01除草劑安全劑的發展歷史
1947年，OttoHoffman在噴施2,4-二氯苯氧乙酸后發現，2,4-二氯苯氧乙酸蒸汽對番茄造成藥害，但噴施2,4,6-三氯苯氧基乙酸后，番茄沒有出現藥害癥狀。Hoffman發現除草劑的這種影響后，開始研究能夠保護農作物免受除草劑傷害的化合物。他最初引入“除草劑解毒劑”來描述這類化合物，但在醫學中解毒劑用以治療人類中毒，“除草劑解毒劑”只能預防藥害而不能治療已經發生的藥害，故該概念被多方質疑。因此，“除草劑安全劑”隨之而生，并被業內逐步認同。
第1個商用除草劑安全劑1,8-萘二羧酸酐（NA）于1969年被成功研發。NA可以保護玉米及高粱免受醚苯磺隆、芐嘧磺隆、砜嘧磺隆等多種除草劑的藥害。第2個除草劑安全劑二氯丙烯胺（dichlormid）于1972年被美國史托福石化公司（現先正達）合成。二氯丙烯胺可以保護玉米、水稻、小麥、草坪免受乙草胺、丁草胺、異丙甲草胺、茵草敵等除草劑的藥害。1973年，第1個除草劑與安全劑組合的商品化除草劑品種Eradicane（茵草敵+二氯丙烯胺）面世。
隨后，除草劑安全劑的開發和利用受到美國、德國、日本、俄羅斯、加拿大等科技強國的關注與重視。新型除草劑安全劑的創制、應用技術探索、作用機制研究等發展迅速，陸續研發出解草胺腈、解草酮、解草烷、雙苯噁唑酸、環丙磺酰胺等安全劑，并進行推廣應用�，F有30余種除草劑安全劑品種及其與除草劑的商品化組合物投入生產實踐應用中，保護水稻、小麥、玉米、高粱等禾本科作物，大豆、棉花等闊葉類作物。
02除草劑安全劑的分類
除草劑安全劑的研制與使用技術探索已成為除草劑研究領域中不可或缺的部分。有資料顯示，在2011年約有30%的玉米和谷物田除草劑產品都含有安全劑，在約6%的水稻田除草劑中添加了安全劑。80%安全劑的市場份額被拜耳、巴斯夫、先正達及科迪華4家農化巨頭占據。
按作用機制與方式可將安全劑分為分解型、結合型、補償型和頡頏型。分解型安全劑可以分解除草劑或除草劑有毒產物使其活性喪失。結合型安全劑可以與除草劑或其有毒產物結合以減少或消除除草劑對作物的損害。補償型安全劑需要人為供給，以減少或消除除草劑的使用造成作物缺少某一種營養成分而產生的藥害。頡頏型安全劑，某些除草劑復配或混用有拮抗作用，是拮抗型安全劑的研發基礎。
根據除草劑安全劑化合物結構進行分類，常見類型有二氯乙酰胺（dichloroacetamides）、羧酸衍生物（carboxylic acid derivatives）、肟醚類（oximeethers）、三唑類（triazoles）、噻唑羧酸類（thiazolium carboxylic acids）、二氫吡唑二羧酸類（dihydropyrazoledicarboxylicacids）、二氫異噁唑羧酸類（dihydroisoxazolecarboxylic acids）、芳基磺�；郊柞０奉悾�arylsulfonyl benzamides）、雜環類（heterocycles）等。其代表性品種及相關信息詳見表1。
03除草劑安全劑的作用機制
除草劑-植物-安全劑體系間相互作用復雜，不少國內外學者在幾十年間對其作用機制做了大量研究，但至今尚無明確定論�？偨Y現有研究成果，除草劑安全劑緩解藥害的作用機制主要形成了4種不同假說。第一，安全劑與除草劑競爭靶標位點；第二，安全劑影響除草劑的吸收與遷移；第三，安全劑影響作物體內的除草劑代謝；第四，多種作用機制的協同作用。
3.1安全劑與除草劑競爭靶標位點
部分安全劑和除草劑具有相似的化學結構，因此有學者猜測，在作物體內安全劑與除草劑存在競爭關系。兩者爭奪有限的作用靶標位點，安全劑能夠降低或消除除草劑對靶標酶活性的抑制作用，從而緩解除草劑對作物的藥害。Ezra、Baldwin等報道，茵草敵、克草敵和其結構類似的安全劑二氯丙烯胺在靶標位點上存在競爭關系。二氯丙烯胺通過提高玉米分生組織內乙酰乳酸合成酶（ALS）的活性來緩解氯磺隆對玉米的抑制作用。Walton等研究表明，茵草敵與安全劑R-29148可競爭玉米體內的蛋白結合位點。在丙草胺中加入安全劑解草啶會提升丙草胺制劑對直播水稻的安全性。在水稻體內，解草啶會消除丙草胺對不飽和脂肪酸順利合成非脂類物質的阻礙作用。其他安全劑，如解草酮和氟草肟也被報道具有這種消除阻礙的作用。
3.2安全劑影響除草劑的吸收與遷移
在作物吸收與遷移除草劑的過程中，探尋安全劑與除草劑之間的相互作用是研究除草劑安全劑作用機制的一部分。閱讀相關文獻，就會發現情況的復雜性。在除草劑與安全劑組合使用的產品中，只有20%的安全劑減少了除草劑的吸收與遷移，40%的安全劑對除草劑的吸收與遷移無明顯影響，其余40%的安全劑甚至促進了除草劑的吸收與遷移。然而，在安全劑減少除草劑吸收與遷移的案例中，仍存在爭議：這種減少效應是否是安全劑作用的結果。例如，用NA處理后，玉米幼苗根系對咪唑啉酮類除草劑甲咪唑煙酸的吸收與遷移降低了19%，表明NA對保護玉米安全性有所貢獻。然而，后續研究表明，當在除草劑使用1 d后施用NA，排除與除草劑吸收的相互作用后，NA也表現出保護作用。這一觀察結果與其他研究結果（NA對除草劑的吸收沒有影響或有促進作用）相矛盾。在其他除草劑/安全劑的組合應用文獻中，也發現了相互矛盾的結果。對安全劑吡唑解草酯與磺酰脲類除草劑甲基二磺隆和碘甲磺隆鈉鹽的組合也進行了吸收與遷移研究。上述組合中，安全劑對除草劑的吸收與遷移均無明顯影響。從目前經驗來看，只有少數情況下，安全劑的使用減少了除草劑的吸收與遷移。因此，影響除草劑的吸收與遷移可能并不是安全劑的主要作用機制，但安全劑可能起到輔助作用。
3.3安全劑影響作物體內除草劑的代謝
除少數情況外，除草劑在穿透植物組織并到達目標位置后，在植物體內都會發生代謝轉化。安全劑對作物體內除草劑代謝能力的提升，是現階段被廣泛認同的解毒機制之一。作物體內的除草劑代謝屬于多步驟過程，需要細胞色素P450（P450s）、谷胱甘肽-S-轉移酶（GSTs）、糖基轉移酶（UGTs）、三磷酸腺苷結合盒轉運體（ABC轉運體）及谷胱甘肽（GSH）的共同參與。安全劑會同時誘導植物體內代謝解毒過程中一系列關鍵因子，進一步促進植物體內除草劑的代謝、降解與隔離。安全劑一般只對除草劑代謝速率造成影響，但不改變除草劑代謝途徑。
P450s是植物體內最大的酶家族之一，可催化除草劑化合物進行環甲基羥基化、N-去甲基化、O-去甲基化、芳基或雜環的羥基化作用等多重反應。Swanson等人首次發現P450s參與除草劑代謝的證據：棉花微粒體參與代謝除草劑滅草隆。隨后，多方研究證實，多種安全劑可通過誘導增強P450s介導的除草劑代謝來提高選擇性除草劑對作物的安全性，涉及的選擇性除草劑類別有磺酰脲類、咪唑啉酮類、氯乙酰胺類等。例如，NA可促進磺酰脲類除草劑醚苯磺隆、芐嘧磺隆等在植物體內的代謝。
GSTs會催化谷胱甘肽與外源性毒物反應，使外源性毒物生成毒性更小或無毒的衍生物，因而GSTs在除草劑解毒作用方面受到廣泛關注。而UGTs在激素平衡、次生產物生成和代謝解毒等方面發揮著重要作用。Edwards、Buono等以禾谷類作物玉米、小麥為試驗對象，探索8種安全劑（解草酮、解草酯、解草啶、解草腈、解草安、二氯丙烯胺等）對不同作物體內GSTs及UGTs的催化作用的增強情況。研究結果表明，解草酮催化增強玉米、小麥體內GSTs的活性。其他7種安全劑催化增強玉米體內GSTs的活性，催化增強小麥體內UGTs的活性。因此，不同安全劑在不同作物體內催化的代謝解毒酶種類可能不同。
ABC轉運體是植物體內分布最為廣泛的蛋白家族之一，其在調控植物生長發育、根系形態、次級代謝物轉運、抗逆脅迫上發揮重要作用。ABC轉運體中的多耐藥相關蛋白（multidrug resistance-associatedprotein，MRP）在將GSH共軛化合物和葡萄糖共軛化合物轉運到液泡過程中起重要作用。Martinoia、Grill等首次報道ABC轉運體參與植物體內除草劑代謝的證據。在植物中，外源性偶聯物主要儲存在中央大液泡中。該研究表明，異丙甲草胺與GSH共軛化合物是由一種特殊的ATP酶轉運體介導進入大麥液泡。這種方式與哺乳動物肝臟管膜內的GSH共軛化合物輸出原理非常相似。Dufaud等研究發現，解草酯刺激液泡對異丙甲草胺與GSH共軛化合物的吸收速度增加，運輸活性加倍，轉運蛋白的表達量更高。這些結果表明，調控ABC轉運體轉運活性是除草劑代謝解毒機制的重要組成部分。
3.4多種作用機制的協同作用
除草劑安全劑的作用機制復雜，許多安全劑的作用機制至今尚未研究透徹。某些研究成果表明，安全劑對植物的保護作用，是多種作用機制協同作用的結果。隨著生物工程技術應用與發展研究的逐步深入，除草劑安全劑作用機制的神秘面紗將會被徹底掀開。
04部分商業化安全劑品種及應用
4.1解草酮
解草酮是二氯乙酰胺類安全劑中最重要的商品化成員之一，由CibaGeigy AG（現先正達）以開發代號CGA154281開發，1988年首次報告。解草酮本身不具有除草活性。在正常和不利環境條件下，添加解草酮可提高玉米對異丙甲草胺、精異丙甲草胺等除草劑的耐藥性，誘導除草劑羥基化，形成GST共軛化合物。異丙甲草胺與解草酮的體積比為30∶1。含解草酮的部分產品信息詳見表2。
4.2解草酯
解草酯屬于雜環類除草劑安全劑，由CibaGeigyAG（現先正達）以開發代號CGA 185072開發上市，在谷物苗后使用。1989年首次報道它可以與炔草酯（ACCase抑制劑）一起使用。解草酯商品化產品1991年第一次在瑞士、南非和智利發布，美國在2000年登記了安全劑/除草劑組合產品。解草酯的開發，可以使小麥、黑麥和黑小麥等谷物對炔草酯具有優秀的耐受性。炔草酯與解草酯的復配比例通常為4∶1。含解草酯的部分產品信息詳見表3。
4.3吡唑解草酯
吡唑解草酯與解草酯類似，與各種芳氧基苯氧基丙酸類和磺酰脲類除草劑結合使用，用于防除小麥、黑麥、黑小麥和一些大麥田中雜草。它是由Agrevo（現拜耳作物科學）以開發代號AE F107892開發，于1999年首次報道與甲基碘磺隆一起使用，并取代了其前身解草唑。吡唑解草酯于1994年首次登記。吡唑解草酯可用作（精）噁唑禾草靈（例如，Imtrade MaddogSelective Herbicide）、甲基碘磺隆鈉鹽（例如，Hussar®）、甲基二磺�。ɡ�，Atlantis®）、酰嘧磺隆的安全劑。
Imtrade Maddog Selective Herbicide中，精噁唑禾草靈與吡唑解草酯的體積比為11∶3；Hussar®中，甲基碘磺隆鈉鹽與吡唑解草酯的體積比為1∶3；Atlantis®中，甲基二磺隆與吡唑解草酯的體積比為1∶3。除草劑和吡唑解草酯的用量沒有固定比例。一般來說，保證除草劑安全性所需吡唑解草酯的用量為20～100 g a.i./hm2。
吡唑解草酯與除草劑混合使用過程中存在以下問題：
（1）吡唑解草酯對甲基二磺隆靶標雜草節節麥具有保護作用，能夠提高其耐藥性，使甲基二磺隆對節節麥的防效降低。故而成熟的甲基二磺隆制劑配方需加入增效助劑。
（2）化合物在植物體內的吸收部位以及傳導方向特異性很強。目前吡唑解草酯是通過莖葉噴霧吸收而發揮作用，而關于吡唑解草酯用于作物其他部位是否有效尚未見報道。
（3）吡唑解草酯原藥熔點50～52℃，屬于低熔點原藥。低熔點原藥制成懸浮劑后易出現分層、固化、懸浮率下降問題。
4.4雙苯噁唑酸
與傳統安全劑相比，雙苯噁唑酸能與更多不同類型的除草劑結合使用，用于不同的作物。該特質擴展了雙苯噁唑酸的選擇性與應用范圍。雙苯噁唑酸具有使用量低、活性相對較高、能夠提高除草劑有效應用濃度的優勢。
自2002年開始，拜耳公司相繼推出含雙苯噁唑酸系列除草劑產品。Ricestar®，主要組分精噁唑禾草靈和雙苯噁唑酸；Tiller Gold®，主要組分乙氧嘧磺隆和雙苯噁唑酸。主要推廣作物為水稻。Equip®，主要組分甲酰胺磺隆和雙苯噁唑酸；Option®、Maister®，主要組分甲酰胺磺隆、甲基碘磺隆和雙苯噁唑酸；Accent®，主要組分煙嘧磺隆和雙苯噁唑酸；Sortan®，主要組分砜嘧磺隆和雙苯噁唑酸；Realm®，主要組分砜嘧磺隆、硝磺草酮和雙苯噁唑酸；Laudis®、Soberan®，主要組分環磺酮和雙苯噁唑酸；Auxo®、Hydris®，主要組分環磺酮、溴苯腈和雙苯噁唑酸；Capreno®，主要組分環磺酮、噻酮磺隆和雙苯噁唑酸；Resolve®，主要組分砜嘧磺隆、噻吩磺隆和雙苯噁唑酸；Rvulin®，主要組分煙嘧磺隆、硝磺草酮和雙苯噁唑酸；Steadfast®，主要組分煙嘧磺隆、砜嘧磺隆和雙苯噁唑酸。主要推廣作物為玉米。拜耳公司關于雙苯噁唑酸的專利保護已于2014年到期。國內煙嘧磺隆與雙苯噁唑酸主流配方中二者的體積比為4∶1～2。
4.5環丙磺酰胺
環丙磺酰胺也是拜耳公司2009年開發的除草劑安全劑。CN103929956A描述了環丙磺酰胺對磺酰脲類、氯乙酰苯胺類、環己二酮類、咪唑啉酮類等除草劑具有明顯解毒作用。CN1658755A報道了它對芳族羧酸激素類除草劑具有很好的解毒作用，例如麥草畏、草滅畏等。
環丙磺酰胺已與多種玉米田除草劑混用。Balance® Flexx、Menrlin Flexx®L、Converge®Flexx，主要組分異噁唑草酮和環丙磺酰胺；Agengo®、Corvus®、Koloss®，主要組分異噁唑草酮、噻酮磺隆和環丙磺酰胺；Maister power®，主要組分噻酮磺隆、甲酰胺磺隆、甲基碘磺隆和環丙磺酰胺；DiFlexx®，主要組分麥草畏和環丙磺酰胺；DiFlexx®DUO，主要組分麥草畏、環磺酮和環丙磺酰胺。
4.6 Metcamifen
Metcamifen（開發代號：CGA246783），由先正達集團股份有限公司研發，已在澳大利亞獲得除草安全劑的批準登記。Epivio CSorghum Seed Safener (400 g/L metcamifen SC)，登記用作高粱的種子處理劑來保護其免受除草劑精異丙甲草胺（S-metolachlor）的藥害，制劑用量250 mL/100 kg種子。Metcamifen可以刺激GST的產生，催化還原型谷胱甘肽與農藥殘留物結合，從而達到解毒作用。高粱種子萌發產生的GST賦予其耐精異丙甲草胺和土壤中相關化合物毒害的能力。
蘆志成等報道稱，metcamifen與磺酰脲類、氯乙酰苯胺類和芳氧基苯氧基丙酸類除草劑一起應用會降低高粱、大豆、玉米、水稻和谷物等作物田除草劑的藥害程度。Metcamifen是以磺胺為中間體，分別與氯甲酰胺、苯甲酰氯反應獲得的直接合成產物。合成路線如圖1所示。
05展望
在除草劑新化合物研制周期長、研發費用持續走高的時代背景下，筆者認為，科研單位與企業應該投入精力研究完善除草劑安全劑使用技術，利用除草劑安全劑使老產品擴展新用途、煥發新活力，研發具有自主知識產權的新型除草劑安全劑。
對于含有安全劑和除草劑混合物的產品，需要大量的研究開發工作來確定除草劑和安全劑的比例、用法用量等技術信息，并在產品標簽上注明。該產品的用量應既能確保作物安全，又能對雜草達到理想防效。如果使用不當，比如產品用量低于建議最低值，就存在由于除草劑用量不足對雜草防效差和因安全劑用量不足對作物產生藥害的風險。
雙苯噁唑酸、環丙磺酰胺等安全劑大大提高了煙嘧磺隆等除草劑在玉米田應用的安全性，對玉米田除草劑的市場格局產生了不容忽視的影響。這是利用除草劑安全劑讓老產品煥發新活力、延長老產品生命周期的典型案例�，F階段農田雜草發生情況越發復雜，區域性抗性、惡性雜草危害嚴重，單純依賴開發全新作用機制的除草劑解決雜草問題越來越困難。在新化合物研發頻率下降且都有專利保護的情況下，添加安全劑讓老藥新用也是解決草害的一種思路。
除草劑安全劑具有廣泛的應用與發展潛力，對其進行深入探索和開發創制是綜合性研究課題，需要生物技術與化學等學科互相結合。然而，國內專注除草劑安全劑作用機制研究、安全劑開發的科研團隊、企業力量相對薄弱。當務之急是在基因層面深層次研究安全劑的作用機制，結合生理生化學技術解析除草劑和安全劑對作物的影響，以此為基礎促進新型高效除草劑安全劑的分子設計與研發。
來源：《世界農藥》
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