一些光合作用抑制剂真菌毒素结构与除草活性关系的研究

摘要

自2，4-滴发现以来，除草剂工业已经经历了70多年的发展，在农业生产中的应用日益广泛，已经成为现代农业生产体系的重要成分，在农田除草技术中是不可或缺的手段之一。到目前为止，在全球范围内已有400-500种除草剂投入了商业运营，而且每年都有新的产品不断涌现。在化学除草剂方面，已涌现出了一大批选择性除草剂。在农业现代化的时代，化学除草剂的施用为其提供了有力的技术支持。但是，施用化学除草剂对生态环境造成了严重的残毒污染，导致了环境破坏，甚至逐步对人类自身的身心健康产生了威胁;同时，化学除草剂的长期施用，使得杂草对化学除草剂的抗性也逐步增强，最终导致大量新的恶性杂草在农田杂草群落的演替中出现。因此，开发高效、环保、无害的新型除草剂越来越体现出其重要的社会意义和经济价值，已然成为未来除草剂研究的发展趋势。
　　新型除草剂主要是异株克生物质除草剂和以天然产物为先导化合物开发的除草剂。与化学除草剂相比，这类生物除草剂具有化学结构新颖、低毒、易降解、专一性高的特点，具备资源丰富、无残毒、不破坏生态环境、对非靶标生物和哺乳动物安全、经济效益高等优点。随着社会文明的进步和公众健康意识的提高，人们也日益重视利用天然产物开发新除草剂或者以其作为的母体化合物开发新的生物源除草剂。当前，在研发新的除草剂过程中，来源于活的有机体的分子结构能够提供重要的理论依据和借鉴意义，将它们作为先导化合物，对其结构进行修饰与优化，就能够开发出全新作用靶标与作用机制的除草剂品种。
　　在本研究中，从收集的61种天然真菌毒素产物中，筛选出对植物的生理活性尤其是除草活性有明显抑制作用的品种，利用生物化学、生理学和生物物理学的方法对其作用靶点进行研究。同时结合Discovery Studio软件对光合作用抑制类化合物与靶点D1蛋白的分子模型进行分析，建立毒素结构、作用靶点和生物活性之间的关系。
　　选取莱茵衣藻对数期的藻液，洗脱两次后悬浮，加入不同浓度的不同毒素化合物，处理2.5个小时然后暗处理0.5h，利用Imaging-PAM进行测定。初步筛选出23种对光系统Ⅱ(PSⅡ)潜在最大量子产率Fv/FM及电子传递率ETR有显著的抑制作用的光合作用抑制型毒素。以电子传递50％抑制浓度(pI50)为标准，对23种光合作用抑制剂进行分类，其中高活性（0＜ pI50≤100μM）的毒素9种，中度抑制活性(100＜pI50≤500μM)的毒素11种，弱活性(pI50＞500μM)的毒素3种。以拟南芥为材料，筛选出16种对拟南芥的根长生长有明显抑制效果的毒素。
　　利用快速叶绿素荧光OJIP及其分析技术JIP-test、放氧速率对筛选出的光合作用抑制剂毒素在光系统上的作用靶点进行了分析。同时，选取其中具有代表性的4种毒素松萝酸、苯甲酸、肉桂酸、水杨酸，深入分析了其对莱茵藻的叶绿素、光系统Ⅰ和光系统Ⅱ的电子传递活性、总可溶性蛋白质含量、类囊体膜蛋白及快速荧光参数的影响。初步明确了毒素的的作用靶点:这四种毒素主要作用于PSⅡ的受体侧，与PSⅡ的D1蛋白发生作用。
　　利用Discovery Studio软件对筛选出的23种光合作用抑制剂毒素进行构效关系的研究。同源模拟D1蛋白，进行毒素分子与蛋白之间的互作分析，构建毒素和靶点D1蛋白之间的分子作用模型。同时，利用针刺法检测了这些化合物的对紫茎泽兰叶片的致病能力。探究毒素化学结构、作用靶点与除草生物活性作用之间的关系，为将来以毒素为先导物模拟合成新的化合物提供理论依据和技术支持。

目录

声明

摘要

符号说明

引言

1 具有除草活性天然产物的快速筛选

2 精确作用靶点的研究

3 构效关系的研究

第一章 文献综述

1．除草剂发展现状

2．生物除草剂的现状

3．生物源除草剂的发展状况——以天然活性产物为先导开发的新型除草剂

4．光合作用除草剂作用机理的研究

5．除草剂的作用靶点和机制

第二章 天然活性产物的初步筛选

1 材料与方法

1．1 实验材料及试剂

1．2 实验方法

2．结果与分析

2．1 莱茵衣藻对数期的确定

2．2 光合作用抑制化合物的筛选

2．3 对拟南芥根茎生长有抑制的天然产物筛选

3．讨论

3．1 对莱茵衣藻光合途径有影响的天然产物

3．2 对拟南芥根长有明显抑制的天然产物

第三章 光合作用抑制剂靶标的研究

1．材料与方法

1．1 材料

1．2 方法

2．结果与分析

2．1 放氧速率的影响

2．2 快速叶绿素荧光诱导动力学曲线OJIP测定及JIP-测定

2．3 叶绿素含量的影晌

2．4 蛋白质含量的影响

讨论

第四章 部分筛选产物与植物D1蛋白构效关系

1．实验材料与方法

1．1 同源建模

1．2 化学结构的构建

1．3 受体蛋白的准备

1．4 DOCKing(对接)

1．5 DOCKing结果处理

2 结果与分析

2．1 模型的建立

2．2 作用位点分析

3 讨论

全文结论与创新点

参考文献

致谢

附录