除草剂安全剂研究进展

2011/7/5 13:25:36

目前，除草剂的使用和发展已使农田除草方法发生了根本性的变化[1]。但它的广泛使用日益受到经济学和生态学两方面的制约，如长残效除草剂的残留毒性对后茬敏感作物造成危害。由于新除草剂的研制和开发费用昂贵，迫使人们寻求新的方式使用现有的除草剂，除草剂安全剂应运而生。除草剂安全剂又称除草剂解毒剂，是在不影响除草剂对靶标杂草活性的前提下有选择地保护作物免遭除草剂的药害[2]。它的使用增强了作物对除草剂的耐受性，对开发新的除草剂和扩大老产品的应用范围、增强老产品的竞争能力有重要意义，而且可利用安全剂作用靶标研究除草剂的作用机制。因此，从发展的观点来说，它是除草剂研究领域内的新进展。
　　1除草剂安全剂的发现
　　除草剂安全化现象最早发现于1947年。当时Hoffman偶然发现用2，4-D对作物叶面处理后，作物以后再接触除草剂2，4-D的液雾时就不会产生药害。进一步研究发现，用2，4-D对小麦叶面处理后，能保护其免受燕麦灵（barban）的药害。Hoffman认为，这些相互作用关系具有潜在的意义，因而他建立了检测化合物是否具有安全剂活性的筛选程序，并于1962年首次提出了安全剂概念。
　　2除草剂安全剂的类型
　　根据安全剂的作用方式与作用原理，可分为以下4种类型：①结合型。安全剂与除草剂或其有毒物质相结合，从而减轻或消除对作物的危害，如用活性炭包被小麦种子，可防止敌草腈对小麦的毒害。②分解型。使除草剂或其有毒物质分解而丧失活性物质，属于分解型安全剂。③颉颃型。不同除草剂之间存在着颉颃作用，这是开发颉颃型安全剂的依据，如燕麦灵与2，4-D、丙草丹与烯草安、草甘膦与西玛津、阿特拉津、2，4-D和甲草胺之间均存在颉颃作用。④补偿型。使用除草剂后造成作物体内缺乏某种成分而产生药害时，可人为地补给以减轻和消除药害。例如，使用脲类及均三氮苯类等抑制光合作用的除草剂时，给植物叶尖补给糖分可减轻药害。
　　3作用机制
　　3.1结构活性论
　　Stephenson等提出了相似结构活性理论。他们指出，安全剂的结构与其活性密切相关，和除草剂结构相似的物质具有较好的解毒活性，对于R-15788，Stephenson等认为，最具活性的是二氯乙酰胺[3]，并且二氯乙酰胺的生物活性要大于一氯或三氯取代物。Yenne等人利用计算机辅助分子设计方法，经研究指出，解毒剂分子结构的特征官能团对于解毒效能至关重要。苯基磺酰脲可以保护作物免遭磺酰脲类除草剂的伤害，也丰富了相似结构活性理论。最后他们指出，在大多数最成功的除草剂安全剂结合中，它们的化学结构在分子水平上是相似的。这一论点有力地支持了Stephenson的结构活性理论。但安全剂并不是专一采用某一种作用机制，如解草酮在玉米中诱导GST的形成以和除草剂异丙甲草胺产生轭合物，而它也可诱导氟嘧磺隆的羟基化作用。因此，尽管除草剂安全剂作用机制的研究在过去十多年中引起了人们的广泛关注，但确定的作用机制仍未阐明。大量的研究表明安全剂体现的是一系列过程的结合，而并非一种机制作用。关于安全剂解毒机制的假说，仍需更有说服力的工作证明。
　　3.2细胞色素P450单氧酶催化的羟基化作用机制
　　在大多数植物的解毒机制中，包含母体分子的初始氧化降解这一阶段。安全剂在作物体内的除草剂发生氧化反应时，能增强作物对除草剂的耐性[4-5]。特别是NA解草胺腈、二氯丙烯胺和BAS145138能保护玉米免受磺酰脲类除草剂的药害。观察表明，安全剂有增强氧化酶系统如细胞色素P450单氧酶活性的功能。观察具有细胞色素P450特性的微粒体酶系作用下的安全剂增强除草剂的代谢后，发现羟化酶的活性有很大的提升，其中最典型的结果是用解草酮处理玉米种子使绿麦隆羟化酶的活性增强15倍。还发现NA处理玉米种子可使其大大地增强玉米对咪唑啉酮类除草剂AC263222的耐性。原因是NA使除草剂降解成羟基化的代谢物的速度加快，AC263222羟基化表明NA通过刺激氧化酶的活动，如细胞色素单氧酶P450而提高了作物的耐性。
　　3.3谷胱甘肽（GSH）轭合论
　　Shimabukuro等人首次报道了除草剂与谷胱甘肽的轭合作用，发现除草剂阿特拉津在谷胱甘肽-S-转移酶（GST）的催化作用下，可与谷胱甘肽形成无毒性的轭合物。Lay和Casida研究了二氯乙酰胺类安全剂与硫代氨基甲酸醋类除草剂的作用方式，指出除草剂EPTC在植物体内首先转化为有毒性的亚矾代谢物，安全剂则是通过增加GSH的含量和提高GST的活性来加快解除亚矾毒性的速率。近年来，叶非等人研究了安全剂R-28725保护玉米免受氯嘧磺隆和咪唑乙烟酸药害的作用机理。当氯嘧磺隆使用量为5、10、15g/hm2，咪唑乙烟酸的使用量为20、40、60g/hm2时，加入R-28725能够明显提高玉米株高、株鲜重和产量，直接增加玉米植株体内谷胱甘肽的含量，增加2种除草剂与谷胱甘肽的轭合，从而达到解毒的目的[6]。这一研究结果进一步证实和支持了谷胱甘肽轭合理论。
　　4前景展望
　　除草剂安全剂无疑为许多杂草防除难题提供了新的解决办法，对扩大应用现有除草剂的选择性和广谱性提供了重要途径。未来除草剂安全剂的研究必须建立在生物技术和化学相结合的基础上，结合除草剂作用的实质和安全剂解毒的作用机制共同研究。因此，迫切要求从分子水平上认识安全剂的作用机制，结合生理学和生化学研究除草剂和安全剂对作物的影响。除草剂安全剂具有广泛的应用前景，开发研究除草剂安全剂迫在眉睫。
　　5参考文献
　　[1]柴超，叶非.除草剂安全剂的研究进展[J].农药科学与管理，2003，24（4）:23-26.
　　[2]姜林，李正名.除草剂安全剂应用研究近况[J].农药学学报，1999，1（2）:1-8.
　　[3]张荣全.除草剂安全剂的研究进展[J].世界农业，2001，2（7）:38-40.
　　[4]蒋红梅.稻田用除草剂解毒剂及解毒机理[J].农药，2001，40（8）:5-6.
　　[5]许阳光，李学锋，吕明明.除草剂中的安全剂研究进展[J].中国植保导刊，2004，24（1）：8-11.
　　[6]黄春艳.除草剂安全剂研究概况[J].黑龙江农业科学，2005（5）：26-29.

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