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植物源羊脂酸除草活性及其响应机制

植物保护学报 2018年第5期45卷 1161-1167页

作者：李祖任黄勤勤彭琼周勇周小毛柏连阳湖南省农业科学院湖南省农业生物技术研究所杂草生物学及安全防控湖南省重点实验室长沙410125 湖南省农田杂草防控技术与应用协同创新中心娄底417000

为研制新型植物源除草剂,需从植物中筛选具有除草活性的天然产物,本研究将椰子经物理压榨成椰子油,椰子油经皂化、酸化、蒸馏分段,再经气质联用仪鉴定其中具有除草活性的产物,并采用室内生测法和田间药效试验对该产物的除草活性进行评价... 详细信息

为研制新型植物源除草剂,需从植物中筛选具有除草活性的天然产物,本研究将椰子经物理压榨成椰子油,椰子油经皂化、酸化、蒸馏分段,再经气质联用仪鉴定其中具有除草活性的产物,并采用室内生测法和田间药效试验对该产物的除草活性进行评价,测定其在不同光照和浓度条件下对小飞蓬Conyza canadensis的3种防御酶——L-苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性的影响。结果表明:从椰子油中筛选的具有除草活性的产物经鉴定为羊脂酸,气质色谱图中保留时间为6.20 min。羊脂酸具有较高的除草活性,EC_(50)为14.07 mg/L,100 m L的20%羊脂酸水乳剂喷施后15 d对20 m^2非耕地杂草的株防效和鲜重防效分别为90.25%和90.37%,即与对照药剂草甘膦异丙胺盐水剂除草效果相当。低浓度羊脂酸对小飞蓬的防御酶活性影响不显著,较高浓度下L-苯丙氨酸解氨酶活性显著上升,多酚氧化酶和过氧化物酶活性显著下降,当光强为100~120μmol·m^(-2)·s^(-1)、温度为18~20℃时,这种变化在完全黑暗条件下较完全光照条件下更为明显。表明羊脂酸除草机理可能与其抑制杂草的光合作用有关。

关键词：植物源除草剂羊脂酸杂草防控作用机理

小飞蓬响应羊脂酸的光捕获蛋白Lhc-J9/Z6的表达分析

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小飞蓬响应羊脂酸的光捕获蛋白Lhc-J9/Z6的表达分析

作者：徐晶晶贵州大学

学位级别：硕士

小飞蓬是我国的旱地恶性杂草,对农作物如秋收作物等的产量影响极大。化学除草剂的使用使得杂草的抗药性日益增强,为了开发植物源除草剂,本实验以小飞蓬为实验材料,探究了羊脂酸对小飞蓬的化感作用及除草机制,得到以下结果:1.以羊脂酸处... 详细信息

小飞蓬是我国的旱地恶性杂草,对农作物如秋收作物等的产量影响极大。化学除草剂的使用使得杂草的抗药性日益增强,为了开发植物源除草剂,本实验以小飞蓬为实验材料,探究了羊脂酸对小飞蓬的化感作用及除草机制,得到以下结果:1.以羊脂酸处理小飞蓬的蛋白质组学数据信息为基础,采用同源克隆和RACE技术克隆了编码Cc Lhca-Z6基因的完整c DNA序列,利用荧光定量PCR比较了羊脂酸处理后不同时间Cc Lhca-Z6表达量的差异。结果表明,Cc Lhca-Z6基因序列全长1016 bp(Gene Bank序列号为MH512007.1),编码266个氨基酸,分子量为28.14 k D,理论等电点为5.29;小飞蓬Lhca-Z6蛋白与黄花蒿Lhca-Z6(PWA84283.1)蛋白进化程度最为接近,处于同一分支亲缘比较近。RT-q PCR分析结果显示,羊脂酸处理显著影响小飞蓬叶片Cc Lhca-Z6基因表达,并随时间呈现出先升后降的趋势,其中处理时间为2 h时,Cc Lhca-Z6基因的相对表达量达到最大值,为对照组(处理0 h)的20.6倍,此结果与前期蛋白质组学结果相似。由此推测Cc Lhca-Z6基因可能是小飞蓬响应羊脂酸胁迫的关键基因。本研究结果为进一步探索植物源除草剂羊脂酸的作用机理奠定了基础。2.以羊脂酸处理不同时间的小飞蓬叶片为材料,测定其植物丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)活性。结果表明,随着羊脂酸处理时间的增长,SHMT的酶活先慢慢升高,在处理时间为2 h时达到最高值,然后慢慢降低,猜测在24 h时小飞蓬已经枯萎。3.以小飞蓬叶片为实验材料,诱导形成愈伤组织并建立小飞蓬的再生体系,随后采用农杆菌介导法在小飞蓬愈伤中对GUS基因进行了瞬时表达。结果表明:在0.5mg/L 6-BA+0.5 mg/L NAA+MS培养基的条件下,小飞蓬叶片诱导愈伤组织和丛生芽效果最佳,在0.75 mg/L NAA+1/2MS培养基的条件下,能成功诱导丛生芽生根及小飞蓬再生。通过农杆菌介导法,将GUS基因导入小飞蓬的愈伤组织中,经GUS染色,证明GUS基因可在诱导的愈伤中瞬时表达,确定了小飞蓬愈伤组织表达外源重组质粒的可行性。总而言之,我们的研究表明了羊脂酸处理确实能使小飞蓬发生一系列生理生化反应,其具备作为安全高效的生物源除草剂的开发潜力,而Cc Lhca-Z6可能是其中关键的调控基因,这为开发羊脂酸作为生物源除草剂提供了理论依据。

关键词：小飞蓬羊脂酸生物源除草剂 CcLhca-Z6基因

小飞蓬光捕获蛋白基因CcLhc-M3对植物源羊脂酸响应机制的研究

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小飞蓬光捕获蛋白基因CcLhc-M3对植物源羊脂酸响应机制的研究

作者：韩进财湖南大学

学位级别：硕士

小飞蓬是一种世界范围的恶性杂草,对全球作物的产量影响极大。使用化学除草剂是防除小飞蓬最常用最有效的方法,但化学除草剂的长期使用已导致小飞蓬出现多种抗药性种群。探索具有除草活性的植物源物质能够缓解杂草抗药性的发生,同时减... 详细信息

小飞蓬是一种世界范围的恶性杂草,对全球作物的产量影响极大。使用化学除草剂是防除小飞蓬最常用最有效的方法,但化学除草剂的长期使用已导致小飞蓬出现多种抗药性种群。探索具有除草活性的植物源物质能够缓解杂草抗药性的发生,同时减少化学除草剂的使用量及其对生态环境的破坏。课题组前期发现从椰子油中提取的羊脂酸对小飞蓬具有较高的抑草活性,并采用Lable-free蛋白质组学方法分析了羊脂酸处理后的小飞蓬叶片,其中有112种蛋白的丰度表现出显著差异表达,结合光合作用相关指标参数的测定,发现羊脂酸的响应基因可能是光捕获蛋白基因(Lhc-M3,Lhc-Z6,Lhc-J9)。本文以小飞蓬和拟南芥为试验材料,主要研究了小飞蓬光捕获蛋白基因Lhc-M3对植物源羊脂酸的响应机制,具体试验内容及实验结果如下:以羊脂酸处理后小飞蓬蛋白质组学分析结果为基础,采用同源克隆和RACE方法克隆了编码CcLhc-M3基因的完整c DNA序列,并对其生物信息学特征进行分析。CcLhc-M3基因序列全长为683 bp,开放阅读框长417 bp,编码了138个氨基酸;相对分子质量为14.915 k Da,理论等电子点为9.33,不稳定指数为48.78;CcLhc-M3蛋白与除虫菊(Tanacetum cinerariifolium GEX65322.1)进化程度最为接近,同属于菊科这一分支;采用Robetta软件预测了CcLhc-M3蛋白的三级结构,并采用Auto Dock Tools软件将植物源羊脂酸与CcLhc-M3蛋白进行分子对接,结果表明:羊脂酸能与CcLhc-M3蛋白第133位ASP和第132位LEU形成氢键而结合在一起。以16318-h GFP为载体,将CcLhc-M3基因在拟南芥原生质体上瞬时表达,来验证CcLhc-M3蛋白的亚细胞定位信息。在叶绿体红色荧光通道下,可观察到叶绿体在原生质体内的分布情况;在GFP绿色荧光通道下,CcLhc-M3蛋白荧光信号只出现在叶绿体上;在红色荧光和绿色荧光两个通道叠加下,叶绿体上出现了黄色荧光,可知CcLhc-M3蛋白定位在叶绿体上。以哥伦比亚野生型拟南芥为材料,通过农杆菌介导浸花法获得了过表达CcLhc-M3、CcLhc-Z6和CcLhc-J9的转基因植株。用培养皿培养法验证羊脂酸对转基因拟南芥种子萌发以及幼苗根长发育的影响。在40 m L培养基中加入2.5μL羊脂酸时,拟南芥种子的萌发受到了显著的抑制,CcLhc-M3、CcLhc-Z6、CcLhc-J9基因过表达拟南芥种子萌发率与野生型无显著差异,未提高对羊脂酸的抗性;cclhc-m3、cclhc-z6、ccclhc-j9基因突变体拟南芥种子萌发率也与野生型无显著差异,并未表现出对羊脂酸更敏感;在40 m L培养基中加入1μL羊脂酸时,拟南芥幼苗根长受到了显著的抑制,CcLhc-M3、CcLhc-Z6、CcLhc-J9转基因植株幼苗根长与野生型无显著差异,未表现出对羊脂酸的抗性;cclhc-m3、cclhc-z6、cclhc-j9突变体幼苗根长也与野生型无显著差异,也未表现出对羊脂酸更敏感。用土壤培养,茎叶喷雾的方式评价转基因植株对羊脂酸耐受性。在喷施50μL/10 m L羊脂酸时,CcLhc-M3基因与CcLhc-J9基因过表达的拟南芥植株相对于cclhc-m3和cclhc-j9突变体以及野生型植株表现出不同程度的羊脂酸耐受性,而CcLhc-Z6基因过表达的拟南芥植株对羊脂酸较突变体cclhc-z6和野生型植株更加敏感。综上所述,本研究克隆了一个小飞蓬捕光蛋白基因(CcLhc-M3),对其进行了生物信息学特征分析,CcLhc-M3蛋白定位于叶绿体;通过转基因方法获得了CcLhc-M3转基因植株,评价了其对羊脂酸的耐受性,明确了CcLhc-M3是植物源羊脂酸的响应基因,为开发植物源除草剂羊脂酸提供了理论基础。

关键词：小飞蓬光捕获蛋白羊脂酸植物源除草剂

植物源羊脂酸与3种商用除草剂多靶标协同除草

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江西农业学报 2021年第10期33卷 15-21页

作者：柏浩东罗丁峰倪弦之王立峰唐剑泉金晨钟李祖任湖南人文科技学院农田杂草防控技术与应用协同创新中心湖南娄底417000 湖南省农业科学院杂草生物学及安全防控湖南省重点实验室湖南长沙410125

通过对植物源羊脂酸与3种商用除草剂多靶标协同除草效果的研究分析,为扩大杀草谱、提高除草效果、延缓除草剂抗性的发生与发展提供参考。采用室内和田间生物测定方法,评价了羊脂酸与3种商用除草剂(精喹禾灵、二甲四氯钠和敌草快)复配制... 详细信息

通过对植物源羊脂酸与3种商用除草剂多靶标协同除草效果的研究分析,为扩大杀草谱、提高除草效果、延缓除草剂抗性的发生与发展提供参考。采用室内和田间生物测定方法,评价了羊脂酸与3种商用除草剂(精喹禾灵、二甲四氯钠和敌草快)复配制剂的联合作用效果。室内药效试验结果显示:羊脂酸与精喹禾灵、二甲四氯钠和敌草快按不同比例混配后,对各供试杂草表现为加成或增效作用。羊脂酸与精喹禾灵以37.22∶1或2.32∶1比例混配,与二甲四氯钠以1.91∶1比例混配,与敌草快以2.68∶1比例混配为最佳混配比例。田间药效试验结果显示:当羊脂酸与3种商用除草剂以最佳复配比例混用时,混配防效均优于其对应单剂的防效。羊脂酸和3种商用除草剂多靶标协同作用,结合了4种单剂的优点,对禾本科、阔叶杂草等农田杂草具有较好的防除效果。

关键词：羊脂酸除草效果除草剂混配精喹禾灵二甲四氯钠敌草快

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植物源羊脂酸与草铵膦的最佳配比

杂草学报 2019年第3期37卷 60-65页

作者：柏浩东彭亚军刘乐徐晶晶曹学平李祖任杂草生物学及安全防控湖南省重点实验室/湖南省农业科学院湖南长沙410125 湖南生物机电职业技术学院湖南长沙410127 湖南华都农业科学有限公司湖南长沙410000

为明确羊脂酸与草铵膦的最佳配比方案,采用室内生物测定方法,评价羊脂酸与草铵膦复配对供试杂草丁香蓼、马唐、稗草、小飞蓬的鲜重防效,并对复配制剂进行了田间药效试验。室内生测结果表明,羊脂酸与草铵膦按不同有效成分含量比复配后,... 详细信息

为明确羊脂酸与草铵膦的最佳配比方案,采用室内生物测定方法,评价羊脂酸与草铵膦复配对供试杂草丁香蓼、马唐、稗草、小飞蓬的鲜重防效,并对复配制剂进行了田间药效试验。室内生测结果表明,羊脂酸与草铵膦按不同有效成分含量比复配后,对供试杂草均呈现为加成或增效作用,其中1∶2.8的复配比例为最佳配比方案。田间药效试验结果表明,羊脂酸与草铵膦的复配比例为1∶2.8时,施药后7 d,对非耕地杂草的株数防效达到88.6%,施药后14 d,对总草株数防效达到93.5%,鲜重防效达到91.0%,高于单剂防效。羊脂酸和草铵膦复配后,综合了2种单剂的优势,对禾本科、阔叶杂草等旱地杂草均有很好的防除效果。

关键词：羊脂酸草铵膦除草剂混配除草效果

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植物源羊脂酸除草活性及其作用机理研究

植物源羊脂酸除草活性及其作用机理研究

小飞蓬捕光叶绿素结合蛋白基因CcLhca-J9克隆及表达分析

第十三届全国杂草科学大会

作者：李祖任王立峰邬腊梅杨浩娜周尚峰柏连阳湖南省农业科学院

植物源除草剂是杂草的生物防除及新型生物源除草剂的研究方向。广泛筛选植物中有除草活性的天然产物,作为农药先导结构的重要来源,进行结构衍生及优化,已成为新农药创制研究的前沿与热点领域,也是获得具有良好的环境相容性农药的有效途... 详细信息

植物源除草剂是杂草的生物防除及新型生物源除草剂的研究方向。广泛筛选植物中有除草活性的天然产物,作为农药先导结构的重要来源,进行结构衍生及优化,已成为新农药创制研究的前沿与热点领域,也是获得具有良好的环境相容性农药的有效途径之一。羊脂酸,又名正辛酸,分子式为C

关键词：羊脂酸除草活性小飞蓬光合作用差异蛋白

来源： cnki会议评论

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中国农业科学 2021年第1期54卷 86-94页

作者：李祖任罗丁峰柏浩东徐晶晶韩进财徐强王若仲柏连阳湖南省农业科学院杂草生物学及安全防控生物学湖南省重点实验室湖南农业大学植物激素与生长发育湖南省重点实验室

【背景】恶性杂草小飞蓬（Conyza canadensis）危害严重,有效治理手段匮乏。植物源羊脂酸可高效抑制小飞蓬光合作用,是一种具有开发潜力的灭生型植物源除草化合物。捕光叶绿素a/b结合蛋白（LHC）是光合系统I（PSI）中重要复合体蛋白,在... 详细信息

【背景】恶性杂草小飞蓬（Conyza canadensis）危害严重,有效治理手段匮乏。植物源羊脂酸可高效抑制小飞蓬光合作用,是一种具有开发潜力的灭生型植物源除草化合物。捕光叶绿素a/b结合蛋白（LHC）是光合系统I（PSI）中重要复合体蛋白,在植物进行光合作用中发挥关键作用。【目的】挖掘羊脂酸抑制小飞蓬的潜在靶标基因,为植物源羊脂酸除草剂的开发提供理论依据。【方法】采用同源克隆和RACE技术从小飞蓬叶片中克隆CcLhca-J9的全长序列,并利用DNAMAN分析其核酸序列特征。在NCBI中搜索LHC的高相似度氨基酸序列,采用邻接法构建系统进化树。利用SWISS-MODEL和ExPaSy在线预测分子量、等电点和蛋白结构。以同源建模结果作为模型,采用AutoDock 4.2软件分析羊脂酸与CcLhca-J9蛋白之间的亲和力。采用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）分析羊脂酸和对照药剂阿魏酸及清水处理小飞蓬叶片后CcLhca-J9表达差异。【结果】成功获得小飞蓬CcLhca-J9,基因编码区全长为744 bp,编码247个氨基酸,分子量为26.766 kD,理论等电点为6.43,属于Chloroa;-bind家族蛋白。系统进化分析表明,CcLhca-J9与除虫菊（GEW73959.1,Tanacetum cinerariifolium）和黄花蒿（PWA35049.1,Artemisia annua）Lhca蛋白进化程度最为接近,同处于菊科这一分支,一致性超过85%,表明该基因家族保守性较强。CcLhca-J9蛋白二级结构具有螺旋、β转角、延伸链、无规则卷曲;以4y28.1.O （2.80?）为模板进行同源建模,三级结构是单分子物体,具有6个叶绿体a配体,是一个典型的捕光复合物I叶绿素a/b结合蛋白。分子对接显示,羊脂酸与CcLhca-J9蛋白的氨基酸残基Gly68、Phe67、Phe69和Arg197在结合过程中产生了氢键和p-π的作用力。RT-qPCR结果显示,羊脂酸胁迫处理小飞蓬叶片条件下,CcLhca-J9的表达量存在明显差异,药后0—8 h内随时间延长表达量表现出下降的趋势。与对照阿魏酸和清水处理相比,羊脂酸处理抑制了CcLhca-J9的表达。【结论】CcLhca-J9具有典型的捕光叶绿素a/b结合蛋白功能,可能参与了羊脂酸抑制小飞蓬叶片生长过程,是具有开发除草剂潜力的抑草靶标。

关键词：小飞蓬光捕获蛋白基因克隆分子对接羊脂酸