棒曲霉素PAT作為天然新型PSII抑制劑的作用模式
化學(xué)除草劑廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,但其對(duì)人體健康的危害日益受到人們的關(guān)注。此外,抗除草劑雜草的廣泛蔓延,降低了作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。因此,尋找更廣泛的生物除草劑資源,且毒性低、結(jié)構(gòu)新穎、靶標(biāo)獨(dú)特、環(huán)境友好成為迫切需要研究的課題。
與傳統(tǒng)的化學(xué)除草劑防治相比,生物防治在雜草防治中發(fā)揮著重要作用。天然化合物的開發(fā)是生物除草劑開發(fā)的重要途徑之一。本研究旨在闡明棒曲霉素PAT的植物毒性,并揭示其作為一種新的天然光系統(tǒng)II (PSII)抑制劑的作用方式。
PAT對(duì)多種植物的毒性研究
如上圖,62種植物中43種對(duì)PAT表現(xiàn)出良好的敏感性,特別是菊科和禾本科雜草。另外,PAT處理后8種植物,包括4種作物(O. sativa, T. aestivum, Morus alba,& G. barbadense)屬于葉片壞死損傷1~10 mm2的低感植物,因此PAT在雜草控制方面具有廣泛的用途,是一種具有開發(fā)潛力的生物除草劑,可用于防治玉米地的外來雜草和闊葉雜草。
液相氧電極分段式測(cè)定電子傳遞鏈活性定位PAT抑制PSII電子傳遞鏈位點(diǎn)
熒光上升動(dòng)力學(xué)OJIP曲線的分析
為了進(jìn)一步準(zhǔn)確地探測(cè)PAT對(duì)PSII的作用位點(diǎn),作者測(cè)定了PAT和DCMU處理的紫莖澤蘭葉片的熒光上升OJIP曲線。
如下圖,100μM DCMU處理出現(xiàn)了典型的J階躍升,熒光值在J-step快速達(dá)到與Fm相同的水平。J階的躍升是由于PSII反應(yīng)中心QA-的大量積而導(dǎo)致QA后的電子傳遞受阻導(dǎo)致[2,3]。
如上圖為了研究PAT對(duì)熒光上升動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的詳細(xì)內(nèi)在影響,對(duì)每條OJIP曲線Fo~Fm進(jìn)行雙重標(biāo)準(zhǔn)化得到可變熒光Vt = (Ft−Fo)/(Fm−Fo) (上圖C上部)和相對(duì)可變熒光ΔVt = Vt(treated)− Vt(control)。
上圖C可見,與DCMU處理類似,PAT對(duì)熒光上升動(dòng)力學(xué)的主要影響是J峰的顯著增加。此外如圖D,PAT略微降低了K-step。已知K-step的出現(xiàn)與放氧復(fù)合體(OEC)的活性有關(guān),K-step或ΔK峰振幅的增加反映了OEC損傷的程度[2,6,7]。在這里,PAT對(duì)K-step的振幅有負(fù)面影響(上圖D),且導(dǎo)致OEC中心的活性分?jǐn)?shù)略有增加(下圖D)。表明PAT對(duì)OEC的活性有輕微的刺激作用。
JIP-test分析
JIP-test是分析熒光上升動(dòng)力學(xué)OJIP曲線的有力工具,可以量化PSII在不同脅迫下的行為[2]。
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