要成为除草科学家就必须了解除草剂的作用机制和分类。今天我们花10分钟完整介绍除草剂作用机制及分类,方便大家应对抗性杂草治理中的各种问题。
1 除草剂作用机制的重要性
(1)它是抗性杂草治理的重要理论基础。交替使用不同作用机制的除草剂,能预防及解决杂草抗药性问题。相反,交替使用相同作用机制的除草剂,不仅不能延缓或解决抗性,还会由于交互抗性的产生而导致抗性形成速度加快。
例:对五氟磺草胺产生抗性的稗草,我们不能选用同是als抑制剂的双草醚、嘧啶肟草醚来防治,而只能从其它作用机理的除草剂如accase抑制剂、hppd抑制剂等进行防除。
(2)有利于合理把握除草剂的正确使用技术。不同作用机制的除草剂对杂草的作用部位往往不同。除草剂使用前明确所用除草剂的作用机制,才能制定合理的使用技术。
如酰胺类除草剂乙草胺、丙草胺和异丙甲草胺等是以脂类合成为靶标,芽前土壤处理后,杂草种子萌发和出土过程中胚芽鞘不断吸收药剂,并在出土前或出土时死亡。如果用药较晚,幼芽及胚芽鞘出土后除草效果就会下降。
(3)有助于鉴别除草剂药害。相同作用机制的除草剂对作物造成的药害症状基本相同或类似,因此,可以根据除草剂的类别,判断作物的药害症状,也可以用于查明造成作物药害的具体原因。
例:accase抑制剂使用不当对水稻会产生心叶白化、扭曲至干枯死亡。而als抑制剂在水稻田使用不当则会造成水稻叶尖干枯、植株黄化、蹲苗等现象。
2 除草剂作用机制归纳
2.1 抑制植物光合作用
光合作用是植物吸收光能将二氧化碳和水转化为有机物的过程,是植物生长的能量来源。除草剂通过抑制光合作用来切断能量来源致使杂草死亡。
如三嗪类、取代脲类除草剂,是光合电子传递抑制剂,通过系列反应,使植物光合作用不能正常进行,进而得不到生长必须的能量而死亡。
2.2 破坏植物呼吸作用
呼吸作用能为植物体的生命活动提供能量。除草剂通过与呼吸作用中某些复合物反应,造成呼吸作用不能正常进行造成杂草死亡。
2.3 抑制植物的生物合成
包括以下几类:
(1)抑制植物脂类合成。脂类是植物细胞膜的重要组成成份。乙酰辅酶a羧化酶(accase)是催化脂肪酸合成的关键酶。通过抑制accase即可抑制植物脂肪酸合成,致使杂草死亡。
目前,已知芳氧苯氧丙酸酯类、环己烯酮类除草剂是抑制accase的重要除草剂。
(2)抑制氨基酸及蛋白质的合成。氨基酸是构成植物氨基酸的基本物质,而蛋白质是植物体一切细胞、组织的重要成分。机体所有重要的组成部分都需要有蛋白质的参与。所以抑制氨基酸和蛋白质的合成是对杂草的致命打击。
例:乙酰乳酸合成酶(als)抑制剂通过抑制植物乙酰乳酸合成酶活性,导致缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸合成受阻,蛋白质合成停止,使植物细胞分裂不能正常运行而死亡。
草甘膦作用靶标是植物体5-烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸合成酶(epsps),由于抑制了该酶的活性,从而抑制莽草酸向苯丙氨酸、络氨酸及色氨酸的转化,使蛋白质的合成受到干扰导致植物死亡。
(3)抑制色素生物合成。色素是植物生命活动中的关键因子,例如叶绿体色素与光合作用密切相关。这类作用机制的除草剂主要抑制八氢番茄红素脱氢酶(pds)及抑制4-羟基苯基丙酮酸双氧化酶(hppd)。使用后的典型症状是植物白化至半透明,最终死亡。
(4)干扰激素平衡。激素对植物的生长发育过程有重要的调控作用。激素类除草剂是人工合成的具有天然植物激素作用的物质,如苯氧羧酸类(2,4-滴与2甲4氯等)、苯甲酸类(麦草畏与草灭畏)等。这些化合物进入植物体后,打破原有的天然植物激素平衡,使植物生长异常,出现扭曲畸形等症状,最终导致植物死亡。
(5)抑制微管与组织发育。微管是存在所有真核细胞种的丝状亚细胞结构。它在维持细胞形态、细胞分裂、信号转导及物质输送等过程中起着重要作用。
总之,除草剂就是作用于杂草生命活动中的关键因子,致使杂草生命活动不能正常进行而死亡。
3 除草剂的作用机制分类法
除草剂抗性委员会(hrac)公布的除草剂作用机理分类方法以除草剂作用机理为基础,根据除草剂的作用位点,结合化学结构类型和引起的症状表现等对除草剂进行分类。
将具有相同作用位点或作用机理的除草剂归为一组,用大写英文字母a、b、c、d……z表示。为了避免与i、o相混淆,在本分类方法中不采用j和q两个字母。
有些情况下,如同属c类的光合作用抑制剂,又根据不同除草剂对结合蛋白d1不同的结合方式又分成几个亚类,用c1、c2、c3表示;又如同属f类的色素合成抑制剂,根据造成失绿症状原因不同,也分成f1、f2、f3几个亚类;同样的道理将k类的生长抑制剂又分成k1、k2、k3几个亚类。
另外,将到目前为止作用位点或作用机制不清楚的除草剂,在明确了它们的作用机制之前全都分到z类当中。
一张表让你看清主要作用机制分类、化学结构及常见代表除草剂成分。
表1 除草剂作用机制分类及举例
hrac分组 |
作用机制 |
化学结构类型 |
举例 |
a |
乙酰辅酶a羧化酶(accase)抑制剂 |
芳氧苯氧基丙酸酯类 |
炔草酯、氰氟草酯、精噁唑禾草灵、精喹禾灵 |
环己烯酮类 |
烯草酮、烯禾啶 |
||
苯基吡唑啉类 |
唑啉草酯 |
||
b |
乙酰乳酸合成酶(als)抑制剂 |
磺酰脲类 |
苯磺隆、苄嘧磺隆、氯吡嘧磺隆、烟嘧磺隆、吡嘧磺隆、甲基二磺隆 |
咪唑啉酮类 |
咪唑乙烟酸、咪唑喹啉酸 |
||
三唑并嘧啶磺酰胺类 |
双氟磺草胺、五氟磺草胺、啶磺草胺 |
||
嘧啶硫代苯甲酸酯类 |
双草醚、嘧啶肟草醚 |
||
磺酰胺羰基三唑啉酮类 |
氟唑磺隆、丙苯磺隆 |
||
c1 |
光合系统ⅱ抑制剂 |
三嗪苯类 |
莠去津、扑草净、特丁津、莠灭净 |
三嗪酮类 |
嗪草酮、环嗪酮 |
||
脲嘧啶类 |
除草定、特草定 |
||
哒嗪酮类 |
氯草敏 |
||
氨基甲酸酯类 |
甜菜宁、甜菜安 |
||
三唑啉酮类 |
氨唑草酮 |
||
c2 |
光合系统ⅱ抑制剂 |
取代脲类 |
异丙隆、绿麦隆、敌草隆 |
酰胺类 |
敌稗 |
||
c3 |
光合系统ⅱ抑制剂 |
腈类 |
溴苯腈、辛酰溴苯腈 |
苯并噻二嗪酮类 |
灭草松 |
||
苯哒嗪类 |
哒草特 |
||
d |
光合系统ⅰ抑制剂 |
联吡啶类 |
百草枯、敌草快 |
e |
原卟啉原氧化酶(ppo)抑制剂 |
二苯醚类 |
乙氧氟草醚、氟磺胺草醚、乙羧氟草醚 |
苯基吡唑类 |
吡草醚 |
||
n-苯基酞酰胺亚胺类 |
氟烯草酸、丙炔氟草胺 |
||
噻二唑类 |
嗪草酸甲酯、噻二唑草胺 |
||
噁二唑酮类 |
噁草酮、丙炔噁草酮 |
||
三唑啉酮类 |
唑草酮、甲磺草胺 |
||
噁唑啉酮类 |
环戊噁草酮 |
||
脲嘧啶类 |
双苯嘧草酮、苯嘧磺草胺、氟丙嘧草酯 |
||
其它 |
双唑草腈、氟唑草胺 |
||
f1 |
类胡萝卜素合成抑制剂:八氢番茄红素脱氢酶(pds) |
哒嗪酮类 |
氟草敏 |
烟酰替苯胺类 |
吡氟酰草胺 |
||
其它 |
呋草酮、氟啶草酮 |
||
f2 |
4-羟基苯基丙酮酸双氧化酶(hppd) |
三酮类 |
三唑磺草酮、磺草酮、硝磺草酮、双环磺草酮 |
异噁唑类 |
异噁唑草酮 |
||
吡唑类 |
环吡氟草酮、双唑草酮、苯唑氟草酮、苯唑草酮、吡草酮、 |
||
f3 |
类胡萝卜素合成抑制剂(未知位点) |
三唑类 |
杀草强 |
异噁唑酮类 |
异噁草松 |
||
脲类 |
氟草隆 |
||
g |
5-烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸合成酶(epsps) |
有机磷类 |
草甘膦 |
h |
谷氨酰胺合成酶抑制剂 |
磷酸类 |
草铵膦、双丙氨膦 |
i |
dhp合成酶抑制剂 |
氨基甲酸酯类 |
磺草灵 |
k1 |
微管组装抑制剂 |
二硝基苯胺类 |
氟乐灵、二甲戊灵、仲丁灵 |
氨基磷酸盐类 |
胺草磷 |
||
吡啶类 |
噻唑盐酸 |
||
苯甲酰胺类 |
炔苯酞草胺 |
||
苯甲酸类 |
氯酞酸草胺 |
||
k2 |
有丝分裂抑制剂 |
氨基甲酸酯类 |
胺灵、氯苯胺灵 |
k3 |
细胞分裂抑制剂 |
氯酰胺类 |
甲草胺、乙草胺、丙草胺、丁草胺、异丙甲草胺 |
乙酰胺类 |
敌草胺、草萘胺 |
||
芳氧乙酰胺类 |
氟噻草胺、苯噻酰草鞍 |
||
四唑啉酮类 |
四唑酰草鞍 |
||
其它 |
莎稗磷、唑草胺 |
||
l |
细胞壁(纤维素)合成抑制剂 |
腈类 |
地草腈 |
苯甲酰胺类 |
异噁酰草胺 |
||
三唑羧基酰胺类 |
氟胺草唑 |
||
m |
解偶联(细胞膜破坏剂) |
二硝基苯酚类 |
地乐酚、特乐酚 |
n |
脂肪合成抑制剂-非acc酶抑制剂 |
硫代氨基甲酸酯类 |
禾草敌、禾草丹、灭草敌、野麦畏 |
二硫代磷酸酯类 |
地散膦 |
||
苯丙呋喃 |
呋草黄 |
||
氨碳酸类 |
去草隆、四氟草酸 |
||
o |
合成激素类 |
苯氧羧酸类 |
2,4-滴、2,4-滴丁酯、2甲4氯 |
苯甲酸类 |
麦草畏 |
||
吡啶羧酸类 |
氯氟吡氧乙酸、氨氯吡啶酸、二氯吡啶酸 |
||
芳基吡啶甲酸酯类 |
氟氯吡啶酯、氯氟吡啶酯 |
||
喹啉羧酸类 |
二氯喹啉酸 |
||
其它 |
草除灵 |
||
p |
抑制生长素运输 |
氨基羰基脲类 |
萘草胺、氟吡草腙 |
z |
未知 |
芳香氨基丙酸类 |
麦草伏 |
吡唑类 |
野燕枯 |
||
有机砷 |
甲基砷酸钠 |
||
其它 |
苄草隆、环庚草醚 |
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