手性除草劑對擬南芥體內微量元素行為和光合作用的對映體選擇性效應研究.pdf

1、中國作為農業(yè)大國，每年都有大量的農藥被用于農業(yè)生產。農藥的大量使用必然導致一定的生態(tài)環(huán)境污染，甚至會進入食物鏈，構成對人類健康的嚴重威脅。在當前被廣泛利用的農藥當中，25％以上是具有手性的，而且隨著農藥結構的日趨復雜，這個比值還在不斷升高。由于生物體的很多基本物質組成如DNA、酶等都是手性分子，當某一農藥的對映異構體進入到生物活體內時，由于結構的差異，會與生物大分子之間發(fā)生不同的作用，對生物體的生命代謝活動表現(xiàn)出不同的效應，盡管它們有著

2、相同的物理化學性質。當前已有很多研究結果顯示，很多農藥在靶標和非靶標生物體內都表現(xiàn)出了顯著的對映體差異，而不具有除草活性和殺蟲活性的異構體的廣泛生產和使用，不僅增大了環(huán)境污染，也對整個生態(tài)和人類的健康存在威脅。
　　所以，對手性農藥對映體進行分離純化，研究其對映體選擇性效應，從而篩選出更有效的單一異構體用于農業(yè)的生產是十分有意義的。這可以有效的減少環(huán)境的化學污染，避免這些不具有除草殺蟲活性的異構體給生態(tài)環(huán)境或是人類帶來負面的影響。

3、我們的主要工作內容如下:
　　(1)咪唑乙煙酸(IM)對擬南芥體內微量元素行為擾動的對映體選擇性效應。大量的研究表明，微量元素的失衡會影響植物的生長，引起植物毒性。我們以咪唑乙煙酸作為研究對象，以擬南芥作為模式生物，研究了咪唑乙煙酸的對映體R型和S型異構體對擬南芥體內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)轉運蛋白的基因表達情況。實驗結果表明，R型咪唑乙煙酸對

4、擬南芥的毒性大于S型，S型基本無毒且未對微量元素的行為產生顯著性的影響。相對于對照組和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轉運蛋白

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

6、、ZIP5和COPT2這三種基因的表達下調，而IRT2、COPT1和MTP11這三種基因的表達不存在顯著的對映體差異。這說明IM對擬南芥體內微量元素行為擾動存在顯著的對映體選擇性。
　　(2)手性除草劑2，4-滴丙酸(DCPP)對擬南芥體內微量元素行為擾動的對映體差異。我們研究了類植物激素手性除草劑DCPP不同對映體對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)轉運蛋白的基因表達情

7、況。實驗結果表明，R型DCPP對擬南芥的毒性大于S型，S型基本無毒且未對微量元素的行為產生顯著性的影響。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擾亂了擬南芥體內轉運蛋白對微量元素的轉運過程。其中，葉片

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

9、CA3和MTP11這9種基因的表達不存在顯著的對映體差異。這說明DCPP對擬南芥體內微量元素行為擾動存在顯著的對映體選擇性。
　　(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映體選擇性效應。綜合葉綠素熒光和基因表達的數(shù)據(jù)表明，除草定對擬南芥的光合作用抑制表現(xiàn)出了明顯的對映體差異，左旋除草定的毒性大于右旋除草定。葉綠素熒光數(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對光合機構的保護能力，