【摘 要】
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春雷霉素属氨基糖苷类抗生素,广泛用于稻瘟病等植物病害防治,是一种重要的农用抗生素类杀菌剂。春雷霉素在植物体内具有向下输导的特性,研究其在植物体内吸收、转运机理与分布特征,对于研发能向根部输导的农药,防治根茎部病虫害有重要的指导意义。基于此,本文以研究韧皮部输导经典模式植物—蓖麻为研究对象,探究春雷霉素的吸收机理;构建荧光标记春雷霉素,示踪了春雷霉素在蓖麻等植物体内的转运与分布,主要结果如下:1.用
【基金项目】
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国家自然科学基金“氨基糖苷类抗生素在植物体内吸收、转运及其机制研究”[3176053]
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春雷霉素属氨基糖苷类抗生素,广泛用于稻瘟病等植物病害防治,是一种重要的农用抗生素类杀菌剂。春雷霉素在植物体内具有向下输导的特性,研究其在植物体内吸收、转运机理与分布特征,对于研发能向根部输导的农药,防治根茎部病虫害有重要的指导意义。基于此,本文以研究韧皮部输导经典模式植物—蓖麻为研究对象,探究春雷霉素的吸收机理;构建荧光标记春雷霉素,示踪了春雷霉素在蓖麻等植物体内的转运与分布,主要结果如下:1.用高效液相色谱质谱联用仪(HPLC-MS/MS)检测蓖麻韧皮部渗出液,结果表明:蓖麻对春雷霉素的吸收符合酶促反应Michaelis-Menten动力学模型,动力学参数为:Km=1.705 m M,Vmax=2.752 nmol/m L/h;同时对温度和pH敏感,在低温(4℃)下吸收仅为正常条件培育下的29.40%;在pH为5.5时吸收量最大,达390.76±31.69μg/L,是pH为9.0时吸收量的2.7倍多;能量抑制剂二硝基苯酚(DNP)和羰基氰化氯苯腙(CCCP),能导致春雷霉素吸收量分别降低34.22%和47.85%。竞争性底物D-葡萄糖和单糖抑制剂根皮苷均能抑制春雷霉素的吸收,40.00 mmol/L D-葡萄糖的抑制率为45.07%,1.00 mmol/L根皮苷的抑制率为54.32%。以上结果表明春雷霉素的吸收,是被糖转运蛋白介导的主动吸收过程。2.为示踪春雷霉素在植物体内分布与传导,构建了硝基苯并-2-氧杂-1,3二唑(Nitrobenz-2-oxa-1,3-diazole,NBD-Cl)标记的荧光春雷霉素(KSM-NBD)。荧光化合物的最大激发波长是453 nm,发射波长为521 nm,蓖麻吸收荧光偶合物KSM-NBD在pH=5.5时吸收量最大,为0.61mg/L。吸收量受温度影响,在4℃条件下的吸收量仅为对照组的42.33%;能量抑制剂DNP和CCCP对KSM-NBD吸收量抑制率分别达45.84%和57.20%;加入竞争性底物D-葡萄糖和葡萄糖转运蛋白抑制剂根皮苷后,吸收量仅为对照组的50.78%和59.13%。以上结果表明KSM-NBD和春雷霉素具有相同的吸收特性,可用来示踪春雷霉素的分布。3.用HPLC-MS/MS和荧光示踪法,研究了春雷霉素在植物体内分布。蓖麻、烟草和玉米等中部叶片浸药,24 h后,未处理的顶端叶、茎部和根部均检测到春雷霉素,含量随着时间的推移而增大,其中根部春雷霉素的含量高于其他部位。在蓖麻根部中,24 h和48 h两个时段的含量分别为1.52和3.20μg/g;烟草根部分别为1.67和2.21μg/g;玉米根部分别为0.97和1.63μg/g。表明其可在蓖麻、烟草和玉米植物体内双向输导。KSM-NBD在蓖麻体内主要分布于叶肉细胞、韧皮部和木质部中;在烟草体内分别于木质部、导管、韧皮部和筛管等部位;在玉米体内分布于叶脉的维管束中和茎部的韧皮部、木质部与厚壁组织中,表明春雷霉素主要是通过木质部和韧皮部进行双向输导。本文研究表明植物对春雷霉素的吸收与跨质膜电化学势梯度、能量和单糖转运蛋白密切相关,是一个主动运输过程。能通过木质部和韧皮部双向转运,主要分布于子叶叶肉细胞,木质部,韧皮部和筛管和导管中。进一步研究春雷霉素吸收转运和化学结构的构效关系,对设计合成具有双向输导的农药具有重要的指导意义。
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