茉莉酸甲酯生物活性研究进展

张知晓，泽桑梓，户连荣，刘 凌，季 梅*

(1.云南省林业科学院，云南 昆明 650201；2.云南省林业有害生物防治检疫局，云南 昆明 650051)

茉莉酸甲酯(MeJA)是茉莉酸这一化学物质经甲酯化形成的一种环戊酮衍生物，因是茉莉属植物花挥发物的重要组成成分而得名[1]。茉莉酸甲酯易挥发，能够在空气中传播，可作为外源诱导因子进入植物细胞内，在植物之间的通讯联络中起到信号介导的重要作用[2]。它能够调节植物的生长发育进程、引起细胞产生抗逆反应，诱导植物表达防御基因、合成防御物质、形成防御器官等，还能诱导植物产生可供人类利用的生物碱类、萜类、酚类等多种次生代谢物质[3]。近期研究表明，茉莉酸甲酯具有抗肿瘤活性，可应用于癌症治疗[4]。同时也有将其应用于灵芝等微生物的发酵，以促使目的产物生成的报道[5]。因此，茉莉酸甲酯不仅在植物的生长发育、次生代谢和防御反应过程中发挥类似激素的作用，还能影响动物和微生物生长代谢，具有广泛多样的生物活性。目前，缺乏针对茉莉酸甲酯生物活性的综合性分析。为此，综述了茉莉酸甲酯对植物、动物及微生物生命活动的影响，旨在系统地总结茉莉酸甲酯的生物活性作用，促进其在农业生产、疾病医疗及发酵生产中的应用。

1 茉莉酸甲酯对植物的影响

1.1 茉莉酸甲酯对植物生长代谢的影响

茉莉酸甲酯作为一种常见的信号物质存在于植物体内，影响植物新陈代谢，参与种子萌发、开花开颖、果蔬储存期抗氧化、香气物质形成和病虫抗逆性形成等植物生理过程。

1.1.1 茉莉酸甲酯对种子萌发的影响 种子萌发需要的营养物质储存在子叶或胚乳中，这些营养物质的转化需要水解酶的参与，例如淀粉酶可降解淀粉，蛋白酶可分解蛋白质，为胚的生长提供所需能量及氨基酸[6]。宾金华等[7]用不同浓度的茉莉酸甲酯溶液浸泡水稻种子24 h，比较了处理前后的淀粉、还原糖以及α-淀粉酶活性等指标，发现当茉莉酸甲酯浓度在5×10-9～5×10-6mol/L时，能够提高酸性磷酸酶和α-淀粉酶活性，促进淀粉降解，进而促进种子萌发和幼苗生长。汪宝卿等[8]在玉米种子上进行类似试验，同样发现低浓度的茉莉酸甲酯具有提高α-淀粉酶活性的作用，并最终增加种子中可溶性糖含量，促使玉米种子生成的须根数目增多。除此之外，国外也有研究证实，茉莉酸甲酯能提高苹果种子脂肪酶和蛋白酶活性，促进苹果胚的萌发[9]。

1.1.2 茉莉酸甲酯对植物开花的影响 茉莉酸甲酯在禾本科植物的开花开颖过程中扮演着重要的角色[10]。被茉莉酸甲酯溶液浸泡过的稻穗，器官的呼吸作用加强，浆片细胞内CO2、可溶性糖等物质增多，水势下降，浆片吸水膨胀导致颖花开放[11]。茉莉酸甲酯这一重要作用最早是由Zeng等[12]在水稻上发现的，并于1999年在国内外首次报道。目前茉莉酸甲酯这一作用在禾本科其他植物如小麦、黑麦、谷子、高粱等上也都得到证实[13-16]。

1.1.3 茉莉酸甲酯对果蔬保鲜的作用 采摘后的果蔬极易腐烂，这种现象普遍存在且对农产品品质造成严重影响。目前，控制果蔬采后病害仍缺乏一种安全生态的方法[17]。茉莉酸甲酯作为一种天然物质，具有安全无污染的优点，近年来研究发现，利用茉莉酸甲酯处理果蔬产品能够在一定程度上增强果蔬的抗腐烂能力，延长果蔬的保鲜时间[18]。麻宝成等[19]研究发现，茉莉酸甲酯在0.001～0.500 mmol/L时，其浓度越高，香蕉腐烂的病情指数越低。孔繁渊等[20]采用热空气和茉莉酸甲酯复合处理草莓果实，并分析了果实生理生化指标及品质性状的变化，证实所用方法能够有效抑制草莓果实腐烂，提升品质。李秋利等[21]利用茉莉酸甲酯和二氢茉莉酸丙酯处理春美桃果实，发现所用方法可以显著抑制采后果实乙烯的释放量，并显著延缓果肉软化进程，达到延长贮藏时间的目的。于烨等[22]对鲜切紫薯的贮藏保鲜研究发现，茉莉酸甲酯处理后，紫薯酚类物质含量增高，腐烂的发生被有效抑制。此外，姜璐璐[23]发现，茉莉酸甲酯能将葡萄果实的总酚和总黄酮含量维持在较高水平，并提高对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基(DPPH自由基)以及羟基的清除能力；同时茉莉酸甲酯还能够提高果实中的过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、苯丙氨酸酶(PAL)和过氧化物酶(POD)活性，并降低H2O2的含量。因此，茉莉酸甲酯的处理使采后果蔬具有较高的抗氧化能力，活性氧的代谢能够维持平衡，进而起到减缓果蔬贮藏期间衰老速度的作用。对于采后具有长途运输需求或其他需长期贮藏的果蔬，茉莉酸甲酯处理或许是保障其商品价值的一个新途径。

1.1.4 茉莉酸甲酯对香气品质的改善 香气是判断许多农产品优良品质的重要指标之一，有时还关系到农产品的营养价值，因此，研究改善农产品香气品质的方法具有重要意义。Kim等[24]在甜罗勒上喷施外源茉莉酸甲酯，监测挥发性代谢产物，发现喷施外源茉莉酸甲酯明显增加了丁子香酚和芳樟醇2种重要芳香物质的含量，证实茉莉酸甲酯具有诱导甜罗勒产香的功能。此外，当外源茉莉酸甲酯处理草莓后，甲基、乙基酯的含量明显提高，这2种物质是影响草莓甜香的重要挥发性成分，因此，茉莉酸甲酯还具有提高成熟草莓香气的作用[25]。近期研究表明，茉莉酸甲酯不仅能够改善果蔬类农产品的香气品质，对鲜花、茶树等经济作物也能发挥同样的作用。吴琦等[26]用200、600 μmol/L茉莉酸甲酯溶液喷施西伯利亚百合花瓣后，挥发物总释放量较对照显著升高，释放的挥发物主要为萜烯类、醇类、醛类等8大类，其中月桂烯和罗勒烯是花香的最主要成分。王力[27]给茶树喷施2.5‰的外源茉莉酸甲酯，发现它能使鲜叶制成的成品茶香气显著提升，其中萜烯类和己烯酯类成分相对含量分别升至13.27%和5.81%，可见，茉莉酸甲酯能够改变茶叶挥发性成分，明显提高感官品质。

1.2 茉莉酸甲酯对植物抗病虫害的影响

植物在遭受虫害、病害或机械损伤后，体内会发生多种化学反应，这些反应会对侵入者起到直接或间接的防御作用[28]。自Farmer等[29]于1990年报道了茉莉酸甲酯具有诱导植物抵御害虫的能力以来，已有大量关于茉莉酸甲酯诱导植物抗性的研究，归纳其作用机制主要有以下几种。

1.2.1 茉莉酸甲酯诱导产生防御蛋白 植物体内存在多种能够帮助植物抵御病虫害的防御蛋白，例如多酚氧化酶能够将酚类化合物氧化生成醌，而醌是一种活性分子，能够将植物蛋白质中的必需氨基酸烷基化，进而避免营养被害虫利用[30]。安玉兴等[31]用茉莉酸甲酯喷施甘蔗叶片和茎干，24 h后观察发现，甘蔗叶片及茎干组织中的多酚氧化酶活性明显提高。孙晓玲等[32]以茶树为试验对象，同样证明了喷施外源茉莉酸甲酯能够诱导植物产生多酚氧化酶，使植物蛋白质氨基酸变性。另外，茉莉酸甲酯还能够诱导壳聚糖酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等防御蛋白的产生[33]。

植物蛋白酶抑制剂作为植物重要的昆虫防御物质，它能够与昆虫消化道内的蛋白消化酶发生反应，并抑制其活性，使昆虫食入蛋白质的水解消化作用减慢，导致昆虫不能利用营养，体质量减轻，生长缓慢[34]。杨丽文等[35]用不同浓度茉莉酸甲酯溶液喷施烟苗叶片，结果表明，施用茉莉酸甲酯能使叶片中胰蛋白酶抑制剂和胰凝乳蛋白酶抑制剂含量不同程度升高，当茉莉酸甲酯浓度为2.4 mmol/L时，两者的增加量最为显著。

1.2.2 茉莉酸甲酯诱导产生次生物质 利用茉莉酸甲酯诱导植物产生的次生物质如酚酸类和生物碱可以达到保护植物的目的。这些物质在植物体内与蛋白质结合，影响植食昆虫或侵入病原菌吸收营养物质的能力，同时有些物质本身或其代谢产物为有毒的腈、硫氰酸等，被食用后会干扰害虫神经信号的传递，对害虫产生毒害作用，使害虫生长发育受到影响[33]。王琪等[36]研究喷施茉莉酸甲酯对红松酚酸的影响发现，处理组球果的香豆酸、水杨酸、阿魏酸、肉桂酸和苯乙酸含量较对照组增加，原儿茶酸和苯酚也被诱导产生，且原儿茶酸、苯酚的诱导时间与虫害诱导存在显著差异。此外有研究表明，用茉莉酸甲酯喷施烟草植株叶面，能够使其尼古丁含量增加2倍，导致害虫烟草天蛾在取食后死亡率上升[37]。茉莉酸甲酯诱导产生的生物碱除尼古丁外，还有异类黄酮、苜蓿碱、芥子油苷等[33]。这些次生物质除了能够抵御有害生物、保护植物外，有些如三七皂苷、紫衫醇和丹参酮等次生物质还可被人类利用，是抵抗某些疾病的活性化合物[38]。

1.2.3 茉莉酸甲酯诱导产生挥发性物质 植物在受到损伤或被植食动物攻击后，所释放的挥发物会发生很大变化，主要包括种类和数量方面的变化[39]。多项研究表明，外源茉莉酸甲酯可诱导植物产生独特挥发物，这些挥发物中大部分都具有诱集天敌昆虫的作用[40]。张艳峰等[41]用茉莉酸甲酯处理柿树，并应用顶空收集结合气质联用的方法和Y型嗅觉仪分别检测挥发物成分和红点唇瓢虫的行为，结果发现，处理后的柿树产生大量萜烯类挥发物，并对瓢虫产生强烈的吸引力。van Poecke等[42]用外源茉莉酸甲酯处理拟南芥后，发现在试验组植株上菜青虫的天敌数量显著多于对照组，诱导产生的挥发物能够大量吸引菜青虫的寄生性天敌微红绒茧蜂。现有的研究表明，茉莉酸甲酯诱导产生的挥发性化合物能够为天敌提供寄主定位，这些化合物除了萜烯类，主要还包括含有6个碳原子的醇、酮和酯类等[33]。

茉莉酸甲酯诱导产生的挥发物除了具有吸引害虫天敌这一作用外，还可能具有趋避害虫的作用[43]。这一作用在外源茉莉酸甲酯诱导烟草产生对番茄天蛾的抗性研究中得到证实，当利用200 μg 茉莉酸甲酯处理烟草后，番茄天蛾成虫对烟叶上检测出的大量挥发物表现出极强的驱避反应，试验组较对照组烟草上害虫的着卵量显著减少[44]。

1.2.4 茉莉酸甲酯诱导形成防御结构 茉莉酸甲酯除了能够引起植物次生代谢产物和挥发性物质的改变外，还能够诱导植物发生组织和结构等生理变化，形成对害虫和病原菌具有防御作用的结构[45]。树脂对害虫和病原菌具有防御作用，当正常的树脂导管受到机械损伤、钻蛀性昆虫取食或真菌感染后，会形成富含单萜的创伤性树脂道，使产生的树脂黏稠度降低，更易流入病灶，起到保护植物的作用。杉类和华山松等植物上也发现了这种防御性反应的存在[46]。Martin等[47]以茉莉酸甲酯处理云杉幼苗后发现，靠近形成层的一些木质部细胞的细胞壁变薄，细胞质变浓，小腔中富含萜，在处理15 d后发育成树脂导管，但树皮中原有的树脂导管未受影响；未经茉莉酸甲酯处理的幼苗，树脂导管主要分布在周皮、皮层和韧皮部上，都集中在形成层外。

植物叶部的毛状体能阻碍植食动物的取食，也是重要的防御结构，其数量增多有利于植物的保护[48]。高文杰等[49]观察到，在一定浓度茉莉酸甲酯处理下，神农香菊叶片正面和背面的T-形非腺毛和头状腺毛的密度增加，但若茉莉酸甲酯的浓度过高则又会抑制毛状体的形成。

2 茉莉酸甲酯对动物的影响

茉莉酸甲酯除了能够对植物发挥多种生理效应外，还具有抗肿瘤活性，能够应用于动物细胞。近些年，许多医学研究者致力于探究茉莉酸甲酯对人和小鼠的乳腺癌、胃癌、肝癌、前列腺癌、淋巴癌等肿瘤细胞在体内外的作用及其机制[50]。茉莉酸甲酯的抗肿瘤活性主要是通过抑制癌细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡以及抑制肿瘤形成来实现的[51]。蒋国松等[52]以茉莉酸甲酯处理人神经母细胞瘤细胞株BE(2)-C，结果发现，细胞中凋亡抑制蛋白家族成员XLAP和survivin基因的表达量下调，从而达到诱导肿瘤细胞凋亡的目的。卢永刚等[53]用茉莉酸甲酯处理体外培养的人肝癌细胞HepG2，并分别用HE染色和透射电镜的方法观察处理前后细胞的形态结构，发现癌细胞连接消失、增殖减弱，细胞微绒毛消失，细胞质浓度增加，形成了大量的凋亡小体。此外，研究茉莉酸甲酯对乳腺癌细胞MCF-7和MDA-MB-435的控制效果和机制发现，其上调TNFR1、MAPK和caspase-8的表达，使细胞发生G0/G1期和S期的阻滞并诱发凋亡[54]。茉莉酸甲酯还能够诱导肿瘤细胞再分化、调节机体免疫力及抑制肿瘤侵袭转移，进而发挥抗肿瘤活性[50]。

3 茉莉酸甲酯对微生物的影响

茉莉酸甲酯作用于微生物的研究较少，但在微生物发酵培养及子实体栽培过程中促进目标产物生成的方面均有研究。辛燕花等[5]将茉莉酸甲酯添加于灵芝发酵培养基中，发现其能够提高灵芝多糖及灵芝酸的产量，最佳浓度为50 μmol/L，最佳添加时间是发酵培养第4天。此外，茉莉酸甲酯还能够促进微生物细胞液体发酵中萜类物质的合成。Ren 等[55]首次将茉莉酸甲酯作为诱导剂添加到灵芝发酵培养基中，发现灵芝三萜的产量比对照提高了45.3%。向超[56]也证实，用茉莉酸甲酯诱导桦褐孔菌发酵产生三萜，其总产量较对照提高了53.2%。现有的研究已经明确了茉莉酸甲酯诱导微生物产生三萜的机制，即这些萜类化合物都是通过甲羟戊酸途径，由单个的异戊二烯合成而得，茉莉酸甲酯能够促使甲羟戊酸途径中hmgs、hmgr、mvd、fps、sqs、osc、lss和ss等相关酶基因的超表达[57-60]。以茯苓为研究对象，探究茉莉酸甲酯诱导其产生三萜的效果及机制，发现于发酵第4天添加茉莉酸甲酯溶液(150 μmol/L)，可使得到的三萜含量较空白组增加0.55倍，实时荧光定量PCR分析可知，其甲羟戊酸途径中sqs和fps表达水平均显著上调[61]。任昂[62]以茉莉酸甲酯处理灵芝，发现在生物合成三萜途径中关键酶的编码基因hmgr、fps、sqs、osc等均被诱导表达。

除了应用于液体发酵，茉莉酸甲酯在栽培菌类子实体过程中也能改变其代谢。杨文建等[63]发明了一种能够促进双孢蘑菇产麦角甾醇的方法，即用乙醇-水溶液配制浓度为100 μmol/L的茉莉酸甲酯溶液，于采收前3 d喷洒栽培的双孢蘑菇，最终测定熟菇的麦角甾醇含量较对照显著提高，进而提升了双孢蘑菇的营养价值。

4 结论及展望

茉莉酸甲酯能够在植物生长发育过程中的许多阶段起到积极作用，如促进种子萌发、促进禾本科植物的开花开颖、有助于果蔬保鲜防腐、提升植物香气品质等。另外，茉莉酸甲酯还能通过诱导植物产生防御蛋白、次生物质以及挥发性物质，并生成具有防御功能的组织结构来减轻病虫害。在动物方面，茉莉酸甲酯能诱导肿瘤细胞凋亡，具有作为抗肿瘤药物的潜力。除了在植物、动物方面被应用外，近些年也陆续出现将茉莉酸甲酯应用于微生物发酵以促进目标产物生成的研究。

分析茉莉酸甲酯影响生物生长代谢的机制，推测其可能是以基因为起点，通过上调或下调相关基因的表达，进而影响蛋白质的合成，从而对特定酶活性产生作用，在宏观上则表现为生物代谢发生改变[38]。例如，对茉莉酸甲酯促进丹参毛状根酚酸含量提高的机制进行研究，发现用茉莉酸甲酯浸泡丹参毛状根后，根部的迷迭香酸(RA)次生代谢途径被激活，具体表现为苯丙氨酸酶(PAL)、4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)、4-羟基苯丙酮酸还原酶(HPPR)、酪氨酸氨基转移酶(TAT)与肉桂酸-4-羟基化酶(C4H)等关键酶相关基因的mRNA表达水平被显著提高，最终促使丹参毛状根产生大量次生代谢产物[64]。此外，由于茉莉酸甲酯是一种信号分子，也可能直接影响某些酶的活性。如茉莉酸甲酯可诱导植物体内的PPO、POD以及 PAL等酶活性增强，从而促进农作物中抗虫类次生代谢产物的合成[65]。

虽然茉莉酸甲酯对植物、动物和微生物均能发挥积极的生物活性，是一种极为有效的诱导因子，但要正确、安全、高效地应用这类物质，还需要对以下几个方面进行进一步的研究：(1)现有的许多研究成果表明，茉莉酸甲酯可作为信号分子参与生物次生代谢，通过调控相关基因的表达、控制相应蛋白质合成、改变关键酶活性来影响作用对象的生命活动，但目前对它们之间相互作用的综合性研究还不够彻底、深入；(2)利用茉莉酸甲酯提高植物抗病性和抗虫性的研究主要是在实验室及温室内开展，而应用于大田农作物栽培的研究较少，缺乏大田推广使用方面的理论依据，这限制了茉莉酸甲酯作为农药的实际应用，无法真正为农业生产以及植物保护服务；(3)虽然茉莉酸甲酯能够促使生物体有目的性地分泌某些次生物质，以满足防御能力和药用价值的提高等人类的需求，但所分泌的这类次生物质也可能对生物体的生长发育造成损伤，降低某些栽培植物或培养物的生物总量[66]；(4)就动物癌细胞而言，茉莉酸甲酯虽能发挥抗肿瘤作用，但其化学结构毕竟不同于现有的抗癌药物，并且具抗肿瘤活性的同时也意味着其具有一定的毒副作用，因此，要将茉莉酸甲酯作为化疗药物，还需通过体内毒性、安全性评估及药动学稳定性评价等各方面的临床试验才能实现。