脱落酸

植物激素是植物体内合成的对植物生长发育和代谢有显著调控作用的几类微量有机物质。亦称植物天然激素或植物内源激素。包括生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯五类。生长素是发现最早、研究最多的植物激素，吲哚乙酸(简称IAA)是植物体内普遍存在、生理活性最强的生长素。乙烯是一种化学结构十分简单的不饱和烃，广泛存在于各种植物组织中，特别是在成熟的果实和凋谢的花中有较高的含量，当植物受到逆境损伤时，组织内乙烯形成明显增加。除上述五类植物激素外，20世纪70年代从植物中提纯十几种甾体类生理活性物质，其中油菜素内酯的生理活性最强，有人认为是一类新型植物激素。
脱落酸是植物体内产生的一种抑制植物生长发育的倍半萜类的植物激素。简称ABA。曾称为“脱落素Ⅱ”，“休眠素”，后证实两者为同一物质，统一命名为脱落酸。脱落酸是以异戊间二烯为基本结构单位的倍半萜类化合物。纯品为白色结晶，能溶于乙醇、丙酮和碱性溶液(如碳酸氢钠)等。脱落酸最初是从棉铃和槭树叶中分离出的，现已证实它在植物界普遍存在，特别在成熟和衰老的组织中，但幼嫩器官和组织中也有。脱落酸的生理作用是促进树木芽的休眠和抑制其萌发。另一个明显生理作用可引起气孔迅速关闭。植物受干旱时，叶内脱落酸含量大量增加，例如菜豆叶片萎蔫时，叶中脱落酸含量在10分钟内可增加1.5倍。脱落酸增加时，气孔关闭，水分的蒸腾减少。灌水后，脱落酸含量下降，气孔又张开。脱落酸调节气孔的开闭反应是快速和可逆的，因此脱落酸有调节蒸腾的作用。此外，脱落酸还有抑制营养器官的生长，促进叶片等器官的衰老和棉花幼果的脱落等作用。

图1为脱落酸化学结构式。1963年，美国艾迪柯特(F.T.Addi-cott)等从棉铃中提纯的一种物质，它能显著促进棉苗外植体叶柄脱落，称为脱落素Ⅱ；英国韦尔林(P.F.Wareing) 等也从短日条件下的槭树叶片提纯的一种物质，它能控制落叶树木的休眠，称为休眠素。1965年，脱落素Ⅱ与休眠素被证实是同一种物质，统一命名为脱落酸(ABA)。脱落酸（简称ABA）是植物内所发现分布最广的抑制物质之一。分子式是C15H20O4，分子量是264.31，PKa 4.5，难溶于水或苯，易溶于甲醇、丙酮、乙醇、乙酸乙酯或碱性水溶液。它含有一个不对称的碳原子(C-1′)，形成两种光学异构体。天然ABA呈现右旋旋光性，标志为(+)-ABA或(S)-ABA，熔点160℃。人工合成品为外消旋混合物，由(+)-ABA与(-)-ABA(或以(R)-ABA表示)各半组成，熔点190℃。ABA还存在着几何异构体现象，它的侧链上的两个双键都具有顺( Cis)与反(trans)的构型。天然的ABA几乎都是2-顺-4-反型。番茄叶片原来只含痕量2-反型(反-反型)，但于提纯时经光(特别是紫外光)照射，生理活性很低的2-反型经异构化而渐增，直至与2-顺-4-反型成等量的混合物，所以应于漫射光下提取与检测ABA。脱落酸在植物界广泛分布，天然存在于三球悬铃木(Sycamore)、桦木、玫瑰叶、卷心菜、土豆、豌豆、柠檬和鳄梨等植物中。它抑制种子的萌发，调节芽的休眠，促进离层形成与器官的衰老、脱落。ABA在植物处于逆境时浓度增高，如干旱时ABA促进气孔关闭。组织中脯氨酸的合成也受ABA的调节。根据用旋光色散法对各类植物进行抽样测定的结果，一切维管束植物(蕨类裸子和被子植物)都含有脱落酸。非维管束植物中，除7种真菌外，在其他真菌、细菌、藻类和苔类中尚未发现有ABA存在。植物体内ABA含量一般为0.03～4.0mg/kg鲜重。水生植物中含量较低，为3～5μg/kg鲜重。禾谷类植物叶片中含量为50～500μg/kg鲜重。许多器官中都有ABA存在，包括叶、芽、果实、种子和块茎。果实中ABA含量最高，鳄梨中果皮ABA含量可达10mg/kg鲜重。植物体内ABA含量常受环境影响而有显著变化。例如水分亏缺可以促进ABA的生物合成，玉米叶片相对含水量从97%降低到80%时，ABA含量提高13倍。短日照和低温的作用也可使ABA含量大幅度增加。植物器官在发育过程中ABA含量亦有很大变化，如棉铃在落铃期和开裂期ABA达到最高水平，含量较其他时期高出数十倍之多。合成脱落酸(ABA)的初始前体是甲瓦龙酸(MVA，3，5-二羟基-3-甲基戊酸)，从它生成法尼基焦磷酸(FPP、C15)后，有两条去路：
①C15直接途径：经脱氢、环化异构生成α-或γ-芷香叉乙醇，再生成α-或γ-芷香叉乙酸(α-或γ-INAA)，最后生成ABA。此途径主要存在于真菌。
②C40间接途径：先合成C40的类胡萝卜素(紫黄质)，经光或生物氧化而裂解为C15的黄氧化素(Xanthoxin XAN)，再转化为ABA。此途径主要存在于高等植物。ABA代谢亦有两条途径：氧化作用。经6-羟甲基脱落酸(HMABA)转化为红花菜豆酸(PA)，再还原成二氢红花菜豆酸(DAP)；结合作用。常见的有脱落酰葡糖酯(ABAGE)和脱落酰葡糖苷(ABAGS)，二氢红花菜豆酸-4′-0-β-D葡萄糖苷(DPAGS)在某些植物中含量甚高，它也是ABA的代谢产物。
以上信息由Chemicalbook的Andy编辑整理。脱落酸是一种羟酸，在植物体内在酶的作用下，容易发生脱水反应，具有抑制植物细胞分裂和生长，使之休眠，形成离层，加速叶片器官的衰老和脱落的作用。
（1）抑制与促进生长：外施脱落酸(ABA)浓度大于或等于10-7mol时会抑制茎、下胚轴、根、胚芽鞘或叶片等器官的生长。但小于或等于10-7mol时可促进离体黄瓜子叶生根与下胚轴的伸长，加速浮萍的繁殖，刺激单性结实种子的发育。2ppmABA还可拮抗高浓度IAA(50～100ppm)对燕麦中胚轴的毒害作用。
（2）维持芽与种子的休眠：马铃薯块茎与落叶树的潜伏芽以及红松、小麦等种胚的休眠与体内GA/ABA的平衡有关。
（3）促进果实与叶的脱落：棉花受精后5～10日，幼龄的ABA含量剧增，此时正是脱落敏感期，棉铃开裂时，ABA含量再次上升。表明棉铃的脱落和衰老均与ABA有关。
（4）促进气孔关闭：脱落酸(ABA)可使保卫细胞的K+外渗增加而失去膨压，导致气孔关闭。将离体叶片表皮漂浮于各种浓度的ABA液面上，在一定范围内气孔的开度与ABA浓度成反比例，这已成为检测ABA的一种生物试法。ABA可使气孔快速关闭，对植物又无毒害，是一种极好的抗蒸腾剂。
（5）影响开花与性分化：于长日条件下，ABA可使草莓与黑莓顶芽休眠并促进开花。GA能使大麻的雌株形成雄花，此效应可被ABA逆转，但是ABA却不能使雄株形成雌花。①从嫩棉叶中分离。
② 以5-(2，6，6-三甲基-1，3-环己二烯基-3-甲基-2，4-戊二烯酸为原料，在苯和乙醇的混合溶液中，以曙红为光敏剂，与氧反应，先生成[2]，再在稀氢氧化钠水溶液中，于100℃下反应，生成[1]，再重结晶精制，可制得脱落酸成品[1]。

图2为人工合成脱落酸的化学反应路线图。白色至灰白的-黄色粉末抑制剂脱落酸可以促进种子、果实的贮藏物质，特别是贮藏蛋白和糖份的积累。在种子和果实发育早期外施脱落酸，可达到提高粮食作物和果树产量的目的。