全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2013, 49 (3): 285~288 285
收稿 2013-01-10 修定 2013-02-07
资助 黑龙江省教育厅科学技术研究项目(10551229)。
* 通讯作者 (E-mail: zhangjinyan-1027@163.com; Tel: 0459-
6819332)。
除草剂解毒剂ND2144减轻乙草胺残留对玉米的药害作用
毕洪梅, 张金艳*
黑龙江八一农垦大学理学院, 黑龙江大庆163319
摘要: 采用室内生物测定方法, 研究了除草剂解毒剂ND2144 (N-二氯乙酰基-2-甲基-1-氧杂-4-氮杂-螺[4.4]壬烷)减轻除草剂
乙草胺残留对玉米产生的药害, 初步探讨其解毒机理。结果表明: 随土壤中乙草胺残留浓度的增加, 玉米的生长受到抑
制。采用不同浓度ND2144浸种处理后, 均可在一定程度上减轻乙草胺残留对玉米产生的药害。当土壤中乙草胺的残留浓
度为10~20 mg·kg-1, ND2144的浸种浓度为8 mg·kg-1时解毒效果最好, 玉米株高、株鲜重的恢复率可达对照的102.56%和
97.19%, 幼苗中的谷胱甘肽(glutathione, GSH)含量和乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase, ALS)活性分别达到对照的
108.1%和142.9%。
关键词: 解毒剂ND2144; 乙草胺; GSH; ALS
Herbicide Antidote ND2144 Protect Maize from the Residual Injury of Acetochlor
BI Hong-Mei, ZHANG Jin-Yan*
College of Sciences, Heilongjiang Bayi Reclamation University, Daqing, Heilongjiang 163319, China
Abstract: Using bioassay method, how herbicide antidote ND2144 alleviates the injury from the acetochlor on
maize was studied in details, the mechanism was also discussed primarily. The results showed that, with the
increasing of acetochlor concentration in soils, the growths of maize were inhibited. The injury of acetochlor to
maize could be, to some extent, reduced after the seeds were soaked in different concentration antidotes. The
optimal protection condition was that the residue concentration of acetochlor in soils was 10–20 mg·kg-1 and
antidote concentration was 8 mg·kg-1. The recovery rates of maize height, piant fresh weight could reach
102.56% and 97.19%, the content of GSH and the activity of ALS also increased to 108.1% and 142.9%,
respectively.
Key words: antidote ND2144; acetochlor; GSH; ALS
乙草胺(acetochlor)是孟山都公司于20世纪70
年代发现并于1980年开发成功的酰胺类除草剂品
种, 是目前世界上最重要的除草剂品种之一, 也
是目前我国使用量最大的一种除草剂 (刘长令
2000; 柳梅等2005)。酰胺类除草剂在我国旱田除
草剂中占有重要地位, 主要用来防除一年生禾本
科杂草和部分小粒种子阔叶杂草(孙明海等2006)。
乙草胺除了对麦类、谷子、高粱、黄瓜、菠菜等
作物较敏感不易使用外, 对其他作物安全, 在土壤
中药效期适中, 但对玉米前期生长有药害(陈秉瑶
等1995)。乙草胺主要通过对乙酰乳酸合成酶(ace-
tolactate synthase, ALS)的抑制而阻断支链氨基酸
的生物合成, 进而快速抑制植物细胞的分裂与伸
长, 造成植物最终死亡, 达到化学除草的目的。
除草剂解毒剂(antidotes), 又称除草剂安全剂,
是在不影响除草剂对靶标杂草活性的前提下有选
择地保护作物免遭除草剂的药害(姜林和李正名
1999)。它的主要作用是防治植物学方面与作物相
近的杂草、减轻土壤中除草剂残留对后茬敏感作
物的药害(Abu-Qare和Duncan 2002; 叶非和曲虹云
2002)。从解毒剂发现至今的近50年来, 许多学者
从不同角度对解毒剂品种的开发、解毒对象、解
毒机理、应用方法及使用范围等方面进行了大量
的研究(Carringer等1978; Devlin和Zbiec 1990; Cot-
tinongham和Hatzios 1992; Kotoula-Syka和Hatzios
1996)。美国、瑞士、德国、日本和加拿大的研究
最为活跃。我国有关除草剂解毒剂的合成及生物
活性研究起步较晚, 其中研究较多的为二氯乙酰
基噁唑烷类结构解毒剂, 叶非等(1998)研究了解毒
剂AD-67的合成, 李绍锋等(2000)进行了R-29148的
植物生理学报286
合成及解毒活性研究, 2000年后, 付颖(2002)和柴
超(2003)等对潜在除草剂解毒剂二氯乙酰基噁唑
烷类化合物的合成、表征及生物测定等进行了研
究。解毒剂ND2144是由作者合成的一种新型除草
剂解毒剂(毕洪梅等2007), 属于二氯乙酰基噁唑烷
解毒剂, 此类解毒剂中含有的噁唑环结构具有一
定的解毒生物活性, 它是氯代乙酰替苯胺类和硫
代氨基甲酸酯类除草剂的良好解毒剂。尽管对解
毒剂的作用机制迄今尚无定论, 但研究者们对除
草剂解毒剂在保护作物免受除草剂药害过程中涉
及到作物体内的一些酶已达成共识(DeRidder和
Goldsbrough 2006)。其中, 谷胱甘肽(glutathione,
GSH)轭合作用机制理论和植物细胞色素P450催化
代谢理论是近年来较为普遍接受的机制解释(李颖
娇和叶非2003; Siminszky 2006)。本研究通过室内
生物测定方法测定了该解毒剂对玉米的解毒效果,
对玉米幼苗叶片内GSH含量和ALS活性进行了测
定, 初步探究解毒剂的作用机制, 为生产实践中减
轻除草剂残留对后茬敏感作物的药害提供试验依
据。
材料与方法
1 材料
试验药剂: 90%乙草胺乳油, 由大连瑞泽农药
股份有限公司提供; 解毒剂ND2144 (N-二氯乙酰
基-2-甲基-1-氧杂-4-氮杂-螺[4.4]壬烷)原药, 由黑
龙江八一农垦大学理学院化学实验室合成(毕洪梅
等2007); DTNB [双(4-硝基-3-羧基苯)二硫化物],
Sigma公司提供; 丙酮酸钠, 天津市光复精细化工
研究所; 肌酸, 天津市光复精细化工研究所; 甲萘
酚, 天津市化学试剂公司; 三氯乙酸, 广东西陇化
工厂。
试验品种: ‘垦玉六号’玉米(Zea mays L.), 由黑
龙江八一农垦大学农学院作物栽培实验室提供。
试验土壤: 取自大庆市火炬村无污染土壤, 过
筛, 风干, pH 7.51。
2 方法
2.1 ND2144对乙草胺解毒效果的试验
取定量过3 mm筛的风干土, 按药土比例制成
乙草胺浓度分别为0、10、20、40 mg·kg-1, 含水量
20%的土样, 平衡12 h。
选籽粒饱满、大小均匀、无病虫鼠害的玉米
种子约500粒。先用50 ℃水浸泡30 min, 然后用
500倍液的多菌灵室温浸泡8 h, 用清水洗净, 再用
浓度分别为0、2、5、8和10 mg·kg-1的ND2144浸
种12 h, 用清水洗净, 将浸好的种子放在培养皿中,
27 ℃培养箱中催芽24 h。
选芽长(2 mm左右)均匀一致的玉米种子5粒,
均匀摆在药土表面, 脐部朝下, 上覆10 g干土。室
内培养6 d后, 每2 d喷水1次。测其株高和株鲜重,
所有处理3次重复。数据采用Excel软件和DPS软
件进行统计与处理分析。
2.2 GSH含量的测定
取玉米幼苗叶片(鲜重) 0.2 g, 加1.0 mL 5%
TCA, 在0~4 ℃下研磨, 匀浆液倒出, 再加0.5 mL
5% TCA冲洗, 将匀浆液、冲洗液和沉淀的蛋白质
一起倒入离心管中离心(16 000 r·min-1) 20 min。取
1.0 mL离心后的上清液倒入试管, 加磷酸缓冲液
(0.3 mol·L-1 pH 8)定容至5.0 mL, 加入16 μL 10
mmol·L-1 DTNB显色, 在412 nm下测定吸光度A值
(DeRidder和Goldsbrough 2006)。
2.3 ALS的提取和活性测定
ALS的提取: 取玉米幼苗叶片(鲜重) 0.5 g, 加
入1 mL提取介质(0.1 mol·L-1的H3PO4缓冲液, 内含1
mmol·L-1丙酮酸钠, 0.5 mmol·L-1 TPP, 1 mmol·L-1
DTT, 5 mmol·L-1 MgCl2, pH 7.5), 用石英砂在0~4
℃下研磨, 将匀浆液倒入离心管中离心(16 000
r·min-1) 20 min, 上清液即为酶提取液。
ALS活性测定: 在具塞试管中加入0.5 mL反应
介质(50 mmol·L-1 H3PO4缓冲液, 内含200 mmol·L
-1
丙酮酸钠, 1 mmol·L-1 TPP, 1 mmol·L-1 MgCl2, pH
7.0), 再加入0.1 mL的酶提取液和0.3 mL蒸馏水。
37 ℃温育1 h后, 加入50 μL 3 mol·L-1 H2SO4终止反
应(对照管先加H2SO4再加粗酶液), 60 ℃脱羧反应
15 min, 再顺次加入0.5 mL 0.090% (W/W)肌酸(溶
于蒸馏水)和0.5 mL 0.83% (W/W)甲萘酚(溶于2.5
mol·L-1 NaOH), 于60 ℃显色反应5 min后置于室温
下, 5 000 r·min-1离心15 min去除沉淀, 在530 nm处
比色, 测定吸光度A值(Siminszky 2006)。
实验结果
1 ND2144对玉米生长的解毒效果
单独使用ND2144处理玉米种子时, 对玉米株
高和株鲜重的影响总体上呈促进作用(表1、2)。
毕洪梅等: 除草剂解毒剂ND2144减轻乙草胺残留对玉米的药害作用 287
其首先表现微弱抑制后对其生长具促进作用, 浓
度过大时其抑制作用又有所增强。这可能是由于
所用助剂的影响，ND2144浓度较低时, 促进作用
不够显著, 而助剂对玉米生长的抑制起主导作用,
随着ND2144浓度增强其促进作用逐渐明显, 而当
ND2144本身的浓度过大时, 外源化合物对玉米的
生长也会产生抑制, 表现为促进作用减弱。当土
壤中乙草胺浓度在0~40 mg·kg -1浓度范围内 ,
ND2144均可在一定程度上缓解乙草胺对玉米株高
和株鲜重的抑制, 在乙草胺浓度相同时, 不同浓度
的ND2144处理间对玉米株高的影响及解毒效果也
呈现抛物线形式, 影响程度达显著水平。ND2144
浓度在8 mg·kg-1时对乙草胺的解毒效果最好。在
都不含ND2144的处理中, 乙草胺的浓度分别为
10、20和40 mg·kg-1时 , 其株高分别为对照的
85.96%、58.31%和38.83% (表1), 其株鲜重分别为
对照的91.48%、69.38%和44.30% (表2)。经过8
mg·kg-1的ND2144处理后可使株高分别恢复到
102.56%、98.61%和76.06%, 株鲜重分别恢复到
97.19%、91.80%和80.39%。随乙草胺和ND2144
浓度的增加, ND2144的解毒效果逐渐变弱降低, 这
与我们前期研究的解毒效果变化规律一致(毕洪梅
和张金艳2012)。
2 ND2144对玉米叶片中GSH含量及ALS活性的影响
未经ND2144处理时, 玉米幼苗中GSH含量和
ALS活性随乙草胺浓度的增加逐渐降低, 由于乙草
胺被植物吸收后, 导致体内ALS的失活, 阻断了植
物体内氨基酸和蛋白质的合成, 间接导致了GSH
降低, 表现为生长受到抑制。而使用ND2144浸种
处理后, 均在一定程度上提高玉米叶片中GSH含
量和ALS活性(表3、4)，各处理间差异达显著水
平。当ND2144的浓度在8 mg·kg-1时, 玉米叶片中
G S H含量增加最为明显。表1 ~ 3的结果表明 ,
ND2144对玉米叶片中GSH含量的影响与对株高和
株鲜重的保护效果基本一致。由于ND2144促进玉
米幼苗中GSH含量的增加, 而GSH可轭合乙草胺
在植株体内的有毒代谢物, 由此降低了乙草胺对
玉米的残留药害, 达到解毒的效果。本试验结果
也支持了许阳光等(2004)报道的解毒机理中的
GSH轭合理论。玉米叶片中ALS活性变化规律与
GSH含量的变化趋势相一致, 各处理间也达显著
表1 ND2144对乙草胺处理下玉米株高的保护效果
Table 1 The protection of ND2144 on plant height under
different acetochlor dispose
ND2144浓度/ 乙草胺浓度/mg·kg-1
mg·kg-1 0 10 20 40
0 20.61e 17.71b 12.02c 8.01c
2 20.56c 20.54a 17.49b 13.53b
5 21.14b 20.92a 18.15b 15.39ab
8 22.41a 21.13a 20.32a 15.67a
10 20.68d 20.47a 19.32ab 15.10ab
表内数据为3次重复的平均值, 同列数字旁不同小写字母表示
差异显著(P<0.05)。下表同此。
表2 ND2144对乙草胺处理下玉米株鲜重的保护效果
Table 2 The protection of ND2144 on fresh weight under
different acetochlor dispose
ND2144浓度/ 乙草胺浓度/mg·kg-1
mg·kg-1 0 10 20 40
0 0.85b 0.78c 0.59d 0.48c
2 0.84bc 0.79bc 0.68c 0.61b
5 0.86b 0.80b 0.74ab 0.63ab
8 0.93a 0.83a 0.78a 0.69a
10 0.81c 0.82a 0.70bc 0.63ab
表3 ND2144对乙草胺处理下GSH含量的影响
Table 3 The influence on GSH of ND2144 under different
acetochlor dispose
ND2144浓度/ 乙草胺浓度/mg·kg-1
mg·kg-1 0 10 20 40
0 100.0b 100.3b 98.7c 96.9d
2 103.9b 101.1b 101.8b 103.2bc
5 104.1ab 102.8ab 103.1b 105.3ab
8 110.7a 104.8a 108.1a 107.3a
10 103.5b 102.7ab 104.7b 101.3c
表4 ND2144对乙草胺处理下ALS活性的影响
Table 4 The influence on ALS activity of ND2144 under
different acetochlor dispose
ND2144浓度/ 乙草胺浓度/mg·kg-1
mg·kg-1 0 10 20 40
0 100.0e 99.2d 95.0d 86.0e
2 128.2c 133.0c 113.3c 102.5c
5 153.0b 139.5b 128.1b 106.7b
8 163.2a 142.9a 134.8a 111.1a
10 103.2d 99.1d 114.4c 98.7d
植物生理学报288
差异水平。当ND2144的浓度在8 mg·kg-1时, 3个乙
草胺处理浓度玉米叶片中ALS活性增加均达最大,
可分别增加到对照的142.9%、134.8%和111.1%
(表4)。当ND2144的浓度在10 mg·kg-1, 乙草胺浓度
在40 mg·kg-1时, ALS活性未恢复到处理前水平, 说
明ND2144有较适宜的解毒浓度和解毒能力。因
ALS为ND2144的潜在活性靶标, 由于ND2144促进
玉米幼苗中ALS活性的提高, 使氨基酸和蛋白质的
合成得以进行, 使得乙草胺对玉米的药害得以缓
解, 达到了解毒的目的。本试验结果也支持了周
小毛等(2005)报道的ALS在解毒机制当中所起的
重要作用。
讨 论
本试验结果表明, 乙草胺对玉米幼苗的生长
(株高、株鲜重)和生理指标(GSH含量、ALS活性)
均有抑制作用; 随乙草胺浓度增加, 抑制作用逐渐
加强。在0~20 mg·kg-1较小浓度范围内时, 对玉米
生长指标和生理指标影响较大, 本试验中模拟除
草剂乙草胺残留浓度与实际残留情况比较接近。
经过ND2144浸种处理, 玉米的生长指标、GSH含
量和ALS活性均有不同程度的提高。在相同乙草
胺浓度时, 不同ND2144处理之间的解毒效果达到
显著或极显著的水平, 解毒效果呈“抛物线”型曲
线。当ND2144的处理浓度为8 mg·kg-1时, 对玉米
的保护效果最好。当ND2144的浓度较大时, 其解
毒效果逐渐降低, 甚至可能出现抑制, 说明高浓度
的ND2144也可作为外源化合物反过来影响作物生
长, 因此ND2144的浓度不宜过大。试验结果也进
一步表明GSH和ALS在调控植物生长以及在解毒
剂保护植物免受除草剂乙草胺药害过程中的重要
作用, 丰富了解毒机制理论。
参考文献
毕洪梅, 张金艳(2012). 新型除草剂解毒剂减轻氯嘧磺隆残留对玉
米的药害作用及机理. 玉米科学, 20 (4): 139~142
毕洪梅, 张金艳, 梁英, 沈勇(2007). 除草剂解毒剂N-二氯乙酰基-2-
甲基-1-氧杂-4-氮杂-螺[4.4]壬烷的合成. 农药, 46: 602~603
柴超(2003). 两种潜在除草剂安全剂的合成、表征与活性研究[硕
士论文]. 哈尔滨: 东北农业大学, 99~106
陈秉瑶, 覃喜强, 侯茂芬(1995). 乙草胺防除玉米地杂草试验初报.
杂草科学, 5: 45~46
付颖(2002). 三种潜在除草剂安全剂(二氯乙酰基噁唑烷)的合成、
表征与活性研究[硕士论文]. 哈尔滨: 东北农业大学, 102~119
姜林, 李正名(1999). 除草剂安全剂应用研究近况. 农药学学报, 1
(2): 1~8
李绍峰, 付颖, 叶非(2000). 除草剂安全剂R-29148对乙草胺解毒的
生测研究. 农药, 39 (10): 35~37
李颖娇, 叶非(2003). 除草剂安全剂对作物细胞色素P450及其他酶
活性和水平的影响. 农药学学报, 5: 9~15
刘长令(2000). 除草剂研究开发的新进展与发展趋势. 江苏化工, 28
(8): 15~20
柳梅, 王天斌, 沈小德(2005). 我国乙草胺市场现状及技术进展. 化
工技术经济, 23: 14~16
孙明海, 顾士莲, 徐庆民, 王志伟(2006). 玉米除草剂药害产生的原
因及预防措施. 作物杂志, (3): 60~62
许阳光, 李学锋, 吕明明(2004). 除草剂中的安全剂研究进展. 中国
植保导刊, 24 (1): 8~11
叶非, 曲虹云(2002). 安全剂R-28725保护玉米免受咪唑乙烟酸药害
的机理研究. 农药学学报, 4 (1): 18~22
叶非, 张荣全, 李冬梅(1998). 除草剂安全剂 AD-67 的合成与表征.
东北农业大学学报, 29: 296~300
周小毛, 黄雄英, 柏连阳, 胡美英, 罗红兵(2005). 芸苔素内酯保护玉
米免受胺苯磺隆伤害的作用及其机理. 植物保护学报, 32 (2):
189~194
Abu-Qare AW, Duncan HJ (2002). Herbicide safeners: uses, limita-
tions, metabolism, and mechanisms of action. Chemosphere, 48:
965~974
Carringer RD, Rieck CE, Bush LP (1978). Effect of R-25788 on
EPTC metabolism in corn (Zea mays). Weed Sci, 26: 167~170
Cottinongham CK, Hatzios KK (1992). Basis of differential tolerance
of two corn hybrids (Zea mays) to metolachlor. Weed Sci, 40:
359~363
DeRidder BP, Goldsbrough PB (2006). Organ-specific expression of
glutathione S-transferases and the efficacy of herbicide safeners
in Arabidopsis. Plant Physiol, 140: 167~175
Devlin RM, Zbiec II (1990). Effect of BAS-145-138 as an antidote for
sulfonylurea herbicides. Weed Technol, 4: 337~140
Kotoula-Syka E, Hatzios KK (1996). Interactions of tribenuron with
four safeners and piperonyl butoxide corn (Zea mays). Weed Sci,
44: 215~218
Siminszky B (2006). Plant cytochrome P450-mediated herbicide me-
tabolism. Phytochem Rev, 5: 445~458