Se espera que la guanosina desempeñe un papel importante en la producción agrícola y contribuya al desarrollo ecológico de la agricultura.
La historia del desarrollo de la guanosina
En 1977, Ichihara et al. aislaron por primera vez la coronatina E (COR) del medio de cultivo de Pseudomonas lilacinus. Inicialmente, se descubrió que inducía el amarillamiento del raigrás. Con una investigación en profundidad sobre COR, se descubrió que la estructura y función del COR son similares al ácido jasmónico y tiene funciones fisiológicas como regular el crecimiento, inhibir la senescencia, promover la diferenciación celular, aumentar el contenido de clorofila y la resistencia al estrés de las plantas. En ese momento, los fitopatólogos chinos tradujeron la coronatina en coronatoxina. A partir de 1992, Young et al descubrieron que la coronatina tiene funciones similares al ácido abscísico y al ácido jasmónico, por lo que pasó a llamarse coronatina en función de su función fisiológica.
Desde el descubrimiento de la guanosina, cómo obtener guanosina pura ha sido un tema candente en el campo de las hormonas vegetales. La guanosina es difícil de obtener. Diming Hara de la Universidad de Hokkaido en Japón solo obtuvo 60 mg de guanosina de 250 litros de caldo de fermentación mediante fermentación. Por lo tanto, creía que el rendimiento de guanosina era muy bajo y difícil de producir mediante fermentación, lo que limitaba la posibilidad de realizar una gran cantidad de fermentación. Estudios funcionales en plantas. Con la confirmación de la estructura molecular de la guanosina y el estudio en profundidad de sus funciones, se ha llevado a cabo a gran escala la selección de bacterias productoras de guanosina, la optimización de las condiciones de fermentación y la tecnología de separación y purificación.
Con el apoyo del "Plan 863" nacional, el grupo de investigación "Reguladores del crecimiento vegetal, investigación de herbicidas biológicos y creación de productos" de mi país está formado por expertos multidisciplinarios de la Universidad Agrícola de China y otras unidades que abordan conjuntamente problemas clave en Cultivo de plantas resistentes a altas temperaturas y de alto rendimiento. Se logró un avance clave en bacterias genéticamente modificadas. Se construyeron bacterias genéticamente modificadas con alta producción de coronatina mediante mutagénesis de transposones y recombinación genética, lo que aumentó el rendimiento de 5 a 10 veces en comparación con los informes nacionales y extranjeros. Se estableció y optimizó el proceso de fermentación. Después de una producción de prueba en condiciones de fermentación líquida de 5 toneladas y 20 toneladas con un ciclo de fermentación de 7 a 8 días, se estableció la primera línea de producción de fermentación coronatina del mundo en Chengdu New Chaoyang Biochemical Co., Ltd., y una filtración por membrana y adsorción con carbón activado. Se estableció un sistema de concentración y refinación a gran escala. El caldo de fermentación se pasa a través de membranas de ultrafiltración y membranas de nanofiltración para eliminar impurezas como bacterias y proteínas macromoleculares, y el concentrado de coronatina obtenido se puede utilizar para la preparación. Añadiendo carbón activado a la solución concentrada para adsorción y desorción, se puede preparar adicionalmente un producto de coronatina crudo con un contenido superior al 50 % y un contenido de coronatina pura superior al 95 %.
Los investigadores han desarrollado preparaciones verdes a base de agua y agentes de liberación nanocontrolados, como preparaciones acuosas de coronatina, concentrados en suspensión, etc. Las preparaciones desarrolladas tienen un rendimiento estable y resuelven el problema de la mala estabilidad de los reguladores biológicos. Descubrió el nuevo papel de la coronatina para mejorar la resistencia de los cultivos a la sal, la sequía, las temperaturas altas (bajas), las enfermedades y otros estreses (no) biológicos, retrasando el crecimiento del algodón, promoviendo la defoliación y la maduración, etc., y estableció tecnologías clave para los cultivos de campo. Aplicación, lo que permite que la coronatina cumpla con las condiciones para la producción industrial y la aplicación de campo por primera vez.
El mecanismo de acción de la guanosina
La guanosina es un nuevo regulador de origen vegetal producido utilizando modernas tecnologías de fermentación biológica, separación en columna y separación por purificación. Es un nuevo tipo de regulador del crecimiento de las plantas, que se compone de ácido corona que contiene aminoácidos y ácido corona con estructura policétida conectada a través de enlaces amida. Se trata de una especie de "autointerés" producido por patógenos como Pseudomonas syringae durante el proceso de infección de las plantas. Altas concentraciones pueden inducir la rápida apertura de los estomas, destruir la función inmune innata de las hojas de las plantas y hacer que las plantas sean susceptibles a las enfermedades. Sin embargo, concentraciones muy bajas de coronatina tienen un efecto regulador fisiológico muy alto sobre el crecimiento, la diferenciación, el desarrollo, el metabolismo secundario y la mejora de la resistencia al estrés (resistencia a la sequía, resistencia al frío, tolerancia a la sal) y a las enfermedades de las plantas.
Como regulador biológico del crecimiento de las plantas respetuoso con el medio ambiente, la coronatina puede funcionar en concentraciones muy bajas y su actividad biológica es de 100 a 10.000 veces mayor que la del ácido jasmónico.
Cuando las plantas se encuentran en condiciones naturales como bajas temperaturas, daños por congelación, sequía, etc., la coronatina puede inducir la producción de factores de resistencia al regular las funciones de crecimiento de las plantas, mejorar la "resistencia" de las plantas, reducir el daño de ambientes adversos a las plantas y evitar el entorno natural. Efectos del cambio y los desastres sobre la salud vegetal.
Aplicación potencial de la guanosina
3.1 Trigo
El trigo es un cultivo alimentario importante en mi país y su rendimiento y calidad están directamente relacionados con la seguridad alimentaria de mi país. . Los vientos cálidos y secos son uno de los principales desastres meteorológicos en las zonas productoras de trigo del norte de mi país y reducen gravemente los rendimientos entre un 10 y un 20%.
Las investigaciones muestran que bajo estrés por altas temperaturas, el tratamiento con coronatina es beneficioso para mantener un mayor contenido relativo de agua en las hojas de trigo, promover la síntesis de proteínas solubles, mejorar la capacidad de regulación osmótica de las células y mitigar los efectos de Las altas temperaturas hasta cierto punto dañan el trigo y mejoran su capacidad para soportar altas temperaturas. La relación raíz-brote del trigo tratado con guanosina aumentó a bajas temperaturas, lo que indica que la guanosina puede promover el crecimiento de las raíces y mejorar la resistencia del trigo al frío a bajas temperaturas.
La investigación realizada por Li Fei y otros muestra que la concentración de pulverización es 1? Mol/L de coronatina puede aumentar la altura de la planta, el peso fresco y seco de las plántulas de trigo de invierno y aumentar el contenido relativo de agua, el contenido de clorofila y el contenido de proteínas solubles de las hojas de las plántulas, mejorando así significativamente la resistencia a la sequía de las plántulas de trigo de invierno (Ciencias Agrícolas de Anhui). , 2014, 42(9): 2537-2540).
3.2 Maíz
Según los resultados de la investigación del Centro de Investigación de Control Químico de Cultivos de la Universidad Agrícola de China, el tratamiento del maíz con coronatina puede aumentar significativamente el azúcar soluble y las frutas en conserva en las hojas de Plántulas de maíz sometidas a estrés por sequía. El contenido de aminoácidos es beneficioso para mejorar la tolerancia a la sequía de las plántulas de maíz. La sequía afecta la fotosíntesis y la respiración de las plántulas de maíz. Los estomas de las plántulas de maíz tratadas con guanosina están más abiertos, aumenta la entrada de dióxido de carbono y el dióxido de carbono absorbido por los estomas se utiliza por completo, por lo que se puede mantener una mayor fotosíntesis y más. Se puede sintetizar materia seca. La base del tallo y la longitud de la raíz de las plántulas de maíz aumentaron.
Un estudio realizado por Tao Qun y otros demostró que el tratamiento del maíz con guanosina redujo significativamente la altura de la planta del maíz, aumentó el diámetro máximo de los entrenudos debajo de la mazorca, mejoró la capacidad anti-rotura de los entrenudos, mejorando así la fuerza del tallo del maíz. La capacidad de resistir el acame. Al mismo tiempo, el tratamiento de la corona acortó significativamente la longitud del entrenudo debajo de la oreja, redujo la altura de la oreja, aumentó la longitud del entrenudo sobre la oreja, amplió la distancia entre las hojas en la oreja y redujo el área foliar. de una sola planta, y acortó el flujo de nutrientes y agua al suelo. La distancia de transporte aumenta el área de la sección transversal de transporte, promueve el aumento del rendimiento, permite que el grupo tenga suficiente luz y crea condiciones favorables para una vida razonable. Plantación densa y prevención de acame. Las concentraciones adecuadas de coronatina también pueden aumentar el número de mazorcas, los granos por mazorca y el peso de mil granos de maíz, y reducir la longitud de las puntas calvas (Acta Agronomica Sinica, 2019, 21 (1): 43-51).
3.3 Algodón
Los estudios realizados por Wu Lan y otros han demostrado que la solución soluble de guanosina al 0,06 tiene cierto efecto de aumento del rendimiento en el algodón, es segura para los cultivos y no causa fitotoxicidad. El uso de una solución de coronatina soluble al 0,06 puede mejorar la resistencia del algodón a las enfermedades, promover el crecimiento del algodón, fortalecer los tallos y madurar el algodón por adelantado, logrando así el efecto de aumentar el rendimiento (Botanist, 2017, (5): 54-56).
Bajas concentraciones de coronatina son beneficiosas para aumentar la resistencia al estrés de las plantas, mientras que altas concentraciones de coronatina pueden provocar la degradación de la clorofila en las hojas e inducir la caída de frutos y otros órganos. La alta concentración de coronatina puede promover la "defoliación" del algodón y favorece la mecanización de la cosecha del algodón. Su eficacia y bajo costo también proporcionarán un amplio valor de aplicación en el mercado para la producción de algodón. La coronatina en alta concentración también tiene la función de "herbicida sistémico", brindando nuevas opciones para el desarrollo de nuevos herbicidas.
3.4 Soja
La soja es sensible a la luz y a la temperatura, especialmente a las bajas temperaturas en la etapa de plántula, lo que no sólo restringe la producción de soja en latitudes altas, sino que también afecta la siembra de La soja de primavera en el sur, lo que lleva a la disminución de la soja en mi país. La superficie de siembra y el rendimiento son bajos. El cultivo y el rendimiento de la soja están estrechamente relacionados con la seguridad alimentaria de China. La investigación actual muestra que rociar una cierta concentración de guanosina puede aumentar la tasa de emergencia de la soja a baja temperatura, lo que tendrá un profundo impacto en la siembra de soja de mi país y en el comercio internacional de soja. Puede utilizarse como tecnología de reserva estratégica para los alimentos de mi país. seguridad para hacer frente al impacto del comercio global.
3.5 Cítricos
Con el fin de verificar el papel de la guanosina en la regulación del crecimiento, promoviendo la diferenciación celular, afectando el contenido de clorofila y mejorando la resistencia al estrés de las plantas en diferentes concentraciones, Chengdu Xinchaoyang Crop Science Co. ., Ltd. El centro de investigación y desarrollo de la compañía llevó a cabo pruebas de campo de resistencia al frío con guanosina utilizando cítricos (Chunjian) como variedad de prueba.
Los resultados mostraron que bajo estrés por bajas temperaturas, la coronatina puede estimular el propio sistema inmunológico de la planta, inducir la producción de enzimas antioxidantes intracelulares, aumentar el contenido de prolina y azúcar, reduciendo así el grado de daño de la fruta. Rociar una concentración más baja de guanosina antes de las bajas temperaturas puede mejorar significativamente la resistencia al frío de los cítricos y reducir la tasa de congelación de los cítricos no embolsados.
Perspectivas
Con los cambios en el clima y las condiciones ecológicas, la exploración de teorías y tecnologías para mejorar la resistencia al estrés de los cultivos es de gran importancia para mejorar la productividad de los cultivos y promover el desarrollo rápido y saludable de la agricultura. A través de la tecnología de control de cultivos y el uso de la nueva coronatina, reguladora del crecimiento de las plantas, se espera que desempeñe un papel importante en la práctica de producción y mejore la capacidad de las plantas para adaptarse al estrés. Debido a la necesidad de investigar las funciones fisiológicas de la guanosina y sus perspectivas de aplicación industrial y agrícola cada vez más amplias, la investigación sobre la producción de guanosina cobra mayor importancia. Al elaborar la ruta técnica para la biosíntesis de coronatina, se logrará un gran avance en la investigación de la producción de coronatina. Un mayor desarrollo del mercado de registro e industrialización de coronatinas y pesticidas ayudará a mejorar la competitividad comercial global de los productos agrícolas de China, garantizará la seguridad alimentaria de China y contribuirá al desarrollo ecológico y sostenible de la agricultura de China.