農(nóng)藥毒理學(xué)課件 第五章 除草劑毒理學(xué)

第五章除草劑毒理學(xué)第一節(jié)除草劑的作用方式第二節(jié)除草劑的作用機理第三節(jié)除草劑的選擇性原理第一節(jié)除草劑的作用方式一、植物對除草劑的吸收1.根部吸收2.從莖葉吸收3.幼芽吸收4.劑型對除草劑吸收的影晌二、除草劑的傳導(dǎo)1.短距離傳導(dǎo)2.長距離傳導(dǎo)（1）木質(zhì)部傳導(dǎo)

（2）韌皮部傳導(dǎo)

除草劑的作用方式：

除草劑對雜草產(chǎn)生毒害作用要經(jīng)過一系列的過程，其中包括吸收、輸導(dǎo)、降解與引起植物生理生化的變化，最后植物呈現(xiàn)毒害癥狀，直至死亡。通常把上述的全部過程統(tǒng)稱為除草劑的作用方式。一、植物對除草劑的吸收1.根部吸收根是土壤處理除草劑的主要吸收部位。吸收過程是被動的，即簡單的擴散現(xiàn)象。除草劑從根部進入植物體內(nèi)有三條途徑：

質(zhì)外體系共質(zhì)體系質(zhì)外-共質(zhì)體系。一、植物對除草劑的吸收1.根部吸收除草劑經(jīng)過質(zhì)外體系吸收的途徑主要是在細(xì)胞壁中移動，中間經(jīng)過凱氏帶而進入木質(zhì)部；經(jīng)過共質(zhì)體系的途徑，最初為穿過細(xì)胞壁，然后進入表皮層與皮層的細(xì)胞原生質(zhì)中，通過胞間連絲在細(xì)胞間移動，經(jīng)過內(nèi)皮層、中柱而達到韌皮部；經(jīng)過質(zhì)外-共質(zhì)體系的途徑，基本上和經(jīng)共質(zhì)體系途徑相同，不過藥劑在通過凱氏帶后，可能再進入細(xì)胞壁而達木質(zhì)部。除草劑經(jīng)根部質(zhì)外體進入質(zhì)外體內(nèi)較共質(zhì)體要重要。

對根細(xì)胞而言，其吸收除草劑的速度與除草劑的脂溶性成正相關(guān)，具極性的較脂溶性的進入細(xì)胞的速度要慢的多。2.從莖葉吸收除草劑可通過葉表面或氣孔進入植物體內(nèi)。大多數(shù)情況下，除草劑主要是通過角質(zhì)層進入。除草劑進入角質(zhì)層的主要障礙是蠟質(zhì)。一般來說，極性中等的除草劑比非極性或高度極性的除草劑易于穿透角質(zhì)層，油溶性的除草劑較水溶性的容易穿透。除草劑也可通過氣孔直接滲透到氣孔腔而進入植物體內(nèi)。氣孔吸收量的大小受藥液在葉片的濕潤程度影響大。故添加表面活性劑可大大促進除草劑對葉片的滲透。另外，有很多因素可影響葉面吸收，如植物的形態(tài)、葉的老嫩、外界環(huán)境條件與助劑等。通常氣溫高、空氣濕度大，藥液中含有適當(dāng)?shù)臐裾箘兄谒巹┑臐B入。一、植物對除草劑的吸收

3.幼芽吸收土壤處理劑除被根吸收外，也可被種子和未出土的幼芽（包括胚軸）吸收。

一、植物對除草劑的吸收4.劑型對除草劑吸收的影晌添加的表面活性劑，除了可降低藥液表面張力和接觸角、提高濕潤性、增加除草劑的附著面積外，還可能溶解外角質(zhì)層蠟質(zhì)，有利于除草劑的穿透。表面活性劑還可能進入到角質(zhì)層，改變角質(zhì)層的理化性質(zhì)，影響除草劑進入植物體的路徑。表面活性劑本身也可能對植物細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用，從而提高除草劑處理的除草活性。除草劑施用后，由于水分和溶劑蒸發(fā)、揮發(fā)，藥滴會很快干掉。在劑型中添加的助劑可使除草劑在藥滴干燥后成為非結(jié)晶狀態(tài)。另外，助劑還可以使沉留在葉片上的除草劑周圍保持一定水分，從而有利于葉片的吸收。一、植物對除草劑的吸收二、除草劑的傳導(dǎo)一是分為三種途徑：共質(zhì)體系輸導(dǎo)；質(zhì)外體系輸導(dǎo)；質(zhì)外-共質(zhì)體系輸導(dǎo)。二是分為二種情況，三種途徑。1.短距離傳導(dǎo)苗前處理劑、莖葉處理的光合作用抑制劑，從進入點到達作用部位所移動的距離很短。植物細(xì)胞壁和細(xì)胞膜不是除草劑移動的重要障礙。一旦除草劑被植物吸收，在體內(nèi)的短距離的移動就會發(fā)生。除草劑可隨胞質(zhì)流通過胞間連絲從一個細(xì)胞移動到另一個細(xì)胞，或通過擴散作用和水分質(zhì)體流在非共質(zhì)體移動。根部吸收的除草劑在到達內(nèi)皮層之前可通過非共質(zhì)體和共質(zhì)體傳導(dǎo)。由于凱氏帶的阻隔。通過內(nèi)皮層時，只能從共質(zhì)體傳導(dǎo)。通過內(nèi)皮層后，則又可經(jīng)非共質(zhì)體和共質(zhì)體傳導(dǎo)。二、除草劑的傳導(dǎo)2.長距離傳導(dǎo)除草劑通過木質(zhì)部和韌皮部在植物體內(nèi)進行長距離的傳導(dǎo)。（1）木質(zhì)部傳導(dǎo)大多數(shù)除草劑易在木質(zhì)部移動，溶解在水中的除草劑隨著蒸騰流從水勢高的根部移動到水勢低的葉片生長點。但由于如下原因，并不是所有的除草劑都能在木質(zhì)部移動:①除草劑被木質(zhì)部和韌皮部的細(xì)胞成分所吸附；②除草劑被細(xì)胞器(如液泡、質(zhì)體)所分隔；③除草劑和植物體內(nèi)物質(zhì)發(fā)生共扼作用而不能在木質(zhì)部移動。如土壤處理的弱酸性除草劑陰離子易滯留在根細(xì)胞。使其在木質(zhì)部傳導(dǎo)量較低。二、除草劑的傳導(dǎo)2.長距離傳導(dǎo)（1）木質(zhì)部傳導(dǎo)環(huán)境條件，如土壤和空氣濕度，影響蒸騰作用，同時也就影響到除草劑在木質(zhì)部的移動。由于導(dǎo)管不是活細(xì)胞，在大多數(shù)情況下，水分的蒸騰量和除草劑在木質(zhì)部的傳導(dǎo)量成正相關(guān)。二、除草劑的傳導(dǎo)2.長距離傳導(dǎo)（2）韌皮部傳導(dǎo)除草劑隨著同化物流在韌皮部被動移動。韌皮部傳導(dǎo)的除草劑，有少量的可以從韌皮部滲漏到木質(zhì)部或相鄰組織。并在木質(zhì)部傳導(dǎo)。這樣，嚴(yán)格地來說沒有絕對的韌皮部傳導(dǎo)的除草劑，只是在韌皮部傳導(dǎo)的量比在木質(zhì)部傳導(dǎo)的量大。韌皮部傳導(dǎo)的除草劑這種特性使得它比同化物質(zhì)更好地在植物體內(nèi)均勻分布。影響光合作用的各種環(huán)境條件如氣溫、相對濕度、光照和土壤濕度均影響除草劑在韌皮部的傳導(dǎo)。第二節(jié)除草劑的作用機理（一）抑制光合作用（二）抑制脂肪酸合成（三）抑制氨基酸的合成（四）干擾激素平衡（五）抑制微管與組織發(fā)育除草劑的作用機理：除草劑對植物的影響分初生作用和次生作用。初生作用是指除草劑對植物生理生化反應(yīng)的最早影響，即在除草劑處理初期對靶標(biāo)酶或蛋白質(zhì)的直接作用。由于初生作用而導(dǎo)致的連鎖反應(yīng)，迸一步影響到植物的其他生理生化代謝，被稱為次生作用。(一)抑制光合作用

除草劑主要通過以下途徑來抑制光合作用:抑制光合電子傳遞鏈、分流光合電子傳遞鏈的電子、抑制光合磷酸化、抑制色素的合成和抑制水光解。

1.抑制光合電子傳遞鏈

三氮苯類、取代脲類、脲嘧啶類、雙氨基甲酸酯類、酰胺類、二苯醚類、二硝基苯胺類。作用位點在光合系統(tǒng)Ⅱ和光合系統(tǒng)I之間，即QA和PQ之間的電子傳遞體B蛋白，除草劑與該蛋白結(jié)合后，改變它的結(jié)構(gòu)，抑制電子從QA傳遞到PQ，使得光合系統(tǒng)處于過度的激發(fā)態(tài)，能量溢出到氧或其它鄰近的分子，發(fā)生光氧化作用，最終導(dǎo)致毒害。(一)抑制光合作用2.分流光合電子傳遞鏈的電子聯(lián)吡啶類除草劑百草枯和敵草快等是光合電子傳遞鏈分流劑。它們作用于光合系統(tǒng)I，截獲電子傳遞鏈中的電子而被還原。阻止鐵氧化還原蛋白的還原，即其后的反應(yīng)。還原態(tài)的百草枯和敵草快自動氧化過程中產(chǎn)生過氧根陰離子導(dǎo)致生物膜中未飽和脂肪酸產(chǎn)生過氧化作用，破壞生物膜的半透性，造成細(xì)胞的死亡。

(一)抑制光合作用3.抑制光合磷酸化

到目前為止，還沒有商品化的除草劑的初生作用是直接抑制光合磷酸化的，但有些電子傳遞抑制劑如二苯醚類、聯(lián)吡啶類和敵稗等，在高濃度下也能抑制光合磷酸化，使得ATP合成停止。光合磷酸化抑制劑，也叫解偶聯(lián)劑。(一)抑制光合作用4.抑制色素生物合成葉綠素和類胡蘿卜素。前者收集光能，后者則保護前者免受氧化作用的破壞。抑制這兩類色素中任何一種的合成，將導(dǎo)致植物出現(xiàn)白化現(xiàn)象。吡氟酰草胺、氟啶草酮、苯草酮、芐胺靈、廣滅靈抑制類胡蘿卜素生物合成，但不同的除草劑的作用靶標(biāo)酶則不盡相同。大多數(shù)類胡蘿卜素抑制劑是抑制去飽和酶(八氫番茄紅素去飽和酶和5-胡蘿卜素去飽和酶)。廣滅靈不抑制去飽和酶，其作用位點在異戊烯焦磷酸與牡牛兒基焦磷酸之間。類胡蘿卜素合成受阻導(dǎo)致葉綠素遭到破壞，植物出現(xiàn)白化現(xiàn)象。二苯醚類除草劑和惡草靈，直接抑制葉綠素的生物合成，其作用靶標(biāo)酶是原卟啉原氧化酶，導(dǎo)致原卟啉IX合成受阻，從而抑制葉綠素的合成。苯達松通過抑制水光解殺滅雜草。（二）抑制脂肪酸合成脂類是植物細(xì)胞膜的重要組成部分?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有多種除草劑抑制脂肪酸的合成和鏈的伸長。如芳氧苯氧基丙酸類、環(huán)己烯酮類，硫代胺基甲酸酯類、噠嗪酮類。芳氧苯氧基丙酸類和環(huán)己烯酮類除草劑的靶標(biāo)酶均是乙酰輔酶A羧化酶。常稱作乙酰輔酶A羧化酶抑制劑。(三)抑制氨基酸的合成1.抑制芳香氨基酸合成

3種芳香氨基酸苯基丙氨酸、酪氨酸和色氨酸是通過莽草酸途徑合成的，很多次生芳香物也是通過該途徑合成的。在目前商品化的除草劑中只有草甘磷影響莽草酸途徑，其作用靶標(biāo)酶是5-烯醇式丙酮酸基莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)，而使上述三種芳香氨基酸合成受阻。2.抑制支鏈氨基酸合成

纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸是通過支鏈氨基酸途徑合成的。新開發(fā)的超高效除草劑磺酰脲類、咪唑啉酮類和磺酰胺類除草劑抑制這3種支鏈氨基酸的合成，其作用靶標(biāo)酶是支鏈氨基酸合成途徑中第一個酶----乙酰乳酸合成酶(ALS)。乙酰乳酸合成酶也叫乙酰羥酸合成酶(AHAS)，縮合兩個丙酮酸分子產(chǎn)生亮氨酸和纈氨酸的前體2-乙酰乳酸，同時也縮合一個丙酮酸和2-酮丁酸產(chǎn)生異亮氨酸的前體2-乙酰羥基丁酸。(三)抑制氨基酸的合成3.抑制谷氨酰胺合成

谷氨酰胺合成酶是氮代謝中重要的酶，它催化無機氨同化到有機物上，同時也催化有機物間的氨基轉(zhuǎn)移和脫氨基作用。草丁磷除草劑的作用靶標(biāo)是谷氨酰胺合成酶，阻止氨的同化，干擾氮的工常代謝，導(dǎo)致氨的積累，光合作用停止，葉綠體結(jié)構(gòu)破壞。(三)抑制氨基酸的合成（四）干擾激素平衡植物通過調(diào)節(jié)生長素合成和降解、輸入和輸出速度，以及共軛作用(包括可逆和不可逆共軛)來維持不同組織中生長素正常的水平，其中可逆共軛作用最為重要。激素型除草劑處理植物后，由于缺乏調(diào)控它在細(xì)胞間濃度，所以植物組織中的激素(激素型除草劑)濃度極高，而干擾植物體內(nèi)激素的平衡，影響植物的形態(tài)發(fā)生，最終導(dǎo)致植物死亡。(五)抑制微管與組織發(fā)育目前，還沒有商品化的除草劑干擾微絲。大量研究明確了很多除草劑直接干擾有絲分裂紡錘體，使微管的機能發(fā)生障礙或抑制微管的形成。如二硝基苯胺類除草劑與微管蛋白結(jié)合，抑制微管蛋白的聚合作用，導(dǎo)致紡錘體微管不能形成，使得細(xì)胞有絲分裂停留在前、中期，而影響正常的細(xì)胞分裂，導(dǎo)致形成多核細(xì)胞、腫根。第三節(jié)除草劑的選擇性原理1.形態(tài)選擇

2.生理選擇

3.生化選擇

4.時差和位差選擇

除草劑的選擇性是指在一定劑量下，殺滅某些植物，而對另一些植物無明顯的影響。常用選擇性指數(shù)表示。選擇性指數(shù)=對植物A有效的有效中劑量（ED50）/對植物B有效的有效中劑量（ED50）在評價除草劑對作物和雜草間的選擇性時。常用如下方法計算:選擇性常數(shù)=對作物10%植株的有效劑量（ED10）/對雜草90%植株的有效劑量（ED90）除草劑的選擇性常數(shù)越高，對作物的安全越好。除草劑的選擇性包括形態(tài)、生理和生化選擇。1.形態(tài)選擇

形態(tài)選擇是指由于雜草和作物植株形態(tài)差異，使得它們接收藥量不同而實現(xiàn)的選擇性。如禾谷類作物葉片窄而挺直，芽和心葉被包在葉片里面，著藥面積小，不易受害。而闊葉雜草的葉片寬大，芽和心葉常裸露在外，著藥面積大，易受害。2.生理選擇

生理選擇是指由于植物吸收和傳導(dǎo)除草劑能力的差異而實現(xiàn)的選擇性。不同植物的發(fā)芽、幼苗出土特性不同。根芽形態(tài)存在差異，角質(zhì)層發(fā)育程度不同，它們吸收除草劑的能力也就不一樣。另外，不同的生理代謝也影響到吸收能力，如2,4-D。傳導(dǎo)能力差異影響到除草劑的選擇性。一般來說，生理選擇性不是除草劑選擇性的唯一原因，它在除草劑的選擇性中只是起到部分作用。在很多情況下，同是敏感的植物，它們吸收、傳導(dǎo)除草劑能力并不一樣。3.生化選擇

生化選擇是指植物鈍化(包括降解和共扼作用)除草劑能力、靶標(biāo)酶的敏感性和耐受毒害影響能力的差異而實現(xiàn)的選擇性。大多數(shù)除草劑的選擇性是由于生化選擇作用，如煙嘧磺隆對玉米的選擇性，是由于煙嘧磺隆被玉米吸收后能迅速降解。敵稗在稻與稗草之間的選擇性是由于在稗草中的酰胺水解酶的濃度遠(yuǎn)低于稻株中的濃度。該酶能將敵稗水解成無毒物質(zhì)。3.生化選擇

培育抗除草劑作物主要是利用生化選擇性，將抗性基因?qū)俗魑锸棺魑铽@得抗藥性。

培育抗除草劑作物主要利用以下3種途徑：