脱落酸
脱落酸（英文名称：Abscisic acid，简称ABA），又称脱落素Ⅱ、休眠素、促熟丹、离层酸等，是植物体内存在的一种天然抑制剂，也是一种植物激素。其外观为白色粉末，弱酸性，难溶于水，易溶于甲醇、乙醇等有机溶剂。分子式为C15H20O4，摩尔质量为264.32g/摩尔。
脱落酸在维管植物中分布广泛，被子植物门、裸子植物、低等蕨类植物门中都存在，但苔藓植物没有。高等植物各器官和组织中都有脱落酸，如叶子、芽、果实、种子、块茎等，但含量极微。其在植物体内的生理功能主要包括促进衰老和脱落、促进休眠和抑制生长等。植物体内脱落酸不仅存在多种抑制效应，还有多种促进效应。对于不同组织，它可以产生相反的效应。脱落酸有顺式与反式，反式－己二烯二酸两种，只有顺式才有活性。顺式脱落酸对光敏感，在紫外光下缓慢转化为反式脱落酸而失去活性。
脱落酸的生物合成包括C15直接途径和C40间接途径。前者存在于某些真菌中，由法尼基焦磷酸经环化和氧化作用直接形成；后者由类胡萝卜素氧化裂解形成。脱落酸在农业领域可以用于组织培养帮助生长；促进种子、果实的贮藏物质，可以提高粮食作物和果树产量的目的；能够诱导植物抗寒抗冻能力的产生，帮助作物抵抗早春期间的低温冷害以及培育新的抗寒力强的作物品种；外源施用可以提高作物的抗旱力和耐盐力。脱落酸在园林领域可以控制花芽分化，调节花期，促进生根。
相关历史
1953年，班纳特-克拉克（Bennet-Clark）和凯福德（Kefford）在利用燕麦小麦胚芽鞘弯曲试验研究植物提取物中的生长素时，分离到了一种抑制胚芽鞘切段生长的化合物，称之为“抑制剂-B”。1961年，刘伟昌（W.C.liu）等在研究棉花幼铃的脱落时机制过程中，从成熟的干棉壳中分离纯化出了促进脱落的物质，并命名这种物质为脱落素，后来阿迪科特（F.T.Addicott）将其称为脱落素Ⅰ。
1963年，阿迪科特等从225kg、4~7天龄的鲜棉铃中分离纯化出9mg具有高度活性的促进脱落的物质，命名为脱落素Ⅱ。进一步的结构分析表明脱落素Ⅰ和脱落素Ⅱ为同一物质。几乎在脱落素Ⅱ发现的同时，英国研究小组正在进行着木本植物休眠的研究。科学家从桦树叶中提取出了一种能抑制生长并诱导旺盛生长的枝条进入休眠的物质，他们将其命名为休眠素。1965年，韦尔林（Wareing）和康福思（Cornforth）从28kg秋天的干械树叶中得到了260mg的休眠素纯结晶，通过与脱落素Ⅱ的分子量、红外光谱和熔点等的比较鉴定，确定休眠素和脱落素Ⅱ是同一物质。1967年，在渥太华召开的第六届国际生长物质会议上，这种生长调节物质正式被定名为脱落酸，简称ABA。
1976年，领士登（Livingston）获得了ABA作为抗癌药的美国专利。1986年，勒佩奇-德吉夫里（Le Page-Degivry）等首次报道了ABA及其结合物在动物中枢神经系统中存在。同年，哈达特（Huddart）等发现ABA是几种哺乳动物的平滑肌制剂和蓝藻的Ca2+激动剂。
生理作用
促进衰老、脱落
脱落酸最初引起人们注意是因其促进棉铃脱落。ABA促进器官脱落主要是促进了离层的形成。将ABA溶液涂抹于去除叶片的棉花外植体叶柄切口上，几天后叶柄就开始脱落，此作用十分明显，已被用于脱落酸的生物鉴定。脱落酸是否对脱落起作用仍存在争议，有研究认为脱落酸可以促进乙烯产生，乙烯促进脱落，脱落酸对脱落的作用是间接的。在很多植物中脱落酸促进的是衰老而不是脱落本身。对离体燕麦叶片衰老的研究发现，脱落酸作用于衰老早期，是启动和诱导作用；乙烯作用于衰老晚期。
促进休眠
外用脱落酸时，可使旺盛生长的枝条停止生长而进入休眠，这是它最初也被称为“休眠素”的原因。在秋天的短日条件下，叶中甲瓦龙酸合成GAs的量减少，而类胡萝卜降解后形成的ABA量不断增加，使芽进入休眠状态以便越冬。种子休眠与种子中存在脱落酸有关，如桃、蔷薇三姐妹的休眠种子的外种皮中存在脱落酸，所以只有通过层积处理，脱落酸水平降低后，种子才能正常发芽。
抑制生长
ABA能抑制整株植物或离体器官的生长，也能抑制种子的萌发。ABA的抑制效应比植物体内的另一类天然酚抑制剂要高千倍。酚类物质是通过毒害发挥其抑制效应的，是不可逆的，而ABA的抑制效应则是可逆的，一旦去除ABA，枝条的生长或种子的萌发又会立即开始。
提高抗逆性
研究发现，在干旱、水涝、高温、低温、盐渍等逆境条件下，脱落酸含量会迅速增加，调节植物的生理生化变化，以适应逆境，所以脱落酸又称为“应激激素”或“胁迫激素”。最常见的例子是叶片缺水时，叶片中的脱落酸迅速增多，导致气孔关闭，减少水分散失，提高抗旱能力。脱落酸还有增加L-脯氨酸含量，稳定膜结构等效应。
调节气孔运动
ABA是植物根系传送“干旱信息”的主要物质。ABA对气孔运动的调节已经成为人们研究信号感受和信号转导机制的模式系统。拟南芥、番茄等植物的ABA缺失型突变体表现出持续的萎蔫，原因是由于内源ABA水平过低，导致叶片的气孔开度过大和水分散失过快而引起的，喷洒外源ABA可以使气孔关闭，缓解萎蔫现象。
促进种子成熟
脱落酸在种子发育中的作用有三个：①在种子发育的中后期，内源脱落酸开始累积并在不久达到峰值，这与胚在发育期间蛋白质的积累一致，因而认为脱落酸对种子胚的发育及蛋白质的合成具有重要的调节作用，脱落酸促进种子的成熟和休眠；②脱落酸可提高种子对脱水的耐性；③脱落酸还能抑制胚在成熟前的早萌即穗上发芽。
影响开花
在长日照条件下，脱落酸可使草莓和黑莓顶芽休眠，促进开花。
影响性分化
赤霉素能使大麻的雌株形成雄花，此效应可被脱落酸逆转，但脱落酸不能使雄株形成雌花。
作用机理
研究表明，植物体内ABA不仅存在多种抑制效应，还有多种促进效应。对于不同组织，它可以产生相反的效应，例如，ABA可促进保卫细胞的胞液Ca2+水平上升，却诱导糊粉层细胞的胞液Ca2+水平下降。Ca2+是ABA诱导气孔关闭过程中的一种第二信使。ABA促进鸭跖草气孔关闭有赖于可利用Ca2+的存在。在缺Ca条件下，ABA几乎不抑制气孔开放，而在Ca充足的条件下，ABA能诱导鸭草下表皮保卫细胞的胞液游离Ca2+水平迅速升高，而且这种升高现象出现在气孔关闭之前。
生物合成
C15直接途径一类帖途径
在某些真菌中可由甲羟戊酸（MVA）经中间产物法尼基焦磷酸（FPP）环化而形成脱落酸，此途径中许多步骤还不清楚。由于化学合成脱落酸价格极其昂贵，通常人们探索用适宜的真菌发酵生产脱落酸。
C40的间接途径—类胡萝卜素途径
此途径主要存在于维管植物中。脱落酸的碳骨架与一些类胡萝卜素的末端部分很相似，如紫黄质、新黄质、叶黄素等，推测脱落酸可能来自类胡萝卜素的裂解，到1984年得到实验证实。其合成大致过程：在质体中3个异戊烯基焦磷酸（IPP）聚合成法尼基焦磷酸（C15），经八氢番茄红素和β-胡萝卜素形成叶黄素循环库中的一种玉米黄质（C40），然后在玉米黄质环氧酶（ZEP）的2步催化下转变为紫黄素，随后转变为9-顺丁烯二酸二丁酯新黄素和9-顺式-紫黄素，在9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶（NCED）作用下形成黄氧素（C15），然后从质体运出，在短链类脱氢酶/还原酶（SDR）作用下转变为脱落酸醛，进一步在脱落酸醛氧化酶（AAO）作用下氧化为脱落酸。
分布与运输
脱落酸在维管植物中分布广泛，被子植物门、裸子植物、低等蕨类植物门中都存在，另外在某些苔藓植物和藻类中发现存在有ABA的同时，还含有一种化学性质与脱落酸相近的生长抑制剂，称为半月苔酸。高等植物各器官和组织中都有脱落酸，如叶子、芽、果实、种子、块茎等，但含量极微。通常幼嫩组织中脱落酸较少，而衰老、休眠或将要脱落的器官和组织中脱落酸含量多。植物在干旱、渗透胁迫等逆境下脱落酸含量会迅速增加。例如，干旱脱水时，植物叶片中脱落酸可以在短时间内上升50倍。水生植物的ABA含量很低，一般为3~5μg·kg-1；陆生植物含量高些，温带谷类作物通常含50~500μg·kg-1，一些果树如鳄梨的中果皮与团花种子含量高达10mg·kg-1与11.7mg·kg-1。
脱落酸的运输无极性，木质部、韧皮部都可以运输，主要以游离形式运输，部分以结合态的形式运输，也有部分以脱落酸糖苷的形式运输。脱落酸在植物体的运输速度很快，在茎或叶柄中的运输速率大约是20mm·h-1。通常在韧皮部汁液中含量较为丰富。使用同位素示踪标记的脱落酸处理植物叶片后，发现脱落酸可以沿着茎向上或向下运输，没有极性；但在菜豆叶柄切段中，向基部运输的速率是向顶部运输的2~3倍，而后逐渐在根部积累；将茎部韧皮部环剥能够阻止这一进程，说明韧皮部在脱落酸的运输中起到了关键的作用。干旱胁迫的逆境下，根系内合成的脱落酸也可以依赖木质部运输到枝条和叶片中。
代谢
脱落酸可使细胞内的单糖或氨基酸以共价键结合而失去活性。结合态的ABA可水解重新释放出ABA。因而结合态ABA是ABA的贮藏形式。但干旱所造成的ABA迅速增加并不是来自于结合态ABA的水解，而是重新合成的。ABA的主要钝化形式是ABA羧基与葡萄糖的羟基形成脂而修饰。脱落酸通过一些途径而失去活性，其中主要有以下两条途径。
应用领域
农业领域
脱落酸可以用于组织培养帮助生长。在培养苜胚状体的液体培养基中，在胚状体产生的中后期，加入脱落酸，放置在4℃下3周，使胚状体呈白色，成株率提高；离体黄瓜子叶和石刁柏茎基在组织培养中，于MS培养基中加入脱落酸，可促进不定根生长。
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。利用脱落酸的这一生理活性，在种子和果实发育早期外施，以达到提高粮食作物和果树产量的目的。
脱落酸能够诱导植物抗寒抗冻能力的产生，被认为是抗冷基因表达的启动因子。脱落酸的这一活性作用，将有可能应用于帮助作物抵抗早春期间的低温冷害以及培育新的抗寒力强的作物品种。
脱落酸可以提高植物的抗旱力和耐盐力。如在土壤干旱胁迫下，诱导叶片细胞质膜上的信号传导，导致叶片气孔不均匀关闭，减少水分蒸腾散失，提高植物抗旱能力。大量的研究证实，外源施用可以提高作物的抗旱力和耐盐力。如喷施脱落酸可使玉米苗、小麦苗度过短时干旱（10~20天）而保持苗株鲜活；可使小麦、大麦、玉米、高粱幼苗在高盐土壤环境中提高存活率。
园林领域
脱落酸还能控制花芽分化，调节花期，促进生根，在花卉园艺上有很大的应用价值；其能抑制种子在保藏期内萌发的活性，已开始应用于中国的“种子工程”。
理化性质
脱落酸为白色粉末，弱酸性，熔点为160~161℃，难溶于水（仅为3~5g/L（20℃）），易溶于甲醇、乙醇、丙酮、三氯甲烷、乙酸乙酯与三氯甲等有机溶剂，也可溶于碳酸氢钠等碱性溶液中，难溶于醚、苯等。脱落酸有顺式与反式，反式－己二烯二酸两种，只有顺式才有活性。顺式脱落酸对光敏感，在紫外光下缓慢转化为反式脱落酸而失去活性。
分子结构
脱落酸是以2-甲基-1，3-丁二烯为基本结构单位组成的含有15个碳的酸性倍半萜化合物。化学名称为3-甲基5(1'-羟基4'-氧-2',6',6,'-三甲基-2'-环己烯1'基)-2,4-戊二烯酸，分子式C15H20O4。脱落酸有双键，因此有顺丁烯二酸二丁酯和反式异构体，顺式才有活性，自然界存在的脱落酸几乎都是顺式构象。六元环中1'位置有1个不对称碳原子，所以有S和R两种对映异构体。S异构体是自然界存在的，人工合成的脱落酸是R型和S型的等量混合物。在种子成熟等长期反应中，两种对映异构体都有活性；但快速反应中，如气孔关闭，只有S型有活性。
参考资料
Abscisic acid | C15H20O4 | CID 5280896 - PubChem.PubChem.2024-04-16