丁草胺剂量依赖性积累与降解对水稻氨基酸代谢及木质素合成的动态调控机制

针对酰胺类除草剂(AHs)过度使用导致的作物代谢紊乱问题，浙江大学团队以丁草胺(BUT)为模型，通过多组学技术揭示了其剂量依赖性积累特征：低剂量促进苯丙烷代谢/木质素合成，高剂量转向抗氧化防御；首次鉴定16种相I/II代谢产物并评估其生物毒性，发现BUT与漆酶(laccase)的亲和互作是其降解关键。该研究为AHs环境风险评估提供了新视角，发表于《Environmental Pollution》。

　　

随着全球每年17万吨酰胺类除草剂(AHs)的施用，土壤中残留的氯代乙酰胺类化合物已成为威胁粮食安全的隐形杀手。这类物质不仅能在稻田中持续存在5个月，更会通过食物链引发动物DNA损伤甚至人类癌症风险。尤其令人担忧的是，作为AHs典型代表的丁草胺(BUT)虽能有效防除杂草，但其"双刃剑"特性——低浓度促进作物代谢而高浓度抑制生长的矛盾现象，长期缺乏科学解释。

浙江大学环境与资源学院团队在《Environmental Pollution》发表的研究，首次揭开了BUT这把"双刃剑"的作用密码。通过构建水稻水培实验体系，结合非靶向代谢组学和高通量质谱技术，研究人员如同给水稻装上了"代谢监测仪"，不仅捕捉到16种相I（氧化/水解）和相II（结合）代谢产物的指纹图谱，更运用随机森林分子指纹(RF-MACCS)模型评估了各代谢物的毒性等级。

Rice growth under the stress of BUT
研究显示，当BUT浓度<100 μg/L时，水稻苗高与对照组无异；但浓度升至1000 μg/L时，生长抑制率骤增至76%。这种"阈值效应"暗示存在关键代谢转换节点。

关键发现一：代谢重编程的剂量密码
转录组与代谢组联合分析发现，低剂量BUT促使氨基酸流向苯丙烷代谢通路，促进木质素合成；而高剂量时，氨基酸被紧急调往合成谷胱甘肽等抗氧化物质。这种"代谢分流"现象解释了浓度依赖性生长差异。

关键发现二：漆酶的降解开关作用
研究首次证实BUT与细胞壁漆酶(laccase)存在亲和互作，这种"锁钥关系"促进其降解。但随着剂量升高，漆酶活性下降63%，导致BUT降解受阻，形成恶性循环。分子对接模拟揭示了疏水作用是其结合基础。

关键发现三：代谢产物的毒性悖论
虽然相II代谢产物极性增强，但RF-MACCS模型显示母体化合物毒性最高，这颠覆了传统"代谢解毒"认知，为AHs风险评估提供了新标准。

这项研究不仅绘制了AHs在作物中的完整代谢地图，更发现漆酶是调控BUT降解的关键"分子开关"。该成果为培育低残留作物品种提供了靶点，对建立基于代谢调控的农药安全使用阈值具有里程碑意义。特别值得注意的是，研究揭示的"剂量-代谢流重编程"机制可能普遍存在于AHs与谷类作物互作中，为发展精准农业污染防控策略奠定了理论基础。