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4种玉米水解肽的除草活性及与相对分子质量的关系
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生态 与农村环境学报 2 0 ,2 ( ) 3— 6
0 6 2 3 :3 3
Jun lfE o g n ua ni n et
o r cl ya dR rl v om n
ao o E r
4种玉米水解肽的除草活性及与相对分子质量的关系
杨 剑 , 昌义 ,
卢 于兴娜。 (. 大学 环境科学研究中心, 厦门 31 5 2深圳职业技术学院 应用化学与
1厦门 福建 60 ; .
0
生物技术学院 ,
广东 深圳 5 85 ;3 复旦 大学 环境科学与工程系 ,
10 5 . 上海 2 03 )
0 4 3
摘要 :以碱性蛋 白酶 、 蛋 白酶 、
木瓜 风味蛋 白酶和 中性蛋 白酶 4种蛋白酶 为水 解酶制备 玉米 蛋白水解肽 , 培养皿
用
生物分析法检测在不 同浓度 ( . 、. 2 0和 5 0 m
0 5 10、. . g・m ) 的 4种玉 米蛋 白水解肽 对光 鳞水蜈 蚣 ( y i a
L 下 K ln
lg
b voa a 1op )
r il t e l i 种子 萌发过程 中根系生长的抑制 活性 ;
etiv . ie s 采用超滤法 制备相对分 子质量不 同的肽段并 比较其
除草活性 。结果表 明: 同浓度 下的 4 玉米蛋 白水解肽对光鳞水蜈蚣种子萌发过程 中根系生长均有抑 制作用 ,
不 种
且随着水解肽浓度的增高,
其对根系生长的抑制活性增强 ;
碱性蛋白酶、
木瓜蛋白酶制备的玉米蛋白粉水解肽对
根 系生长 的抑制 活性 明显高 于风 味蛋 白酶 和中性蛋 白酶制备 的玉米 蛋 白粉水解 肽。相对分子 质量 不同的玉米蛋
白粉水解肽对根系生长的抑制活性存在差异 , 00U以下的小分子肽具有更高的抑制活性 。
5 0
关键 词:蛋 白酶;玉米蛋 白粉 ;水解肽 ;根系 ;抑制活性 ;分子量
中图分类号 :¥ 8 . 9 5 6 3
4 2 4 ;Q 5 . 文献 标识码 :
A 文章编号 :6 3— 8 1 20 ) 3— 0 3一 4
17 4 3 (06 0 0 3 o
He bed l t iiso r u e e t e r p r d b fee tP o e ssa d T erRea o st oe ua
r iia i t fCo n Gltn P p d P e a e y Di rn tae n h i l廿 n o M lc lr
Ac v e i s r
Weg tY N in , C agy Y igr 1 E vrn etl cec eerhC ne, i e n esy Xa
ih. A GJa L h n —i, U Xn ( . ni m na Si eR sac et Xa nU i r t, i
t
a o n r m v i -
me 6 0 5, hn ; 2 S h o fAp l d C e s a d Boe h oo y,h n h nP ltc nc, h n h n510 5, hn ;
n3 1 0 C ia . c o lo pi h mit n itc n lg S e z e oyeh i S e z e 8 5 C ia
e  ̄
3 D pr et f ni n na Si c n nier gF dnU i rt,h nhi 0 3 , hn )
. eat n o E v ometl ce eadE g e n ,u a nv syS aga 2 0 3 C ia
m r n n i ei 4
Ab ta t Co ltnp pie r rp rdb o rdf rn id fpoe s sa dterrs e t ero- hbt ga -
sr c : n gue e t sweepe ae yfu iee tkn so rta e h i ep ci oti iin c
r d f n v n i
tie o m o sa yl g K ln abei l a. iei)w r ea ae e i i iasyw e e e
i t s ns ot c ekln a( ylg r t i V 1o ps ee vl tdi P t s bos hnt yw r
vi h l i i vo a r e l u n rd h a h e
0 5, . 2 0 a d 5 0 mg・mL~ i o c n r t n R s l h w ta e l d mo srt d r o - hb t g a t i , ih
. 1 0, . n . n c n e tai . e ut s o h tt y al e n tae o ti i i n c i t whc
o s h n i vy
i rae i e n et t n H ri dl c vis f et e peae y c aeadPp i w r gicn y i —
n esdwh t i c cn ai . ebc a at ie pi s r r db a s n aa e s nf at g
c t h ro r o i it op d p l
al n e i i l hh
e ta oepeae yfvuzm n e t s.h et e a e i c vywt o c l e tP pie s a
r h t s rp db ao r eadnur eT e pi s r di bo ti i m l ua w i . et s m l
n h r l y a p d v i n a it h e r g h d l
i m l ua egt 50 0U xii dhge e idl c vyta oel g o cl e t
n o clr i (< 0 )eh t i r r c a at i nt s rei m l ua w i .
e wh b e h h b i it h h a n e r h
g
Ke r s r es ;cr lt et e ot n it gati ;m l ua egt
ywod :po ae o g e p pi ;ro;ihb i cvt oe l w i
t n un d in iy cr h
化学除草剂因其作用迅速、
效果显著、
省工省时 种子萌发及幼苗生长影响研究较 多 J 0世 纪
。2
等优点而被广泛应用于农 田和草坪杂草的防治 ,
但 9
O年 代 以 来 , 国 I a州 立 大 学 C RS IN
美 ow H I AS
T
是由于使用不当以及雾滴漂移 、
淋溶 、
药液挥发 、
选 等 对玉米蛋白粉及其水解肽的除草活性作 了长
择性不理想及降解产物 的危害等原因,
化学 除草剂 期 而全 面的研究 , 现 玉 米 蛋 白粉 能 抑 制植 物 种 子
发
不仅严重影响作物及草坪本身的生长发育 ,
还可能 萌发时根系的形成 ,
而对已发育成熟的植物根系则
造成环境质量下降、
人类健康受损 以及地下水遭受 没有影响,
并由此开发 出玉米蛋白粉萌前除草剂用
污染 ,
同时带来耐药杂草种群增加、
抗除草剂杂草出 于防治草坪杂草及草莓田间杂草。但 由于玉米蛋 白
现等问题… 。随着人 们环保和健康 意识 的增强 以 粉为固体粉末 ,
不溶于水 ,
因而它不象液体除草剂那
及对化学除草剂使用后果 的深入 了解,
杂草无公害 样能被喷施和易于渗入土壤而发挥功效。进一步研
防治逐步受到重视 , 中开发 天然无毒副作 用的植
其 究玉米蛋白粉水解肽对植物种子生根抑制作用的结
物源除草剂被认为是无公害防治杂草的一条有效途 果表明,
玉米蛋 白粉水解肽 比玉米蛋 白粉具有更高
径 。
的除草活性 。
。。但他们制备 玉米蛋 白粉水解肽所
早期研究表明 ,
某些植物组 织提取物及植物残
体在土壤 中的分解产物能抑制植 物种子发芽 ,
基 金项 目:
广东省科技 发展项 目(3 J0 2
0 K6 6 )
其中玉米组织提取物及凋落在土壤 中的残体对植物 收 稿 E期 :0 6 3 1
t 20 —0 -2
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・
3
4・ 生 态 与 农 村 环 境 学 报 第22卷
用的水解酶仅 限于碱性 蛋白酶 ,
且制备 出的水解肽 子水冲洗 3 ,
次 放在双层滤纸上置于直径为 6e
m的
是分子量不同的混合肽 。一些研究表 明,
肽活性除 培养皿中。先加入 1m
L去离子 水 , 盖培 养 5 d
加
与其氨基酸的组成及结构有关外 ,
还与相对分子质 后,
分别加入 1m
L不 同浓度 ( . 、. 、.
0 5 10 2 0和 5 0
.
量 有关 ¨卜 。为此 ,
笔者 比较 4种蛋 白酶 水解 玉 米 mg・ )
mL 4种蛋 白酶酶解 的玉 米 蛋 白粉 水 解 肽 后
蛋白粉所制备 的水解肽对植物种 子 的生根抑 制作 用 Pr l 封 口胶封 口培养 ,
af
am
i 以去 离子水 为对 照。
用,
采用超滤法制备相对分子质量不 同的水解肽并 各处理和对照各选用 2 0粒种子 ,
均重复 3次。培养
比较其除草活性 ,
为筛选可制备高除草活性肽的酶 条件 :
每天光照 1 h 温度 2
6 ,
5℃ , 光]
[ 照度 l 0
0
5
系及了解除草活性肽的性质并进一步对其进行分离 k,
培养时间共 1 。培养结束后用数显游标卡尺
2d
纯化提供必要的理论基础。
测量各幼苗根系中最长根长度作为统计指标 。
1 材料与方 法
表1
4种蛋 白酶的最适 水解温 度和 pH值
Ta l
be1 Op i l h d o y i o d to s f f u i e e t
tma y r l ss c n i n o o r d f r n
i
1 1 原 料 的预处 理
.
kn so r ta e
i d fp o e s s
玉米蛋 白粉 为山东鲁州食品有 限责任公 司生
产 。由于玉米蛋 白原料为较大 的褐色片状颗粒 ,
为
便于酶解反应时酶与底物 能够充分接触 ,
需要将原
料进行预处理:
将原料玉米蛋 白粉经粉碎机粉碎后
过孔径为 04m 10目) ,
. m(0 筛 收集筛下淡黄色粉末
作为酶解底物。采 用凯 氏定氮法 l 测得其蛋 白质
l
质量分数为 0 5 。
.1 1 4 超 滤 分析
.
12 玉 米蛋 白粉 水解 肽 的制备
. 以碱性蛋 白酶制备的玉米蛋 白水解肽为样品进
称取 4份 3 玉米蛋 白粉 分别加入 4个 50
0g 0 行超滤 以制备相对 分子质量 不 同的水 解肽 。使用
m 三 角瓶 中, 加 入 20m
L 各 7 L去离 子 水 配成 10
0 M lpr Lbcl T FSs m超滤仪进行超滤 ,
ii e asa F y e
lo e t 超滤
g・ 玉米 蛋 白粉 悬 浮 液 后 置 于恒 温 振 荡 器 中震
L 膜相对分子质量为 500u
0 。在超滤过程 中保持进
荡,
速率为 10r m n 以玉米蛋 白粉悬浮液为底
2 ・ i~, 口压力 为 1 .9万 P (0pi , 口压力 为 6 8
37 a2 s 出
) .9万
物,
分别按酶 与底物 比为 1 L・ ~、5 L・ ~、
5 g 1 g P (Opi ,
a 1 s 当透过 液体积达到原样 品体积 的 6 %
) 0
1
5mg・ 和 1 g・ 加入 碱 性 蛋 白酶 、
g 5m g 中性 蛋 时停止超滤 ,
分别 收集透过液 (相对分子质量小于
白酶 、
木瓜蛋 白酶和风味蛋白酶 ,
按照厂家推荐 的最 5 0 肽)
0u 和保 留液 (
0 相对分子质量 大于 500u
0
适条件确定各种蛋 白酶水解 温度和 pH值 ( 1 ,
表 ) 肽 )使用 Lbr a 00
, ao t 40 旋转蒸发仪对其进行浓缩 ,
o
不同蛋白酶的水解时间均设 置为6h
。反应过程 中 旋 转 速度 9 mi~, 馏 温 度 5
0r・ n 蒸 5℃ 。浓 缩 的透
用pH计监测 反应体 系 p
H值 的变化 ,用少许 10
0 过液和保留液置于 一 0℃冰箱中冷冻 2h
8 后进行冷
m L‘
L・ 一氨水调节反应体系的 pH值 ,
使之稳定在各 冻干燥 ,冻干温度为 一 4℃ 。当腔体压力保持不变
5
种酶所需的最适 pH水平。反应结束 后 10℃煮沸
0 达 2h 即达冻干终点 ,
时 分别 收集保 留液和透过液
1 i 灭酶活及赶走残存的氨气 ,
0an
r 冷却后 于 450
0 的冻干粉 ,
并按 13
. 的方法进行除草活性检测 。
r mn
・i 离心 2 i,
0mn 取上清液经 2层滤纸抽滤 以 1 5 数据统 计 分析
.
除去上清液表面漂浮 的杂质, 过滤后 的上清液置于 抑制率 ( )
% 计算方法如下 :
抑制率 =[ 对照组
(
旋转蒸发仪 中浓缩 ,
经冷冻干燥 ,
收集所得的冻干粉 根长 一处理组 根长 )对 照组根 长 ] 0% 。统计
/ ×10
即为玉米蛋 白粉的不同水解肽样品。
分析借助 S S 15f i o s
PS1. r n w 统计软件包完成。
ow d
13 杂草种子萌发过程 中根系生长抑制活性检测
. 所有定量指标均用平均值 ± 准差 ( s 表示 ,
标 x± ) 参
以 杂草光 磷水 蜈蚣 ( ylg r il a.e 1
K lnabe ti vt1o
i vo a i. 数统计分析方法为独立样本 t检验 , 著性水平设
显
e s种子作为根系生长抑制活性 的检测材料,
p)
i 这主 为 O=0 0 。采用 O eWa N V
t .5 n— yA O A法 进 行 多 组 间
要是 由于该杂草发芽率高 ,
生长势整齐 。先用 70
5 差 异分析 。
m L
L・ 酒精浸泡光磷水蜈蚣种子 1 i,
n 再用去离
m
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第 3期 杨 剑等 :4种 玉米水解肽 的除草活性及 与相对分子质量 的关 系 ・ 5・
3
力是压差,在溶液一侧加压, 使溶剂透过膜而得到分
2 结 果与分析 离 。碱性蛋 白酶解液超滤后透过液和保留液中水解
2 1 4种蛋 白酶水解玉米蛋 白粉制备除草活性肽
. 肽 的除草活 性见 图 1
。
的活 性 比较
酶解 6h 4种蛋 白酶水解玉米制备的水解肽
时 l0
0
对杂草种子萌发根系生长的抑制影响见表 2
。 8
0
邃 6
0
瓣
表2
4种蛋 白酶水解玉米制备 的水解肽对光磷水 蜈蚣的抑
姜 0
4
制影响
2
0
Ta l I h b to a fe to y l g r vt l a . eo e
b e2 n i i n le c n K l n a b e i i v r / // -
i i oa
p o o r d fe e t k n s o e td s p e a e u f h -
ff u i r n i d f p p i e r p r d o t o y 0 0
5 10
. 20
. 50
.
.
d o y i o n g u e y t e e z me
r l ss o c r l tn b h n y s
f 浓 度 / gmL 。
( . ‘1
a
r
图 l 经 500n超滤膜超滤后透过液与保 留液 中
0
水解肽对 光磷 水蜈蚣的抑制影响
05
. 6 . 5±3 2 5 . 1±5 1 4 7 7. 6 4 . 6±7 8 ’
27 .2 7 9 . 4 4. 8± 4 1 5 .7
F g 1 I b h to a fe to l n a b e i l a .
i . n i i n le c n Ky l g r vt i v r
i l oa
10
. 6 . 0±2 2 6 . 5±1 7 6 . 2± 9
85 .2 5 3 . 2 0 2 5. 2’ 5 . 1±7 6
25 . 0’
20
. 7 . l±3 2 7 . 2±5 2 71 5
87 .9 4 5 .6 . 0±6 4
. 6’ 6 . ±5 6 ’
17
5 .l
/o / o et e i eftr gl u rfo 50 0n
e  ̄ s f pis nt l i q o m 0
/ p d h i en i r
50
. 8 .0±19 4.0±2 3 8 .6±1 8
68 .28 7 .7 3 7 .4‘ 7 .0±7 7
27 .8 h pe f t a in a d r sd a o u o y 5 0 0 n P l c n
y r lr t n e i u ls l t n b 0 el
i o i i
o
表示 P< .5
00 , 表示 P< . l 与碱性蛋 白酶 比较 。
00 ,
由图 1可 知 , 解 肽 经 过 500U超 滤 膜 超 滤
水 0
由表 2可知 ,
碱性蛋 白酶水解玉米制备的水解 后,
透过液和保留液对光磷水蜈蚣均有抑制作用,
且
肽对光磷水蜈蚣的抑制率高于其他 3种蛋 白酶水解 透过液即分子量为 500U以下的肽液与保 留液相
0
肽。D n e和 Tm ae
unt a hn 法分析表明,与碱性蛋 白酶 比具有更高的抑制率。浓度为 O 5 10 2 0和 5 O
. 、. 、. .
水解玉米水解肽的抑制活性 比较 ,
木瓜蛋 白酶水解 m m 水解肽透过液 的抑制率分别达4 .0 、
g・ L 57 %
玉米水 解肽 无显 著 差 异 (P>0 0 ) 风 味蛋 白酶 水
.5 , 5 .9 、 .6
7 7% 7 7%和 10 ;
5 0 % 而在 同样浓度下保留液
解玉米 水解 肽具 有 显 著 差 异 ( < .5) 而 中性 蛋
P 00 , 的抑 制 率 分 别 为 4 . 7 、 0 7 % 、9 4 % 和
2 9% 5 . 4 5 . 4
白酶水 解 玉米水解 肽则 表 现 出极显 著差 异 (
P< 6 .8
4 2 %。独立样本 £ 检验分析结果 ( 4 表明,
表 ) 透
OO ) N V
.1 。A O A方差分析 ( 3 表明 ,
表 ) 选用不同蛋 过液与保 留液除在 O 5m m 浓度下无显著差
. g・ L
白酶 水解 玉米制 备 的除草 活性 肽 对杂草 的抑 制具有 异( = .6 , 00 ) 其余各浓度条件下均具有
£ 0 64P> .5 ,
极显著差异( 00 )
P< .1 。 极显著差异( 0 0 ) 由此 可见 ,
P< . 1 。 相对分子质量
在 500U以下的小分子肽具有更强的除草活性。
0
表 3 4种蛋 白酶水解玉米 制备的水解 肽除草活 性的 A
NO-
VA方差分析 表 4 独立样本 t 验结果
检
Ta l ANOVA t o i e e tk n s o p p i e
be3 f
o hef ur d f r n i d f et s
d Ta l I d p n e ts m p e s
be4 n e e d n a l t t
s e
超滤后透过液和保留液中水解肽的除草活性 3 讨论
比较
超 滤法是 应用 孔径 为 10~ . m( 更 大 )
. 20a 或 的 酶解 6h , 种蛋白酶制备的玉米蛋 白粉水解
时 4
超滤膜来过滤含有 大分子或微细粒子的溶液 ,
使大 肽均显示 出较高的除草活性。与碱性蛋 白酶相 比,
分子或微细粒子从溶液中分离的过程 。超滤的推动 木 瓜蛋 白酶水 解 玉米蛋 白粉水 解肽 对光磷 水蜈 蚣 的
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3
6・ 生 态 与 农 村 一环 境 学 报 第 2 卷
2
・
抑制活性无显著差异 ( 0 0 ) 风 味蛋 白酶水解
P> .5 , l 8—1 7
8 9 .
[]
4 P RI
AT CK
Z A. Ph ttxc u sa c sAso itd W i1te De
yoo i S b tn e scae t h .
l
玉米蛋白粉水解肽具有显著差异 ( 00 ) 而中
P< .5 ,
cm oi ni S i o P t e d e [ ] o c n e 17 ,
o p s o no l f l s u s J .S iS i c , 9 1
i
t a R i
n l e
性蛋 白酶 水 解 玉 米蛋 白粉 水解 肽呈 极 显 著 差异 1 1: 3—1
1 1 8.
( 00 )
P< .1 。因此 ,
选择玉米蛋 白粉作 为底物制备 []
5 GUENZIW
D,MCCAUA ,NORS ADT A.P ee c d
TM T F rs n ea
n
除草活性肽时 , 可以优先考虑使用碱性蛋 白酶和木 P ritn e o h ttxc S b tn e i Wh a ,Oa , C n , a d
esse c fP yoo i u sa cs n et t o r n
瓜蛋 白酶进行水解 。在生物活性肽 的研究 中,
以降 Sr u e d e [ ] A rnm u a,9 75 : 3 15
o h m R s u sJ . g o y o r 16 , 1 — 6 .
g i o J n l 9 6
[]
6 CHOU ,P RI
CH AT CK Z A.I e t c t n a dP yoo i t i
d ni ai h ttxeAci t
i
f o n vy
血压肽的研究最为广泛而深入 。降血压肽的活性与
o o o n s Pr d c d Du n c mp st n o r d Ry
f C mp u d o u e r g De o o ii f Co a e
i o n n
其结构密切相关 ,
具有高降血压活性 的降血压肽都
R s us i S i J . J ra o C e i cl , 9 6
ei e n o l[ ] on l f hm c E o g 17 。
d u l
a oy
有类似的氨基酸组成与结构 ,
且其 活性与相对分子 2: 6 —3 7.
39 8
质量有关 , KM 等¨
如 I 利用超 滤膜反应器 收集 了 [ ] JMENE CHUL
7 I Z JJ,S TZ K,ANAYA A
L,e i
to.Al lp hi o
l o a cP —
e t
不同相对分子质量范围的肽 ,
并测定各组分 的降血 t t o o e [ ] o r fC e i cl , 9 3
e i o C r P l n J .Ju a o h m c E o g 18 。
na f n
l l nl l
a oy
9:01
1 1—1 2
0 5.
压活性 ,
发现相对分子质量小于 1 0
0U的组分降血
5
[]
8 CHRITI
S ANS N
E. T e Us fCo
h e o r Ghtn Me g a Naua
n e a a trl
l
压活性最强。然而除草活性肽的活性与其氨基酸的
Pem r neWe ot l nT r J .It nt n u g s
r e ec e C n o i u [ ] n r i a T r r s
e g d r f e aol f a
组成、结构及相 对分 子质量关 系研究还很 少。LU
I S ceyRe e rhJ un ,9 3, 2 4—2 0.
o it sac o ra 1 9 7: 8
l 9
等 从玉米蛋 白粉水解肽 中分离并鉴定 了 5 具
个 []
9 DI L
L EY A ,N0NNECKE G R 。CHRITI
C S ANSN
E.Co - s d
n
r Ba e
有除草活性的 2肽和 1 5肽 ,
个 他们还推测,
玉米蛋 Exrcst n a e W e d d P o ie Nio e i Matd Ro
ta t o Ma g e s a rvd t g n n
n r te - w
白粉水解肽 中还包 含有更多具有 除草活性 的水解 S a br ut e J . o S i c ,0 2 3 ( ) 1 5 — 0 6
t w e yC l r[ ] H r c ne20 ,7 7 : 3 15 .
r r u t e 0
[O I D L C
1 ] LU HRI1 ANSN
s1 E,GARBUIr
, T.Hebiia t i
1J r cd Ac vt
l i y
肽,但尚未发现除草活性肽的生物活性与特定氨基
o d oy e o utn
faHy rlz C r Gl e Melo re Grs p ce d r
d n a n The as S eisUn e
酸组成及相对分子质量的关系。由于一般玉米蛋 白 C n o e n i n et J . ora o P n G whR g l i ,
o t l d v m n [ ] Ju l f l t r t eu t n
rl E r o s n a o ao
粉水解肽是不 同肽段的混合物 ,
了解玉米水解 肽的 1 9 ,3 4 :2 —26.
941 ()2 1 2
相对分子质量与除草活性 的关系 ,
对进一步制定 分 S TO
AI Y,W ANEZAKIK,KAW AT A , to .Sr cuea d Ac
O e i tu tr -
n
t i fAn itn i n et gEn y n ii r e t e rm
i t o goe sn Co v ri zme Ihbt y P pi s Fo
vy n o d
离肽单体的技术路线具有指导意义 。本研究初步证
Sk d Sk es J .Bo i c ,Bo enl ,ad B -
ae a e Le [ ] i c ne i e o g n i
n
a se th o y o
实,
相对分子质量小于 5 0 的玉米水解肽具有更
0U
0
ce ir ,9 4 5 (O) 16
h ms y 19 ,8 1 :7 7—17 .
t 71
高的除草活性 ,
因此在玉米水解肽 的分离纯化时可 [ 2 国清.
1 ]黄 玉米降血 压肽分 离纯化 的研究 [ ] 广州 : 南理 工
D. 华
先通过超滤法进行初步筛选 ,
然后进行下一步分离 大学 ,0 4
20 .
(如凝胶层 析及高效 液相色谱 ) 以提高 分离纯化
, [ 3
1 ] 张英 .食品理化与微生 物检测实 验 [ .
M] 北京 : 国轻工 出版
中
效率 。
社 ,0 5:0—8 .
20 8 6
[ 4 M
1 ] KI S K,BYUN G,P
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o 作者 简介 :
杨剑 (95 ) 男 , 北 罗 田人 , 士生 ,
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n n n e 究方 向为杂草无公害控制及生物技术 。
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