化感作用（allelopathy，又稱他感作用）指某種植物會釋放特定化學物質，對周邊植物的生長等方面造成影響的現象。引發化感作用的化學物質被稱為「化感物質（allelochemical）」，其中具有生長抑制作用的類型，作為天然來源的生物除草劑候選物而備受關注。
日本九州大學研究生院藥學研究院的Poomraphie Nuntawong助教、森元聰名譽教授、坂元政一副教授等人的研究團隊，與順天堂大學藥學部的宮本智文教授、泰國朱拉隆功大學藥學部的Varalee Yodsurang助教合作，建立了模擬自然環境的土壤基質生物檢定法，成功新發現了一種核桃楸擁有化感物質「2Z-癸異戊二烯醇（2Z-decaprenol）」。研究還發現，2Z-癸異戊二烯醇一方面會激活部分防禦響應系統的通路，另一方面則抑制脅迫響應系統的通路，通過擾亂防禦平衡來提高目標植物的敏感性。這一研究成果不僅有助於深化對植物間化學相輔作用的理解，更有望為環境友好型新一代生物除草劑的開發提供支持。相關研究成果已發表在期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》上。
圖1 研究概要圖（供圖：九州大學）
核桃樹周圍不易滋生雜草的現象自古以來便為人所知，已知其主要化感物質為核桃醌。雖然化感作用的表達路徑有多種，但對於核桃而言，從落葉及植物殘體中釋放的物質直接發揮作用的可能性較高。
研究團隊建立了一種使用模擬葉片的濾紙進行的土壤基質生物檢定法。他們將該方法應用於核桃屬的核桃楸（Juglans mandshurica），並探索了對模式植物菸草表現出化感作用活性的物質。首先，運用生物檢定發現，從核桃楸葉片中提取的正己烷成分會強烈抑制菸草幼苗的生長。該成分與其他成分相比核桃醌的含量是最低的，這提示該生長抑制活性可能並非出自於核桃醌。
於是，通過6次生物檢定引導分離操作後，研究團隊成功完成了主要活性成分的分離與結構鑑定。經確認，該化合物為類異戊二烯類的2Z-癸異戊二烯醇（2Z-decaprenol），在覈桃楸葉片中的含量最高可達0.27%。該物質此前雖一直未被察覺，但研究表明，它具有顯著降低植物的生物量及根、莖長度的強生理活性，還會引發根部捲曲等形態異常。
為進一步從分子層面探究該物質對植物的影響，研究團隊對擬南芥進行了2Z-癸異戊二烯醇處理，並通過RNA測序進行了轉錄成分析。結果顯示，共有2710個基因出現了表達變動（其中1543個基因表現上調，1167個基因表現下調），表達上調的基因富集於次級代謝產物生物合成、細胞壁修飾等防禦響應系統通路。另一方面，茉莉花酸信號傳導通路、內質網中蛋白質加工等主要脅迫響應通路則受到顯著抑制。這種雙重調控模式表明，2Z-癸異戊二烯醇在激活部分防禦反應的同時，抑制了其他重要的防禦反應，從而提高了目標植物的脆弱性。
坂元副教授表示：「由於此次建立的簡易生物檢定法亦可應用於核桃以外的其他植物，我們目前正推進對具有更強活性的化感物質的探索。期待本研究能為環境友好型生物除草劑的普及，進而為實現可持續農業做出貢獻。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Journal of Agricultural and Food Chemistry
論文：Allelochemical from leaves of Juglans mandshurica Maxim. and its transcriptomic effects in plants
DOI：10.1021/acs.jafc.5c08261
