在中国,每年有大量的农药投入农业使用,然而却往往由于不合理地施用伴随着对非靶标生物产生的不良影响。比如,过量喷洒除草剂可能会在除草的同时对非靶标植物产生毒性效应,甚至可能通过食物网威胁人类健康。此外,在目前使用的除草剂中,具有手性特征的多达30%,并且这一比例可能会进一步增加。由于大多数手性除草剂的不同对映体之间会表现出有差异甚至是相反的除草特性与生物毒性效应,因而近几十年来,除草剂不同手性异构体之间的区别正受到愈来愈多的关注。植物体内所含的脂肪酸在其生长和代谢过程中发挥着不可或缺的作用。本研究首先以植物脂肪酸作为研究的切入点,借助模式植物拟南芥,揭示了2,4-滴丙酸对非靶标植物体内脂肪酸的扰乱特征以及相关的毒性机理,明晰其手性异构体之间的差别。其次,脂质代谢紊乱是细胞铁死亡的重要信号。考虑到R构型的2,4-滴丙酸((R)-dichlorprop)对植物产生的毒性效应与细胞铁死亡的特征有许多吻合之处,故从这种细胞死亡形式角度出发,重点探究了该手性对映体诱导的植物毒性效应与铁死亡之间的关联,为揭示该农药的植物毒性机制提供崭新的角度和思路。具体结论如下:(1)从不同手性异构体的角度出发,对除草剂2,4-滴丙酸暴露下的拟南芥体内脂肪酸进行了测定与分析。根据气质联用(GC-MS)结果,重点分析了十六烷酸(C16:0)、十八碳二烯酸(C18:2)以及十八碳三烯酸(C18:3)三种;对拟南芥脂肪酸进行定量分析的结果表明,两种2,4-滴丙酸的手性异构体均使得脂肪酸含量显著减少,但(R)-dichlorprop对脂肪酸含量的影响远比(S)-dichlorprop产生的影响大得多,反映出了显著的手性异构差别。并且,两种多不饱和类的脂肪酸C18:2和C18:3的含量减少程度更严重,脂肪酸的不饱和度也在2,4-滴丙酸暴露下显著降低。(2)进一步分析该除草剂诱导的脂肪酸发生扰动的原因,以及不同手性异构体的区别。一方面,(R)-dichlorprop导致拟南芥体内乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)的活性显著降低,说明(R)-dichlorprop通过遏制这一脂肪酸合成进程中意义重大的酶,从而影响合成的关键环节,降低了脂肪酸含量。而(S)-dichlorprop对ACCase未显示抑制作用。脂肪酸合成酶(FAS)活性没有受到2,4-滴丙酸毒性作用的影响。另一方面,拟南芥体内的脂肪酸在(R)-dichlorprop的诱导下经过脂质过氧化,催生了丙二醛(MDA)等大量毒性产物,使得脂肪酸的过氧化程度上升而不饱和程度下降。但同时,(S)-dichlorprop对此没有显著的影响。另外,对脂质过氧化水平及拟南芥生长形态的动态监测显示,生长到三周左右的拟南芥幼苗对除草剂毒性更敏感。(R)-dichlorprop诱导的拟南芥脂肪酸扰动还进一步影响了细胞膜渗透性,对细胞膜结构和功能造成了损伤。但(S)-dichlorprop没有对拟南芥细胞膜性质造成损害。此外,经(R)-dichlorprop处理后拟南芥体内的谷胱甘肽过氧化物酶(GPX),以及细胞色素P450(CYP450)的酶活均显著加强,而(S)-dichlorprop却并未激发这些酶的应激响应。(3)从生物化学特征与形态学特征着手,初步探究了(R)-dichlorprop对拟南芥产生的植物毒性效应与细胞死亡形式铁死亡之间的关联。首先,随着(R)-dichlorprop的暴露浓度逐渐增加,拟南芥体内的氧化胁迫和脂质过氧化水平越发严重,过氧化产物不断堆积。但是铁死亡抑制剂Ferrostatin-1(Fer-1)的添加缓和了上述损伤。其次,GPX的酶活随着(R)-dichlorprop暴露剂量的增长,出现了先上升、再下降的变化趋向。低浓度除草剂的暴露激活了该酶活性,而高浓度(R)-dichlorprop的暴露逐渐抑制GPX活性,而Fer-1又使得GPX活性回升。并且,拟南芥体内铁元素的分布在(R)-dichlorprop的扰动下出现了异常聚集现象,但Fer-1的使用又使铁的分布趋于均匀。此外,(R)-dichlorprop暴露下拟南芥线粒体的形态发生了与铁死亡细胞相类似的病理改变,而Fer-1的加入也缓解了线粒体形态的病变。上述研究结果表明了(R)-dichlorprop对非靶标植物产生的毒性机理与铁死亡密切相关,为2,4-滴丙酸的生态毒性效应和铁死亡的研究提供了新的思路与方向。