研究發現類薄荷醇化合物能活化植物的免疫機制減少農作物損失
2021/08/16 @國際
摘要
現代農業過於依賴農藥及化學肥料的使用，將導致無法挽回之環境污染及生態系統的破壞，日本東京理科大學研究團隊從植物之間傳遞危險訊號的化學誘導防禦基因活化能力中得到靈感，計畫透過化學修飾天然萜類化合物-薄荷醇，提升其活化植物免疫系統效果，用以作為化學農藥替代品，減低環境生產成本。
示意圖
儘管對於一般觀察者來說植物可能看起來相當＂安靜＂，但經研究證實，植物之間可以相互傳遞生長環境中具有危險的訊息，這些訊號以揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds，VOC）的形式於空氣中傳播，而一種稱為萜類化合物（Terpenoids）的化學物質被科學家證實在危險訊號傳播過程中扮演著重要的角色，過去的研究也顯示，大豆和皇帝豆都會釋放出萜類訊號，活化同物種鄰近植株的防禦相關基因，而這種化學誘導的基因活化可以幫助植物保護自己免受草食性害蟲等威脅。
日本東京理科大學 (Tokyo University of Science)的一位科學家意識到，這種透過化學訊號增強植物防禦機制的能力，可能使其成為農業及園藝產業有用的害蟲防治工具，並表示迄今為止，農業技術的發展很大程度上依賴農藥和化肥的使用，這造成許多環境污染和生態系統的破壞，為此便開始研究從薄荷葉中衍生出來的萜類化合物-薄荷醇(menthol)以作為農藥的環保替代品，目的是開發出與薄荷醇於結構上類似但能提高其活化植物免疫系統能力的化合物，協助農民繼續栽種作物的同時降低環境生產成本。
研究人員透過連接氨基酸對薄荷醇進行化學修飾，總共合成了六種薄荷醇衍生物，並將薄荷醇做為控制組及其衍生物噴灑於大豆葉片上並暴露24小時後，觀察哪種衍生物在提高大豆防禦相關基因的表現可以超越薄荷醇本身，結果顯示僅有一種稱為纈氨酸薄荷酯(valine menthyl ester，ment-Val)的化合物優於薄荷醇的活化效果。研究人員也發現，用ment-Val溶液噴灑大豆葉片一次可以提高防禦相關基因表達三天，並於第四天噴灑第二次則可再次提高這些基因的表現，而在進一步試驗中ment-Val也增加了豌豆、煙草、生菜和玉米作物中相關防禦基因的表現，而其在各種條件下皆很穩定的特性，也代表著農民可能在作物儲存過程中不會因化合物的降解而損失其效用，相當具有作為化學農藥替代品的潛力，目前也已經申請了ment-Val作為農作物保護劑的專利，並且預測其商業化後將產生數十億日元的經濟效益。【延伸閱讀】藉由西班牙新研究技術之應用將可使種植葡萄時的農藥用量減半
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