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山東農業大學史慶華課題組發現褪黑素降低蔬菜農殘新功能,爲降低作物農殘提供了新的途徑
來源:BioArt植物 發布時間:2019-05-14

設施蔬菜作爲農業生産的重要組成部分,爲保障蔬菜周年供應做出了重要貢獻。但由于設施蔬菜生産環境相對密閉、複種指數高等原因,病、蟲害發生嚴重,導致生産者使用農藥普遍過多而常使産品農藥殘留超標。這一問題成爲限制我國蔬菜出口創彙和威脅消費者健康的重要因素。

近日,山东农业大学园艺科学与工程学院史庆华课题组在环境科学Top期刊Environmental Pollution发表了题为COMT1 overexpression resulting in increased melatonin biosynthesis contributes to the alleviation of carbendazim phytotoxicity and residues in tomato plants 的研究论文,报道了一种利用外源褪黑素及激活内源褪黑素合成关键基因COMT1增强蔬菜植物农药代谢活性,缩短田间用药安全期和降低农药残留的新方法。

该研究发现,外源褪黑素处理可显著降低喷施农药后番茄、生菜、小白菜、菠菜、芹菜、黄瓜和甜瓜等蔬菜作物的农药残留量。过表达褪黑素合成关键基因咖啡酸-O-甲基转移酶基因(caffeic acid O-methyltransferase, COMT1)可显著提高番茄内源褪黑素含量,降低番茄的农药残留量。进一步研究发现,褪黑素增强番茄农药代谢的主要调控机制一方面是增强了植物内源谷胱甘肽的合成和循环利用;另一方面褪黑素可促使更多的谷胱甘肽用于谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione S-transferases, GST)介导的异源毒性物质降解。这说明褪黑素在调控谷胱甘肽用于植物适应“毒性物质诱导的活性氧解毒”和“有毒物质降解”之间的竞争平衡上具有重要作用。该研究结果为靶向激活植物GST解毒代谢相关通路,提高农作物对农药和其它污染物解毒能力提供了新的调控途径。

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褪黑素在植物農藥代謝中的作用模式圖

有意思的是,通過嫁接試驗,該研究發現超表達COMT1番茄作爲砧木能促進接穗番茄果實的褪黑素積累,並降低了農藥殘留量。該結果爲生物技術在蔬菜砧木育種及嫁接中的應用提供了新的思路。

總的來說,該研究首次報道了褪黑素在植物農藥代謝中的作用,並揭示了相關調控機制。據了解,審稿專家一致認爲該研究爲降低作物農藥殘留提供了一條新的途徑,是一個新的發現。

據悉,山東農業大學園藝科學與工程學院史慶華教授課題組的博士生闫燕燕爲論文第一作者,鞏彪副教授爲通訊作者。該項目得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和山東省蔬菜産業技術體系的資助。


www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749118338120


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