磺酰脲类除草剂氯吡嘧磺隆对大豆的毒性效应及其机理研究

A wide range of herbicides are used to protect agricultural crops from weeds in modern agriculture. Intensive use of herbicides has caused lots of environmental problems. Sulfonylurea herbicides (SU) are widely used, selective and systemic weed control chemicals which are applied at relatively low application rates. In this study, the acute and sublethal characterization of the soybean physiological response and its precise action mechanism to halosulfuron-methyl will be investigated using physiological, metabolic and proteomic analysis methods, respectively .T The objective of our research is to evaluate the phytotoxicity and its precise mechanism of halosulfuron-methyl on non-target plant and its rational use of herbicide.

使用除草剂是现代农业生产中防除农田杂草的重要方式。然而大量使用除草剂引起了很多环境问题。磺酰脲类除草剂是目前世界上最大的一类内吸性、超高效、长残留的除草剂。本项拟选择新型磺酰脲类除草剂氯吡嘧磺隆为研究对象，采用生理生物化学、代谢组学以及蛋白组学的方法和技术，分别开展急性和亚致死剂量条件下氯吡嘧磺隆对非靶标植物大豆的毒性效应系统研究，寻找反映非靶标植物系统受除草剂污染受损生物标志物，为进一步阐明氯吡嘧磺隆对非靶标植物的生理生化代谢变化及主要分子毒理机制提供理论基础，对除草剂的开发、安全合理使用及其环境安全性风险评估等具有重要的科学指导意义。

磺酰脲类除草剂是目前世界上最大的一类内吸性、超高效、长残留的除草剂。然而该类除草剂的大量以及不合理的使用，引发了很多负面问题。本项选择新型磺酰脲类除草剂氯吡嘧磺隆为研究对象，采用生理生物化学、代谢组学以及蛋白组学方法和技术，开展了氯吡嘧磺隆对大豆的毒性效应及机制研究。通过本项目实施，取得了以下主要结果：（1）氯吡嘧磺隆对大豆生长和发育具有显著的抑制作用，并且能诱导氧化损伤。胁迫下，大豆幼苗生物量显著降低。H2O2，MDA和GSH含量显著增加，同时SOD，POD，APX和GR抗氧化酶活性显著提高。（2）氯吡嘧磺隆胁迫下，水杨酸积累上调SOD活性并抑制CAT活性，造成H2O2积累，最终引起不可逆转的脂质过氧化损伤，最终引起大豆枯萎死亡。（3）氯吡嘧磺隆可显著抑制大豆结瘤以及固氮能力。药剂处理后，大豆总结瘤数、根瘤干重、根瘤固氮酶活性、谷氨酸合成酶活性以及谷氨酰胺合成酶活性显著降低。（4）氯吡嘧磺隆可抑制叶绿素合成，破坏光合系统。氯吡嘧磺隆处理显著降低大豆幼苗叶绿素和类胡萝卜素含量以及叶绿素荧光参数。另外，蛋白组学结果显示，参与叶绿素合成、光系统和叶绿体ATP合成酶的多种差异丰度蛋白被显著下调。（5）氯吡嘧磺隆可干扰TCA循环，抑制ATP合成。氯吡嘧磺隆处理下，参与TCA循环的5个酶（苹果酸脱氢酶，顺乌头酸酶，线粒体异柠檬酸脱氢酶，α-酮戊二酸脱氢酶）活性显著下降。另外，代谢组学分析显示，参与TCA循环的代谢物显著减少。（6）本项目尝试进行了外源水杨酸缓解氯吡嘧磺隆对大豆幼苗毒性的研究。外源水杨酸添加可缓解氯吡嘧磺隆对大豆的幼苗生长的抑制、光合作用的抑制以及氧化损伤。研究结果进一步阐明了氯吡嘧磺隆对大豆的生理生化毒性效应及主要分子毒理机制，为除草剂的开发、安全合理使用及其环境安全性风险评估等提供科学参考。