农药剂型博客

      除草剂安全剂（Safener）又称为解毒剂（Antidote）或保护剂（Protectant），简单说来，是指用来保护作物免受除草剂的药害，从而增加作物的安全性和改进杂草防除效果的化合物。在除草剂中加入安全剂，是人为赋予除草剂以选择性的一种手段，以提高作物的耐药性，其作用也包括选择性除草剂增效剂，以扩大除草剂的杀草谱而不增加对作物的药害。自Hoffman于1962年首次提出安全剂概念以来，国际上已商业化的品种有近20种。作为安全剂的基本概念要求：（1）廉价；（2）低毒；（3）无长期残留，对环境安全；（4）对作物的保护效应高，能适用于多种作物与多种除草剂；（5）使用方法简单，用量低。

一、除草剂安全剂的研究状况

除草剂安全化现象最早发现于1947年，当时Hoffman偶然发现用2，4，6-涕处理过的番茄，以后接触到除草剂2，4-滴的液雾不会产生药害。进一步研究表明，用2，4-滴叶面处理后，能保护小麦免受燕麦灵（barban）的药害。然而，这种桔抗机制不可能开发利用，因为用2，4-滴种子处理的结果证实对小麦有药害，而叶面喷洒处理则对靶标杂草的活性降低。尽管这些初次探索失败了，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。几年后，他提出了第一个安全剂—萘二甲酸酐（NA）作为保护玉米免受流代氨基甲酸酯除草剂的药害，其效果足以商品化。1972年Gulf公司介绍此药，并以商品名“Protect”进入市场。起初，NA是作为种子处理安全剂使用开发的，用于降低EPTC对玉米的药害，而现在知道NA还可有效地降低多种不同除草剂对多种作物的药害。以后的IS年中，一些安全剂商品化方面不断发展。最具成功的是1973年原Stauffer公司开发了由Pallos等提出的二氯乙酸胺类安全剂R－25788（dichlormid），可使玉米免受硫代氨基甲酸酯或EPTC的药害。Ciba－Geigy公司开发的CGA－43089可使异丙甲草胺（metolachlor）用于高粱地除草。由于酸胺类除草剂丙草胺对水稻有药害，Ciba－Geigy公司又开发了安全剂CGA－123407。并将两者混和成制剂成功地用于直播稻田。

NA和dichlormid的成功引起了许多化学公司的探索研究，目标是发现对其所有权产品有保护作用的安全剂。这些研究的目的是与重要作物杂草除草剂的结合，动用经典的筛选方法检测先导化合物。这种研究途径导致Ciba－Geigy公司发现了肟醚类安全剂：解草胺腈（Cyometrinil）、解草腈（Oxabetrinil）和肟草安（Fluxofenin），Monsanto公司发现2、4-一二取代基噻唑羧酸酯类如解草安（Flurazole）。早期的化合物在谷类作物如玉米、高粱和水稻上活性十分典型，对化学和作用机制范围窄的如硫代氨基甲酸酯和氯乙酸苯胺类除草剂芽前使用时才提供保护作用。然而，随着除草剂向超高活性及使用方式向芽后处理方向的发展，导致了芳氧基苯氧基丙酸酯类除草剂芽后处理越冬谷物的安全剂商品化，现在对磺酰脲、咪唑啉酮、环己二酮和异噁唑二酮类除草剂的安全剂活性有较多报道，这些化合物大多数与现有除草剂制成混剂商品化。

二、除草剂安全剂的商业应用价值

安全剂在作物和杂草之间具有增强除草剂的选择性的能力，此外还具有许多潜在的使用价值。它们可以保护作物免受农药残留物的损害，因此在轮作中作物种植的选择灵活性提高，有利于除草剂提高剂量达到更有效的杂草防除效果，以及有利于在有可能出现作物药害的不良环境条件下使用除草剂。然而，减少农药使用的环境和经济压力的增大，除草剂安全剂的主要作用似乎是扩大现有除草剂的使用模式和鼓励毒理学相容的化合物的开发，这些化合物由于选择性差而使用受到限制。

此外，安全剂还可用来解决难除杂草的防除问题，这些问题由于技术和经济原因不可能以开发常规选择性除草剂来解决。如安全剂有可能促进植物学上与作物有关的杂草防除。Codd研究了NA的活性，认为有能力保护栽培燕麦免受禾草灵（ diclofop-methyl）的药害，同时达到防除野燕麦的目的。其他使用安全剂成功的例子有谷物高粱田中防除二色高梁和栽培水稻田防除野生稻。同样，安全剂在作物轮作体系中前一茬作物对后一茬作物而言就成了“自播”杂草。特别是在欧洲广泛采用的大麦一小麦轮作体系中，常遇到“自播”小麦和大麦杂草问题，而施用安全剂就可获得解决。对少数作物，安全剂也提供杂草防除的选择权，这些少数作物由于它们的市场价值小，一般不可能为其开发新的除草剂品种，Mersie和Parker在谷物作物田中筛选防除术本科杂草画眉草的除草剂工作中发现，使用NA种子处理结合绿磺隆（chlorsulfuron)的芽前处理可达到有选择的防除效果。

然而，除草剂安全剂在商业上应用的最重要的价值目前可能是作为有力的研究工具，动用安全剂来检测和操纵控制除草剂选择性的生化和生理机制，因此对于安全剂作用机制的研究应给予相当大的关注。

三、除草剂安全剂的作用机制

尽管安全剂保护作物免受除草剂毒害的作用机制迄今尚无定论，但有人提出了4种假说来解释其作用的模式：（1）安全剂可能干扰除草剂的吸收和输导；（2）安全剂可能与除草剂受体和靶标位点竞争；（3）安全剂加强除草剂在作物中的除解；（4）以上几种作用模式的结合。结构活性论（QSAR）和谷脱甘肽轭合论是两种最为普遍的机制解释。

Stephenson等在测定了大量酰胺类衍生物对丙草丹的解毒效应的基础上，提出了相似结构活性联系理论（QSAR）。他们指出：安全剂的结构与活性密切相关，和除草剂结构相似的物质具有较好的解毒活性，如和硫代氨基甲酸酯除草剂结构非常相似的N，N－二取代二氯乙酰胺衍生物是玉米免受这类除草剂伤害的最有效的安全剂。对于安全剂dichlormid，StePhenson等认为：最具活性的是N，N一二取代基-2，2-二氯乙酰胺，并且二氯乙酰胺生物活性要大于一氯和三氯取代物。此外，Yenne等利用计算机进行计算机辅助分子模型设计（CAMM）研究后发现，安全剂分子结构的特征官能团对于解毒效应至关重要，化学结构的某些变化将会导致安全剂解毒活性的丧失。最近报道的苯基磺酰脲类可以保护作物免遭磺酰脲类除草剂的伤害，也进一步丰富了相似结构活性理论。

然而对于像NA和EPTC这种典型解毒效能的情况，QSAR理论和CAMM研究都不能给予满意的解释。Lay和Casida提出了谷胱甘肽轭合作用机制论。他们指出：硫代氨基甲酸酯除草剂在植物体内首先转变成亚机，而亚砜的毒性更强，安全剂则是通过增进还原型谷胱甘肽（GSH）含量及提高谷胱甘肽-S-转移酶（GST）的活性；他们推断这些变化是轭合和解毒 EPTC的代谢物——EPTC亚砜所必需的，否则这种代谢物会对玉米产生药害。StePhenson和Ezra通过研究发现：结构与EPTC非常相似的氯乙酰胺类化合物的解毒作用可能是提高了化合物本身代谢及EPTC代谢所需的底物或酶的活性。Dichlormid在玉米体内本身不与GSH轭合，但它的类似物CDAA（2-氛-N，N－二－2-烯丙基乙酰胺）作为EPTC的安全剂有很好效果，它在玉米体内提高了GSH水平和GST活性后，本身与谷胱甘肽轭合。另外，几种被安全剂处理而拮抗活性的咪唑啉酮和磺酰脲类除草剂能与葡萄糖进行轭合，Kreuz等报道安全剂解草酯能增强小麦体内芳氧基苯氧基丙酸酯类除草剂块草酸的葡糖基化作用；同样，安全剂BAS145138被发现能强化玉米体内羟基化氯嘧磺隆的葡糖基化。然而安全剂对这些反应过程的作用至今还不明确。

Cronwald等分离定性了玉米和高粱中谷胱甘肽-S-转移酶（GST），并确定了安全剂对玉米和高粱中GST的影响。研究证实：安全剂的作用包括了除草剂解毒酶的引入。Fuerst等将筛选的安全剂和除草剂用于小麦实验，分离了小麦中数种GST的引入，表明它们决定了解毒代谢是安全剂选择的基础，安全剂的作用加速了除草剂的代谢。

尽管在过去的十几年中，除草剂安全剂作用机制的研究已引起人们的广泛注意，然而确切的作用机制仍未阐明。大量的研究表明安全剂的作用并非一种机制运行，可能是一系列过程的综合。但种种假说，还需要更多、更有说服力的工作证明。

四、除草剂安全剂的发展前景

除草剂安全剂的研究和开发对扩大应用一些现有除草剂的选择性和广谱性是一个有意义的方向，同时在除草剂中加入安全剂对制剂的商品化也是十分有益的，它的发展必须建立在生物技术与化学技术相结合的基础上，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，至今除草剂安全剂的发展仍受到作物和杂草的生理学及生物化学等基础知识的制约。此外，关于除草剂安全剂的作用机制也不很清楚，迫切需要从分子水平上认识安全剂的作用机制，并结合生理学与生物化学的知识，来研究除草剂和安全剂对作物的影响。

在除草剂新品种研制、开发费用日益增长的今天，除草剂安全剂从一个新的角度去利用、完善和开发现有除草剂的功能，继续为许多杂草防除难题提供新的解决办法。另一方面，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。