個發育階段，ein 2-1突變體與野生型幼苗沒有差異。然而，在含不同濃度鉛的培養基上生長時，突變體對金屬的敏感性高于野生型幼苗。AtPDR 12是一個從細胞質中排除鉛和含鉛化合物的ABC膜轉運體基因。

3 未來展望

現代農業的穩定發展需要我們對環境保護，資源利用有清晰的認識和措施。而重金屬超標則對環境污染及植物生長有著難以磨滅的破壞。除了本文所介紹的乙烯，還有植物激素，如脫落酸、生長素等都對植物與減少重金屬脅迫有著千絲萬縷的聯系，而我們目前在這方面的研究對于發展新的科研技術以及改善我們的環境問題、提高農業生產有著非常重要的作用。

參考文獻：

[1]Al-Hakimi AMA. Modification of cadmium toxicity in pea seedlings by kinetin. Plant Soil Environ 2007（53）：129-135.

[2]Maksymiec W.Signaling responses in plants to heavy metal stress. Acta Physiol Plant 2007（29）：177-187.