自20世纪80年代以来，具有新分子作用位点（SOA）的除草剂一直没有被发现。从那时起，杂草对大多数商用除草剂产生了广谱抗性，这极大地增加了对具有新SOA的除草剂的需求。本文讨论了两种未被尝试过的方法，用于发现除草剂的新SOA。一些初级代谢中间产物（如原卟啉IX和鞘氨醇碱）对植物有毒性，因此，在植物体内，这些化合物的浓度水平非常低。确定所有初级代谢产物的植物毒性和代谢库大小，有利于识别相关SOA。本文讨论的发现除草剂的第一种新方法是研究导致植物毒性化合物积累的SOA，第二种方法是识别体内酶水平非常低的潜在SOA。我们知道，SOA的酶分子数量越多，杀死植物所需的除草剂就越多。现代蛋白质组学方法可以识别酶水平较低的SOA，为除草剂的发现提供依据。这些方法可能有助于发现与天然化合物更紧密相关并且可以在低剂量下使用的除草剂。
将大鼠脑神经膜微移植到非洲爪蟾卵母细胞的质膜中，是一种利用标准电生理学方式研究其天然态通道和受体的体外方法。在本文中，我们发现注射了成年大鼠脑神经膜的卵母细胞会引发对河豚毒素敏感的膜去极化内向离子流，经除虫菊酯类杀虫剂氯菊酯和溴氰菊酯处理后，该电流呈浓度依赖性增加。根据我们最初的方案，随着时间的推移，卵母细胞的健康水平会降低，不同批次的不同蛙类卵母细胞间与神经膜的结合程度也不同，这限制了该试验在调控问题上的实用性。对分析程序、数据接受标准和分析方法的一系列更改可显著提高试验的精度，从而提高性能。这些变化促使这种体外方法成为一种毒理学相关分析方法，以研究拟除虫菊酯对取自幼年和成年大鼠脑中的神经膜片段的离子通道的毒性作用。
现代农业企业在保障和提高食品、饲料、纤维和燃料的生产、质量和数量方面发挥着至关重要的作用。人们对化学农药对健康和环境造成影响的日益关注，促使该行业寻求替代性和更环保的方案。在过去的几年中，RNA干扰（RNAi）过程被认为是一种非常有前景的新方法，可作为化学和生物害虫防治剂、植物保护剂等叶面喷施、土壤或种子处理的补充。基于RNA的活性成分（AI）具有独特的作用方式，可以通过基因修饰（GM）和生物防治两种途径来实现。由于基于RNA的AI可利用自然过程来发挥控制作用，同时它们具有高度选择性，降低了非目标生物（NTO）的风险，因此基于RNA的AI有望提供未来作物保护剂所需要的选择性和可持续性。本文讨论了基于RNA的生物防治的替代方案在作物保护中的优势和局限性，以及RNA生物防治科罗拉多马铃薯甲虫（CPB）、玉米根虫（CRW）和大豆臭虫（SSB）的最新研究进展。在实现各种基于RNA的产品及其广泛使用和应用的道路上，仍然存在许多挑战。尽管如此，我们仍可预期到，基于RNA的AI将成为有价值的新工具，以补充当前的农作物保护解决方案。
长期以来，遥感技术一直被应用于作物病害的检测和地图绘制工作。在作物生长季节获得的机载和卫星图像不仅可以用于某些病害的早期发现和季节内管理，还可用于未来季节中复发性病害的管控。尽管传统的地毯式杀虫剂施用更适于对付能够迅速在田间传播的病害，然而，在作物病害稳定的情况下，精准农业中的变量控制技术（VRT）亦可以有针对性地对受感染地区的作物有效施用杀菌剂。本文简述了已用于作物病害检测和管理的遥感技术和精准农业技术。具体来说，本文详细阐明了利用机载技术、卫星图像和VRT在棉田中检测棉花根腐病（一种破坏性的土壤传播性真菌病）和绘制分布地图的原理，介绍了从图像中提取处方图以施用定点杀菌剂并有效控制作物病害的方法。本文介绍的案例和方法力图为研究人员、推广人员、种植者、作物顾问、农场设备和化学品经销商提供有关遥感检测和有效管理某些作物病害的实用指南。
在高度城市化的地区，人为活动造成的污染损害了土地的完整性，减少了农业耕作的土壤利用率。二苯并噻吩（DBT）是一种城市地区常见的杂环芳香烃，常被用作污染物微生物转化研究的模型化合物。人体接触的可能性及其健康风险使DBT成为一种令人担忧的化学品，因此，需要对DBT进行环境管理。利用甘油刺激伯克霍尔德菌属C3（Burkholderia sp. C3），降解其中的DBT，内容涉及以下方面：①DBT的生物降解动力学；②细菌生长；③鼠李糖脂（RL）的生物合成；④RL分泌。在甘油与DBT最佳摩尔比的情况下，实验第1天，DBT的生物降解速率常数与单独使用DBT培养基相比提高了18倍，DBT的生物降解率提高了25％~30%。这种增长变化与细菌生长加快和RL生物合成反应的增强有关。蛋白质组学研究揭示了参与RL生物合成作用的上级和主要阶段的酶类。在增添了甘油和DBT的培养基中鉴定出了鼠李糖脂的同系物：Rha-C10-C10、Rha-Rha-C10-C10、Rha-Rha-C10-C12和Rha-Rha-C12-C12，然而，在不含甘油或添加了RL抑制剂的培养物中只鉴定出Rha-C12-C12。研究表明，甘油通过促进RL的合成和细菌的生长来促进DBT的生物降解。根据这些结果，值得进一步研究甘油对环境生物的刺激作用，以促进生物修复技术的发展和提高农业土壤的有效性。
在传统的医学治疗中，精油被用作镇静剂、抗惊厥剂以及局部麻醉剂，还可以用作储藏食品、水果、蔬菜和谷物等的防腐剂，同时，它还能用作食品生产的生物农药。芳樟醇（LL）以及其他一些主要组分，如甲基丁香酚（ME）、草蒿脑（EG）和香茅醛是许多精油（如罗勒精油）中的活性化学成分。罗勒精油以及上述单萜类化合物在驱除害虫等方面有明显的功效。然而，这些化学成分的作用机制尚不明确。众所周知，γ-氨基丁酸A型受体（GABAAR）和烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）是目前市场上使用的合成杀虫剂的主要分子靶标。此外，GABAAR靶向治疗也已经有了数十年的临床应用实践，如巴比妥类药物和苯二氮类药物。在本研究中，我们研究了LL、ME、EG和香茅醛对GABAAR和nAChR的电生理作用，以进一步了解它们作为传统药物治疗剂和杀虫剂的多功能性。研究结果表明，LL对GABAAR和nAChR均有抑制作用，这或许可以解释LL的杀虫活性。LL是GABAAR的一种浓度依赖性、非竞争性抑制剂，因为在实验中我们发现，小鼠α1β3γ2L GABAAR的γ-氨基丁酸（GABA）半最大效应浓度（EC50）值不受LL影响：在LL不存在或存在5 mmol·L–1 LL的情况下，该半最大效应浓度值分别为(36.2 ± 7.9) μmol·L–1以及(36.1 ± 23.8) μmol·L–1。LL对GABAAR的半抑制浓度（IC50）约为3.2 mmol·L–1。考虑到在精油之中存在着多种单萜类化合物，所以LL可能与此前被表征为GABAAR激动剂和正变构调节物的ME以及其他单萜类化合物具有协同作用，这为LL的镇静、抗惊厥效用和杀虫活性提供了一种可能的解释。
对植物病原菌而言，维持蛋白质内稳态对其生存和繁殖至关重要。然而，当前对参与维持蛋白质内稳态的因子在真菌致病过程中的作用仍缺乏科学的认识。在本研究中，我们鉴定了十大病原真菌之一—禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）的初生多肽相关复合物（FgNAC）的功能。研究发现，FgNAC中的α亚基（FgNACα）与其在酵母和其他物种中的同源基因在结构和功能方面表现出高度相似性。禾谷镰刀菌NACα缺失突变体虽可存活但其菌丝生长、分生孢子产生和致病性受到严重削弱。此外，通过酵母双杂交实验发现FgNACα可以和FgNACβ亚基发生互作。亚细胞定位结果表明FgNACα和FgNACβ主要发生在细胞质中。未来的研究应致力于解析初生多肽相关复合物调节蛋白质代谢从而调控真菌发育和致病性的作用机制。
近年来，土壤线虫危害日趋严重，然而市场上应用的杀线虫剂品种匮乏且结构单一。氟吡菌酰胺（fluopyram）是德国拜耳公司开发的琥珀酸脱氢酶抑制剂（SDHI）类杀菌剂，因其高效和作用机制新颖被广泛用于土壤线虫的防治。本文以杀菌、杀线虫剂氟吡菌酰胺为分子骨架，通过引入硫醚和砜亚结构，设计合成了两个系列的结构新颖的目标化合物，并经核磁共振氢谱（1H NMR）、核磁共振碳谱（13C NMR）和高分辨质谱（HRMS）表征新结构。经生物活性测试发现，与对照药氟吡菌酰胺相比，大多数目标化合物在200 μg·mL−1浓度下显示出优异的杀线虫活性，而当浓度降低为100 μg·mL−1时，线虫死亡率大大降低，其中，化合物I-11、II-6除外。在杀菌活性方面，化合物I-9具有优异的抑菌率，其分子对接结果将为高活性杀菌先导化合物的设计和探索提供重要的理论指导。
以抑菌活性化合物3-酰基硫代季酮酸为先导，根据3-酰基硫代内酯与蛋白质C171Q KasA的结合模式，设计、合成并表征了一系列5位取代不同的3-酰基硫代季酮酸衍生物。筛选了目标化合物对苹果腐烂病菌（Valsa mali）、新月弯孢菌（Curvularia lunata）、禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）和番茄尖镰孢菌（Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici）的抑菌活性。大多数目标化合物在浓度为50 μg·mL–1时对供试菌表现出良好的抑菌活性，其中化合物11c和11i具有最高的广谱抑菌活性。11c和11i对供试菌的有效中浓度（EC50）值分别为1.9~10.7 μg·mL–1和3.1~7.8 μg·mL–1，而嘧菌酯（azoxystrobin）、多菌灵（carbendazim）和氟吡菌酰胺（fluopyram）3种杀真菌剂对苹果腐烂病菌的EC50值分别为0.30、4.22和大于50 μg·mL–1；对新月弯孢菌的EC50值分别为6.7、41.7和0.18 μg·mL–1；对禾谷镰刀菌的EC50值分别为22.4、0.42和0.43 μg·mL–1；对番茄尖镰孢菌的EC50值分别为4.3、0.12和大于50 μg·mL–1。对目标化合物对抗新月弯孢菌的结构及活性进行分析，得到具有统计学意义的比较分子场分析（CoMFA）模型，该模型具有较高预测能力（q2 = 0.9816、r2 = 0.8060），其可靠性得到进一步验证。5位苯亚甲基上的不同取代基对目标化合物活性有显著影响，在苯亚甲基苯环上引入卤素原子可以提高目标化合物对供试菌的活性。
在不同工艺阶段通过可控调整吸附剂性质实现高效吸附和脱附是非常有吸引力的。然而，传统的吸附剂由于其固定的活性位点而难以实现这一目标。因此，我们将具有顺反异构体的偶氮苯衍生物引入铈掺杂的介孔氧化硅中，构筑了一种光响应智能吸附剂。这些光响应基团具有'分子开关'的作用，能够遮蔽或暴露活性位点，从而实现吸附剂的高效吸附和脱附。掺杂了铈元素的吸附剂可以提供额外的活性位点，进而提高吸附剂吸附性能。结果表明，偶氮苯顺式异构体能有效遮蔽活性位点，使吸附剂对亚甲基蓝（MB）和亮蓝（BB）进行选择性吸附，而其反式异构体则使活性位点暴露，导致吸附质释放。这些智能吸附剂通过光刺激能够可控地实现选择性吸附和高效脱附。此外，经过5次循环后，材料的性能保持良好。
在分子水平上理解水分子在聚酰胺（PA）反渗透（RO）膜中的传递阻力对于这些膜的设计、制备和应用具有非常重要的指导意义。本文通过分子模拟来计算总传递阻力，并将其分成两部分——内部阻力和界面阻力。内部阻力取决于PA层的厚度，而界面阻力则不然。基于5 nm 厚的PA层的模拟显示界面阻力对总阻力的贡献率很大（> 62%）。然而，现实世界中，对于具有200 nm PA层的RO膜，界面阻力起次要作用，其贡献率低于10%。这表明，当使用典型方法估算RO膜的传递阻力时，存在不准确的风险，因为该方法简单地将5 nm厚的PA层的总阻力进行倍增，使得界面阻力被错误放大。此外，界面阻力和内部阻力均取决于PA层的化学性质。我们的模拟显示，减少PA层中剩余羧基的数量会导致内部阻力降低，因此，可以在不牺牲离子截留的情况下改善水的渗透性，这与实验结果高度吻合。