抗坏血酸（Ascorbic acid，Vitamin C）是广泛存在于植物、动物中的重要水溶性维生素，具有显著的抗氧化作用，能够有效清除体内自由基，保护细胞免受氧化损伤。它不仅参与胶原蛋白合成、免疫调节、铁的吸收等生理过程，还在植物的生长、发育以及抗逆性方面发挥着重要作用。在植物体内，抗坏血酸通过调节抗氧化酶系统、参与信号转导、调控基因表达等多重机制，增强植物的耐逆性和适应性。此外，抗坏血酸的合成与代谢受多种因素的调控，包括光照、温度及外源激素等。因此，了解抗坏血酸在植物中的生物合成途径、代谢调控机制及其与其他抗逆因子的协同作用，对于提高植物抗逆性、改善作物生产性能具有重要意义。2024年12月，Tropical Plants 在线发表了海南大学热带农林学院陈飞教授团队题为A comprehensive review on plant ascorbic acid 的综述文章。这篇综述深入探讨了抗坏血酸（AsA）在植物中的多重生理功能及其调控机制，特别是在植物生理学中的重要作用。抗坏血酸作为一种关键的抗氧化物质，在植物体内发挥着广泛的生理功能。它不仅参与调节植物激素的合成，进而影响植物的生长发育，还在植物应对环境胁迫方面起着至关重要的作用。抗坏血酸通过清除自由基，减少氧化损伤，帮助植物抵御外界氧化压力，并增强植物的免疫系统，提高植物对干旱、盐碱、低温等逆境的适应能力。综述指出，抗坏血酸的抗氧化作用主要通过调节植物体内的抗氧化酶系统，特别是过氧化物酶和超氧化物歧化酶等关键酶的活性，参与抗氧化反应，维持细胞内的氧化还原平衡。此外，抗坏血酸还通过调控植物的信号转导路径和基因表达，进一步增强植物在环境压力下的生存能力。文章进一步分析了抗坏血酸的生物合成途径，特别是Smirnoff-Wheeler途径的详细机制。该途径是目前在高等植物中最为研究和理解的抗坏血酸合成路线，涵盖了从葡萄糖到抗坏血酸的转化过程。此途径展示了植物如何通过一系列酶促反应将葡萄糖转化为抗坏血酸，突显了碳水化合物代谢在抗坏血酸生产中的中心作用。这些途径展示了植物在不同环境条件下的代谢灵活性和多样性，植物可以根据外界环境如温度、光照或水分的变化，选择不同的合成途径，以满足抗氧化需求或增强抗逆性（图1）。在深入分析抗坏血酸的生物合成及代谢途径时，文章还探讨了绿色植物界中AsA基因的起源与早期演化。通过基因热图的展示，文章揭示了不同植物物种在抗坏血酸合成基因的分布情况，进一步提供了其进化的线索。研究表明，抗坏血酸的合成机制在不同植物群体中经历了复杂的演化过程，体现了植物在不断变化的环境条件下优化其代谢途径的能力，帮助植物适应不同的生态位和生理需求（图2）。图2 绿色植物界中抗坏血酸（ASA）基因的起源与早期演化
此外，综述还评估了当前广泛应用的多种抗坏血酸检测方法，并对其在农业和食品领域中的应用潜力进行了详细分析。高效液相色谱（HPLC）、荧光检测法、电化学检测法和分光光度法等技术各具优势，能够提供准确的抗坏血酸定量结果。然而，未来的研究将侧重于提升检测方法的灵敏度、速度和便捷性，尤其是开发能够支持大规模现场监测的新型便携式检测技术。例如，纳米传感器和微流控技术的结合有望使抗坏血酸检测更加高效、精确，并为农业生产提供实时、准确的数据支持，帮助优化作物生长和环境管理。最后，文章展望了通过基因工程和多组学方法提高抗坏血酸含量、增强作物抗逆性的策略。通过调控抗坏血酸合成途径中关键基因，尤其是利用基因编辑技术（如CRISPR/Cas9）定向修改与抗坏血酸合成相关的基因，作物的抗逆性可以显著提高。这些基因工程方法不仅能增强作物对环境压力的适应性，还能提升作物的生产性能，尤其是在气候变化导致逆境压力日益增加的背景下。此外，结合转录组学、代谢组学和基因组学的多组学技术，能够深入了解抗坏血酸合成调控的分子机制，为精准育种提供理论依据和技术支持，推动作物抗逆性改良和农业可持续发展。海南大学热带农林学院陈飞教授为该文通讯作者，硕士生王冲和Pedro García-Caparros教授、李志栋博士后为共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金（32172614）、海南省科技专项资金（ZDYF2023XDNY050）、海南省自然科学基金（324RC452）以及国家热带作物育种重点实验室项目（NO. NKLTCB202337）的支持。原文链接：
https://doi.org/10.48130/tp-0024-0042
tp-0024-0042.pdf
特邀作者：王 冲
编辑：顾笑寅
审核：李 悦
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