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随着农业的发展,农药作为病虫害防治的有效手段,被广泛使用。农药的使用大大降低劳动力、提高作物产量,但大量使用也造成了环境污染。除草剂是一类常用的农药,长时间残留于土壤或水环境,对非靶标植物产生毒害,严重影响植物的生长和发育。本文研究了手性除草剂咪唑乙烟酸(imazethapyr,IM)对拟南芥根系形态、根蛋白表达以及根系细菌群落的对映选择性影响。结果显示,20μg/LIM处理拟南芥4天后,R-(-)-IM和S-(+)-IM组的地上部分鲜重分别下降了32.0%和10.8%,根鲜重下降了 56.5%和43.5%。IM对根系形态结构呈对映体选择性,导致根平均直径增大,而根体积、表面积及侧根数目明显减小,抑制能力R-(-)-IM>S-(+)-IM。根系发育直接影响了拟南芥对营养元素的吸收,R-(-)-IM处理导致根中Na、Zn和Mg含量分别下降至对照组的61.4%、52.1%和57.8%,而S-(+)-IM处理导致根中Na、Zn和Mg含量分别下降至对照组的74.2%、69.9%和81.9%。同位素亲和标签技术(isobaric tags for relative and absolute quantitation,iTRAQ)检测了根蛋白表达谱,共检测到6135个拟南芥根蛋白,其中R-(-)-IM处理组定量到4185个蛋白,S-(+)-IM处理组定量到3802个蛋白。以与对照组比值1.3作为显著变化的临界值,R-(-)-IM处理组中显著变化蛋白有1322个,S-(+)-IM处理组中为987个。R-(-)-IM处理组上调蛋白为892个,下调430;而S-(+)-IM处理组上调蛋白为685个,下调302;两者共同上调354个,共同下调151个。这些蛋白主要参与氨基酸合成和代谢、苯丙氨酸代谢、抗氧化过程、三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA)、糖代谢及蛋白翻译等途径。此外,IM处理改变了根系菌群结构,使根系细菌总量和多样性显著上升。其中嗜酸菌成为优势菌,在R-(-)-IM处理组中占37%,S-(-)-IM处理组中占21%。这可能与IM胁迫诱导拟南芥根系分泌有机酸有关,嗜酸菌正是利用所分泌的有机酸作为碳源,在根系表面聚集成为优势菌种。以上这些结果表明,IM对映体通过影响一系列的生化过程及代谢途径,从而抑制植物生长以及影响植物生存的微环境。