【系列专题】 新朝阳：植物生长调节剂COR冠菌素的全球首家产业化和应用突破

【 新朝阳：植物生长调节剂COR冠菌素的全球首家产业化和应用突破 】

近年来极端天气越来越频繁的出现，加剧非生物胁迫对全球农业生产的不利影响。干旱、高温、冷害、盐害等非生物胁迫限制了农作物的正常生长，使作物生长受到抑制，幼苗耐性下降，植株抗病能力、营养生长和生殖生长均受到严重损害，最终造成农作物产量损失和品质下降。

植物生长调节剂在诱导农作物提高抗逆性中应用广泛。但多数植物生长调节剂功能单一，且对浓度使用要求严格。茉莉酸类信号分子调控剂Coronatine (COR) 冠菌素的发现，对提高粮食安全、保障全球农业健康绿色可持续发展具有重要意义。

细菌毒素通常是微生物的次级代谢产物，这些活性物质能够干扰植物细胞的正常生理功能或直接杀死细胞。植物病原体利用一系列细菌毒素来抑制宿主防御以达到感染宿主目的。1977年Ichihara等从丁香假单胞菌绛红致病变种（Pseudomonas syingaepv. atropurpurea）培养液中分离出一种化合物，是能够在多种植物中引起萎黄病的非宿主特异性细菌毒素，并将其命名为Coronatine(COR)。通过多年的研究，研究人员发现冠菌素COR与脱落酸、茉莉酸有类似的功能，具有调节生长、抑制衰老、促进细胞分化、提高叶绿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）的类似物（图1），作为一种环境友好型的生物源植物生长调节剂，冠菌素COR只需要极低的浓度就可以起作用，生物活性是茉莉酸甲酯的100～10000倍。冠菌素信号分子能够通过茉莉酸途径调节植物生长发育和逆境胁迫等众多生理生化过程，在脱叶、控旺、除草、促进转色、增糖、低温种子萌发、抗逆、抗病、抗虫等方面有宽广的应用前景。

图1. 冠菌素和茉莉酸甲酯的结构比较

成功建立全球首条冠菌素发酵生产线

自从冠菌素被发现后，如何获得冠菌素纯品一直是植物激素领域研究的热点。由于其合成工艺复杂，成本高，难以进行工业化生产，冠菌素的利用也因此受到严重限制。

成都新朝阳和中国农业大学植物生长调节剂教育部工程研究中心历经近20年的科研攻关，获得了冠菌素产业化生产的一系列成果：应用转座子诱导突变、基因重组等方法构建了冠菌素的高产基因工程菌，比国内外报道的产率水平提高5～10倍以上；建立并优化了发酵工艺，经5吨和20吨液体发酵条件下试生产，发酵周期缩短至7～8 d；建立了膜过滤和活性炭吸附的规模化浓缩与精制工艺，发酵液通过超滤膜和纳滤膜，去除菌体和大分子蛋白等杂质，得到的冠菌素浓缩液，用于制剂制备；通过在浓缩液中加入活性炭，进行吸附和解吸附可进一步制得含量50%以上的冠菌素粗品和95%以上纯品。

基于上述技术成果，2021年成都新朝阳在中国建立了世界上第一条冠菌素发酵生产线，从源头上解决了冠菌素发酵效价和收率低的问题，从发酵、提取工艺、生产成本等方面已实现冠菌素的产业化生产，完全满足规模化生产和应用推广的需求。

在大田作物中获得显著提质增产效果

2013年5月，经中国标准化技术委员会审定，成都新朝阳牵头获得了全球中文通用名‘冠菌素’（COR）认定。在冠菌素的终端应用方面，新朝阳研究人员研制了0.006%冠菌素可溶液剂水基化绿色制剂，研制的制剂性能稳定，解决了生物调节剂的稳定性差难题；通过不断开发应用场景，发现了冠菌素提高作物抗盐、抗干旱、抗高（低）温和抗病等（非）生物逆境以及延缓棉花生长、促进脱叶催熟新效应，建立了大田作物应用的关键技术，使冠菌素同时具备了产业化生产和大田应用的条件。

2021年9月3日，农业农村部农药检定所（ICAMA，Institute for the Control of Agrochemicals，MOA）批准新朝阳提交的98%冠菌素原药和0.006%冠菌素可溶液剂登记申请，这意味着冠菌素这一跨时代的新型植物生长调节剂获得首次正式登记。目前，成都新朝阳已将0.006%冠菌素可溶液剂产品成功推向市场。

目前，冠菌素在大豆、玉米、棉花、小麦、水稻等多种大田作物的应用中取得显著的提质增产效果。冠菌素种子包衣促进大豆低温条件下出芽、壮苗。室内萌发实验结果显示，使用0.006%COR搭配种衣剂包衣处理大豆可以促进5℃低温条件下大豆种子萌发率，提高豆苗根系活力。冠菌素搭配大量元素水溶肥及种衣剂在大豆上集成配套使用，可以提高大豆抗低温能力，提高大豆出苗率；且对大豆根腐病有较好防治效果，对大豆褐纹病、耙点病以及大豆蚜有一定的防控效果。

图2 冠菌素包衣处理对大豆萌发率的影响

图3 冠菌素包衣处理对大豆萌发率的影响

在棉田高盐胁迫条件下，使用0.1 μmol/L的冠菌素能降低棉叶中过氧化氢含量，减少叶片受损；棉花种子经0.01 μmol/L的冠菌素浸泡12小时后，能提高盐胁迫下种子的活力，促进萌发出苗和幼苗生长，增强棉花幼苗的耐盐。冠菌素制剂在棉花上的大田增产试验结果显示：冠菌素处理小区的植株茎粗、棉铃数和铃重均有所提升。

图4 冠菌素处理对棉花耐盐能力的影响

冠菌素在水稻上可分别在播种前拌种、破口期和齐穗期喷施使用，水稻大田示范试验结果显示，冠菌素处理小区水稻出苗率更高，幼苗更粗壮，成熟期稻米穗长增加，单穗粒数增多，亩产提升18%，稻米的整精米率、直链淀粉含量和蛋白质含量也有所提升。

图5 冠菌素对水稻穗长的促进效果

图6 冠菌素对水稻的提质增产试验分析结果

除大田外，新朝阳冠菌素在促进柑橘、葡萄、番茄、苹果等转色增糖方面建立了明确的应用技术，可有效促进果实均匀转色，平均提高糖度2°，提前7-10天成熟上市，在脱叶、除草等领域正在进行持续的深入研究及转化应用。

未来，冠菌素的创新应用将在提高全球粮食安全、农产品产量和品质中发挥积极和广泛的作用，在全球范围内掀起新一轮科技创新带动农业生产技术进步的新浪潮，也必将在世界范围内解决粮食危机、粮食产量和粮食安全上发挥持续而巨大的作用。