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植物病害是造成农作物减产少收的主要原因之一,严重降低了农产品的品质,给农业生产造成了巨大的经济损失。目前,对于植物病害的防治仍以化学药剂为主,然而长期和不合理使用化学农药给环境保护,人畜安全等带来了严重的威胁。近年来,天然源杀菌剂在防治植物病害方面表现对环境友好、易降解和低残留、对非靶标生物安全低毒、促进作物生长及提高作物抗病性等特点,使其成为研究者们开发新型绿色农药的研发热点之一。
在前期研究基础上,本论文以油菜菌核病菌、稻瘟病菌、立枯丝核菌、小麦赤霉病菌、番茄灰霉病菌等常见植物病原真菌为研究对象,对天然源异喹啉生物碱化合物、甘草中的黄酮类化合物以及天然源五环三萜类化合物的抗农业病原真菌活性进行评价并探讨其初步的作用机理。研究结果表明:在12种异喹啉生物碱中,血根碱的抗菌活性最为突出且具有较广的抗菌谱,它对稻瘟病菌活性最好EC50值为6.96μg/mL,明显优于对照药嘧菌酯(EC50=12.04μg/mL)。进一步对血根碱的抗菌机制进行初步研究,发现其主要通过破坏稻瘟病菌菌丝形态、增加菌丝细胞膜通透性导致内容物外泄、降低菌丝线粒体膜电位、引起菌丝内源性ROS的大量积累以及影响菌丝细胞核中DNA的合成而发挥抗菌作用;在对甘草中的14种黄酮类化合物进行活性评价时发现光甘草定的抗菌活性较好,尤其对油菜菌核病菌活性最好EC50值为6.78μg/mL。运用转录组学技术对光甘草定抑菌作用机理进行研究,结果表明该化合物主要作用于线粒体内膜上的甘油磷脂代谢通路,具体涉及线粒体内膜上的磷脂酰丝氨酸脱羧酶,进而影响线粒体内膜的正常功能。此外,光甘草定也能作用于菌丝细胞膜使其通透性增加从而有效抑制菌丝生长;在11种天然源五环三萜类化合物中,我们筛选出了高活性化合物扁蒴藤素,其同样对油菜菌核病菌活性最好EC50值为1.36μg/mL且对油菜菌核病有良好的防治效果。对其抗菌作用机理进行初步研究发现扁蒴藤素处理后病菌菌丝线粒体内的ATP含量及ATPase活性显著降低(p<0.01),同时三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶及苹果酸脱氢酶的活性也发生了明显降低。故扁蒴藤素主要通过阻碍线粒体内的能量的生成,影响菌丝正常生命活动的能量供应,从而抑制菌丝正常生长。
总之,本论文选取了12种异喹啉生物碱、14种黄酮和11种五环三萜作为研究目标,对它们的抗植物病原真菌活性进行评价,并从这些化合物中分别筛选出了血根碱、光甘草定和扁蒴藤素三个高活性化合物。接着,我们首次对这三个化合物抗植物病原菌的作用机理从形态学、生理生化反应及RNA水平说明了其可能的作用机理。以上研究以期为天然源农用杀菌剂创制提供先导化合物以及为三类化合物后续的机制研究提供一定的理论参考。
在前期研究基础上,本论文以油菜菌核病菌、稻瘟病菌、立枯丝核菌、小麦赤霉病菌、番茄灰霉病菌等常见植物病原真菌为研究对象,对天然源异喹啉生物碱化合物、甘草中的黄酮类化合物以及天然源五环三萜类化合物的抗农业病原真菌活性进行评价并探讨其初步的作用机理。研究结果表明:在12种异喹啉生物碱中,血根碱的抗菌活性最为突出且具有较广的抗菌谱,它对稻瘟病菌活性最好EC50值为6.96μg/mL,明显优于对照药嘧菌酯(EC50=12.04μg/mL)。进一步对血根碱的抗菌机制进行初步研究,发现其主要通过破坏稻瘟病菌菌丝形态、增加菌丝细胞膜通透性导致内容物外泄、降低菌丝线粒体膜电位、引起菌丝内源性ROS的大量积累以及影响菌丝细胞核中DNA的合成而发挥抗菌作用;在对甘草中的14种黄酮类化合物进行活性评价时发现光甘草定的抗菌活性较好,尤其对油菜菌核病菌活性最好EC50值为6.78μg/mL。运用转录组学技术对光甘草定抑菌作用机理进行研究,结果表明该化合物主要作用于线粒体内膜上的甘油磷脂代谢通路,具体涉及线粒体内膜上的磷脂酰丝氨酸脱羧酶,进而影响线粒体内膜的正常功能。此外,光甘草定也能作用于菌丝细胞膜使其通透性增加从而有效抑制菌丝生长;在11种天然源五环三萜类化合物中,我们筛选出了高活性化合物扁蒴藤素,其同样对油菜菌核病菌活性最好EC50值为1.36μg/mL且对油菜菌核病有良好的防治效果。对其抗菌作用机理进行初步研究发现扁蒴藤素处理后病菌菌丝线粒体内的ATP含量及ATPase活性显著降低(p<0.01),同时三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶及苹果酸脱氢酶的活性也发生了明显降低。故扁蒴藤素主要通过阻碍线粒体内的能量的生成,影响菌丝正常生命活动的能量供应,从而抑制菌丝正常生长。
总之,本论文选取了12种异喹啉生物碱、14种黄酮和11种五环三萜作为研究目标,对它们的抗植物病原真菌活性进行评价,并从这些化合物中分别筛选出了血根碱、光甘草定和扁蒴藤素三个高活性化合物。接着,我们首次对这三个化合物抗植物病原菌的作用机理从形态学、生理生化反应及RNA水平说明了其可能的作用机理。以上研究以期为天然源农用杀菌剂创制提供先导化合物以及为三类化合物后续的机制研究提供一定的理论参考。