农药信息学方法在线平台及其农药研发中应用

绿色农药是防治病、虫、草等有害生物,保障粮食安全的重要“武器”。农药信息学已成功应用于农药靶标识别、活性成分设计和环境影响评价等农药研究与开发各个阶段。通过系统性整合农药信息学相关的工具、方法等,搭建了一站式在线平台(http://chemyang.ccnu.edu.cn/ccb/database/PIP/),并在此基础上,介绍了其在农药研发中的应用,探讨了农药抗性管理和环境风险评估等农药信息学未来研究方向。旨在充分发挥农药信息学方法及一站式在线平台在农药研发中的作用,指导、助力绿色新农药创制。

基于细菌生物膜的农药残留微生物降解研究进展

农田土壤中农药残留污染是影响农产品安全生产的关键因素。微生物降解作为一种资源丰富、高效环保、操作便捷的农药残留降解技术,却由于易受环境因素影响,导致其在田间实际应用效果不显著。如何稳定和提高降解菌的田间活性,已成为制约农药残留生物降解技术产业化的“瓶颈”。生物膜是细菌通过分泌多糖和蛋白质等胞外聚合物,将其自身包绕其中并黏附于固体表面而形成的一种复杂的群落结构。基于土壤环境多相、分散等特征,微生物在土壤中以生物膜态存在,在增强细菌抵御复杂环境胁迫、提高农药降解能力、维持土壤健康等方面具有积极作用,弥补了传统游离菌直投式修复技术效率低、持效期短、对低浓度农药残留不敏感等方面的不足。近年来,细菌生物膜的研究成果已应用在水体、土壤污染生物修复领域且颇具成效。在此基础上,本文系统阐述了细菌生物膜降解土壤中农药残留的作用机制,解析了利用活性细菌生物膜促进农药残留污染修复的方式和优势,并提出了基于细菌生物膜的强化土壤抵御农药胁迫能力、促进土壤健康的创新研究思路,可为净化农产品产地环境、提升农产品质量安全提供参考。

我国茶树叶部主要真菌病害绿色防控现状与展望

茶树是我国重要的经济作物,而真菌病害是造成茶叶品质下降和经济损失的主要因素之一。因缺乏安全、有效、经济的绿色防控措施,限制了我国茶产业的高质量发展。为破解我国茶树病害绿色防控的难题,推动茶产业高质量发展,本文概述了茶树叶部主要真菌病害的发生流行、病害病原的鉴定和致病机制的研究工作,系统梳理了茶树健康栽培、免疫诱抗、生物防治和化学防治等技术的现状,重点探讨了我国茶树真菌病害治理所面临的挑战,并展望了我国茶树真菌病害绿色防控的对策和实现路径。

不对称氮杂环卡宾催化在农药活性分子合成中的应用

手性农药的不同构型对其生物活性有很大的影响。光学纯手性农药具有药效高、用药量小、对作物和环境生态更安全、相对成本更低和市场竞争力强等优势,已成为21世纪新农药研发的热点,但大多数手性农药仍以消旋体形式市售使用。针对氮杂环卡宾催化高效、高立体选择性构建中心手性、轴手性和面手性农药活性分子的方法分别作简要分析和总结,旨在为手性农药高效合成提供指导。

氮杂环卡宾有机催化合成农药活性手性分子

手性农药单一高效构型的研发已成为新农药研发重要方向之一。介绍了氮杂环卡宾催化合成农药活性手性分子的方法及其抗细菌、真菌及病毒活性与潜在应用价值。

我国豇豆蓟马研究进展及综合防控措施

豇豆Vigna unguiculata喜温喜光,是一种适合在我国南方种植的豆科蔬菜。长期以来,豇豆病虫害多发重发,其中,蓟马是豇豆上最主要和最顽固的害虫之一。传统的化学防治方法对蓟马的防治效果常常不理想,并易造成农药残留问题。本文概述了我国豇豆产业的种植情况和以蓟马为主的病虫害问题及豇豆蓟马研究现状,并从农艺措施、理化诱控、生物防治、化学防治和抗性治理角度总结了豇豆蓟马的综合防治技术。最后,从构建豇豆蓟马的有害生物综合治理(integrated pest management,IPM)技术体系、加强基础研究和防控技术产品开发、建立科学用药和农药监管制度3个方面提出建议,以期为我国豇豆产业的绿色可持续发展提供参考。

烟草甲抗菌肽基因Defensin的鉴定及响应细菌的表达模式分析

本研究旨在阐明烟草甲Lasioderma serricorne Defensin(LsDef1和LsDef2)基因在响应细菌侵染过程中的功能。利用生物信息学分析了LsDef1和LsDef2编码蛋白的结构、特征和系统进化关系。采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术检测LsDef1和LsDef2在烟草甲不同发育阶段(卵、1龄幼虫、2龄幼虫、3龄幼虫、4龄幼虫、蛹、成虫)、4龄幼虫不同组织(脂肪体、表皮、中肠、血细胞和马氏管)、病原微生物诱导情况、细菌及细菌细胞壁成分胁迫后的表达模式。序列比对发现烟草甲LsDef1和LsDef2具有典型的6个半胱氨酸,形成3对二硫键,属于β防御素。RT-qPCR显示LsDef1和LsDef2基因在烟草甲不同发育阶段均有表达,在幼虫4龄处于高水平表达;主要表达组织为脂肪体(Fat body)和血细胞(Hemocyte),其次为表皮和中肠,而在马氏管的表达水平最低。外来病原物诱导后,LsDef1和LsDef2基因表达量显著增加,对金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus诱导最为敏感,进一步得细菌和细菌细胞壁成分诱导表达模式显示金黄色葡萄球菌诱导高峰期出现在诱导后6 h;PGN-SA诱导表达高峰期为3 h。烟草甲LsDef1和LsDef2是一类可被革兰氏阳性菌诱导的抗菌肽,研究结果为进一步研究昆虫防御素类抗菌肽的功能奠定了基础。

构筑可持续生物炭修饰钨酸铋复合光催化剂实现基于增强电荷转移效应的高效水净化

近年来,全球环境问题日趋严峻,水体中的农药污染愈发严重,亟待解决.光催化作为一种绿色高效的技术,在环境修复领域具有较高的应用价值.然而,光生载流子的快速复合和电荷利用效率低是制约光催化效率的关键问题.生物炭(BC)是一种新兴的碳质材料,来源于可持续利用的生物质废物,因其出色的吸附能力在污染物去除方面备受关注.因此,设计并开发功能化改性的BC基复合光催化剂,有望快速修复农药污染,推动高效、可持续的光催化污水净化技术的发展.本文首先以木屑生物质为原料,在厌氧条件下热解制备了不同氮含量掺杂的BC(Nx-BC,x代表尿素与BC的质量比).然后,以乙二醇为溶剂,将Nx-BC与Bi2WO6前驱体溶液混合,通过溶剂热反应制备一系列Bi2WO6/氮掺杂BC复合材料(BWO/Nx-BC),并用于可见光照射下光催化降解毒死蜱(CPs)农药.X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和傅里叶红外光谱等结果表明,成功制备了BWO/Nx-BC复合材料.紫外-可见漫反射光谱结果表明,BWO/Nx-BC能有效吸收可见光,结合X射线光电子能谱分析,确定了其导带和价带位置.特别是,氮掺杂后的BWO/N3-BC在电子导电性提高的同时,还保持了良好的吸附性能,有效避免了光生载流子的重组.通过光致发光光谱、时间分辨光致发光光谱、光电流强度曲线和电化学阻抗曲线研究了光催化剂的载流子分离和重组行为.结果表明,BWO/N3-BC表现出较好的光催化降解效率,仅需0.5 h即可降解99.0%的CPs,其降解速率分别是纯BWO和纯N3-BC的2.91倍和12.13倍.BWO/N3-BC复合材料在8次循环使用后仍保持稳定.同时,考虑到真实水体环境的复杂性,本文还系统地探讨了不同操作参数对光催化降解活性的影响.自由基清除实验和电子顺磁共振结果表明,该反应的关键活性物质有•O_(2)^(-)、•OH和h^(+),其中•O_(2)^(-)是最主要的活性物质,并结合实验结果推测了BWO/N3-BC吸附-光降解的协同增效机制.利用高效液相色谱-质谱技术研究了CPs的降解中间体,提出了三种可能的降解途径,并对每种途径进行了详细分析.最后,通过生态毒性试验(大肠杆菌的培养)和毒性评估软件工具对CPs及其中间体的潜在生态毒性进行了系统评估.综上所述,本文通过直接煅烧辅助溶剂热法成功制备了BC基光催化剂,并揭示了其促进CPs光降解的机理,这为环境可持续的光催化循环经济提供了参考,也为光催化技术与废弃生物质高值利用相结合,实现环境修复开辟了新思路.

电催化5-羟甲基糠醛氧化为2,5-呋喃二甲酸的研究进展

在可持续发展导向下,替代能源需求不断增加,生物质资源的有效利用成为研究焦点。5-羟甲基糠醛(HMF)作为一种生物质基平台化合物,具有广阔的应用前景。通过选择性氧化反应,HMF可以转化为高附加值化合物,如2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。近年来,电催化氧化作为一种绿色环保的新型手段,在HMF转化为FDCA的研究中取得了显著进展。然而,这一过程涉及竞争反应,如水氧化,对FDCA的产率和法拉第效率产生影响。催化剂对降低反应能垒、提高产物选择性至关重要,但面临稳定性不足、过电位偏高和酸性环境下活性不足等挑战。聚焦于高效催化剂的研究进展,从贵金属催化剂到非贵金属催化剂和非金属催化剂进行深入探讨,旨在为生物质的高效转化提供有益参考。

含有伯酰胺和氰基的苯基噻唑衍生物的设计、合成及杀虫活性评价

【目的】噻唑是一类具有广泛生物活性的五元杂环化合物,本文设计并合成一系列含有伯酰胺及氰基的苯基噻唑衍生物,进一步挖掘噻唑骨架在防治鳞翅目害虫领域的潜力。【方法】以不同取代基的苯甲酸为原料合成含有伯酰胺及氰基的噻唑衍生物,并经1H NMR、13C NMR和ESI-MS确证结构。采用浸液法测定目标化合物对小菜蛾Plutella xylostella的生物活性,并通过密度泛函理论(Density functional theory,DFT)计算从分子轨道层面解释该骨架具有杀虫活性的原因和差异。【结果】经结构确证,合成了22个含有伯酰胺及氰基的噻唑衍生物,其中6个化合物(6d、7d、13a、13b、14a和14b)对小菜蛾表现出很好的杀虫活性(校正死亡率>50%),尤其是化合物6d和7d,对小菜蛾的LC50达到了23.94和30.37 mg/L。构效关系表明,苯环仅取代4−CF3且5−位噻唑未取代时,表现出最优的杀虫活性。DFT计算结果表明,4−三氟甲基苯基噻唑既传递电子又接受电子,且化合物6d比7d具有更小的HOMO−LUMO间隙(ΔE)。【结论】化合物6d可作为先导化合物进一步开发,本研究可为含有噻唑骨架杀虫剂的分子设计与优化提供有价值的线索。

对羟苯基丙酮酸双加氧酶的研究进展

农药作用靶标或作用机制的创新是农药科学研究需要解决的关键科学问题之一。对羟苯基丙酮酸双加氧酶(4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase,HPPD)是生物体酪氨酸代谢途径中的关键酶,在不同的生物体内参与的代谢路径不同。前期的研究表明,HPPD抑制剂在医药和除草方面发挥了较大的作用,而近期的研究发现其在抑菌和杀蚊等方面也表现出了潜在的应用价值。本文概述了HPPD在不同生物体中的生理功能,介绍了HPPD在人、植物、吸血节肢动物、真菌体内参与的代谢过程,总结了不同种属来源HPPD的三维结构,概述了HPPD作为靶标在医药以及农药(除草、杀虫、杀菌等)方面的研究现状并进行了展望。

荷包牡丹碱对家蝇GABA受体作用机理探究

[目的]探究荷包牡丹碱对杀虫剂重要靶标GABA受体抑制机理。[方法]基于家蝇Musca domestica GABA受体亚基基因MdRdl在第3外显子(a或b)和第6外显子(c或d)交替拼接产生ac、ad、bc和bd剪接体,采用双电极电压钳技术研究荷包牡丹碱对MdRdl 4个剪接体离子电流的抑制效果,鉴定其敏感性是否与外显子交替拼接有关。并采用分子对接技术分析荷包牡丹碱与家蝇GABA受体的可能结合位点。同时,采用共刺激法验证荷包牡丹碱和GABA受体变构抑制剂溴虫氟苯双酰胺是否存在互作效应。[结果]荷包牡丹碱对MdRdlac、MdRdlbc、MdRdlad和MdRdlbd4个剪接体的IC50分别为1.274、0.948、4.702和3.698 mmol/L;对I274F突变体的IC50分别为15.46、21.67、42.83和52.33 mmol/L;与野生型剪接体相比,4个突变体IC50分别增大约11、22、8和13倍。荷包牡丹碱和溴虫氟苯双酰胺与GABA受体外显子6编码的氨基酸残基存在互作效应。[结论]第274位异亮氨酸残基为荷包牡丹碱与家蝇GABA受体互作的关键靶点,且与外显子6编码的氨基酸残基一起,具有开发协同增效作用的昆虫GABA受体别构抑制剂的潜力。

24种植物精油对德国小蠊的驱避活性

为评估不同植物精油对德国小蠊的驱避活性,进而筛选出驱避效果最佳的植物源驱避剂,为开发新型蟑螂驱避类产品提供参考。采用三连筒测试法进行试验,间隔相同时间对三连筒内德国小蠊的分布状况进行观察并选出效果更佳的植物精油,再用Y型嗅觉仪进一步确定其驱避活性。试验结果表明,在1.2500μL·cm^(-2)剂量下,每2 min对三连筒内德国小蠊的分布状况进行记录,发现24种植物源驱避剂中,水杨醛和桂醛2种植物源驱避剂的驱避效果较显著。对2种植物源驱避剂设置剂量梯度进一步试验,结果表明,驱避率随着浓度的降低而降低。在0.6250μL·cm^(-2)剂量下,2种植物源驱避剂在空气中流动后,三连筒内德国小蠊的分布状况都发生明显变动,均有大部分德国小蠊向远离植物源驱避剂悬挂端移动。在0.3125μL·cm^(-2)剂量下,水杨醛和桂醛对德国小蠊的驱避率均在50%以上,效果仍不错。三连筒试验结束后,再用Y型嗅觉仪对相同浓度的植物精油进行试验,发现水杨醛和桂醛对德国小蠊的驱避率与三连筒试验中的结果相近。综上,水杨醛和桂醛对德国小蠊有较好的驱避效果,具有作为蟑螂驱避类产品的应用前景。

番茄斑萎病毒蛋白结构及其抑制剂作用机制研究进展

番茄斑萎病毒(tomato spotted wilt virus,TSWV)基因组可编码RdRp、NSm、NSs、Gc、Gn和N等多种蛋白,目前,相关研究主要集中在植物(番茄和辣椒)对TSWV的抗病基因(Sw-5b和Tsw)所介导的抗性以及药剂对TSWV N蛋白的抑制作用。TSWV蛋白具有作为药剂分子靶标的潜力,但关于TSWV蛋白与药剂的作用机制尚未见系统、全面的研究报道。本文从结构生物学的角度出发,详细介绍了目前已经被解析的TSWV病毒蛋白三维结构,并通过AlphaFold2模型预测了尚未被解析的4种TSWV蛋白结构;同时,综述了TSWV抗性基因和TSWV抑制剂在植物保护领域的研究应用进展。以宁南霉素、盐酸吗啉胍和利巴韦林等药剂为例,分析其可能作用于TSWV蛋白的分子机理,并预测了这些药剂与TSWV蛋白可能的作用位点,旨在为后续深入挖掘和探索新型抗TSWV药剂提供理论依据。

拉曼光谱在细胞成像中的研究进展

细胞成像在生命科学与药物研究中具有重要意义。拉曼光谱作为一种非破坏性的振动光谱技术,结合非标记或探针标记技术可对细胞不同组分进行成像。由于自发拉曼光谱信号较弱,运用有效的增强手段可提高细胞成像的时间与空间分辨率。该文综述了表面增强拉曼光谱(SERS)、相干拉曼光谱(CRS)、共振拉曼光谱(RRS)等拉曼增强方法在线粒体、溶酶体和内质网等细胞器成像中的研究进展,以及上述方法在蛋白质、脂质、糖类和核酸等重要细胞生物分子成像中的应用。此外,还讨论了标记技术中拉曼探针的化学结构、增强因子、检出限等因素对细胞成像的影响,并分析了当前细胞拉曼成像的发展趋势、存在的挑战和可能的解决方案。

独脚金内酯及其抑制剂对红花石蒜小鳞茎发育的影响

【目的】探明独脚金内酯(SL)及独脚金内酯抑制剂对石蒜小鳞茎发育的影响,为石蒜类植物繁育方法提供参考。【方法】以红花石蒜为材料,分别用1μmol/L、5μmol/L、10μmol/L的人工合成独脚金内酯(rac-GR24)及其抑制剂(Tis108)对基盘切割后的种球进行浸泡处理,通过分析比较小鳞茎发育过程的形态学特征和处理后60 d小鳞茎的发生数量和重量,明确独脚金内酯对红花石蒜小鳞茎发育的影响。【结果】rac-GR24和Tis108处理对红花石蒜小鳞茎的发生数量和膨大速度有不同影响,其中,1μmol/L rac-GR24处理的小鳞茎发生数量最多,繁殖系数达5.31;10μmol/L Tis108处理的小鳞茎发生数量最少,繁殖系数只有2.76;1μmol/L Tis108处理的小鳞茎膨大速度最快,处理60 d后新生小鳞茎平均重量达0.133 g,1μmol/L、5μmol/L和10μmol/L rac-GR24处理的小鳞茎膨大速度与CK(清水处理)无显著差异;10μmol/L Tis108处理的小鳞茎膨大速度最慢,处理60 d后新生小鳞茎平均重量达0.026 g。【结论】独脚金内酯及其抑制剂低浓度处理有利于促进红花石蒜小鳞茎的发生,独脚金内酯抑制剂低浓度处理能显著促进红花石蒜小鳞茎增重。

高温胁迫对寄生蜂的影响及其适应机制

昆虫作为变温动物类群,极易遭受高温胁迫的影响,寄生蜂也不例外。寄生蜂是害虫生物防治领域中最常用的天敌昆虫,我国已将赤眼蜂广泛用于农林业鳞翅目害虫的防治。研究高温胁迫对寄生蜂的影响,可为全球气候变暖背景下农林害虫生物防治提供新的见解和对策。本文系统综述了高温胁迫对寄生蜂生命活动的影响以及寄生蜂响应高温胁迫的机制,并就温度升高对寄生蜂规模化繁育和应用可能出现的问题和挑战进行了展望,以期为更好地发挥寄生蜂在害虫生物防治中作用提供理论参考。

中国赤眼蜂寄生生态学与工厂化繁殖应用新进展

赤眼蜂Trichogramma是生物防治领域中最常用的天敌昆虫之一。在我国,赤眼蜂已经被广泛用于控制农林重要的鳞翅目害虫。为了进一步提高生物防治的效果,近年来我国学者对赤眼蜂的生物学和生态学开展了较深入的研究,赤眼蜂的大规模繁殖方法、释放技术也得到了进一步发展。本文对近十年来我国在赤眼蜂的寄生生态学、繁育技术、释放技术和规模化应用方面取得的重要进展进行了综述。此外,还讨论了未来赤眼蜂在研究和应用上潜在的问题和挑战,以期在未来的农业生产中,赤眼蜂可以在害虫综合治理中发挥更为重要的作用。

辣椒炭疽病菌Colletotrichum nigrum鉴定、生物学特性及药剂敏感性研究

对2021年9—10月从吉林省和内蒙古自治区东部辣椒主产区采集的辣椒果实炭疽病样本进行病菌的组织分离和纯化,获得212株形态特征基本一致的菌株,对代表菌株进行柯氏验证,证明其具有致病性,为该病害的病原菌。结果表明,结合病原菌的形态学特征及基于ITS、TUB2、ACT、GAPDH和CHS-1基因序列构建系统发育树,确定病原菌为Colletotrichum nigrum。病原菌的生物学特性研究发现,OA培养基适合病原菌菌丝生长;D-麦芽糖是最佳碳源;蛋白胨为最佳氮源;最佳pH为10;最适培养温度为20℃;全黑暗时最适合菌丝生长。代表菌株对25种杀菌剂敏感性研究表明,400 g·L^(-1)氯氟醚·吡唑酯SC、240 g·L^(-1)氯氟醚·吡唑酯EC、42.4%唑醚·氟酰胺SC、40%唑醚·戊唑醇SC、43%唑醚·氟酰胺SC对病菌菌丝生长速率和孢子萌发均有明显抑制作用,其EC_(50)<1 mg·L^(-1),可作为该病害防治的优选药剂。

豆大蓟马在海南的发生动态及其卵和蛹的防治药剂初筛

为明确豆大蓟马(Megalurothrips usitatus)在海南的时空动态、种群体型差异及筛选高效卵和蛹杀灭剂,笔者系统调查了豆大蓟马在海南豇豆主产区的全年发生动态,测量了不同地理位置种群成虫的体型大小,并采用浸渍法和POTTER喷雾法分别测定了多种杀虫剂对豆大蓟马卵和蛹的室内毒力。结果表明,豆大蓟马在海南可全年发生,种群动态受寄主生育期和温度双重调控;儋州种群的雌雄个体的体长和体宽显著大于三亚种群和澄迈种群;螺虫乙酯对豆大蓟马卵具有较高的毒力(LC50=18.51 mg·L^(−1)),而乙基多杀菌素和溴虫腈则对蛹具有较高的活性,LC50分别为26.18和27.71 mg·L^(−1),可推荐作为豆大蓟马卵和蛹的田间防治药剂。