李延玲 鐵鍵 邵慰 商業(yè)緋 羅峰

摘 ? ?要：本文綜述了作物表皮蠟粉的成分、結(jié)構(gòu)、合成途徑、功能及測定方法等研究的最新進(jìn)展。并對比了測定蠟粉的方法，對存在的缺陷和不足進(jìn)行探討，可為研究作物蠟粉提供參考。

關(guān)鍵詞：作物;蠟粉;測定方法

中圖分類號：S311 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.01.026

A Review on Crop Cuticle Wax Powder

LI Yanling， TIE Jian， SHAO Wei， SHANG Yefei， LUO Feng

（College of Agronomy & Resources and Environment， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384，China）

Abstract： The paper reviewed the research on the composition， structure， biosynthetic pathway， function and the method of crop cuticle wax powder. The methods of measuring wax powder were compared. The defects and shortcomings of the method were discussed which could provided reference for crop wax powder.

Key words： crop; wax; measuring method

許多作物如玉米、小麥、甜高粱等，其莖葉表皮附著一層白色臘粉。蠟粉具有抗旱的特性，可以減少水分的蒸騰和蒸發(fā)，降低水分消耗[1]。同時，莖稈表皮蠟粉還能夠有效抵抗病蟲的侵害，在蠟粉較多的作物表面，蠟粉的存在會降低昆蟲的附著能力，進(jìn)而影響昆蟲取食，起到保護(hù)作用[2]。但是如表皮蠟粉含量過多，則會影響到作物的品質(zhì)。例如飼用高粱和飼用玉米，其表皮蠟粉含量過多則不易被牲畜消化吸收。筆者綜述了對作物表皮蠟粉研究的最新進(jìn)展，并對其中存在的問題及其研究前景進(jìn)行了探討。

1 蠟粉的成分、結(jié)構(gòu)、合成途徑及功能

1.1 蠟粉的成分

不同作物的表面蠟粉的化學(xué)成分存在很大的差異。表皮蠟粉的基本組成成分是鏈?zhǔn)匠L脂肪酸衍生物、各種大量的三萜類和苯丙酯類[3-4]，它們的主要組成成分是脂肪族化合物[5-6]。大量研究表明[7]，不同類型的作物其蠟粉的成分也有所不同。例如，雙子葉作物如煙草、黃瓜等，其表面蠟粉中主要含有烷烴、醛、酯、酮、脂肪醇、脂肪酸及游離脂肪酸和環(huán)狀化合物等;單子葉作物如小麥、水稻、高粱等，其表面蠟粉的主要成分為烷烴、醛、醇、酸、酯類，還含有β-二酮和羥基β-二酮等。除此之外，同一種類的不同品種間其蠟粉的含量和成分也有所差異，如對小麥[8]的相關(guān)研究結(jié)果表明，不同小麥品種的葉片表皮蠟粉的組分和含量存在較大的差異，而這些差異是使小麥葉色有不同程度灰白蠟粉表型的一個重要原因。

1.2 蠟粉的結(jié)構(gòu)

蠟粉是陸生植物的地上部分和環(huán)境的分界線，是包被在作物表面的一層蠟狀物質(zhì)，由蠟粉基因決定蠟粉的形成。一般來說，在結(jié)構(gòu)上一般可分為角質(zhì)層和蠟粉層[9]。從組成上來說，蠟粉層由位于角質(zhì)層外的外層蠟粉和深嵌在角質(zhì)層中連接表皮和細(xì)胞壁的內(nèi)層蠟粉兩部分構(gòu)成[10]。外蠟粉層是可以進(jìn)行自我組裝的晶體微結(jié)構(gòu)， 可以被外力或有機溶劑去除，但在短時間內(nèi)可以重新形成。而內(nèi)層蠟粉則多處于無定形態(tài)[11-12]。外層蠟粉的形態(tài)呈現(xiàn)多樣性， 通過掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，一般呈柱狀、棒狀、筒狀、傘狀等形態(tài)[12] ，相關(guān)研究學(xué)者[13]通過借助原子力顯微鏡，首次觀察到蠟粉超微晶體結(jié)構(gòu)的分子組成。蠟粉晶體的微結(jié)構(gòu)形態(tài)具有一定的不穩(wěn)定性， 表現(xiàn)在受環(huán)境因子和自身生理機制的影響較大，溫度、光照、濕度等環(huán)境參數(shù)的變化以及葉片的成熟度差異等自身生理機制的變化都會使蠟粉形態(tài)發(fā)生改變 。

1.3 蠟粉的合成

作物表皮蠟粉的合成過程[14]十分復(fù)雜，合成反應(yīng)大多發(fā)生在作物的表皮細(xì)胞內(nèi)。途徑則是一系列酶及編碼這些酶的基因參與協(xié)同的過程，通過形成多酶體組成的復(fù)合系統(tǒng)來促進(jìn)脂肪酸前體的延伸，催化形成一系列脂肪類化合物。有研究表明，植物表皮蠟粉的合成會受到其生長發(fā)育和環(huán)境因子的影響，例如在快速生長的擬南芥莖上，莖表皮蠟粉的含量會隨著莖表面積的增加而增加[8]。

1.4 蠟粉的功能

蠟粉的功能隨著作物的生長發(fā)育及環(huán)境的改變而變化。作為作物與環(huán)境的第一接觸面， 蠟粉對外界環(huán)境因子的反應(yīng)比較敏感， 當(dāng)作物受到外界不利環(huán)境因子脅迫時， 蠟粉會改變自身晶體結(jié)構(gòu)形態(tài)或化學(xué)組分構(gòu)建防御機制以減少脅迫因子的作用， 有效地協(xié)調(diào)作物與環(huán)境的關(guān)系。一方面，表面蠟粉通過這種機理能夠抵抗各種生物與非生物侵害，包括病菌蟲害、干旱、太陽射線以及人類活動造成的酸雨與臭氧等。相關(guān)研究表明[15]，在水分脅迫條件下，有蠟粉表型的高粱株系的表皮蠟粉含量增加了90%，水分利用效率提高，而無蠟粉表型的株系表皮蠟粉含量僅增加了15%，且水分利用效率明顯降低。另一方面，表面蠟粉在保護(hù)作物、減少水分散失的同時又影響作物對生長調(diào)節(jié)劑、殺蟲劑和除草劑的吸收和利用效率。表皮蠟粉除了作物自生分泌之外，還有來自大氣的半揮發(fā)性有機化合物的積累[7]。

2 ?蠟粉基因研究進(jìn)展

近年來，與蠟粉相關(guān)的研究有了大量報道。蠟粉的合成在很大程度上受環(huán)境因子的影響，環(huán)境因子的變化能夠改變蠟粉各組分的分布和含量。目前已從擬南芥、玉米等作物中克隆了一些與蠟粉相關(guān)的基因，這可以解釋部分蠟粉的合成途徑[16]。有學(xué)者采用分子遺傳學(xué)的方法分析出了表皮蠟粉中許多酶和轉(zhuǎn)運蛋白的功能，并且確定了細(xì)胞內(nèi)合成蠟粉成分的主要部位是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，鑒定出了與蠟粉成分穿越質(zhì)膜向質(zhì)外體運輸相關(guān)的蛋白[16]。在基因表達(dá)的層次上，最新的研究是在水稻上進(jìn)行的，水稻的蠟質(zhì)基因能夠編碼結(jié)合在淀粉粒上的蠟質(zhì)蛋白，而蠟質(zhì)蛋白是直鏈淀粉合成的關(guān)鍵酶，水稻胚乳直鏈淀粉含量主要由蠟質(zhì)蛋白水平?jīng)Q定，所以直鏈淀粉含量的高低直接影響水稻食味的好壞[17]?？偟膩碚f，有關(guān)基因是如何調(diào)控作物表面蠟粉合成的研究相對比較少，在基因水平上作物通過何種途徑調(diào)控其表面蠟粉的化學(xué)成分，以及如何調(diào)控作物表層附著方式抵御外界干擾等，還停在假說和推斷的層面上，還有待深入地論證和研究。

3 ?蠟粉含量測定方法

不同作物其表皮蠟粉測定方法有所不同。目前作物表皮蠟粉的測定一般采用以下幾種方法。

3.1 目測法

通過研究者對葉片或者莖稈進(jìn)行直觀的觀察，并確定反映蠟粉多少的一個等級，這種方法由于觀測者的經(jīng)驗以及標(biāo)準(zhǔn)的不同，對同一材料可能會有不同的結(jié)果，人為誤差比較大，用此方法測定的蠟粉存在較大的誤差。

3.2 化學(xué)提取法

目測法存在較大的誤差，結(jié)果受個人影響較大，準(zhǔn)確性較低，因此目前測定蠟粉一般采用化學(xué)提取法，即氯仿（或正己烷）提取。具體步驟為：取待測作物的新鮮葉片或莖稈，剪成小段，置于已知重量的培養(yǎng)皿中稱質(zhì)量，并記錄。然后加入30 mL三氯甲烷浸泡1 min，準(zhǔn)確計時，夾出葉片，在通風(fēng)廚內(nèi)使三氯甲烷完全揮發(fā)，再次稱量培養(yǎng)皿重，2次差值為蠟粉質(zhì)量（g）。測量干物質(zhì)含量，以單位葉片干物質(zhì)重計算蠟粉含量（g·g-1）。蠟粉含量=蠟粉質(zhì)量（g）/葉片或莖稈質(zhì)量（g）[18]。這種方法普遍用在小麥、水稻、玉米等作物的蠟粉提取實驗中，雖然此方法相對目測法來說比較準(zhǔn)確，對實驗條件要求低，操作簡單，但是由于蠟粉具有揮發(fā)性，在取材到測定的這段時間內(nèi)會揮發(fā)，因此測得的數(shù)據(jù)仍然存在較大的誤差。

3.3 色差法

色差法利用色彩色差計進(jìn)行蠟粉的測定。它的測量原理是[19]：利用物理學(xué)中的色差原理，用儀器內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)光源照明樣本，樣本選擇性吸收、反射或散射光線，光電探測器檢測反射光并與標(biāo)準(zhǔn)光源作出比較、計算。經(jīng)過色彩色差計測量后，可直接計算出樣品顏色的三刺激值X、Y、Z，也可根據(jù)測量樣品的需要將這些值轉(zhuǎn)換成其它均勻色空間的顏色參數(shù)，如L*a*b*色空間、L*C*h*色空間、亨特Lab色空間等。因L*a*b*色空間是當(dāng)前最通用的測量物體顏色的色空間之一，適用于所有領(lǐng)域，故一般的分析或檢測均采用L*a*b*色空間。色差法使用的儀器設(shè)計簡單，結(jié)構(gòu)非常堅固，能夠承受日常生活的惡劣環(huán)境，適合在實驗室環(huán)境里及生產(chǎn)環(huán)境中直接操作。

4 展 望

綜上，作物表層蠟粉的合成、運輸是一個復(fù)雜的過程，目前國內(nèi)外對作物蠟粉成分、結(jié)構(gòu)、合成途徑、功能及其遺傳規(guī)律的研究報道很少，有關(guān)基因調(diào)控作物表面蠟粉的合成研究以及基因?qū)ο灧鄣挚雇獠坎涣加绊憴C制的研究報道還比較少見，還未深入地在基因水平上進(jìn)行探討，因此還需要進(jìn)一步的研究。

在作物蠟粉的測定中，傳統(tǒng)方法存在很多缺陷，隨著科技的進(jìn)步，各種新方法不斷涌現(xiàn)，目前比較新穎的方法是色彩色差計法，該法在醫(yī)學(xué)和食品的檢測中比較常見。筆者認(rèn)為，這種方法可以引用到測定作物表皮蠟粉含量的試驗中，為測定蠟粉含量及作物蠟粉研究創(chuàng)造一種新思路。此外，關(guān)于作物蠟粉的遺傳報道相對較少，今后應(yīng)在這方面加強研究。

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