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全球首创的植物信号分子调控剂:冠菌素(COR)
发布时间:2021-03-30 14:26:54 浏览次数:8747

           全球首创的植物信号分子调控剂:冠菌素(COR)

冠菌素(COR)是一种新型的植物生长调节剂,它是茉莉酸(JA)的结构类似物,是全球第一个实现产业化的茉莉酸类分子信号调控剂。

冠菌素信号分子参与植物生长发育众多生理过程的调控。在低温种子萌发、作物抗逆抗病增产、促进转色增糖以及脱叶、生物除草等方面有宽广的应用前景。


 

冠菌素(COR)的发现


 

1971年Ichihara发现杂草经常发生黄化枯萎。


 

1976年Ichihara发现,杂草发黄枯萎是由一种微生物导致的,并从这种微生物中提取了一种物质命名为“冠菌素”,其是导致杂草黄化的主要物质。


 

1976年9月,Ichihara等利用紫外、红外、核磁共振技术,确定了冠菌素的结构式。

 

冠菌素(COR)在我国的发展


 

成都新朝阳作物科学股份有限公司与中国农业大学植物生长调节剂教育部工程研究中心充分合作,共同开发冠菌素,在国家“863计划”

(国家高技术研究发展计划)和重点研发计划支持下,应用转座子诱导突变、基因重组等方法构建了高产冠菌素的基因工程菌,

比国内外报道的冠菌素产量水平提高5~10倍以上;在成都新朝阳作物科学股份公司建立了世界上第一条冠菌素发酵生产线;建立了膜过滤规模化浓缩与精制工艺,

得到的冠菌素浓缩液,可用于制剂制备;通过再浓缩工艺可进一步制得98%以上的冠菌素纯品。


 

据悉,2020年12月,成都新朝阳作物科学股份有限公司提交的98%冠菌素原药、0.006%冠菌素水剂通过农业部审批受理。这意味着冠菌素即将获得登记。

   

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左:新朝阳生物技术研究院,右:新朝阳生测中心


 

冠菌素(COR)的功能方向研究


1,抗逆(抗寒、抗旱、抗盐碱、抗高温)、抗病、抗虫,增产


 

茉莉酸类化合物在植物响应生物与非生物胁迫的反应中扮演着重要角色,在植物的防御过程中起着调控全局的作用。


 

研究表明,冠菌素信号分子参与植物生长发育众多生理过程的调控,尤其是作为环境信号分子能有效地诱导植物对病原菌、

食草动物及非生物胁迫等的防御反应,促进一系列防御基因的表达和防御反应化学物质的合成,并调节植物的“免疫”和“应激”反应。

 

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2,提高农产品品质(转色、增糖)


 

花青素属于一种花色素苷(anthocyanin),而花色素苷是广泛存在于植物中的水溶性天然色素,是某些植物叶片、果皮以及其他器官主要的呈色物质。

冠菌素通过诱导植物基因表现,激活花青素、花色素苷等生物合成通路,提高果皮和果肉中高水平花青素的积聚。


 

同时,冠菌素通过提高作物光合速率,提高植物内部蛋白质、氨基酸、糖类等物质的积累,进而提高作物品质和产量。可广泛应用于作物转色、增糖、增加风味物质,提升农产品品质。


 

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3,脱叶和生物除草


 

已有研究表明,在较高浓度下,冠菌素可以作为脱叶剂使用,主要适用于棉花、辣椒脱叶,在促进农业机械化收获等方面具有广泛的市场应用前景。更高浓度下,冠菌素还具有广谱型除草功能。


 

作为生物发酵产品,冠菌素对环境和农产品更安全,广泛适用于有机和绿色农业生产,对保障农业绿色生产及实现我国“双减”目标具有深远意义。


 

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冠菌素(COR)在作物上的应用研究


 

1,大豆


 

大豆对光温敏感,尤其在出苗期对低温的敏感性不但制约了大豆在高纬度地区的生产,也影响了南方春毛豆的种植,进而限制了我国大豆种植面积的扩大和产量的提升。

大豆产量与我国的食品安全问题紧密相关。目前的研究显示以一定浓度的冠菌素包衣或拌种可以提升大豆低温条件下的出苗率,在大豆苗期喷施冠菌素可以提高大豆产量,

这对于我国大豆种植以及国际大豆贸易有着深远的影响,可作为我国食品安全战略储备技术以应对全球贸易的冲击。


 

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冠菌素拌种提高大豆低温发芽率,叶面喷雾提高大豆产量


 

2,小麦、水稻


 

小麦水稻是我国的主要粮食作物,其产量和品质直接关系到我国的粮食安全。不良天气对粮食造成的减产愈发严重,如:干热风,严重时造成10%~20%的减产。

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研究显示,高温干旱胁迫条件下,用冠菌素处理有利于小麦叶片维持较高的相对含水量,促进可溶性蛋白的合成,提高细胞的渗透调节能力,

在一定程度上缓解高温对植物的伤害,提升其抗高温能力。进而提高小麦千粒重以及产量。


 

3,玉米


 

据中国农业大学作物化学控制研究中心的研究结果显示,冠菌素处理玉米能显著提高叶片中的可溶性糖和脯氨酸含量。冠菌素处理的玉米幼苗气孔张开程度更大,

因而二氧化碳进入增加,且充分利用了气孔吸收的二氧化碳,从而可保持较高的光合作用,合成更多的干物质,玉米幼苗茎基部和根长均增加。

 

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研究表明,冠菌素处理玉米显著降低了玉米株高,增加了穗下节间的最大直径,增强了节间抗折断力,从而增强了玉米茎秆的抗倒伏性能;

同时冠菌素处理玉米显著缩短了穗下节间长度,降低了穗位高,增加了穗上节间长度,拉开了穗上部叶片的间距,减小了单株叶面积,缩短了营养和水分向地上部运输的距离,

增加了运输横截面积,促进了产量的增加,并使得群体内光照充足,为合理密植及防倒伏创造了有利条件。适宜浓度的冠菌素还可增加玉米的穗数、穗粒数和千粒重,降低秃尖长度。


 

4,棉花


 

研究表明,冠菌素对棉花有增产作用,可增强棉花对病害的抗逆性,促进棉花生长,茎秆强壮,促使棉花提前成熟,从而达到增产的作用。


 

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低浓度的冠菌素有利于增加棉花的耐盐能力,而高浓度的冠菌素则能促进叶片的脱落,有利于棉花收获机械化,其使用效果和低成本也将为棉花生产提供广阔的市场应用价值。


 

 5 ,葡萄/苹果/柑橘/番茄等


 

据研究表明冠菌素在作物萌芽期/花期/幼果期使用,可增加新芽体内脯氨酸等物质的积累,可显著提高作物在萌芽期对低温的抵抗能力,减轻低温寒潮造成的损失。

在作物转色期使用冠菌素,可提高作物光合速率,提高植物内部蛋白质、氨基酸、糖类、色素等物质的积累,进而提高作物品质和产量。

 

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葡萄使用两次冠菌素,转色快、糖度高、果粉好、上市早


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转色快、早市上、口感好


 

科技创新 驱动农业绿色发展


 

冠菌素(COR)是具有我国完全自主知识产权的重大农业科技创新成果,通过对冠菌素生理功能的研究,其在低温种子萌发、作物抗逆抗病抗虫增产、

促进转色增糖以及脱叶、生物除草等方面有广泛的应用潜力,以及广阔的工业与农业应用前景。同时,冠菌素作为生物发酵产品,使用后无残留,

对环境和农产品更安全,广泛适用于有机和绿色农业生产,对保障农业绿色生产,实现我国“双减”目标具有深远意义。冠菌素的产品开发代表着对植物生理调控研究的新篇章。


 


 

参考文献:

农药学学报, 2019, 21(1): 43-51

植物医生, 2017, (5): 54-56

安徽农业科学, 2014, 42(9): 2537-2540

农业科学与技术:英文版,2012,(3).(世界农化网)


 


 


 


 

 

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