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除草剂是保证农作物产量和质量的重要农业生产物资。然而除草剂大量使用容易造成严重的杂草抗性问题。因此,开发全新作用机制除草剂对解决杂草抗性问题具有重要意义。本论文以转酮醇酶为除草剂作用靶标,利用虚拟筛选,以及结合前期发现的除草剂先导化合物ZINC12007063和4u,开展除草剂先导化合物的结构优化与筛选研究。具体研究内容如下:1.本研究在Uniprot中获取拟南芥转酮醇酶AtTKL1的蛋白质序列,采用SWISS-MODEL进行蛋白质三维结构线上同源模建,获得其蛋白质三维结构模型;基于靶标AtTKL1,以嘧啶吡唑胺类化合物为先导骨架,利用分子对接技术,筛选预期具有活性的目标分子。分子对接结果分析发现,结合能较高的16个目标分子与转酮醇酶活性中心的关键催化氨基酸His103和His340以范德华力形成相互作用,预示其会表现出很好的除草活性,并进行优先合成,合成的16个目标化合物的结构均经氢谱、碳谱和高分辨质谱表征确认,其除草活性也得到相应验证。2.利用小杯法和茎叶喷雾法分别对合成的目标化合物进行除草生物活性评价,在小杯法测试条件下,浓度为200 mg/L,化合物6a、6d、6f、6h、6i、6k和6o对马唐的根生长抑制率为66%、80%、74%、62%、54%、65%和52%,其中6d活性最高,达80%,显著优于对照药剂莠去津;此外,化合物6d和6g对油菜根的抑制率分别为77%和82%,显著优于对照化合物4u,与对照药剂莠去津相当;同时化合物6d对反枝苋的根和茎的抑制率均达64%,显著优于对照药剂莠去津。然而茎叶喷雾法测试中并未表现出明显除草效果,可能原因是植物叶片表面有蜡质层,简单加工的药剂未能到达靶标位点。综上,6d表现出较好的除草活性值得进一步研究。3.为进一步拓展转酮醇酶的除草剂先导结构多样性,以拟南芥AtTKL1为靶标,对SPECS数据库虚拟筛选,购买预测具有活性的化合物进行除草活性验证。在小杯法条件下,测试浓度为250 mg/L,化合物1n对反枝苋的根和茎生长抑制率分别为64%和63%;对马唐的根和茎生长抑制率分别为58%和55%;显著高于对照药剂硝磺草酮;化合物1c对马唐的根和茎的生长抑制率分别为55%和42%,表现出较好的除草活性;另外,化合物1b处理油菜3d后,油菜叶片出现黄化、失绿、苗势弱等受害症状。化合物1b和1c的分子结构中均含有二酮结构,可能是潜在的除草剂药效团结构;化合物1n酰胺骨架便于衍生化研究。综合评价,化合物1b、1c和1n可能是新靶标转酮醇酶的新型除草剂理想先导结构,具有潜在的研发价值。