棒曲霉素PAT作为天然新型PSII抑制剂的作用模式
化学除草剂广泛应用于农业等领域,但其对人体健康的危害日益受到人们的关注。此外,抗除草剂杂草的广泛蔓延,降低了作物的质量和产量。因此,寻找更广泛的生物除草剂资源,且毒性低、结构新颖、靶标独特、环境友好成为迫切需要研究的课题。
与传统的化学除草剂防治相比,生物防治在杂草防治中发挥着重要作用。天然化合物的开发是生物除草剂开发的重要途径之一。本研究旨在阐明棒曲霉素PAT的植物毒性,并揭示其作为一种新的天然光系统II (PSII)抑制剂的作用方式。
PAT对多种植物的毒性研究
如上图,62种植物中43种对PAT表现出良好的敏感性,特别是菊科和禾本科杂草。另外,PAT处理后8种植物,包括4种作物(O. sativa, T. aestivum, Morus alba,& G. barbadense)属于叶片坏死损伤1~10 mm2的低感植物,因此PAT在杂草控制方面具有广泛的用途,是一种具有开发潜力的生物除草剂,可用于防治玉米地的外来杂草和阔叶杂草。
液相氧电极分段式测定电子传递链活性定位PAT抑制PSII电子传递链位点
荧光上升动力学OJIP曲线的分析
为了进一步准确地探测PAT对PSII的作用位点,作者测定了PAT和DCMU处理的紫茎泽兰叶片的荧光上升OJIP曲线。
如下图,100μM DCMU处理出现了典型的J阶跃升,荧光值在J-step快速达到与Fm相同的水平。J阶的跃升是由于PSII反应中心QA-的大量积而导致QA后的电子传递受阻导致[2,3]。
如上图为了研究PAT对荧光上升动力学性质的详细内在影响,对每条OJIP曲线Fo~Fm进行双重标准化得到可变荧光Vt = (Ft−Fo)/(Fm−Fo) (上图C上部)和相对可变荧光ΔVt = Vt(treated)− Vt(control)。
上图C可见,与DCMU处理类似,PAT对荧光上升动力学的主要影响是J峰的显著增加。此外如图D,PAT略微降低了K-step。已知K-step的出现与放氧复合体(OEC)的活性有关,K-step或ΔK峰振幅的增加反映了OEC损伤的程度[2,6,7]。在这里,PAT对K-step的振幅有负面影响(上图D),且导致OEC中心的活性分数略有增加(下图D)。表明PAT对OEC的活性有轻微的刺激作用。
JIP-test分析
JIP-test是分析荧光上升动力学OJIP曲线的有力工具,可以量化PSII在不同胁迫下的行为[2]。
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