综述：解析乙烯、一氧化氮和多胺的 “对话”：解锁植物抗逆机制的密码

研究人员探究乙烯（ET）、一氧化氮（NO）和多胺（PAs）在植物应对非生物胁迫中的相互作用，揭示其调控机制及重要意义。

　　在大自然的舞台上，植物们时常面临着各种 “生存挑战”，干旱、低温、高盐等非生物胁迫如同重重难关，严重影响着它们的生长和繁衍。这些胁迫不仅限制了植物的生长发育，还导致农作物减产，威胁着全球粮食安全。尽管植物自身拥有一套应对机制，但其中的奥秘尚未完全被揭示。尤其是乙烯（ET）、一氧化氮（NO）和多胺（PAs）这几种重要的植物生长调节剂（PGRs），它们在植物应对非生物胁迫过程中发挥着关键作用，然而它们之间的相互关系和调控机制却一直是个谜。为了揭开这层面纱，来自印度 Multanimal Modi College、Bhabha Atomic Research Centre、Homi Bhabha National Institute 以及韩国 Kookmin University 的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Stress Biology》杂志上，为我们理解植物抗逆机制提供了重要线索。

研究人员主要运用了基因表达分析技术，通过检测相关基因的表达变化，来探究 ET、NO 和 PAs 在不同非生物胁迫下的作用机制；同时利用了生理生化指标测定方法，如测定植物体内的抗氧化酶活性、渗透调节物质含量等，以评估植物对胁迫的响应和适应能力。

乙烯、一氧化氮和多胺的生物合成及相互关联

ET 是一种广为人知的植物激素，在植物的种子萌发、果实成熟等多个过程中发挥作用。其生物合成相对简单，以蛋氨酸为原料，经过三步酶促反应生成。NO 则参与植物种子休眠打破、气孔运动等多种生理过程，它在植物体内可通过多种酶促和非酶促途径产生。PAs 是一类小分子多阳离子化合物，能调节植物的细胞分裂、根的生长等。在植物中，主要的 PAs 包括腐胺（Put）、亚精胺（Spd）和精胺（Spm） 。它们的生物合成相互关联，ET 和 PAs 的合成都依赖于 S - 腺苷甲硫氨酸（SAM）。当 SAM 供应有限时，两者的合成途径会相互竞争。此外，NO 与 ET 之间存在复杂的关系，既有拮抗作用，也有协同作用。NO 还能通过调节相关酶的活性，影响 ET 和 PAs 的合成。

乙烯、一氧化氮和多胺在非生物胁迫中的作用

1. UV - B 胁迫：UV - B 辐射对植物来说是一种严峻的挑战，高剂量的辐射会影响植物的形态和生理生化指标。植物通过紫外线抗性位点 8（UVR8）感知 UV - B 辐射，引发一系列反应。研究发现，ET、NO 和 PAs 在 UV - B 诱导的气孔关闭过程中发挥着重要作用。ET 通过诱导过氧化氢（H?O?）合成，促进气孔关闭；NO 则在 UV - B 辐射下由类似一氧化氮合酶（NOS）的酶活性合成，参与调节气孔运动。同时，UV - B 胁迫还会导致 ET 合成增加，进而触发 PAs 和脱落酸（ABA）的积累。
2. 低温胁迫：低温胁迫会影响植物细胞膜的功能，对植物造成伤害。植物通过激活相关基因或通过 NO 的 S - 亚硝基化作用来增强对低温的耐受性。研究表明，PAs 能增强植物的耐寒性，它可以与膜磷脂结合，防止细胞溶解，并诱导质外体 H?O?的产生。同时，PAs 还能促进 NO 的生成，进一步调节植物对低温的响应。而 ET 在低温胁迫中的作用较为复杂，其具体机制还需进一步研究。
3. 盐胁迫：土壤盐渍化给植物带来盐胁迫，导致离子失衡、渗透稳态破坏和氧化应激。PAs 在盐胁迫中起着重要作用，它可以防止膜损伤，维持离子稳态。盐胁迫下，植物体内的 PAs 水平会发生变化，通常 Put 水平降低，而 Spm 和 / 或 Spd 水平升高。ET 和 NO 在盐胁迫中也相互作用，共同调节植物的耐盐性。例如，ET 可以通过调节相关转录因子的活性，促进植物对盐胁迫的适应；NO 则可以调节 ET 的生物合成，影响植物的耐盐能力。
4. 水淹 / 缺氧胁迫：水淹会导致植物缺氧，影响植物的有氧呼吸和 ATP 生成。在这种情况下，ET 积累并诱导植物发生形态和解剖学变化，以适应缺氧环境。ET 通过调节 ERFVII 转录因子的活性，影响植物对缺氧的响应。NO 在水淹 / 缺氧胁迫中也发挥着重要作用，它可以调节 ET 的生物合成，稳定 ERFVII 蛋白，促进植物对缺氧环境的适应。PAs 同样参与了水淹 / 缺氧胁迫的响应，它可以减轻氧化损伤，缓解植物生长抑制。
5. 干旱胁迫：干旱是影响作物产量的重要因素之一。在干旱胁迫下，植物会合成 ABA 等激素，促进气孔关闭，减少水分散失。研究发现，干旱胁迫会抑制 ET 和 NO 的合成，同时增加 PAs 的水平。PAs 在干旱胁迫中通过增强膜稳定性、清除自由基和维持离子稳态等方式，提高植物的耐旱性。此外，NO 在 PAs 介导的耐旱性中也发挥着一定作用，它可以参与维持 ROS 稳态，增强植物对干旱的适应能力。
6. 铁矿物营养：铁是植物生长发育所必需的微量元素。在缺铁条件下，植物会通过调节 ET、NO 和 PAs 的合成和信号传导，来促进铁的吸收和利用。ET 可以上调与铁吸收相关基因的表达，NO 则可以调节铁吸收转录因子 FIT 的稳定性，PAs 可以促进 NO 的积累，进而增强植物对铁缺乏的耐受性。
7. 重金属胁迫：重金属对植物具有毒性，会诱导植物产生氧化应激。植物通过激活 NO、ET - PAs 合成和相互作用等信号通路，来应对重金属胁迫。例如，NO 可以减轻镉对水稻根的毒性，ET 和 NO 在调节镉积累方面具有拮抗作用。PAs 与 NO 联合处理可以缓解砷、镍等重金属对植物的毒性，它们通过调节抗氧化酶系统和增强渗透调节物质的积累，提高植物的抗重金属能力。

研究结论与意义

该研究全面揭示了乙烯、一氧化氮和多胺在植物应对非生物胁迫中的相互作用和调控机制。研究发现，这三种物质的生物合成相互关联，并且在不同的非生物胁迫下，它们通过复杂的信号通路相互作用，共同调节植物的生长发育和抗逆性。然而，目前对于它们之间的相互作用仍存在一些未知之处，例如在某些胁迫条件下，ET、NO 和 PAs 之间的具体调控顺序和关键节点还需要进一步明确。此外，这些研究结果大多是基于模式植物或特定作物，在其他植物中的普遍性还需要更多的实验验证。尽管如此，这项研究为提高植物的抗逆性提供了理论基础，有助于指导农业生产中培育更具抗逆性的作物品种，对于保障全球粮食安全具有重要意义。未来，研究人员可以进一步深入探究它们的作用机制，挖掘更多潜在的调控靶点，为农业生产提供更有效的技术支持。