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葡萄糖是植物体内最重要的生物活性物质之一,植物体内存在着广泛的葡萄糖转运蛋白。葡萄糖导向农药是将农药与葡萄糖偶合,以期实现葡萄糖转运蛋白介导下农药的吸收与转运。本文在糖基导向农药已有研究基础上,就葡萄糖基导向农药的吸收、转运及代谢进行了系统的研究。
⑴研究了葡萄糖氯丙炔菊酯偶合物(GTTJZ和GTJZ)在大豆植株的输导。0.5mg药剂涂叶法处理大豆中部叶片,高效液相色谱法(HPLC)检测了处理后第48、60、72h偶合物在大豆各部位的含量。GTJZ在茎部和顶部都检测到,72h顶部含量为1.04μg/g,根部未检到;GTTJZ在根部、茎部和顶部都检测到,第72h根部、顶部含量分别为1.08,0.6μg/g;而氯丙炔菊酯在三个部位均未检测到。结果表明非内吸性的氯丙炔菊酯农药偶联葡萄糖后,具有了内吸性,甚至双向输导性。
⑵以氟虫腈为对照,系统研究了葡萄糖氟虫腈偶合物(GTF)在大豆、烟草、南瓜植株的吸收、分布与降解。得到以下主要结果:①大豆中部叶片涂药试验表明,GTF经大豆叶片吸收后,可以通过茎部双向输导进入根部和顶端,且顶端含量较高,第72h的含量为22.39μg/g,表明GTF具双向输导性;②烟草中部叶片浸叶法试验表明,在处理后第28h,GFT和氟虫腈的吸收率分别为57.99%,38.39%,顶部和茎表皮检测到GTF;仅在对照顶部检测到氟虫腈,且含量明显少于GTF,表明葡萄糖偶合能促进农药的叶片吸收,葡萄糖农药偶合物GTF能在烟草植株双向输导;③浸根法研究烟草根部吸收的结果表明,GTF和氟虫腈的在烟草根部吸收率差别不大,28h的吸收率分别为62.99%,58.39%,且主要是通过木质部向上输导,向叶片和顶端分布;④用HPLC、气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)在GTF浸根处理烟草植株的根部、叶片和顶端检测到氟虫腈,且用HPLC证明了药剂在标准溶液及其水培液中没有发生降解,表明GTF在植物体降解成氟虫腈;⑤涂叶法处理南瓜叶片28h,氟虫腈的吸收与转运率分别为75.8%,47.1%;GTF的吸收与转运率分别为96.20,81.67%,且在施药叶上下部叶片和茎部伤流液中均检测到GTF,进一步表明了GTF的双向输导功能。同时在GTF处理南瓜的叶片、顶部和果实检测到氟虫腈,进一步表明GTF在植物体降解成氟虫腈;⑥用HPLC和HPLC-质谱联用技术(HPLC-MS)检测了GTF在南瓜果实中的降解,注药后12,24,36h,降解成氟虫腈的比率占总降解率的90%以上,表明GTF在离体南瓜的主要降解产物是氟虫腈。
⑶为可视化成像检测并验证葡萄糖基的导向作用,用点击化学方法,在4-碘芳基吡唑(8a)分子中同时引入荧光NBD片段和葡萄糖结构片段而构成荧光偶合物12;在8a分子引入两个NBD结构片段构成荧光偶合物13。以13和8a作为对照,研究了12在烟草悬浮细胞和洋葱内表皮细胞的吸收,取得的主要结果如下:①偶合物的最大发射波长为530nm,此波段下细胞的背景荧光微弱,对观测影响作用小;②荧光显像证明偶联葡萄糖基的12能进入植物细胞,而未偶联葡萄糖基的13,既使浓度高于12,在细胞内荧光也很微弱,证明了葡萄糖基团能促进细胞对偶合物的吸收;③荧光显像表明能量解偶联剂碳酰氰间氯苯腙(CCCP)和己糖转运蛋白抑制剂根皮苷能明显抑制洋葱内表皮细胞对12的吸收;④HPLC定量测定结果表明,10μM处理烟草悬浮细胞2h,70%以上的12被烟草悬浮细胞吸收,葡萄糖、CCCP和根皮苷处理对吸收的抑制作用明显,表明细胞吸收12是一个耗能的、葡萄糖转运蛋白介导的过程;⑤8a和12的25,50,100,300,400μM5个浓度梯度处理烟草细胞1h的结果显示,12的吸收量随着浓度的升高渐近饱和,而8a的吸收量与浓度呈正相关;12的吸收符合酶促反应的Michaelis-Menten方程,根据双倒数回归曲线得到12吸收的酶促动力学参数:Km=165μM;Vmax=1111nmol/h/g细胞。进一步证明了12的吸收是被蛋白介导的。研究表明葡萄糖基导向农药能够在葡萄糖基团的介导下,进入植物并转运至相关部位,进一步验证了糖基导向农药的重要构想。