手性除草剂对植物体内微量元素铁的扰动特征及P450酶的介导机制

The micronutrients disturbance is a key factor to cause toxic effects for plants during their exposure to pesticides. Thus, it is of great importance to investigate the selective perturbation effect of chiral herbicides on trace elements in plants, as well as the correlation between micronutrients disturbance with enantioselective toxic effects. Herein, this study is aimed to investigate the effects of the typical chiral herbicide on micronutrients disturbance for plants. Arabidopsis thaliana and soybean are set as the biological indicator, the important trace element Fe for plant growth is the major element which we will focus on, and metolachlor, 2,4-demethylpropionate and imazethapyr are chosen as typical chiral herbicide. Further, fatty acid metabolism is focused in order to account for the mediate role of P450 enzymes in the selective disturbance of trace element Fe in plant which was brought by chiral herbicides. The interaction between chiral herbicides with P450 enzymes, acetyl-coenzyme A carboxylase and fatty acids will be explored to reveal the behavior perturbation of trace element Fe in plants by chiral herbicides and mediate role of cytochromes P450. It will present a promising cognition for the environmental ecological risks of chiral pesticides and provide a scientific reference for the environmental safety evaluation of chiral pesticides.

微量元素失衡是外源污染物对植物产生毒性效应的重要诱因，深入考察手性除草剂对植物体内微量元素的选择性扰动特征并揭示其与对映体毒性效应间的关联，对于科学评估手性农药环境生态风险十分必要。因此，本研究拟选择拟南芥和大豆作为指示生物，聚焦对植物生长最为重要的微量元素铁，考察典型手性除草剂异丙甲草胺、2,4-滴丙酸甲酯及咪唑乙烟酸对植物体内微量元素吸收、输运、聚集等扰动特征。以脂肪酸代谢为切入点，探讨代表性含铁大分子P450酶在手性除草剂对植物体内铁元素选择性扰动中起到的介导作用，结合手性除草剂与P450酶、乙酰辅酶A羧化酶和脂肪酸的相互作用研究，揭示P450酶介导的手性除草剂对脂肪酸代谢的调控及手性除草剂生态毒性效应对映体选择性的机制。这些问题的顺利解决将有助于全面认识手性农药的环境生态风险，为手性农药的环境安全性评价提供科学基础。

微量元素失衡是外源污染物对植物产生毒性效应的重要诱因，深入考察手性除草剂对植物体内微量元素的选择性扰动特征并揭示其与对映体毒性效应间的关联，对于科学评估手性农药环境生态风险十分必要。主要研究结果如下：.（1）手性除草剂对拟南芥体内微量元素行为扰动的对映体选择性效应。实验结果表明，R型咪唑乙烟酸对拟南芥的毒性大于S型，S型基本无毒且未对微量元素的行为产生显著性的影响。相对于对照组和S型处理组而言，R型咪唑乙烟酸处理后，拟南芥叶片和根部的ROS含量明显上升，叶绿素a、b的含量以及chl a/chl b的比值显著性下降。R型咪唑乙烟酸处理后，拟南芥地上部分的大量、中量元素Na、P、K、Ca、Mg的含量显著性降低，微量元素Mn、Cu的含量显著性降低，Fe的含量显著上升，Zn的含量没有显著性的改变。R型咪唑乙烟酸扰乱了拟南芥体内转运蛋白对微量元素的转运过程。.（2）P450酶抑制剂1-氨基苯并三唑（ABT）本身对拟南芥没有明显的毒性，但是减小了(R)-DCPP的毒性效应，增强了(S)-DCPP的毒性效应；拟南芥体内活性氧的产量以及相应的抗氧化系统也表现出类似的变化趋势。对于乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）损伤方面，在没有ABT的情况下，(R)-DCPP较(S)-DCPP，对ACCase的损伤更大；随着ABT浓度的增加，(R)-DCPP的毒性效应逐渐减小，(S)-DCPP的毒性效应开始增大，进一步证明P450酶介导了手性农药对映体选择性效应。同时，拟南芥体内铁元素在ABT和DCPP共同存在的体系中分布情况的结果显示，ABT能够缓解(R)-DCPP引起的铁元素聚集，但是加剧了(S)-DCPP处理下铁元素的不均匀分布，结合DCPP的毒性和铁元素异常分布的相关性，进一步论证了P450酶和铁元素在DCPP对映体选择性效应中的作用。.研究揭示P450酶介导的手性除草剂对脂肪酸代谢的调控及手性除草剂生态毒性效应对应体选择性的机制。这些问题的顺利解决将有助于全面认识手性农药的环境生态风险，为手性农药的环境安全性评价提供科学基础。