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摘自：《植物保護》吡啶甲酸類除草劑應(yīng)用研究進展

作者：安楷；林雨婷；陳國奇

吡啶甲酸類除草劑屬合成激素類，目前登記使用的有效成分包括氨氯吡啶酸、二氯吡啶酸和氯氨吡啶酸，分別于1963年、1977年和2005年上市，主要用于闊葉雜草和灌木的莖葉處理防控，其中氯氨吡啶酸具有土壤封閉活性。吡啶甲酸類除草劑的作用靶標仍未明確，有可能來自生長素結(jié)合蛋白家族。全世界報道的抗吡啶甲酸類除草劑雜草共涉及7種8個生物型。目前，我國登記的除草劑品種中共有13個復(fù)配劑含氨氯吡啶酸和二氯吡啶酸，1個含氨氯吡啶酸、氯氨吡啶酸和二氯吡啶酸；國外登記的吡啶甲酸類除草劑復(fù)配劑主要為與其他激素型除草劑、ALS（乙酰乳酸合酶）抑制劑、ACCase（乙酰輔酶A羧化酶）抑制劑的組合。

合成激素類除草劑具有吸收和傳導(dǎo)性好，殺草譜廣、成本低、不易產(chǎn)生抗性等特點，吡啶類除草劑是激素型除草劑的重要分支。吡啶類衍生物包括吡啶甲酸（pyridinecarboxylic acid）和吡啶氧基乙酸（pyridinoxyacetic acid），從結(jié)構(gòu)性質(zhì)上分析，用吡啶環(huán)代替苯環(huán)可以帶來更好的內(nèi)吸性，從而大幅提高生物活性，在實際生產(chǎn)中有很高的應(yīng)用價值。吡啶甲酸類除草劑（圖1）主要包括氨氯吡啶酸（picloram，5-amino-3,4,6-trichloropicolinic acid），二氯吡啶酸（clopyralid，3,6-dichloropicolinic acid）和氯氨吡啶酸（aminopyralid，5-amino-3,6-dichloropicolinic acid）。氨氯吡啶酸于1963年由道化學(xué)公司研制，具有較強的內(nèi)吸活性和較長的持效性，但其較長的持效性容易影響下茬作物的正常種植，導(dǎo)致氨氯吡啶酸的應(yīng)用受限。氯氨吡啶酸于2005年由美國陶氏益農(nóng)公司研制，具有高效性和選擇性，易被植物的莖、根快速吸收，引起植物生長停滯并導(dǎo)致死亡。二氯吡啶酸于1977年由道化學(xué)公司研制，其在植物體內(nèi)傳導(dǎo)時具有較好的持久性，二氯吡啶酸的除草機制主要是刺激植物產(chǎn)生過量的核糖核苷酸，最終破壞維管束組織，導(dǎo)致植物死亡。吡啶氧基乙酸類代表性除草劑包括三氯吡氧乙酸（triclopyr，3,4,6-trichloro-2-pyridyloxyacetic acid）和氯氟吡氧乙酸（fluroxypyr，4-amino-3,5-dichloro-6-fluoro-2-pyridyloxyacetic acid），分別于1975年和1983年上市；這類除草劑中的最新代表是兩種吡啶甲酸酯類活性成分，即2014年上市，2015年引入我國的氟氯吡啶酯（halauxifen-methyl）和2016年上市，2018年引入我國的氯氟吡啶酯（florpyrauxifen-benzyl）。

圖1 吡啶甲酸、氨氯吡啶酸、二氯吡啶酸、氯氨吡啶酸結(jié)構(gòu)

1、吡啶甲酸類除草劑的作用機理

作為激素類除草劑中的一類，吡啶甲酸類除草劑的作用靶標仍然未明確。研究表明，抗氨氯吡啶酸與二氯吡啶酸的基因分別由不同的單基因控制，且基因所處位置緊密相連。如圖2所示，激素類除草劑分子被植物體內(nèi)的生長素受體TIR1/AFB （transport inhibitor response 1/auxin signalling F-box）識別，誘導(dǎo)TIR1/AFB與IAA及Aux/IAA轉(zhuǎn)錄抑制蛋白（transcriptional repressor proteins）結(jié)合，并進一步與SCF（E3泛素連接酶復(fù)合體，含Skp1，cullin，F(xiàn)-box 3個亞基）結(jié)合，形成SCFTIR1/AFB-生長素-Aux/IAA復(fù)合體，使Aux/IAA轉(zhuǎn)錄抑制蛋白被泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin-proteasome pathway）降解。Aux/IAA轉(zhuǎn)錄抑制蛋白缺失導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄激活蛋白（auxin response factors，ARFs）抑制狀態(tài)取消，促進下游9-順式環(huán)氧類胡蘿卜素雙加氧酶（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase，NCED）和1-氨基環(huán)丙烷羧酸合成酶（1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase，ACS）的mRNA轉(zhuǎn)錄。過量的ACS mRNA促使植物莖組織中ACS過表達，導(dǎo)致過量的S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine，SAM）轉(zhuǎn)化為乙烯，過量乙烯致使葉片向下卷曲、組織膨脹并抑制激素向外轉(zhuǎn)運。同時，積累的激素導(dǎo)致莖水平方向卷曲。細胞膨脹過程中伴隨快速的激素誘導(dǎo)的離子流現(xiàn)象，推測是由膜結(jié)合生長素結(jié)合蛋白1（membrane-bound auxin-binding protein 1，ABP1）介導(dǎo)。過量轉(zhuǎn)錄的NCED mRNA促使NCED過表達，NCED催化葉黃素裂解導(dǎo)致黃質(zhì)醛（xanthoxin）和ABA的合成增加。同時乙烯刺激NCED轉(zhuǎn)錄后活化，導(dǎo)致持續(xù)地合成ABA;ABA在植株內(nèi)擴散并介導(dǎo)氣孔關(guān)閉，進而限制蒸騰作用和C同化，并伴隨活性氧自由基（reactive oxygen species， ROS）過量積累。并且，ABA直接抑制細胞分裂和生長，并與乙烯一起推動葉片衰老，表現(xiàn)為葉綠體、膜結(jié)構(gòu)和維管完整性被破壞，最終導(dǎo)致生長被抑制、組織壞死及植株枯亡。在敏感的禾本科植物中氰化物積累導(dǎo)致的植物毒性是二氯喹啉酸刺激乙烯生物合成中的副產(chǎn)品。許多研究表明，雜草對激素類除草劑吸收和轉(zhuǎn)運效率下降，以及抑制除草劑處理后乙烯生物合成均可導(dǎo)致抗藥性。

圖2 激素類除草劑可能的作用機理   

不同的激素類除草劑活性成分的作用靶標和作用機制不盡相同。有研究發(fā)現(xiàn)抗氨氯吡啶酸雜草對三氯吡氧乙酸和2,4-滴無交互抗性，但對二氯吡啶酸、氯氟吡氧乙酸、麥草畏有交互抗性。另一份研究發(fā)現(xiàn)，抗氨氯吡啶酸的長刺矢車菊Centaurea solstitialis對三氯吡氧乙酸和2，4-滴有交互抗性，但對麥草畏依舊敏感。Kathare等鑒定到一個擬南芥Arabidopsis thaliana株系高抗氨氯吡啶酸，但對其他供試激素類除草劑均敏感；Walsh等的研究也發(fā)現(xiàn)擬南芥中存在對不同激素分子具有特異性的信號通路。De Queiroz等對一個抗2,4-滴的蘇門白酒草Erigeron sumatrensis種群進行檢測，發(fā)現(xiàn)其對麥草畏、氯氟吡啶酯、氯氟吡氧乙酸、氟氯吡啶酯、三氯吡氧乙酸、氨氯吡啶酸等激素類除草劑均敏感。

2、吡啶甲酸類除草劑的登記應(yīng)用場景

氨氯吡啶酸在我國登記于多種作物田、非耕地、森林及草坪，治理一年生闊葉雜草及小型灌木，如刺兒菜Cirsium arvense var. integrifolium、密花香薷Elsholtzia densa、苣荬菜Sonchus wightianus、藜Chenopodium album、豬殃殃Galium spurium、紫莖澤蘭Ageratina adenophora、飛機草Chromolaena odorata、三葉鬼針草Bidens pilosa等。主要劑型有水劑和可溶液劑。楊衛(wèi)東等的研究表明，24%氨氯吡啶酸水劑有效成分用量1200～3600 g/hm²，對林地一年生及多年生闊葉雜草防效可達90%以上，對灌木防效達70%以上。同時，在花器官發(fā)育期施用25 g/hm²的氨氯吡啶酸水劑可以影響菊科雜草紫莖澤蘭有性生殖，從而抑制其來年生長，且對三葉鬼針草具有一定的土壤封閉活性。

氯氨吡啶酸在我國登記于禾本科草原牧場治理惡性闊葉類雜草，主要包括無鞘橐吾Vickifunkia narynensis、天山假狼毒Diarthron tianschanicum、準噶爾烏頭Aconitum soongaricum、黃花棘豆Oxytropis ochrocephala、白喉烏頭Aconitum leucostomum等，其可有效提高禾本科牧草的產(chǎn)量及繁殖效率。其主要應(yīng)用劑型為水劑、可溶液劑。此外，研究發(fā)現(xiàn)，氯氨吡啶酸也可用于降低草坪草制種田中禾本科雜草多花黑麥草Lolium multiflorum結(jié)實種子粒重、活力及萌發(fā)速率，并對毛果茄Solanum viarum具有土壤封閉活性。

二氯吡啶酸在我國登記于小麥、水稻、玉米及油菜田等治理闊葉雜草且對后茬作物比較安全主要劑型為水劑、可溶粒劑、可溶液劑及可溶粉劑。二氯吡啶酸可有效控制油菜田及胡麻田中刺兒菜、玉米田中苣荬菜、草地風(fēng)毛菊Saussurea amara、絲路薊Cirsium arvense、藜、大巢菜Vicia sativa、稻槎菜Lapsanastrum apogonoides等闊葉雜草。

通過查閱農(nóng)藥信息網(wǎng)數(shù)，我國登記含氨氯吡啶酸的復(fù)配除草劑品種主要為：氨氯吡啶酸+二氯吡啶酸（PD20180283）、氨氯吡啶酸+氯氨吡啶酸+二氯吡啶酸（EX20220114）、氨氯吡啶酸+二氯吡啶酸+草除靈（PD20212603）、氨氯吡啶酸+二氯吡啶酸+烯草酮（PD20200969）、氨氯吡啶酸+氯氟吡氧乙酸異辛酯（PD20150255）、氨氯吡啶酸+2，4-滴（PD20150686）。含氯氨吡啶酸復(fù)配除草劑品種主要為：氨氯吡啶酸+氯氨吡啶酸+二氯吡啶酸（EX20220114）。二氯吡啶酸復(fù)配除草劑品種主要為氨氯吡啶酸+二氯吡啶酸（PD20183258）、氨氯吡啶酸+二氯吡啶酸+草除靈（PD20212603）、氨氯吡啶酸+二氯吡啶酸+烯草酮（PD20183820）、二氯吡啶酸+煙嘧磺隆+莠去津（PD20182761）、二氯吡啶酸+2，4-滴（PD20131085）、二氯吡啶酸+烯草酮（PD20132535）、二氯吡啶酸+烯草酮+草除靈（PD20140604）、二氯吡啶酸+乙氧氟草醚（PD20180513）、二氯吡啶酸+硝磺草酮（PD20172702）。

通過查閱美國國家環(huán)境保護局數(shù)據(jù)庫，含氨氯吡啶酸的復(fù)配登記除草劑類型主要包括：氨氯吡啶酸+2，4-滴、氨氯吡啶酸+氯氟吡氧乙酸、三氯吡氧乙酸+氨氯吡啶酸+氯氨吡啶酸。含二氯吡啶酸的復(fù)配登記除草劑類型主要包括：唑嘧磺草胺+二氯吡啶酸、唑嘧磺草胺+二氯吡啶酸+乙草胺、氟氯吡啶酯+二氯吡啶酸+氯氟吡氧乙酸、二氯吡啶酸+2，4-滴、二氯吡啶酸+2甲4氯、二氯吡啶酸+三氯吡氧乙酸、二氯吡啶酸+氯氟吡氧乙酸+啶磺草胺。含氯氨吡啶酸的復(fù)配登記除草劑類型主要包括：氯氨吡啶酸+三氯吡氧乙酸、氯氨吡啶酸+甲磺隆、氯氨吡啶酸+2，4-滴、三氯吡氧乙酸+氨氯吡啶酸+氯氨吡啶酸、氯氟吡啶酯+氯氨吡啶酸。

因此，目前生產(chǎn)中使用的吡啶甲酸類除草劑復(fù)配劑以與其他激素型除草劑復(fù)配產(chǎn)品為主，并有與ALS（乙酰乳酸合酶）抑制劑、ACCase（乙酰輔酶A羧化酶）抑制劑的混配劑型。

3、吡啶甲酸類除草劑在抗性雜草治理中的應(yīng)用研究進展

Fernandez等的研究發(fā)現(xiàn)，在抗草甘膦銀膠菊Parthenium hysterophorus種群的治理中，氯氨吡啶酸對銀膠菊的控制率可達100%;二氯吡啶酸的控制率為89%～98%。Patton等發(fā)現(xiàn)二氯吡啶酸可以有效防控對2,4-滴存在抗性的長葉車前Plantago lanceolata種群，證明2,4-滴與二氯吡啶酸之間無交互抗性。Aves等的研究發(fā)現(xiàn)，二氯吡啶酸可用于治理對草甘膦、氯磺隆、甲磺隆等除草劑具有多抗性的野塘蒿Erigeron bonariensis種群。Aulakh等的研究發(fā)現(xiàn)二氯吡啶酸可用于治理對草甘膦及ALS類除草劑具有多抗性的長芒莧Amaranthus palmeri。吡啶甲酸類除草劑也可用于抗2,4-滴、麥草畏、草甘膦等除草劑的雜草種群的治理，以及通過切割喬木形成層施藥來對喬木進行防控。

4、雜草對吡啶甲酸類除草劑抗藥性情況

到目前為止，國際抗性雜草數(shù)據(jù)庫中記錄的抗吡啶甲酸類除草劑雜草共7種8個生物型（表1）;其中抗氨氯吡啶酸雜草共3種3個生物型，抗二氯吡啶酸雜草共3種3個生物型，抗氯氨吡啶酸雜草共5種6個生物型。截至2022年11月11日氨氯吡啶酸、二氯吡啶酸、氯氨吡啶酸分別已上市使用了59年、45年、17年，因此，這3種除草劑的抗藥性風(fēng)險低。

通過檢索WOS數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)僅有4篇研究論文報道了對吡啶甲酸類除草劑存在交互抗性的雜草，分別為抗氨氯吡啶酸的長刺矢車菊對二氯吡啶酸存在交互抗性;抗麥草畏的藜對氨氯吡啶酸、氯氨吡啶酸和二氯吡啶酸具有交互抗性;抗2,4-滴的蔓菁Brassica rapa對二氯吡啶酸、麥草畏、氨氯吡啶酸存在交互抗性；抗二氯吡啶酸的斑點矢車菊Centaurea stoebe種群對氨氯吡啶酸存在較強的交互抗性，對氯氨吡啶酸存在較弱的交互抗性。

表1 國際抗性雜草數(shù)據(jù)庫中記錄的抗吡啶甲酸類除草劑雜草

由于氨氯吡啶酸、二氯吡啶酸、氯氨吡啶酸的分子靶標仍然不明，相關(guān)的雜草抗性機理無法準確闡明。Horsman等研究轉(zhuǎn)基因抗氨氯吡啶酸煙草Nicotiana tabacum發(fā)現(xiàn)，與野生型煙草相比抗性煙草吸收氨氯吡啶酸后藥劑在處理葉片上較多，但在頂端分生組織中較少；然而二氯吡啶酸在抗性煙草的葉片和頂端分生組織中的積累量與野生型煙草無顯著差異；由此可見氨氯吡啶酸和二氯吡啶酸雖然結(jié)構(gòu)相似，但其在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運途徑存在差異。Ghanizadeh等研究發(fā)現(xiàn)對麥草畏存在抗性的黎種群對二氯吡啶酸和氯氨吡啶酸存在交互抗性，但其對2，4-滴和2-甲-4-氯丙酸不存在交叉抗性。Valenzuela-Valenzuela等發(fā)現(xiàn)華盛頓州非耕地牧場中的長刺矢車菊具有氨氯吡啶酸和二氯吡啶酸交互抗性背景，對氨氯吡啶酸抗性種群（R）和氨氯吡啶酸易感種群（S）的研究顯示，2 h內(nèi)R種群與S種群對二氯吡啶酸的吸收量和轉(zhuǎn)化量無顯著差異，96 h后R種群比S種群代謝更多的二氯吡啶酸，這表明除草劑代謝可能在交互抗性中起作用。此外，有研究報道高抗二氯吡啶酸的Soliva sessilis對麥草畏具有中抗性，但不抗氨氯吡啶酸。

5、總結(jié)與展望

綜上所述，吡啶甲酸類除草劑廣泛用于各類作物或非耕地場景防控闊葉雜草或灌木，氨氯吡啶酸、二氯吡啶酸、氯氨吡啶酸盡管已在全世界廣泛應(yīng)用了40多年，全世界關(guān)于抗吡啶甲酸類除草劑雜草的報道相對稀少。因此，該類除草劑仍然具有較好的應(yīng)用前景，我國登記的吡啶甲酸類除草劑種類目前仍較少，相關(guān)的復(fù)配應(yīng)用研究仍可拓展。

3種吡啶甲酸類除草劑氨氯吡啶酸、二氯吡啶酸、氯氨吡啶酸在主要應(yīng)用場景下對常見雜草的敏感性仍需系統(tǒng)研究檢測，以便于更好地開發(fā)實用復(fù)配劑型。另一方面，盡管我國尚未有關(guān)于抗吡啶甲酸類除草劑雜草種群的報道，然而生產(chǎn)中該類除草劑藥效欠佳的情況屢見不鮮，系統(tǒng)檢測該類除草劑主要靶標雜草種群的抗藥性也亟須開展。