脱落酸(Abscisic Acid, ABA)是一种具有倍半萜结构的植物激素,1963年由Addicott等从棉花幼铃中分离鉴定。作为植物五大经典激素之一,ABA以其"逆境激素"的核心角色参与调控种子休眠、器官脱落、气孔关闭及非生物胁迫响应等关键生理过程。在分子层面,ABA通过与PYR/PYL/RCAR受体家族结合,抑制PP2C磷酸酶活性,激活SnRK2激酶级联反应,最终调控下游逆境响应基因表达。茁彩生物基于高效液相色谱(HPLC)技术建立的ABA定量检测平台,实现了植物组织
• 种子休眠与萌发:
◦ 种子发育后期ABA含量升高(可达100-500 ng/g FW),诱导LEA蛋白(Late Embryogenesis Abundant Protein)表达,维持种子脱水耐性
◦ 萌发过程中ABA降解酶(CYP707A家族)活性增强,ABA含量降至10-50 ng/g FW,GA/ABA比值升高打破休眠
• 器官脱落与衰老:
◦ 促进离层细胞形成,加速叶片、花器官脱落(与乙烯协同作用)
◦ 上调叶绿素降解基因(如SGR)和膜脂过氧化相关酶活性,促进叶片衰老
• 干旱胁迫:
◦ 根系感知干旱信号后合成ABA(1-2小时内增加5-10倍),通过木质部运输至叶片
◦ 诱导气孔保卫细胞中K⁺外流和阴离子通道开放,气孔导度降低40%-60%,减少蒸腾失水
• 盐胁迫:
◦ 激活液泡膜H⁺-PPase和Na⁺/H⁺逆向转运蛋白,促进Na⁺区隔化(根系ABA含量与耐盐性正相关,相关系数r=0.82)
• 低温胁迫:
◦ 诱导COR(Cold-Regulated)基因表达,提高细胞膜不饱和脂肪酸比例(拟南芥aba2突变体低温半致死温度比野生型高4-6℃)
ABA生物合成主要存在两条途径:
1. 类胡萝卜素途径(质体途径,主要途径):
◦ 前体:紫黄质(Violaxanthin)经9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)裂解生成黄质醛
◦ 关键限速酶:NCED(干旱胁迫下表达量上调10-20倍)和ABA醛氧化酶(AAO)
2. C15直接途径(细胞质途径,次要途径):
◦ 法尼基焦磷酸(FPP)经系列酶促反应生成ABA,主要存在于真菌和某些藻类中
ABA失活主要通过:
• 羟基化:CYP707A催化6'-羟基化生成红花菜豆酸(PA),进一步糖基化形成ABA-GE储存于液泡
• 结合失活:与葡萄糖结合生成ABA葡萄糖酯(ABA-GE),在β-葡萄糖苷酶作用下可重新激活
• 采样规范:
◦ 叶片:选取功能叶(如倒三叶),避开主脉,液氮速冻(采样至速冻间隔<30秒)
◦ 种子:去壳后取胚乳/胚,研磨过100目筛
◦ 保存条件:-80℃超低温冰箱保存(避免反复冻融,建议分装保存)
• 样品量要求:鲜重50-200 mg(叶片)或干重10-50 mg(种子),ABA含量极低样品(如萌发早期种子)需增加至500 mg
茁彩生物优化的改良甲醇-水提取法(图2):
1. 提取:
◦ 样品加入5 mL预冷提取液(甲醇:水:乙酸=80:19:1,含100 ng D6-ABA内标)
◦ 冰浴超声30分钟(功率300W,工作3秒/间歇5秒)
◦ 4℃避光静置12小时,12000 rpm离心15分钟取上清
2. 固相萃取净化:
◦ 上清经Sep-Pak C18固相萃取柱(500 mg/6 mL)净化
◦ 依次用5 mL水、5 mL5%甲醇水溶液洗脱杂质
◦ 5 mL甲醇洗脱目标物,40℃氮气吹干
3. 复溶:
◦ 残渣用200 μL流动相(甲醇:0.1%乙酸水=40:60)复溶
◦ 0.22 μm有机相滤膜过滤,进样10 μL分析
• 检测指标:干旱胁迫下叶片ABA积累速率(ΔABA/Δt)和稳态ABA含量
• 案例:在小麦抗旱育种中,通过测定PEG模拟干旱处理后24小时叶片ABA含量(抗旱品种可达350-450 ng/g FW,敏感品种仅150-200 ng/g FW),结合气孔导度和离体叶片失水率,构建综合抗旱评价体系(准确率提升25%)
• 检测策略:时空动态分析(根系/叶片、短期/长期胁迫)
• 发现:盐胁迫(200 mM NaCl)下,芦苇根系ABA在2小时内迅速升高(3.2倍),随后通过木质部运输至叶片,诱导叶片Na⁺/H⁺逆向转运蛋白SOS1表达,根系Na⁺外排速率增加40%
• 应用场景:葡萄无核化栽培中ABA调控
• 技术方案:
◦ 转色期(花后60天)喷施100 μM ABA,促进花色苷合成(含量提高2-3倍)
◦ 通过监测果肉ABA含量(转色前<5 ng/g FW,转色后升至30-50 ng/g FW)确定最佳喷施时期
• 效果:果实可溶性固形物含量提高1.5-2.0 Brix,提前7-10天成熟
• 检测应用:小麦种子收获前20天测定胚ABA含量,预测休眠程度
• 调控措施:
◦ 高休眠种子(ABA>300 ng/g FW):赤霉素(GA₃)浸种(200 mg/L)打破休眠
◦ 低休眠种子(ABA<100 ng/g FW):收获后立即烘干(40℃)防止穗发芽
脱落酸作为植物抗逆信号网络的核心枢纽,其精准检测是解析抗逆机制和实现农业抗逆调控的关键前提。茁彩生物建立的LC-MS/MS检测平台,以其fg级灵敏度和98.7%的准确率,成为ABA研究的可靠技术手段。
中pg级ABA的精准测定,为解析ABA介导的抗逆分子机制及农业生产中的抗逆调控提供了关键技术支撑。