《Scientia Horticulturae》：24-Epibrassinolide enhances sweet cherry resistance to bacterial canker by alleviating oxidative damage
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為解決威脅全球甜櫻桃產業的細菌性潰瘍病缺乏環保高效防控策略的問題，本研究探究了外源24-表油菜素內酯（EBR）對兩種栽培品種的抗病效應。結果表明，0.5 μM EBR處理能顯著降低病害癥狀，并通過增強宿主抗氧化酶（如SOD、CAT、POD等）活性和上調相關基因表達來激活防御響應，進而提升抗病性。體外實驗證實EBR無直接抑菌作用。該研究支持EBR作為一種生態友好型調節劑，在多年生果樹細菌病害的綠色防控中具有應用潛力。
甜櫻桃，以其鮮艷的色澤、酸甜可口的滋味和高營養價值，成為全球溫帶地區極具經濟價值的水果。然而，隨著櫻桃栽培面積的快速擴張，病害問題日益突出，其中由丁香假單胞菌致病變種（Pseudomonas syringae pv. syringae, Pss）引起的細菌性潰瘍病尤為猖獗。這種病害可侵染花朵、葉片、嫩枝和果實，在適宜條件下迅速蔓延，導致產量損失常超過50%，嚴重削弱樹勢甚至導致幼樹死亡，給全球櫻桃產業帶來巨大經濟損失。面對這一“頑疾”，傳統的防控手段顯得捉襟見肘。常規的農業操作如修剪工具消毒、清除病枝等雖能減輕危害，但無法完全阻止病害傳播。以波爾多液、氫氧化銅為主的化學防治雖有一定效果，但長期使用可能導致藥害并誘導病原菌產生抗性，且其環境毒性問題也日益受到限制。與此同時，雖然一些生物防治菌劑（如解淀粉芽孢桿菌D747）已被測試，但其田間防效有限。因此，開發能夠增強寄主自身抵抗力、環境友好且高效的病害管理新策略，成為當前研究的迫切需求。
植物自身擁有一套精密的激素調控網絡來應對病原侵擾。除了眾所周知的乙烯（ET）、水楊酸（SA）、茉莉酸（JA）等防御激素外，油菜素內酯（Brassinosteroids, BRs）這類甾醇類植物激素在調節植物免疫方面的作用正逐漸受到關注。其中，24-表油菜素內酯（24-epibrassinolide, EBR）是活性最強的BR類似物之一。已有研究表明，EBR能夠增強黃瓜對疫病、柑橘采后病害以及芒果炭疽病的抗性，其作用機制常與激活植物的抗氧化防御系統有關。然而，現有研究多集中在草本植物或采后果實上，關于EBR在多年生木本果樹（尤其是對抗細菌性病原）中增強抗病性的作用和機制，仍然知之甚少。基于甜櫻桃的高經濟價值和其對細菌性潰瘍病的脆弱性，西北農林科技大學園藝學院的研究團隊在《Scientia Horticulturae》上發表了一項研究，系統探討了EBR能否成為增強甜櫻桃抗病性的“綠色武器”，并揭示了其背后的作用機理。
為開展此項研究，研究人員綜合運用了多種關鍵技術方法。研究選取了兩個重要的商業甜櫻桃品種‘Rainier’和‘Sunburst’作為實驗材料，樣本來源于中國陜西銅川果樹試驗站。核心實驗包括離體葉片接種和活體幼苗接種，以模擬病害發生并評估EBR的防效。通過測定病害嚴重度、發病率及計算病害指數來量化抗病性表型。為了探究EBR的作用機制，研究團隊系統檢測了病原侵染后葉片中的活性氧（ROS）水平（包括超氧陰離子O2-和過氧化氫H2O2）、膜脂過氧化產物丙二醛（MDA）含量以及相對電導率（REC），以評估氧化損傷程度。同時，測定了六種關鍵抗氧化及防御相關酶——超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、多酚氧化酶（PPO）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）的活性。此外，利用實時熒光定量PCR（RT-qPCR）技術分析了這些酶對應編碼基因（如PavSOD， PavCAT等）的表達模式。為了區分EBR是直接抑菌還是激活寄主防御，研究還進行了體外抑菌實驗，通過紙片擴散法和液體培養監測了EBR對Pss菌體生長的直接影響。所有實驗均設置三個生物學重復，數據經過嚴格的統計學分析。
EBR處理顯著增強甜櫻桃對細菌性潰瘍病的抗性
研究人員用不同濃度EBR預處理離體葉片后接種Pss，發現所有EBR處理（0.25-1 μM）均能顯著降低病害嚴重度，其中0.5 μM效果最佳。‘Rainier’品種的表現始終優于‘Sunburst’，病斑顏色更淺、直徑更小。在0.5 μM EBR處理下，‘Rainier’的發病率和病害指數最低。表型分析表明，EBR處理能有效增強甜櫻桃對細菌性潰瘍病的抵抗力。
EBR處理減輕甜櫻桃葉片的氧化損傷
病原侵染引發了強烈的氧化應激。研究發現，EBR處理能顯著降低兩個品種葉片中O2-和H2O2的積累水平。同時，EBR有效抑制了膜脂過氧化產物MDA的積累，并降低了相對電導率（REC），表明其緩解了細胞膜損傷。在次級代謝物方面，EBR處理顯著提升了兩個品種葉片中的類黃酮含量，但對總酚含量的影響存在品種差異（在‘Rainier’中顯著增加，在‘Sunburst’中無顯著差異）。這些結果說明EBR能有效減輕Pss侵染誘導的氧化損傷。
EBR處理提高甜櫻桃葉片的抗氧化及防御相關酶活性
酶活分析顯示，EBR處理提升了多個抗氧化和防御相關酶的活性。在兩個品種中，SOD和APX活性在EBR處理下均顯著高于對照。CAT、POD、PPO和PAL的活性變化則呈現出品種特異性模式。例如，在‘Rainier’中，PPO活性被EBR顯著增強；而在‘Sunburst’中，PAL活性在EBR處理下普遍更高。總體而言，EBR通過協調多種酶的活性，幫助維持了病原侵染后葉片內的氧化還原穩態。
EBR處理改變甜櫻桃葉片中抗氧化及防御相關基因的表達
基因表達分析進一步揭示了EBR作用的分子基礎。在‘Rainier’中，EBR處理顯著上調了PavSOD1、PavSOD2、PavAPX2、PavCAT1、PavCAT2、PavPOD1、PavPOD2、PavPPO1和PavPAL2等多個基因的表達。而在‘Sunburst’中，僅有PavSOD1、PavAPX2、PavCAT1和PavPAL2等部分基因被顯著誘導。這些基因表達的變化與其對應酶活性的增強趨勢基本一致，表明EBR在轉錄水平上調控了甜櫻桃的防御反應，且存在品種依賴性。
EBR處理對Pss體外生長的影響
關鍵的對照實驗表明，EBR在測試濃度下（0.25, 0.5, 1.0 μM）并未在LB平板上形成抑菌圈，也未顯著影響Pss在液體培養基中的生長密度和菌落數量。這確鑿地證明，EBR對細菌性潰瘍病的控制作用并非源于直接殺死或抑制病原菌，而是通過激活植物自身的防御系統來實現的。
綜上所述，本研究得出的核心結論是：外源施用低濃度（0.5 μM）的24-表油菜素內酯（EBR）能夠有效增強甜櫻桃對細菌性潰瘍病的抗性。其作用機制主要在于激活寄主自身的防御能力，而非直接抑菌。具體而言，EBR通過上調一系列抗氧化及防御相關基因（如PavSOD， PavCAT， PavPOD， PavAPX， PavPAL等）的表達，進而提高對應酶（SOD， CAT， POD， APX， PAL等）的活性，協同清除過量的活性氧（ROS），減輕氧化損傷和膜脂過氧化，最終達到抑制病害發展的效果。
在討論部分，作者將本研究發現與已有研究進行了關聯。前人工作多關注EBR對真菌病害的防控，而本研究則將其作用拓展至木本果樹的細菌病害，豐富了油菜素內酯在植物免疫中的角色認知。研究強調了抗氧化系統在EBR介導的抗病性中的核心地位，并注意到品種間抗性差異可能與苯丙烷代謝途徑（由PPO和PAL催化）的激活程度有關，例如‘Rainier’表現出更強的抗性可能與其更高的PPO、PAL活性及酚類、類黃酮積累相關。最重要的是，體外實驗明確了EBR的抗病效果來源于“賦能宿主”而非“攻擊病原”，這暗示其誘導的抗性可能具有廣譜性，為開發不依賴直接殺滅作用的可持續病害管理策略提供了新思路。
這項研究具有重要的理論和實踐意義。在理論上，它深化了人們對油菜素內酯，特別是EBR，在多年生木本果樹對抗細菌病原過程中的免疫調控機制的理解，填補了該領域的研究空白。在實踐上，研究結果支持EBR作為一種環境友好、低毒且能增強植物自身免疫力的生物調節劑，具有應用于甜櫻桃乃至其他果樹細菌性潰瘍病綠色綜合治理的巨大潛力。它為減少傳統化學農藥的依賴、推動果樹產業的可持續發展提供了一條有前景的新途徑。當然，作者也指出，EBR誘導抗性的穩定性和田間實際防效仍需進一步評估，這將是未來將其推向實際應用的關鍵步驟。
