油菜素內(nèi)酯調(diào)控番茄農(nóng)藥降解的生理與分子機制.pdf

1、農(nóng)藥的使用已成為防治植物病蟲害、去除雜草、調(diào)節(jié)農(nóng)作物生長、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化及提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的重要措施。然而,在集約化的設施生產(chǎn)條件下,病蟲害高發(fā)頻發(fā),導致化學農(nóng)藥的大量使用,常常引起蔬菜等農(nóng)作物產(chǎn)生藥害以及高超標的農(nóng)藥殘留。這不僅直接危害人類健康和生存環(huán)境,而且國際貿(mào)易中也不斷發(fā)生因農(nóng)藥問題引起的貿(mào)易摩擦。因此,研究農(nóng)藥對蔬菜作物生長的影響以及如何降低蔬菜中的農(nóng)藥殘留,對實現(xiàn)蔬菜高效、安全生產(chǎn)和發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)具有重要意義。本文以番茄

2、(Lycopersicon esculentum Mill.)為材料,以生產(chǎn)中普遍使用的百菌清、多菌靈、毒死蜱和聯(lián)苯菊酯為目標化合物,研究了番茄對不同化學性質(zhì)農(nóng)藥的響應機理。并結(jié)合番茄BRs野生型和合成缺失突變體材料,研究了BRs對農(nóng)藥藥害的緩解以及促進農(nóng)藥降解的作用機理,同時探討了H2O2在BRs促進農(nóng)藥降解中的信號作用。此外,我們利用基因芯片技術(shù)構(gòu)建了植物對農(nóng)藥和BRs響應的表達譜,進一步闡明了BRs促進植物體內(nèi)源農(nóng)藥降解代謝的分子

3、機制。主要結(jié)果如下:
　　 1.研究了百菌清(CHT)、多菌靈(CAR)、毒死蜱(CPF)、聯(lián)苯菊酯(BIF)4種農(nóng)藥對番茄生長,生理狀態(tài)和解毒相關參數(shù)的影響。結(jié)果表明,2倍推薦劑量的4種農(nóng)藥對番茄的凈光合速率(Pn)和葉綠素熒光參數(shù)均產(chǎn)生了不同程度的抑制作用。在處理殺菌劑CHT和殺蟲劑CPF24h后顯著地誘導了番茄中GSH合成,GST、GR、POD酶活力和解毒相關基因(GSH、GST1、GST2、GST3、GR和GPX)的上調(diào)

4、。然而,殺菌劑CAR和殺蟲劑BIF處理后卻沒有改變GSH含量、解毒酶活力和基因的表達水平。此外,CHT和CPF對GSH合成,解毒酶活力和解毒相關基因的誘導具有濃度和時間效應。
　　 2.研究了BRs緩解農(nóng)藥藥害作用及對解毒酶和基因表達的影響。結(jié)果表明,野生型或突變體番茄預處理EBR后,能夠明顯的緩解CHT和CPF對Pn,ΦPSII,qP和Fv'/Fm'的抑制,并恢復到接近對照水平,并且野生型對CHT和CPF的抗性明顯高于突變體。

5、EBR顯著促進了GSH的合成,并顯著提高了還原型GSH的含量。同時,EBR誘導了GST和GR的活力上升,增強了解毒相關基因(CYP72482,GSH1,GSH2,GST1,GST2,GST3,GR和ABC)的表達。
　　 3.BRs能夠提高植物體內(nèi)解毒酶活力、解毒基因表達和GSH含量,避免藥害產(chǎn)生,然而這種機制也與BRs加速了植物體內(nèi)農(nóng)藥降解代謝有關。不同濃度的外源EBR預處理顯著的提高了CHT殘留的降解速率,而且較低濃度的EB

6、R預處理效果更顯著。同時,野生型番茄上的CHT殘留量顯著的低于BRs合成缺失突變體,預處理EBR均能加速野生型和突變體CHT殘留的降解,縮短農(nóng)藥殘留在植物體內(nèi)降解的半衰期。此外,研究還發(fā)現(xiàn),抑制了GSH的合成,CHT的降解速率也顯著減緩。表明BRs可能通過促進GSH的合成、解毒酶活力和解毒基因的表達而加速農(nóng)藥的降解。
　　 4.研究了H2O2在BRs促進農(nóng)藥降解代謝中的信號作用。外源處理不同濃度的EBR能夠顯著誘導內(nèi)源H2O2的

7、產(chǎn)生,并具有明顯的濃度效應。野生型中H2O2含量高于突變體。預處理EBR能夠同時誘導野生型和突變體H2O2含量的增加;而且H2O2的含量與RBOH表達密切相關。同時,我們利用NADPH氧化酶抑制劑(DPI),H2O2清除劑(DMTU)和NADPH合成抑制劑(6-AN)抑制內(nèi)源H2O2爆發(fā),發(fā)現(xiàn)抑制H2O2產(chǎn)生后,導致了GSH含量和解毒酶活力的降低,并顯著抑制了解毒基因表達,同時也減緩了CHT在番茄體內(nèi)的降解。然而外源預處理EBR或H2O

8、2后,顯著的提高了內(nèi)源H2O2的含量,并誘導了GSH的合成,解毒酶活力的提高和解毒基因的表達,促進了CHT在番茄體內(nèi)的降解。
　　 5.為了進一步明確農(nóng)藥藥害產(chǎn)生和BRs促進農(nóng)藥降解的分子機理,我們利用Affymetrix GeneChip(R) Tomato Genome Array技術(shù),分析了農(nóng)藥CHT,EBR和預處理EBR后再處理CHT對番茄轉(zhuǎn)錄組的影響。農(nóng)藥處理后共得到1545個有效的差異基因,其中上調(diào)670個,下調(diào)87

9、5個;單獨EBR處理獲得1584個有效差異基因,其中上調(diào)544個,下調(diào)1040個;預處理EBR后再處理CHT,得到1725個有效差異基因,其中上調(diào)700個,下調(diào)1025個。大量的基因受BRs和農(nóng)藥共同調(diào)控。經(jīng)分子注釋系統(tǒng)(Molecule Annotation System)分析發(fā)現(xiàn),這些基因中大部分涉及了催化活性功能。EBR預處理誘導了共表達基因中許多涉及解毒功能的基因的高表達。同時發(fā)現(xiàn),共調(diào)控基因中還涉及許多乙烯受體和乙烯響應的基因