手性除草劑對(duì)擬南芥體內(nèi)微量元素行為和光合作用的對(duì)映體選擇性效應(yīng)研究.pdf

1、中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年都有大量的農(nóng)藥被用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。農(nóng)藥的大量使用必然導(dǎo)致一定的生態(tài)環(huán)境污染，甚至?xí)M(jìn)入食物鏈，構(gòu)成對(duì)人類健康的嚴(yán)重威脅。在當(dāng)前被廣泛利用的農(nóng)藥當(dāng)中，25％以上是具有手性的，而且隨著農(nóng)藥結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，這個(gè)比值還在不斷升高。由于生物體的很多基本物質(zhì)組成如DNA、酶等都是手性分子，當(dāng)某一農(nóng)藥的對(duì)映異構(gòu)體進(jìn)入到生物活體內(nèi)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的差異，會(huì)與生物大分子之間發(fā)生不同的作用，對(duì)生物體的生命代謝活動(dòng)表現(xiàn)出不同的效應(yīng)，盡管它們有著

2、相同的物理化學(xué)性質(zhì)。當(dāng)前已有很多研究結(jié)果顯示，很多農(nóng)藥在靶標(biāo)和非靶標(biāo)生物體內(nèi)都表現(xiàn)出了顯著的對(duì)映體差異，而不具有除草活性和殺蟲活性的異構(gòu)體的廣泛生產(chǎn)和使用，不僅增大了環(huán)境污染，也對(duì)整個(gè)生態(tài)和人類的健康存在威脅。
　　所以，對(duì)手性農(nóng)藥對(duì)映體進(jìn)行分離純化，研究其對(duì)映體選擇性效應(yīng)，從而篩選出更有效的單一異構(gòu)體用于農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)是十分有意義的。這可以有效的減少環(huán)境的化學(xué)污染，避免這些不具有除草殺蟲活性的異構(gòu)體給生態(tài)環(huán)境或是人類帶來(lái)負(fù)面的影響。

3、我們的主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)咪唑乙煙酸(IM)對(duì)擬南芥體內(nèi)微量元素行為擾動(dòng)的對(duì)映體選擇性效應(yīng)。大量的研究表明，微量元素的失衡會(huì)影響植物的生長(zhǎng)，引起植物毒性。我們以咪唑乙煙酸作為研究對(duì)象，以擬南芥作為模式生物，研究了咪唑乙煙酸的對(duì)映體R型和S型異構(gòu)體對(duì)擬南芥體內(nèi)微量元素行為的干擾作用，主要包括地上部分微量元素含量的分析及擬南芥葉片和根部15種金屬(Mn、Cu、Fe、Zn)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因表達(dá)情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，R型咪唑乙煙酸對(duì)

4、擬南芥的毒性大于S型，S型基本無(wú)毒且未對(duì)微量元素的行為產(chǎn)生顯著性的影響。相對(duì)于對(duì)照組和S型處理組而言，R型咪唑乙煙酸處理后，擬南芥葉片和根部的ROS含量明顯上升，葉綠素a、b的含量以及chl a/chl b的比值顯著性下降。R型咪唑乙煙酸處理后，擬南芥地上部分的大量、中量元素Na、P、K、Ca、Mg的含量顯著性降低，微量元素Mn、Cu的含量顯著性降低，F(xiàn)e的含量顯著上升，Zn的含量沒有顯著性的改變。R型咪唑乙煙酸擾亂了擬南芥體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

5、對(duì)微量元素的轉(zhuǎn)運(yùn)過程，其中，葉片中的FRO3、ZIP2、ZIP4、 NRAMP1、NRAMP3和NRAMP4這六種基因的表達(dá)顯著性上調(diào)，F(xiàn)RO2、IRT2、ZIP9、 COPT1、 COPT2和MTP11這六種基因的表達(dá)顯著性下調(diào)，而IRT1、ZIP5和ECA3這三種基因的表達(dá)不存在顯著的對(duì)映體差異。根部中的FRO2、FRO3、IRT1、ZIP4、ZIP9、NRAMP1、NRAMP3、NRAMP4和ECA3這九種基因的表達(dá)上調(diào)，ZIP2

6、、ZIP5和COPT2這三種基因的表達(dá)下調(diào)，而IRT2、COPT1和MTP11這三種基因的表達(dá)不存在顯著的對(duì)映體差異。這說(shuō)明IM對(duì)擬南芥體內(nèi)微量元素行為擾動(dòng)存在顯著的對(duì)映體選擇性。
　　(2)手性除草劑2，4-滴丙酸(DCPP)對(duì)擬南芥體內(nèi)微量元素行為擾動(dòng)的對(duì)映體差異。我們研究了類植物激素手性除草劑DCPP不同對(duì)映體對(duì)擬南芥地上部分微量元素含量的影響，并分析了擬南芥葉片和根部15種金屬(Mn、Cu、Fe、Zn)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因表達(dá)情

7、況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，R型DCPP對(duì)擬南芥的毒性大于S型，S型基本無(wú)毒且未對(duì)微量元素的行為產(chǎn)生顯著性的影響。R型DCPP處理后，擬南芥葉片和根部的ROS含量明顯大于S處理組和對(duì)照組，葉綠素a、b含量，以及chl a/chl b的比值顯著性下降。R型DCPP處理后，擬南芥地上部分的P、K、Mg、 Mn、Zn、Fe的含量顯著性降低，Na、Ca、Cu的含量沒有顯著性的改變。此外，R型DCPP擾亂了擬南芥體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)微量元素的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。其中，葉片

8、中的FRO2、FRO3、ZIP2、ZIP4、NRAMP4和COPT2這六種基因的表達(dá)顯著性上調(diào)，IRT1、IRT2、ZIP5、ZIP9、NRAMP1、NRAMP3和ECA3這七種基因的表達(dá)顯著性下調(diào)，而COPT1和MTP11這兩種基因的表達(dá)不存在顯著的對(duì)映體差異。根部中的ZIP2、ZIP4、ZIP9、NRAMP1、NRAMP3和COPT2這六種基因的表達(dá)下調(diào)，F(xiàn)RO2、FRO3、IRT1、IRT2、ZIP5、NRAMP4、COPT1、E

9、CA3和MTP11這9種基因的表達(dá)不存在顯著的對(duì)映體差異。這說(shuō)明DCPP對(duì)擬南芥體內(nèi)微量元素行為擾動(dòng)存在顯著的對(duì)映體選擇性。
　　(3)本次研究首次揭示了光合作用抑制型手性除草劑—除草定除草活性的對(duì)映體選擇性效應(yīng)。綜合葉綠素?zé)晒夂突虮磉_(dá)的數(shù)據(jù)表明，除草定對(duì)擬南芥的光合作用抑制表現(xiàn)出了明顯的對(duì)映體差異，左旋除草定的毒性大于右旋除草定。葉綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)表明除草定阻礙了擬南芥葉片中光合色素的合成，破壞了擬南芥PSⅡ?qū)夂蠙C(jī)構(gòu)的保護(hù)能力，