Fortschritte bei der Erforschung der Synthese und der Stoffwechselwege von flüchtigen organischen Verbindungen in Pflanzen sowie der Mechanismen zur Regulierung ihrer Freisetzung und Wahrnehmung
Durch menschliche Aktivitäten und den biologischen Stoffwechsel werden verschiedene flüchtige organische Verbindungen (VOC) erzeugt, die je nach Quelle in biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOC) und anthropogene flüchtige organische Verbindungen (AVOC) unterteilt werden können. Unter ihnen sind Pflanzen die Hauptquelle für biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOC) in der Atmosphäre, die im Allgemeinen durch sekundäre Stoffwechselwege von Pflanzen synthetisiert werden. In den 1950er und 1960er Jahren wurde erstmals darüber berichtet, dass Pflanzen in der Lage sind, BVOCs freizusetzen, und inzwischen hat man festgestellt, dass fast alle Pflanzen BVOCs freisetzen können.

Flüchtige organische Verbindungen (VOC) sind ein wichtiges Merkmal von Pflanzen, das sich von den physikalischen Eigenschaften herkömmlicher pflanzlicher Terpene, Fettsäuren und Phenylalanin-/aromatischer Ringmetaboliten unterscheidet. Sie sind weiter verbreitet und spielen daher verschiedene wichtige Rollen im pflanzlichen Leben, indem sie als Hauptmedium für die Kommunikation zwischen Pflanzen dienen und wichtige pflanzliche Informationen an andere Organismen weitergeben und verschiedene synergistische Interaktionen über und unter der Erde vermitteln. Zahlreiche Studien haben ergeben, dass pflanzliche BVOCs allelopathische Wirkungen haben, die durch Verflüchtigung allelopathische Substanzen in die Umgebung abgeben können und dadurch die Abwehrreaktion, die Fortpflanzung und den Wettbewerb der umliegenden Pflanzen beeinflussen. Unter Stressbedingungen können Pflanzen die Schäden, die sie durch biotischen oder abiotischen Stress erleiden, durch die Freisetzung von BVOCs wie Isopren oder grünen Blattflüchtlingen lindern; Die Synthese und Freisetzung verschiedener pflanzlicher BVOCs aus Blüten und Nährstoffteilen wirkt sich auch auf die Pflanzenvermehrung aus, wobei in der Regel flüchtige Verbindungen mit bestimmten Gerüchen durch Blütenblätter und Drüsen freigesetzt werden, um bestimmte bestäubende Insekten für die Bestäubung anzulocken; pflanzliche BVOCs können auch direkt die Wettbewerbsfähigkeit von Pflanzen durch Emissionen erhöhen und sich negativ auf die Empfänger auswirken oder indirekt die Mechanismen der Pflanzenkonkurrenz regulieren, indem sie die Wechselwirkungen mit anderen Nährstoffniveaus manipulieren; Darüber hinaus setzen Pflanzen nicht nur BVOCs frei, um sich selbst zu schützen, sondern auch, um benachbarte, nicht betroffene Pflanzen frühzeitig zu warnen, so dass sie sich besser gegen späteren Stress schützen können.
BVOCs aus Pflanzen spielen auch im menschlichen Leben eine wichtige Rolle. Statistiken zufolge machen die jährlichen Emissionen von BVOC aus Pflanzen 90% der weltweiten terrestrischen Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen ohne Methan aus, die erhebliche Auswirkungen auf andere Organismen sowie auf die Chemie und Physik der Atmosphäre haben. Die freigesetzten pflanzlichen BVOCs erhöhen in Gegenwart von Sonnenlicht und Stickstoffoxiden (NOx) den Gehalt an O3 und anderen Oxidationsmitteln in der Atmosphäre, was zur Bildung von troposphärischem Ozon führt und die Bildung sekundärer organischer Aerosole fördert; darüber hinaus können viele pflanzliche BVOCs auch natürliche Ressourcen für den Menschen bereitstellen und werden in großem Umfang in Parfüms, Parfüm, Getränken, Aromastoffen, Kosmetika und anderen Industrien verwendet.
Die von Pflanzen freigesetzten BVOCs haben enorme Auswirkungen auf Pflanzen und sogar auf das menschliche Leben. In den letzten Jahren ist die Erforschung verschiedener pflanzlicher BVOCs zu einem heißen Thema geworden. BVOCs werden im physiologischen Stoffwechsel verschiedener Pflanzenorgane produziert, freigesetzt und gelangen in die Umgebung, wo sie von Pflanzen wahrgenommen werden und eine Rolle bei der Abwehr von Schädlingen und Unkraut sowie bei der Verbreitung von Informationen spielen. In diesem Artikel werden hauptsächlich die Regulierungsmechanismen in den Synthese- und Stoffwechselwegen der pflanzlichen BVOCs, die physiologischen und physikochemischen Eigenschaften der freigesetzten Zellen sowie die Wahrnehmung und Regulierung von BVOCs durch Pflanzen untersucht.

In den letzten Jahrzehnten wurden erhebliche Fortschritte beim Verständnis der Synthese- und Stoffwechselregulierungsmechanismen sowie bei der Regulierung der Freisetzung und Wahrnehmung von BVOCs in Pflanzen erzielt. Aufgrund der Komplexität der Terpenoidbiosynthese und der Stoffwechselwege sind jedoch derzeit viele enzymkodierte Gene nicht eindeutig definiert, und einige Modifikationen in der Endphase der Terpenoidsynthese und des Stoffwechsels sind weitgehend unbekannt. Es gibt noch viele Lücken in der Forschung zu flüchtigen Fettsäuremetaboliten und flüchtigen Phenylalanin-/Aromatenringmetaboliten. Weitere Forschungsarbeiten sind erforderlich, um die Schlüsselenzyme und die damit verbundenen Gene in den Stoffwechselwegen zu identifizieren und um zu klären, wie diese Gene durch Transkriptionsfaktoren reguliert werden. Aufgrund der Tatsache, dass pflanzliche BVOCs aus verschiedenen Pflanzenzellen durch verschiedene Barrieren (einschließlich Zytoplasma, Plasmamembran, Zellwand, Stratum corneum usw.) freigesetzt werden, haben viele Forscher zahlreiche Hypothesen darüber aufgestellt, wie sich BVOCs innerhalb und zwischen Pflanzenzellen bewegen und wie sie in die Umwelt freigesetzt werden. Es gibt jedoch noch viele Fragen und Kontroversen, die es zu klären gilt. Gleichzeitig hat unsere Forschungsgruppe in früheren Studien festgestellt, dass aus der Perspektive der Pflanzenverwandtschaft externe Faktoren einen größeren Einfluss auf die Freisetzung von Pflanzen-BVOCs haben als ihre eigenen Faktoren, was die Frage aufwirft, wie externe Faktoren (wie Umweltfaktoren) die Freisetzung von Pflanzen-BVOCs beeinflussen. Darüber hinaus werden pflanzliche BVOCs nach ihrer Freisetzung von den Pflanzen wahrgenommen und in Signale umgewandelt, die in den Pflanzenzellen spezifische Reaktionen auslösen. In Zukunft müssen genauere Mechanismen und Wege der Wahrnehmungsregulierung aufgedeckt werden.