1、蕓薹屬蔬菜中硫代葡萄糖苷的含量差異分析及其對甜菜夜蛾和菜青蟲生長發育的影響研究摘要：蕓薹屬是十字花科下的一個屬。此屬包括多種重要的園藝作物：白菜類、芥菜、蕪菁等。硫代葡萄糖苷是植物體內一種含硫的親水性次生代謝產物。不同的品種硫苷的類型和含量不同。白菜類中,小白菜主要的硫苷為3-丁烯基和1-甲氧基-3-吲哚基甲基硫苷,菜心中為3-丁烯基和2-羥基-3-丁烯基硫苷等等。甜菜夜蛾作為一種雜食性害蟲，1 研究背景與意義 隨著人們生活質量提高和生態環境的日益關注，有機食品成為大家的廣泛需求，菜農為追求經濟效益而大量使用植物殺蟲劑。然而，隨著用量增多，一系列環境問題隨之而來。近年科研數據顯示，化學農藥對生

2、態環境產生了嚴重影響。早在20世紀60年代，科學家在南極企鵝體內檢測到農藥的成分。化學農藥一旦在作物上過量噴灑，在土壤中積累，經過生物與食物鏈的遷移與富集，在各類食品中農藥大量殘留積累，不僅對環境產生巨大的破壞，而且人類食用污染食品后，將產生潛在的身心危害。然而，生物界大部分植物能夠產生一些次生代謝產物，如硫代葡萄糖苷、生物堿、類黃酮等，能夠阻止昆蟲取食或抑制昆蟲的生長、生殖以及存活等生理活動，即：利用植物次生代謝產物代替農業殺蟲劑，利用生物防治的方法來治理作物的蟲害問題。本團隊以蕓薹屬蔬菜中的次生代謝產物硫代葡萄糖苷為研究對象，分析其在不同蔬菜中的含量差異，以及其對雜食性昆蟲甜菜夜蛾和廣食性

3、昆蟲葉青蟲的生長發育的影響。本課題的重要意義在于改善化學殺蟲劑對環境的嚴重污染，為利用植物次生代謝產物來防御有害昆蟲提供理論基礎。2 十字花科蕓薹屬蔬菜中硫代葡萄糖苷的含量差異硫代葡萄糖苷（Glucosinolates,GS,簡稱硫苷）又稱芥子油苷，是一種含氮、硫的重要植物次生代謝產物。十字花科蕓薹屬蔬菜種類間硫苷含量差異較大,同一種類的不同亞種之間也存在差異。下面分別對十字花科蔬菜中甘藍類、白菜類、芥菜類和蘿卜類亞種間硫苷含量的差異進行比較。由表1可以看出，十字花科蕓薹屬蔬菜中不同種類間的硫苷含量差異較大，其中甘藍類含量最高，平均值為295.24mol /gFW；其次是白菜類和芥菜類，平均值

4、為32mol /gFW左右；蘿卜類肉質根中硫苷含量低，平均值為20.82mol /gFW。與白菜類、芥菜類、蘿卜類蔬菜相比,甘藍類蔬菜的硫苷含量要比白菜類、芥菜類蔬菜高出10倍,比蘿卜類蔬菜高出15倍。十字花科蔬菜種間遺傳特性的差異造成了產品間硫苷含量的差異。而硫苷含量的差異也正反映了蔬菜昆蟲對于這些蔬菜的偏好程度。3 十字花科蕓薹屬蔬菜中硫代葡萄糖苷生物學功能昆蟲對十字花科蕓薹屬蔬菜的喜愛程度不同在于硫苷及其降解產物含量的差異。硫苷在芥子酶或胃腸道中細菌酶的催化作用下，發生降解并產生多種降解產物，而這些降解產物及硫苷本身就能參與植物的防衛反應，并起著抗蟲、抗病等作用。早期研究證明，硫苷及其降

5、解產物對昆蟲有毒，它們通過減少昆蟲體內總氧氣的吸入和 CO2的呼出，抑制了糖酵解-克雷布斯循環，從而改變昆蟲的新陳代謝能力，導致昆蟲生長緩慢甚至死亡（Pracros et al.，1992；陳亞洲和閻秀峰，2007）。另一方面，硫苷及其降解產物在害蟲與植物的識別中發揮作用，一些揮發性的硫苷降解產物如異硫氰酸鹽可作為攝食或產卵的刺激物吸引十字花科植物害蟲。盡管硫苷及其產物對多種病原體、細菌等有毒害作用，但其對人體癌癥研究具有重要意義。有研究證實，硫苷降解產物異硫氰酸鹽通過雙重機制來特異性地調節腫瘤細胞的代謝，即選擇性使階段酶失活（例如細胞色素 P450 酶）和誘導階段酶（例如苯醌還原酶谷胱甘肽轉

6、移酶）的表達，阻斷腫瘤細胞產生的代謝途徑，抑制癌細胞的分裂和生長，從而達到抗癌目的（Fahey et al.，1998；鄭建仙，2005）。硫苷及其降解產物能調節十字花科植物的生長素代謝，平衡體內的硫元素，緩解硫素脅迫，保證植物正常生長發育，這些生物學功能對植物、動物和人類都具有生物學和營養學的重要意義（黃界潁和馬友華，2003；鄭建仙，2005）。4 十字花科蕓薹屬蔬菜中硫苷的合成與調節由于硫苷具有獨特的生物學功能，人們對硫苷的合成途徑進行了大量的研究。硫苷生物合成模式大致可分為三個階段（圖 1）：氨基酸側鏈的延長、硫苷核心結構的形成和葡萄糖配基側鏈的二次修飾（李娟和朱祝軍，2005；Hir

7、ai et al.，2007）。隨著模式植物擬南芥基因組的序列測定和功能解析，通過體內標記技術，人們對硫苷的生物合成途徑有了較為深入的了解。研究發現，所有的硫苷都是由氨基酸合成而來，脂肪族硫苷來源于甲硫氨酸，芳香族硫苷來源于苯丙氨酸，吲哚族硫苷來源于色氨酸。根據對油菜的雜交選育試驗證明，植物硫苷的含量差異受上代基因型的影響，硫苷含量高的植株中其子代含量也高，這說明硫苷的有無與含量高低是由基因來控制的，早年，在硫苷合成的三個階段中，相關的主要合成和調節基因已得到了驗證，分別是由MAM、CYP79/ CYP83、AOP等合成基因家族起決定作用（鄭建仙，2005；周榮漢和段金廒，2005），而轉錄因子MYB基因家族在硫苷的生物合成過程中則起著調節上述基因的作用（Yan & Chen，2007）。目前在國際上有關十字花科植物硫苷合成調控基因的研究取得了很大進展，例如從擬南芥中克隆出來的MYB28基因過表達的植物，體內脂肪族硫苷的含量會升高，植物受昆蟲侵害的程度會減輕，因此可以將MYB28基因轉入植物體內，以此來提高植物的抗蟲性。擬南芥MAM1突變體因 4-甲基亞磺酰丁基硫苷含量低于野生型，非致病鐮刀菌對植株的易感性增強，由此利用改變硫苷某種組分的方式可以增強植物的抗病性。5 硫苷對甜菜夜蛾與葉青蟲的生理影響5.