化感作用（allelopathy，又称他感作用）指某种植物会释放特定化学物质，对周边植物的生长等方面造成影响的现象。引发化感作用的化学物质被称为“化感物质（allelochemical）”，其中具有生长抑制作用的类型，作为天然来源的生物除草剂候选物而备受关注。
日本九州大学研究生院药学研究院的Poomraphie Nuntawong助教、森元聪名誉教授、坂元政一副教授等人的研究团队，与顺天堂大学药学部的宫本智文教授、泰国朱拉隆功大学药学部的Varalee Yodsurang助教合作，建立了模拟自然环境的土壤基质生物测定法，成功新发现了一种核桃楸拥有化感物质“2Z-癸异戊二烯醇（2Z-decaprenol）”。研究还发现，2Z-癸异戊二烯醇一方面会激活部分防御响应系统的通路，另一方面则抑制胁迫响应系统的通路，通过扰乱防御平衡来提高目标植物的敏感性。这一研究成果不仅有助于深化对植物间化学相互作用的理解，更有望为环境友好型新一代生物除草剂的开发提供支持。相关研究成果已发表在期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》上。
图1 研究概要图（供图：九州大学）
核桃树周围不易滋生杂草的现象自古以来便为人所知，已知其主要化感物质为核桃醌。虽然化感作用的表达路径有多种，但对于核桃而言，从落叶及植物残体中释放的物质直接发挥作用的可能性较高。
研究团队建立了一种使用模拟叶片的滤纸进行的土壤基质生物测定法。他们将该方法应用于核桃属的核桃楸（Juglans mandshurica），并探索了对模式植物烟草表现出化感作用活性的物质。首先，运用生物测定发现，从核桃楸叶片中提取的正己烷组分会强烈抑制烟草幼苗的生长。该组分与其他组分相比核桃醌的含量是最低的，这提示该生长抑制活性可能并非出自于核桃醌。
于是，通过6次生物测定引导分离操作后，研究团队成功完成了主要活性成分的分离与结构鉴定。经确认，该化合物为类异戊二烯类的2Z-癸异戊二烯醇（2Z-decaprenol），在核桃楸叶片中的含量最高可达0.27%。该物质此前虽一直未被察觉，但研究表明，它具有显著降低植物的生物量及根、茎长度的强生理活性，还会引发根部卷曲等形态异常。
为进一步从分子层面探究该物质对植物的影响，研究团队对拟南芥进行了2Z-癸异戊二烯醇处理，并通过RNA测序进行了转录组分析。结果显示，共有2710个基因出现了表达变动（其中1543个基因表达上调，1167个基因表达下调），表达上调的基因富集于次级代谢产物生物合成、细胞壁修饰等防御响应系统通路。另一方面，茉莉酸信号传导通路、内质网中蛋白质加工等主要胁迫响应通路则受到显著抑制。这种双重调控模式表明，2Z-癸异戊二烯醇在激活部分防御反应的同时，抑制了其他重要的防御反应，从而提高了目标植物的脆弱性。
坂元副教授表示：“由于此次建立的简易生物测定法亦可应用于核桃以外的其他植物，我们目前正推进对具有更强活性的化感物质的探索。期待本研究能为环境友好型生物除草剂的普及，进而为实现可持续农业做出贡献。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Journal of Agricultural and Food Chemistry
论文：Allelochemical from leaves of Juglans mandshurica Maxim. and its transcriptomic effects in plants
DOI：10.1021/acs.jafc.5c08261
