吡氟禾草灵对菊科杂草的选择性作用机制

Among many composite weed species, Acanthospermum hispidum, an Acanthospermum family plant, is specially susceptible to fluazifop-butyl, a graminicide. According to the preliminary studies, we discovered that the mechanism of fluazifop-butyl in A. hispidum may be related to its action for induction of reactive oxygen species (ROS) and membrane disruption. This is distinctly different from its action in grass weeds. Around the scientific problem of selective action mechanism of fluazifop-butyl in compositae plants, through the studies and comparison each other of metabolic pathways, induced reactive oxygen species, action on apical meristem and the relationship between herbicide action and the role of plant auxin interference of fluazifop-butyl and haloxyfop-ethyl in Acanthospermum hispidum and Bedens pilosa by the methods of morphology, cytology, biochemistry, radioactive isotopes mark and instrumental analysis. The following problems are expected to be clarified: whether exist the specifity target site in A. hispidum for fluazifop-butyl, whether the action of fluazifop-butyl in A. hispidum is induced by the different metabolism, whether the herbicide-induced membrane lipid peroxidation and membrane structure destruction related to plant auxin interference, and to further expound the pathway of ROS formation and selective action mechanism of fluazifop-butyl in compositae weeds. It would provide scientific grounds for effective utilization of fluazifop-butyl and development of new herbicides.

在众多的菊科杂草中，刺苞菊属植物硬毛刺苞菊对禾本科杂草专用除草剂吡氟禾草灵具有特殊的敏感性，初步研究发现该敏感性的形成与药剂快速诱导活性氧的产生和导致膜结构的破坏有关，这与该除草剂在禾本科植物上的作用机制截然不同。本项目进一步围绕吡氟禾草灵在菊科植物间的选择性作用机制问题，采用形态学、细胞学、生物化学、放射线同位素标记及仪器分析方法，通过研究和比较该药剂与对照药剂吡氟氯禾灵在硬毛刺苞菊（对吡氟氯禾灵不敏感）及三叶鬼针草（菊科，对吡氟禾草灵和吡氟氯禾灵均不敏感）植物体内的代谢途径、诱导的活性氧种类、对顶端分生组织的作用以及与干扰植物生长素之间的联系，明确其除草作用是否由不同的代谢途径所引起，所诱导的膜脂质过氧化及膜结构破坏是否与干扰植物生长素的作用有关，进而阐明其诱导活性氧形成的途径以及在不同敏感性菊科杂草间的选择性作用机制，以期为该药剂的有效利用和新型除草剂的创新提供科学依据。

为了阐明吡氟禾草灵在菊科植物间的选择性作用机制，采用形态学、细胞学、生物化学及仪器分析等方法，研究和比较了该药剂与对照药剂吡氟氯禾灵在硬毛刺苞菊（只对吡氟禾草灵敏感）及三叶鬼针草（对两种药剂均不敏感）植物体内的代谢组学差异、诱导的活性氧种类、对顶端分生组织的作用以及与干扰植物生长素之间的联系，取得以下主要结果：.⑴ 通过测定对光合系统II叶绿素荧光特性的影响及细胞组织学观察，结合症状观察，已经确认吡氟禾草灵在敏感植物硬毛刺苞菊上的作用靶标位点位于植株顶端的分生组织。.⑵ 通过测定四种抗氧化酶（SOD、CAT、Apx、GR）的活性、过氧化氢含量的变化及细胞活性，确认吡氟禾草灵在处理硬毛刺苞菊后快速的诱导了超氧物阴离子、过氧化氢等活性氧的形成，并导致过氧化氢在茎尖、茎干、叶脉等部位的大量积累。.⑶ 由于吡氟禾草灵在硬毛刺苞菊上的除草作用可被脂溶性抗氧化物VE和乙氧基喹啉所拮抗，而不受多种水溶性抗氧化物的影响，推测所形成的过氧化氢在体内转化为羟自由基后引起了细胞膜脂质的过氧化及膜结构的破坏，并最终导致细胞的死亡。.⑷ 吡氟禾草灵处理硬毛刺苞菊后IAA含量会大幅度下降，而两种IAA氧化酶（IAAO和POD）的活性及三种IAA氧化代谢产物的量会大幅度增加，IAA和2,4-D可显著的抑制吡氟禾草灵在硬毛刺苞菊上的除草作用、该除草剂诱导的MDA、H2O2生成以及IAA氧化酶活性的增加。因此，推测该除草剂的作用可能与IAA的氧化有着密切的联系，其靶标酶可能是两种氧化酶。.⑸ 代谢组学研究进一步发现，经吡氟禾草灵处理的硬毛刺苞菊体内的代谢产物与对照药剂及空白对照相比有着明显的不同。.上述结果表明，吡氟禾草灵在敏感菊科植物硬毛刺苞菊上可能存在专一性作用靶标位点，且该位点位于顶端分生组织，其除草作用与大量诱导产生活性氧有着密切的联系，而活性氧的形成与激活IAA氧化酶导致IAA的氧化有关。我们推测这两种酶很可能是FB在硬毛刺苞菊上的靶标酶。如果这一推断能够得到进一步的证实，将完全改变人们对除草剂作用机制的认识，并为该药剂的有效利用和新型除草剂的创新提供科学依据。