近年來極端天氣越來越頻繁的出現(xiàn)，加劇非生物脅迫對(duì)全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利影響。干旱、高溫、冷害、鹽害等非生物脅迫限制了農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)，使作物生長(zhǎng)受到抑制，幼苗耐性下降，植株抗病能力、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)均受到嚴(yán)重?fù)p害，最終造成農(nóng)作物產(chǎn)量損失和品質(zhì)下降。

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在誘導(dǎo)農(nóng)作物提高抗逆性中應(yīng)用廣泛。但多數(shù)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑功能單一，且對(duì)濃度使用要求嚴(yán)格。茉莉酸類信號(hào)分子調(diào)控劑Coronatine (COR) 冠菌素的發(fā)現(xiàn)，對(duì)提高糧食安全、保障全球農(nóng)業(yè)健康綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

細(xì)菌毒素通常是微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物，這些活性物質(zhì)能夠干擾植物細(xì)胞的正常生理功能或直接殺死細(xì)胞。植物病原體利用一系列細(xì)菌毒素來抑制宿主防御以達(dá)到感染宿主目的。1977年Ichihara等從丁香假單胞菌絳紅致病變種（Pseudomonas syingaepv. atropurpurea）培養(yǎng)液中分離出一種化合物，是能夠在多種植物中引起萎黃病的非宿主特異性細(xì)菌毒素，并將其命名為Coronatine(COR)。通過多年的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)冠菌素COR與脫落酸、茉莉酸有類似的功能，具有調(diào)節(jié)生長(zhǎng)、抑制衰老、促進(jìn)細(xì)胞分化、提高葉綠素含量和植物抗逆性等生理功能。

冠菌素COR是植物激素茉莉酸甲酯（MeJA）的類似物（圖1），作為一種環(huán)境友好型的生物源植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，冠菌素COR只需要極低的濃度就可以起作用，生物活性是茉莉酸甲酯的100～10000倍。冠菌素信號(hào)分子能夠通過茉莉酸途徑調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育和逆境脅迫等眾多生理生化過程，在脫葉、控旺、除草、促進(jìn)轉(zhuǎn)色、增糖、低溫種子萌發(fā)、抗逆、抗病、抗蟲等方面有寬廣的應(yīng)用前景。

圖1. 冠菌素和茉莉酸甲酯的結(jié)構(gòu)比較

成功建立冠菌素發(fā)酵生產(chǎn)線

自從冠菌素被發(fā)現(xiàn)后，如何獲得冠菌素純品一直是植物激素領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。由于其合成工藝復(fù)雜，成本高，難以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，冠菌素的利用也因此受到嚴(yán)重限制。

成都新朝陽(yáng)和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑教育部工程研究中心歷經(jīng)近20年的科研攻關(guān)，獲得了冠菌素產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的一系列成果：應(yīng)用轉(zhuǎn)座子誘導(dǎo)突變、基因重組等方法構(gòu)建了冠菌素的高產(chǎn)基因工程菌，比國(guó)內(nèi)外報(bào)道的產(chǎn)率水平提高5～10倍以上；建立并優(yōu)化了發(fā)酵工藝，經(jīng)5噸和20噸液體發(fā)酵條件下試生產(chǎn)，發(fā)酵周期縮短至7～8 d；建立了膜過濾和活性炭吸附的規(guī)模化濃縮與精制工藝，發(fā)酵液通過超濾膜和納濾膜，去除菌體和大分子蛋白等雜質(zhì)，得到的冠菌素濃縮液，用于制劑制備；通過在濃縮液中加入活性炭，進(jìn)行吸附和解吸附可進(jìn)一步制得含量50%以上的冠菌素粗品和95%以上純品。

基于上述技術(shù)成果，2021年成都新朝陽(yáng)在中國(guó)建立了冠菌素發(fā)酵生產(chǎn)線，從源頭上解決了冠菌素發(fā)酵效價(jià)和收率低的問題，從發(fā)酵、提取工藝、生產(chǎn)成本等方面已實(shí)現(xiàn)冠菌素的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，完全滿足規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用推廣的需求。

在大田作物中獲得顯著提質(zhì)增產(chǎn)效果

2013年5月，經(jīng)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)審定，成都新朝陽(yáng)牽頭獲得了全球中文通用名‘冠菌素’（COR）認(rèn)定。在冠菌素的終端應(yīng)用方面，新朝陽(yáng)研究人員研制了0.006%冠菌素可溶液劑水基化綠色制劑，研制的制劑性能穩(wěn)定，解決了生物調(diào)節(jié)劑的穩(wěn)定性差難題；通過不斷開發(fā)應(yīng)用場(chǎng)景，發(fā)現(xiàn)了冠菌素提高作物抗鹽、抗干旱、抗高（低）溫和抗病等（非）生物逆境以及延緩棉花生長(zhǎng)、促進(jìn)脫葉催熟新效應(yīng)，建立了大田作物應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，使冠菌素同時(shí)具備了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和大田應(yīng)用的條件。

2021年9月3日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)藥檢定所（ICAMA，Institute for the Control of Agrochemicals，MOA）批準(zhǔn)新朝陽(yáng)提交的98%冠菌素原藥和0.006%冠菌素可溶液劑登記申請(qǐng)，這意味著冠菌素這一跨時(shí)代的新型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑獲得正式登記。目前，成都新朝陽(yáng)已將0.006%冠菌素可溶液劑產(chǎn)品成功推向市場(chǎng)。

目前，冠菌素在大豆、玉米、棉花、小麥、水稻等多種大田作物的應(yīng)用中取得顯著的提質(zhì)增產(chǎn)效果。冠菌素種子包衣促進(jìn)大豆低溫條件下出芽、壯苗。室內(nèi)萌發(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用0.006%COR搭配種衣劑包衣處理大豆可以促進(jìn)5℃低溫條件下大豆種子萌發(fā)率，提高豆苗根系活力。冠菌素搭配大量元素水溶肥及種衣劑在大豆上集成配套使用，可以提高大豆抗低溫能力，提高大豆出苗率；且對(duì)大豆根腐病有較好防治效果，對(duì)大豆褐紋病、耙點(diǎn)病以及大豆蚜有一定的防控效果。

圖2 冠菌素包衣處理對(duì)大豆萌發(fā)率的影響

圖3 冠菌素包衣處理對(duì)大豆萌發(fā)率的影響

在棉田高鹽脅迫條件下，使用0.1 μmol/L的冠菌素能降低棉葉中過氧化氫含量，減少葉片受損；棉花種子經(jīng)0.01 μmol/L的冠菌素浸泡12小時(shí)后，能提高鹽脅迫下種子的活力，促進(jìn)萌發(fā)出苗和幼苗生長(zhǎng)，增強(qiáng)棉花幼苗的耐鹽。冠菌素制劑在棉花上的大田增產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果顯示：冠菌素處理小區(qū)的植株莖粗、棉鈴數(shù)和鈴重均有所提升。

圖4 冠菌素處理對(duì)棉花耐鹽能力的影響

冠菌素在水稻上可分別在播種前拌種、破口期和齊穗期噴施使用，水稻大田示范試驗(yàn)結(jié)果顯示，冠菌素處理小區(qū)水稻出苗率更高，幼苗更粗壯，成熟期稻米穗長(zhǎng)增加，單穗粒數(shù)增多，畝產(chǎn)提升18%，稻米的整精米率、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量也有所提升。

圖5 冠菌素對(duì)水稻穗長(zhǎng)的促進(jìn)效果

圖6 冠菌素對(duì)水稻的提質(zhì)增產(chǎn)試驗(yàn)分析結(jié)果

除大田外，新朝陽(yáng)冠菌素在促進(jìn)柑橘、葡萄、番茄、蘋果等轉(zhuǎn)色增糖方面建立了明確的應(yīng)用技術(shù)，可有效促進(jìn)果實(shí)均勻轉(zhuǎn)色，平均提高糖度2°，提前7-10天成熟上市，在脫葉、除草等領(lǐng)域正在進(jìn)行持續(xù)的深入研究及轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

未來，冠菌素的創(chuàng)新應(yīng)用將在提高全球糧食安全、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)中發(fā)揮積極和廣泛的作用，在全球范圍內(nèi)掀起新一輪科技創(chuàng)新帶動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的新浪潮，也必將在世界范圍內(nèi)解決糧食危機(jī)、糧食產(chǎn)量和糧食安全上發(fā)揮持續(xù)而巨大的作用。

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