当前位置: 首页 > 范文大全 > 公文范文 >

草甘膦作用机制和抗性研究进展

时间:2022-03-30 10:11:40  浏览次数:

zoޛ)j首总结和分析,以期为我国草甘膦的抗性研究和科学使用提供参考。

关键词 除草剂; 草甘膦; 作用机制; 抗性

中图分类号: S 482.4

文献标识码: A

DOI: 10.3969/j.issn.05291542.2017.02.003

Abstract Glyphosate has become one of the most important, dominant and perfect herbicide for world agriculture so far. However, the overreliance and intensive use of glyphosate alone to manage weeds has selected populations that are glyphosateresistant. This threatens not only efficacy and future sustainability of glyphosate as a precious herbicide, but also the safety of modern agricultural production. In this review, we focus on the action mechanism of glyphosate, the current status of evolved glyphosateresistant weeds worldwide and resistance mechanisms in different weeds. This will provide useful references for Chinese researchers in the study of glyphosate resistance and sustainable use of glyphosate in the future.

Key words herbicide; glyphosate; mechanism of action; resistance

自从1946年开始使用2,4D,化学除草剂已走过60多年的历程,为全球粮食生产和农业现代化做出了巨大贡献[1]。其中草甘膦(N(膦羧基甲基)甘氨酸)是迄今为止最为重要、应用最为广泛和最优秀的除草剂[2]。自1974年美国孟山都公司开发草甘膦以来,由于其具有广谱、低毒、安全、无土壤残留的特点,迅速占据了世界除草剂的主导地位。尤其是1996年后,随着抗草甘膦转基因作物(如大豆、玉米和油菜)的问世和大面积推广应用,草甘膦的使用更是出现了迅猛增长[3]。目前,已成为全球销售量最大和增长最快的农药品种[4]。

1 草甘膦的作用机制

草甘膦是唯一一个以植物叶绿体中5烯醇式丙酮酰莽草酸3磷酸合成酶(5enolypyruvylshikimate3phosphate synthase, EPSPS, EC 2.5.1.19)为靶标的除草剂[2]。EPSPS广泛存在于植物和一些真菌及细菌体内,是莽草酸代谢途径的第6个酶。莽草酸途径在植物的生长点最为活跃,对植物极其重要,它贡献了植物体干重生物量的35%以上[5]。在莽草酸途径中,EPSPS负责催化磷酸烯醇丙酮酸(PEP)和磷酸莽草酸(S3P)生成5烯醇式丙酮酰莽草酸3磷酸(EPSP)。這个步骤是植物细胞合成芳香族氨基酸(色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸),并最终合成激素和许多次生代谢物如类黄酮、木质素、泛醌、维生素K、植物保卫素和其他酚类化合物的关键(图1)。草甘膦的作用机理是以竞争PEP和非竞争S3P的方式同植物体内EPSPS进行绑定,形成结构稳定的EPSPS-S3P-草甘膦复合物。从而引起EPSPS活性的丧失,大量碳源流向S3P,进而造成莽草酸在组织中快速积累。另一方面,蛋白质生物合成所必需的芳香族氨基酸的合成则严重受阻。最终导致植物生长受到抑制[6]。

然而,草甘膦是如何通过抑制莽草酸途径杀死植物的至今仍不十分清楚。许多研究认为蛋白质合成所需芳香族氨基酸的缺乏是草甘膦作用的最初影响,这符合草甘膦作用缓慢的特点。同时,大量碳源流向莽草酸途径必然导致其他基本代谢所需碳源的匮乏,引起植物体内代谢的紊乱。大量证据已经表明草甘膦对其他许多生理生化过程都有明显的影响,例如降低光合作用效率、导致叶绿素降解、抑制叶绿素和胡萝卜素合成、减少光合作用和光呼吸蛋白丰富度、抑制铁还原酶(ferric reductase)活性、抑制生长素传导和增加生长素氧化等[79]。有研究显示草甘膦处理甜菜Beta vulgaris L.叶片后,叶片中1,5二磷酸核酮糖(RuBP)含量急剧下降、气孔导度迅速减小、碳同化完全停止、光合作用效率显著降低,但是对蔗糖的合成和转运没有影响[1011]。Olesen等也发现在喷洒草甘膦1 d后,大麦Hordeum vulgare叶片的CO2同化完全停止了[12]。来自非草甘膦抗性玉米的结果表明,随着草甘膦使用浓度的增加,叶绿素含量、株高和干生物量逐渐降低[13]。草甘膦能够和一些金属离子(如Mg2+)发生螯合,引起一些酶结构和功能发生改变,可能是叶绿素合成受阻的重要原因[4]。而Zobiole等发现,草甘膦抑制转基因大豆(抗草甘膦)光合作用并导致生物量和谷物产量减少的原因在于它显著降低了大豆的叶面积及根茎对营养的吸收和积累[14]。此外,草甘膦也被证明能够抑制核酸的生物合成[15]。正是由于这样的作用特点使草甘膦成为研究植物学的优秀工具之一。

推荐访问: 抗性 研究进展 机制 作用 草甘膦