关键词酰胺类除草剂；除草剂安全剂；谷胱甘肽轭合作用；结构活性理论（QSAR）；植物细
胞色素P450催化代谢理论
中图分类号S451.1文献标识码A文章编号1007-5739（2016）21-0107-03
随着化学除草剂的大量使用，尤其是酰胺类除草剂的应用，促进了农田化学除草技术的
革新，同时其对施药作物的药害问题也日益突出。酰胺类除草剂作为目前世界上广泛使用的
除草剂，如何安全高效地解决这类除草剂对施药作物的药害成为关键。安全剂的研究与应用
对于减轻或解决除草剂对作物生长产生的负作用具有重要的意义。为此，现将酰胺类除草剂
安全剂作用机理及研究应用进展情况介绍如下。
1酰胺类除草剂的应用现状
酰胺类除草剂的除草机理：在杂草植株体内合成多种抑制剂，如细胞分裂或细胞生长抑
制剂、脂类抑制剂等，抑制剂主要是抑制植物脂肪与脂肪酸的有机合成，包括抑制油酸与软
脂酸的合成，以及抑制发芽种子里的蛋白酶与α-淀粉酶的生物活性，从而抑制杂草根与幼芽
的正常生长，或抑制生物的光合作用与电子传递链，或干扰植物体正常合成蛋白质生物，破
坏植物生物膜的完整性，从而实现抑制杂草的生长。
截至2015年底，酰胺类除草剂已商品化的品种有53个，氯代乙酰胺类占据主导地位，
其中有6种氯代乙酰胺类除草剂得到市场广泛认同，如甲草胺（）、乙草胺
（）、丙草胺（）、异丙草胺（）、异丙甲草胺
（）、丁草胺（）等。全球销售量最大的酰胺类除草剂品种有3种，分
别是乙草胺（Aceto-chlor）、丁草胺（）、甲草胺（），占?类除草剂总产
量的96%。这3种酰胺类除草剂适用于多种作物，如玉米、花生、大豆、棉花等，具有高效、
高选择性的特点，主要用于防除一年生禾本科杂草与部分阔叶杂草。
2酰胺类除草剂应用存在的问题
虽然使用酰胺类除草剂可以带来很大的经济利益，但同时也会引发了一系列的问题。包
括：大量使用酰胺类除草剂而产生的环境问题；盲目使用酰胺类除草剂而表现出来的药害问
题；长期使用酰胺类除草剂所产生的抗性明显提高的问题等[1]。其中某些酰胺类除草剂品种
在水田中的活性特别高，因此发生药害事故的几率就比较高，即便是在旱田使用，如果措施
不当、技术不到位也会造成药害[2]。并且，酰胺类除草剂在除草的同时对作物也存在着隐性
药害[3]。
3酰胺类除草剂安全剂的发现与作用机理
3.1除草剂安全剂概述
除草剂安全剂是一种具有独特性能的化学物质[4]，又称解毒剂或保护剂。其不仅不会影
响除草剂对靶标杂草的活性，而且可以有选择地保护作物免受除草剂的药害[5]。1947年
最早发现这一现象，当时他偶然发现番茄经2，4，5-涕处理后，再接触除草剂2，
4-D的液雾后没有发生药害现象[6]。为此，进一步研究发现，小麦经过2，4-D叶面处理后，
再使用燕麦灵（）也不会发生药害。但是，由于用2，4-D处理种子的方式对小麦仍有
药害，而采用叶面喷洒的处理方式则会降低其对靶标杂草的活性，因此这种拮抗机制不能被
开发利用。此后，进行反复研究，终于在1962年首次提出了安全剂的概念，同时还
建立了检测化合物是否具有安全剂活性的筛选程序。几年后，他再次提出了第1个安全剂――
萘二甲酸酐（NA），并以商品名“”进入市场，这款安全剂可以保护玉米免受硫代氨
基甲酸酯除草剂的药害。安全剂的开发研究对除草剂的广泛应用意义重大，因为安全剂的研
究开发与应用拓宽了某些除草剂的应用领域，使一些高性能的化学除草剂的应用范围更加广
泛[7-8]。
3.2除草剂安全剂的作用机理
除草剂安全剂能在对除草剂去除杂草生物活性功能或防除杂草的效果不产生影响的前提
下有选择地保护作物，并且可以减轻甚至避免除草剂对施药作物产生的隐性药害。因此，在
化学领域，世界各地都在深入探究除草剂安全剂对施药作物的影响机制，并且大规模研究除
草剂安全剂的不同分离、纯化、有机合成技术等。截至目前，酰胺类除草剂安全剂对施药作
物的作用机理以及新型除草剂安全剂的开发应用已成为主要研究对象。而除草剂安全剂对除
草剂在作物中的降解速率、除草剂作用靶标位点、施药作物吸收和传导除草剂的影响，安全
剂的活化对谷胱甘肽巯基转移酶（GST）或其他生物代谢酶活性进行诱导，以及上述除草剂的
综合作用对植物发挥保护效应[9]等是除草剂安全剂的主要研究方向。目前有关除草剂安全剂
被广泛接受的机理解释有结构活性（QSAR）机理论[10]、谷胱甘肽轭合作用机理论[11]及植
物细胞色素P450催化代谢理论[12]。
3.2.1结构活性（QSAR）机理论。为测定酰胺类衍生物对丙草丹的解毒效果，
等在非土壤体系中做了大量试验，最终得出了合理解释这一现象的理论，即结构活性机理论
（QSAR）。该理论认为安全剂的结构与活性呈现高度相关，而且其结构还与除草剂结构类似的
物质具有良好的解毒效应。例如，N，N-二取代基-2，2-二氯乙酰胺及衍生物，作为玉米避免
受酰胺类除草剂药害的有效安全剂，其与硫代氨基甲酸酯除草剂结构类似。少数酰胺类除草
剂及其安全剂在植物的胚芽鞘上具有相同的吸收位点，因此认为安全剂之所以发挥解毒作用，
有可能是因为安全剂通过与除草剂竞争吸收位点，从而阻止除草剂在位点上吸收或传导。这
一研究结果与国外Ezra等研究者的研究结果一致。但是，也有研究者对此不认同，他们的研
究结果表明，安全剂的种类不同，其对除草剂在植物位点上的吸收和传导存在减少、增加、
不变等3种不同情况。如 等利用碳示踪技术[13]对除草剂吸收和传导的影响因素的
研究结果表明，双苯嗯唑酸醚与除草剂的吸收和传导没有直接关系。近期又有研究结果进一
步验证了结构活性机理论，即苯基磺酰脲类[14]能够保护作物免受磺酰脲类除草剂的伤害。
3.2.2 谷胱甘肽轭合作用机理论。轭合是经非酶催化而发生的亲核取代历程，而且该历程是
在谷胱甘肽硫醇盐的影响下发生的。谷胱甘肽轭合反应[15]是哺乳动物合成硫醚氨酸的第一
步骤，Glu-Cys（SH）-Gly 与RX 发生反应，最后生成Glu-Cys（SR）-Glv。由于CAMM 研究和
QSAR 机理论对于解毒菌达灭（EPTC）与对1，8-萘二甲酸酐（NA）这2 种典型解毒机能的现
状都不能做出完全合理的解释，因此 和Lay 大胆提出了谷胱甘肽轭合作用机理论。这
一理论认为：硫代氨基甲酸酯除草剂首先在植物体内转变为具有强毒性的亚砜，安全剂发挥
作用则是依靠增加一系列还原性谷胱甘肽（GSH）含量及提高谷胱甘肽-S-转移酶（GST）的活
性；同时还推断出，轭合和解毒EPTC 的代谢物-EPTC 亚砜必须要发生这些变化，否则玉米就
会因为这种代谢物而发生药害[16]。欧晓明等指出，解毒菌达灭亚砜和轭合需要发生以下反
应，即植物体内催化谷胱甘肽与亲电化合物发生核取代有机反应产生谷胱甘肽转移酶（GSTs）
胞液酶。目前，植物体内最重要的代谢解毒酶系就是GSTs 和还原型谷胱甘肽（GSH），安全剂
发挥解毒的效果就是通过提高还原型 GSH 的浓度及 GSTs 等酶的活性而实现的。Ezra 和
则通过研究指出，化合物氯乙酰胺类与 EPTC 结构相似，其解毒机理主要是提高
化合物自身代谢及EPTC 代谢所需要的底物或酶的活性。虽然 与CDAA 是类似物，
但CDAA 作为EPTC 的安全剂，可以将玉米体内的GSH 水平和GST 活性提高后再与谷胱甘肽轭
合[17]，发挥很好的解毒效应；而 在玉米体内不与GSH 进行轭合。叶 非等[18-19]
研究发现，玉米经过R-28725 处理后，其体内GSH 浓度会提高，接着GSH 发生轭合作用，提
高玉米的代谢速率，降低除草剂对玉米的影响，从而实现玉米免受唑乙烟酸和氯嘧磺隆的药
害。Ekle 等不仅研究了MG-191、二氯丙烯胺、解草烯、BAS- 和AD-67 等除草剂安全
剂对乙草胺在玉米等作物中的代谢影响，还研究了这些除草剂安全剂对玉米中GST 浓度与活
性的影响。结果表明，这些安全剂可提高玉米中GST 的含量，还能诱导GST 同功酶的合成，
提高GST 及其同功酶在玉米幼苗中的活性，从而提高玉米代谢速率，进一步加速对酰胺以及
EPTC 等的解毒效率。同时，这些安全剂可提高GSH 的浓度，使其浓度增加30%～80%，从而 大
幅提高GST 活性。在玉米幼苗期间，安全剂的浓度与GSH 的含量及GST 的活性呈线性相关关
系，且达到显著水平。此外，有几种磺酰脲和咪唑啉酮类除草剂在被安全剂处理而产生拮抗
活性后，就可以与葡萄糖进行轭合。有研究表明，安全剂 BAS-[20-21]可以强化玉米
体内羟基化氯嘧磺隆的葡糖基化作用。Kreuz 等研究表明，安全?┙獠蒗ツ茉銮啃÷筇迥诜佳
趸?苯氧基丙酸酯类除草剂的葡糖基化作用，且作用比较显著。但是，安全剂在这些反应过程
发生的作用仍不明确，有待进一步研究。
3.2.3 植物细胞色素P450催化代谢理论。植物中最大的酶蛋白家族就属细胞色素P450，
其承担着各种重要的生理功能，且与动物细胞色素P450 酶系相比，其在选择性方面更高效，
在专一性方面更优，在转化代谢除草剂方面潜能更大。有关研究证明，细胞色素P450 能催化
3 种反应，包括催化除草剂分子发生烷基或芳基的羟基化反应、除草剂分子的羟基化及去烷
基化与O 或N 原子上的脱烷基化反应，进而产生无毒害代谢物。要想加快这些反应的进程，
可以提高细胞色素P450 的活性。氟嘧磺隆在玉米微粒中由细胞色素P450 单氧酶系统诱导羟
基化反应，因此细胞色素P450 对磺酰脲类除草剂代谢作用中的氧化反应也会产生影响。单氧
酶抑制剂氨基苯噻唑不仅可以提高除草剂的活性，而且能够阻止磺酰脲类除草剂异丙隆和绿
麦隆在小麦叶片中的代谢，解草腈尤其是BAS-、二氯丙烯胺、解甲胺腈和NA，是禾谷
类作物除草剂甲磺隆与氯磺隆的安全剂，能有效防护玉米受到磺酰脲类除草剂的药害[22]。
4 酰胺类除草剂安全剂的研究与应用
近年来，国内在除草剂安全剂领域也具有较好的研究成果。张荣全[23]研究表明，在施
药作物上施用安全剂R-28725和AD-67，不仅能够显著增强施药后作物的抗除草剂药害能力，
而且可以大幅度提高施药作物的某些酶活性，从而提高植物代谢分解除草剂的速率。李邵锋
[24]成功合成了2 种安全剂，即苯叉酰胺（AD-67）与R-9148，同时还发现这2 种安全剂在
过量施药后的玉米上应用，可以有效避免玉米发生药害。毕洪梅等[25]研究发现，当采用不
同浓度的除草剂解毒剂 对玉米种子进行浸种处理后，玉米均在一定程度上表现出对残
留的乙草胺药害的抗性现象，说明除草剂解毒剂 可以减轻或缓减乙草胺残留对玉米等
作物产生的药害。高家东等[26] 以解草啶、 AD-67、解草酮、二氯丙烯胺等4 种除草剂安全
剂为研究对象，通过培养皿滤纸法，以菜心的胚根长为测试指标，研究4 种除草剂安全剂对
异丙甲草胺的解毒作用。结果表明，当异丙甲草胺浓度分别为1.5 μ g/mL 和2.0 μ g/mL 时，
4 种安全剂对菜心的解毒效果不明显，菜心胚根生长受到伤害。当异丙甲草胺浓度为0.15 μ
g/mL 时，4 种安全剂在一定浓度范围内均表现为对异丙甲草胺具有解毒作用；其中AD-67 不
同浓度处理均对菜心有较好的解毒作用，在异丙甲草胺浓度为0.15 μ g/mL 的条件下，其浓
度在 0.5、1.0、2.0 μ g/mL 时的解毒效果分别为 26.60%、37.14%、33.90%；解草啶、解草
酮和二氯丙烯胺三者效果相当，均为浓度0.5 μ g/mL 时对菜心具有解毒作用，浓度升高，解
毒效果下降。吴仁海等[27]以精异丙甲草胺的安全剂为研究对象，以高粱为试验作物，采用
室内生物测定法进行研究。结果表明，解草酮不仅能够提高高粱对精异丙甲草胺的耐药性，
而且可以有效降低精异丙甲草胺对高粱的药害；解草啶虽然在高粱上使用具有安全性，但对
缓解精异丙甲草胺对高粱的药害发挥不了作用；二氯丙烯胺、AD-67 处理高粱种子后，会不
同程度地抑制高粱生长，因此不宜在高粱上作为除草剂安全剂使用。在天然产物除草剂安全
剂研究方面，柏连阳为保护水稻免受乙草胺、异丙甲草胺等酰胺类水田除草剂的伤害，研制
出一种以羌活、川芎和细辛的提取物构成的安全剂，不仅可以明显减轻乙草胺、异丙甲草胺
等酰胺类水田除草剂对水稻的伤害，而且具有使用方便、不污染生态环境的优点[28]。赵 建
等[29]报道了花椒粗提物对异丙甲草胺在水田中的除草效果及对水稻安全性的影响，花椒粗
提物对异丙甲草胺的除草效果无影响，但能减缓异丙甲草胺对水稻的影响，可作为异丙甲草
胺水田应用的安全剂。 等[30]研究表明，二氯丙烯胺能有效地对抗克草敌
（）的抑制作用，从而促进类脂生物的合成。Rowe 研究表明，在杂交玉米种子上使