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除草剂研究的新进展

除草剂研究的新进展
摘要：化学除草成为农业高产、稳产的重要保障，除草剂的开发和利用得到了迅速的发展。文中简单介绍近几年来除草剂研究开发的新进展，包括多种化学结构的除草剂及其简单的作用机理。
关键词：除草剂；作用机理；研究进展

目前，在世界各地大约分布有3万种杂草，其中约1800种每年会带来约9．7％的总产量损失[1]。化学除草成为发展高效、优质农业的重要手段，近年来得到了较大的发展，世界除草机工业进入了高效时代。由于人类对环境和自身的健康越来越重视，设计开发出与环境友好、高效安全的农药品种成为新农药创制的主流，“高效、低毒、安全” 已经成为新农药创制的主题[2]。
1.磺酰脲类除草剂
磺酰脲类除草剂是目前世界上使用量最大的一类除草剂，目前在我国广泛应用的磺酰脲类除草剂有氯磺隆、甲磺隆、苄嘧磺隆、胺苯磺隆、吡嘧磺隆、醚磺隆等[3]。其化学结构通式包括芳环、磺酰脲桥及杂环三部分（如图一）。此类除草剂主要用于稻田、大豆田、玉米田等的杂草防治[4]。磺酰脲类除草剂属乙酰乳酸合成酶（ALS）/乙酸羟酸合成酶（AHAS）抑制剂，属内吸传导型除草剂，通过抑制植物的ALS/AHAS，阻止支链氨基酸的生物合成，破坏蛋白质的合成，干扰DNA合成及细胞分裂与生长，最终导致植物死亡。
开发的新型药剂中很多都是磺酰脲类除草剂，如拜耳公司研发的甲酰胺磺隆、丙苯磺隆、甲磺胺磺隆和艾格福公司研制的碘甲磺隆钠盐（2002年被拜耳公司收购，现归拜耳所有）。甲酰胺磺隆对许多一年生或多年生禾本科杂草和阔叶杂草均有优异的活性，如稗草、千金子、马唐、野燕麦、雀麦、假高粱等，也可作生长调节剂[5]。丙苯磺隆主要用于防除禾本科杂草如看麦娘、雀麦等和一些重要的阔叶杂草[6]。甲磺胺磺隆主要用于谷类禾本科除草，防除阔叶杂草，对猪殃殃等有特效[7]。碘甲磺隆钠盐主要用于小麦田苗后早熟防除黑燕麦、野燕麦、梯牧草和多种阔叶杂草[8]。新型药剂如 3.6%阔世玛WG是拜耳公司开发的麦田除草剂，其剂型为甲基二磺隆﹒甲基碘磺隆钠盐可分散粒剂，属磺酰脲类除草剂[9]。

2 三唑并嘧啶磺酰胺类除草剂
五氯磺草胺是三唑并嘧啶磺酰胺类除草剂，属乙酰乳酸合成酶（ALS）/乙酸羟酸合成酶（AHAS）抑制剂，属内吸传导型除草剂，用于水稻田除草[10]。
3 脲嘧啶类除草剂
脲嘧啶化合物属原卟啉原氧化酶抑制剂类除草剂，该除草剂在原卟啉原氧化酶的催化位置上或附近与其底物原卟啉原Ⅸ竞争结合区域，当酶受到抑制时，将引起原卟啉原Ⅸ过量积累及失控性自氧化。原卟啉原Ⅸ是一种光敏剂，有氧存在时，在光照下，产生高活性的单线态氧分子，作用于细胞膜脂，从而导致细胞膜结构解离，细胞内源物渗漏，最终导致细胞死亡，从而杀死杂草[11]。这样确保了动植物之间的选择毒性，因而具有高效、残留期短、选择性强、对非目标生物安全以及对环境污染少的特点[12]。近年商品化的新研发品种有双苯嘧草酮和氟丙嘧草酯。主要用于防除阔叶类、禾本科类、莎草等杂草，可施用于果园、大豆田和非耕地。

4 环己烯酮类除草剂
环己烯酮类除草剂,属乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）抑制剂。叶面施药后迅速被植株吸收和转移，在韧皮部转移到生长点，抑制新芽生长，杂草先失绿，后变色枯死，一般2～3周内完全枯死[13]。40%三甲苯草酮WG是沈阳化工研究院试验厂于2006年基于三甲苯草酮（捷利康公司开发）基础上开发的除草剂，属环己烯酮类除草剂，主要防除冬小麦田禾本科杂草[14]。
5 酰胺类除草剂
酰胺类除草剂是除草剂中较为重要的一类，该类化合物具有高生物活性、高选择性推广使用剂量下对作物安全、在植物体内或土壤中易降解等特点，得到广泛的应用[15]。近年来已得到较大的发展，研制出恶唑酰草胺、氟吡草胺和烯草胺。恶唑酰草胺为乙酰辅酶A羧化酶（ACCase）抑制剂，经茎叶吸收传导至整个植株，积累于植物分生组织，抑制ACCase，导致脂肪酸合成受阻使杂草死亡[16]。可极好防除大多数一年生禾本科杂草，有效防除水稻田主要杂草，如稗草、干金子、马唐和牛筋草，主要用于移栽和直播稻田除草[17]。氟吡草胺为胡萝卜素生物合成抑制剂，导致叶绿素破坏，细胞膜破裂导致死亡[18]。用于小麦和大麦田苗后防除阔叶杂草如猪殃殃、婆婆纳等。烯草胺主要是新型玉米、大豆选择型除草剂。
6 三唑啉酮除草剂
三唑啉酮除草剂是光合作用抑制剂，主要通过根系叶面吸收，可有效防除玉米和甘薯上的一年生阔叶杂草和禾本科杂草[19]。
7 其他除草剂
近几年，随着除草剂技术研究的不断进步，除草剂的发展趋势向着安全高效、抗性杂草前进。
（1）植物生长调节剂
植物生长调节剂的研制发展方向有：1.向多品种发展，对促根剂、杀雄剂、抗蒸剂、落叶剂等研究；2.向高效调节剂发展；3.研制新型的植物生长物质，如芸薹素内酯是从油菜花粉中提取的一种植物新激素；4.发展多功能的混合制剂[20]。新型植物生长调节剂如由Dow AgroScience公司报道的氯氨吡啶酸，可用于小麦、水稻、玉米和牧场选择性除草[21]。
（2）除草解毒剂
除草解毒剂就是指除草剂安全剂或称作物安全剂是在不影响除草剂对靶标杂草活性的前提下有选择性的保护作物免遭除草剂药害[22]。目前，虽然对安全剂的作用机制还没有给出确凿的解释，但是，植物解毒能力的增强与安全剂对GSH及相关酶体系的影响直接相关已成为大多数研究者的共识[23]。
未来安全剂的靶标合成须在计算机的指导下结合除草剂作用的实质，以及除草剂安全剂的作用机制共同探索，除草剂安全剂其独特的作用机制，将作为检测控制除草剂选择性代谢途径的工具，为除草剂的研究开发提供新的途径[24]。
（3）生物除草剂
生物除草剂是在人们控制下用于杀灭杂草的生物制剂，为一类防除特定杂草的生物制品[25]。其作用机制包括活体释放和代谢产物起作用：1.活体释放：部分微生物源生物除草剂就是靠活体微生物的作用。它的过程是将孢子、菌丝等直接穿透寄主表皮，进入寄主组织，产生毒素，使杂草发病并逐步蔓延，影响杂草植株正常的生理状况，导致杂草死亡。2.代谢产物：这类除草剂使杂草导致致病性的方式是通过一定途径侵入宿主杂草，破坏其内部结构，使其产生坏死和环状枯萎的病斑。主要是对植物体内敏感的分子靶标发生作用，但又不同化学除草剂作用靶标[26]。
植物源除草剂主要是利用能对植物的生长发育和代谢均有影响的植物间的异株克生物质。植物中的他感作用化合物是异株克生作用的基础。目前。世界上已在30多科的植物中发现上百种具有除草活性的天然植物毒素[27]。植物源除草剂有效成分从化学结构上主要是醌酚类、生物碱类、肉桂酸类、香豆素类、噻吩类、类黄酮类、萜烯类、氨基酸类等[28]。
微生物源除草剂包括细菌性生物除草剂和真菌性生物除草剂。细菌性除草剂主要是杂草分离的病原细菌，其具有种间特异性，所以对栽培植物危害少，对环境安全，残留也易于降解。真菌除草剂大多数是选择侵染茎叶的植物病原菌，真菌的孢子是目前认为最适宜作为生物除草剂的部分，孢子在稳定性、寿命、活性、侵染力上都比真菌其他部分更有优势[29]。
8 转基因抗除草剂作物
随着生物工程的发展，转基因技术已在除草剂研究中得到广泛应用。转基因抗除草剂作物具有：减少除草剂的用量、有利于免耕法的引入、土壤残留小，对后茬作物的伤害小、有利于品质的改善等优势，是未来发展的趋势。转基因抗除草剂作物是针对杂草防除策略提出的。不仅可以降低高残留剧毒农药的使用总量导致的环境污染，还有利于少耕和免耕等保护性耕作制度的实施。我国在转基因作物上的投入也在逐年增加，随着研究工作的深入，转基因除草剂作物必将在农业中发挥更大的作用[30]。

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