新型原卟啉原氧化酶抑制剂Y11049 的作用特性

林方锐, 黄晓慧, 常 慧, 陈 杰

(浙江农林大学 林业与生物技术学院，浙江 临安，311300)

我国目前登记用于非耕地的灭生性除草剂品种主要有草甘膦、草铵膦、苯嘧磺草胺等，近年来，随着抗草甘膦杂草问题的日益突出，亟需除草剂新产品的问世[1]，新型灭生性除草剂品种的研发因而备受重视。原卟啉原氧化酶 (PPO) 是四吡咯生物合成途径中的关键酶，PPO 抑制剂主要通过抑制该酶的活性，导致原卟啉IX 的积累，且在光和氧的作用下生成单态氧作用于细胞膜上，产生细胞膜脂质过氧化，细胞膜结构发生破坏从而导致植株死亡[2]。巴斯夫公司开发的苯嘧磺草胺(saflufenacil，结构式见图式1) 即属于PPO 的强抑制剂，已广泛用于非耕地杂草的防除[3]。Y11049(建议名称：苯噻嘧草酯，结构式见图式2) 是华中师范大学自主研发的一种新型嘧啶二酮类PPO 抑制剂，与苯嘧磺草胺属同类结构化合物，已获得中国发明专利授权 (ZL 201410566926)[4]。

前期温室除草活性和田间药效试验结果表明，Y11049 作为新型PPO 抑制剂，在防治非耕地阔叶和莎草科杂草方面具有较好的开发前景[5]。本研究在此基础上，以苯嘧磺草胺为对照药剂，系统研究了其吸收传导特性以及环境因子 (温度、光照、模拟降雨等) 及杂草叶龄对Y11049 除草活性的影响，旨在为该药剂的进一步开发应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 药剂 98% Y11049 原药由华中师范大学提供。称取 20 g 原药，加入 8 g 十二烷基苯磺酸钙和 10 g 蓖麻油聚氧乙烯醚，用甲酯化植物油补足至 100 g，搅拌 15～30 min，直至样品完全溶解至清澈均相，即制备得到 20% Y11049 乳油 (EC)。后续试验均采用 20% Y11049 乳油进行，预试验表明乳油中所添加助剂对结果无明显影响。70%苯嘧磺草胺 (saflufenacil) 水分散粒剂 (WG，商品名巴佰金)，巴斯夫 (欧洲) 公司生产。

1.1.2 靶标 绿穗苋Amaranthus hybridusL.、牵牛Pharbitis nil(L.) Choisy、苘麻Abutilon theophrastiMedicus、反枝苋Amaranthus retroflexusL.，杂草种子采自浙江省绍兴市东浦镇行宫山村；黄瓜Cucumis sativusL. 种子购于市场。供试杂草种子萌发率均在90% 以上，且经温室盆栽试验测定对Y11049 表现为高度敏感 (有效成分30～60 g/hm2剂量下抑制率为90%～100%)。

1.1.3 主要仪器 3WPSH-500E 全自动喷雾塔，农业农村部南京农业机械研究所；BSA223S-CW分析天平 (精确到 1 mg)，赛多利斯科学仪器 (北京) 有限公司；Bluepard 人工气候箱，上海一恒科学仪器有限公司；ZK-3 人工模拟降雨系统，北京知控高科技术有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 药液配制 将20% Y11049 乳油用水稀释成各试验所设置剂量或浓度的药液；对照药剂70% 苯嘧磺草胺水分散粒剂先用水配制成母液，再稀释成试验所设置剂量或浓度药液。

1.2.2 试材培养 参考文献方法[6-7]，将耕层壤土与培养基质按体积比2 : 1 的比例混合均匀。取口径8 cm 的花盆，装入约4/5 混合好的试验用土，从花盆底部加水，使土壤吸水饱和。将适量杂草种子均匀播于花盆内并覆土0.5～0.8 cm，置于温室内培养至试验要求龄期，每盆分别定植 (牵牛3 株，绿穗苋、反枝苋和苘麻均为8 株)。

1.2.3 温度对Y11049 除草活性的影响 参考文献方法[6-7]进行。供试杂草为4 叶期的绿穗苋，Y11049处理剂量分别为有效成分3.75、7.5、15 和30 g/hm2，另设清水空白对照。茎叶喷雾处理[8](喷液量10 mL，喷雾压力0.15 MPa)，每处理设4 个重复。将处理后的试材移至人工气候箱中培养，设培养温度 (L/D) 分别为：15 ℃/10 ℃、25 ℃/20 ℃、35 ℃/30 ℃，相对湿度60%～80%，光照 (L/D)12 h/12 h。于药后7 d 剪取绿穗苋地上部分，称量鲜重，按公式 (1) 计算鲜重抑制率。

式中：C为鲜重抑制率，%；W1为对照杂草鲜重，g；W2为处理杂草鲜重，g。

1.2.4 光照强度对Y11049 除草活性的影响 参考文献方法[6-7]进行。供试杂草为4 叶期的牵牛，Y11049 处理剂量为有效成分60 g/hm2，对照药剂苯嘧磺草胺处理剂量为有效成分30 g/hm2，另设清水空白对照。同1.2.3 节茎叶喷雾处理，每处理设4 个重复。施药后置于人工气候箱中培养，分别设8 427、4 200 和5 lx 高、中、低3 种光照强度，温度为25 ℃，相对湿度60%～80%。于药后7 d 剪取牵牛地上部分并称量鲜重，按 (1) 式计算鲜重抑制率。

1.2.5 模拟降雨对Y11049 除草活性的影响 供试杂草为4 叶期的苘麻，Y11049 处理剂量为有效成分30 g/hm2，对照药剂苯嘧磺草胺处理剂量为有效成分15 g/hm2，并设清水空白对照。同1.2.3 节茎叶喷雾处理。分别于药后0、0.5、1、2、4、8、12 和24 h 模拟人工降雨 (降雨强度为34 mm/h，降雨量12 mm)，同时设无降雨对照处理，每处理4 个重复。处理后将试材置于20～35 ℃、相对湿度50%～80%温室内培养。于药后7 d 剪取苘麻地上部分并称量鲜重，按 (1) 式计算鲜重抑制率。

1.2.6 植株对Y11049 的吸收传导性研究

1.2.6.1 活性炭隔离法 参考文献方法[6-7]。将石英砂在120 ℃烘箱中灭菌2 h，冷却后倒入用Hoagland 营养液配制的500 mg/L 药液，制成药砂，空白对照直接用营养液配制成营养砂，药砂和营养砂含水量均为20%。根层处理：取适量药砂装于250 mL 的玻璃烧杯内，上面铺盖0.5 cm厚活性炭，播入催芽露白的黄瓜种子，再覆盖0.5 cm 厚营养砂，用保鲜膜封口。芽层处理：取适量营养砂装于250 mL 玻璃烧杯内，播入催芽露白的黄瓜种子，覆盖0.5 cm 厚活性炭，再覆盖0.5 cm厚药砂，用保鲜膜封口。空白对照处理上下两层均为营养砂。每处理设4 个重复，置于人工气候箱[25 ℃、相对湿度60%～80%、光照 (L/D) 为16 h/8 h]内培养，7 d 后测量植株茎及根的长度，按公式 (2) 分别计算根长及茎长抑制率。

式中：R为生长抑制率，%；L0为对照组根长或茎长，cm；L1为处理组根长或茎长，cm。

1.2.6.2 滤纸隔离法 参考文献方法[6-7]，分别对4叶期苘麻进行茎叶喷雾和药液灌根处理。Y11049处理剂量分别为有效成分3.75 和7.5 g/hm2，设清水空白对照，每处理4 个重复。茎叶吸收传导性：将滤纸铺放在土壤表面进行茎叶喷雾处理；根吸收传导性：灌根处理后在土壤表面覆盖滤纸。置于 20～35 ℃、相对湿度50%～80%的温室中培养。于药后7 d分别称量地上和地下部分鲜重，按公式(1) 计算鲜重抑制率。

1.2.7 施药适期叶龄测定 供试杂草为苘麻和反枝苋，采用温室盆栽法进行[6-7]。每间隔7 d 播种下一批试材，置于温室内培养，至0、2、4、6 及8 叶龄期时分别进行喷雾处理。Y11049 处理剂量为有效成分30 和60 g/hm2，对照药剂苯嘧磺草胺处理剂量为有效成分30 g/hm2，每处理设4 个重复。处理后置于20～30 ℃、相对湿度60%～80% 的温室中培养。定期观察植株受药害症状，于药后14 d 剪取植株地上部分并称量鲜重，按 (1) 式计算鲜重抑制率。

1.2.8 数据统计分析 所有试验均重复3 次，采用DPS 软件 (13.5) 对结果进行ANOVA 单因素分析，通过Graphpad prism 软件 (v 8.0) 作图。

2 结果与分析

2.1 温度对Y11049 除草活性的影响

从图1 中可见，同一处理剂量下，Y11049 对绿穗苋的鲜重抑制率随温度的升高而增高，且不同温度处理间差异显著，表明Y11049 的除草活性与温度呈正相关。在有效成分3.75、7.5、15 和30 g/hm2剂量下，随着环境温度升高，Y11049 对绿穗苋的鲜重抑制率分别在15.2%～54.7%、36.7%～86.6%、53.0%～95.0%和70.8%～95.7%之间。其中，温度对低剂量处理组影响最大，对高剂量处理组影响相对较小，表明在低温天气使用Y11049时，需较高剂量处理才能有效防除杂草。

2.2 光照强度对Y11049 除草活性的影响

结果见表1。与对照药剂苯嘧磺草胺的规律一致，同一处理剂量下，Y11049 对牵牛的鲜重抑制率随着光照的增强而升高，且不同光照处理间均差异显著。表明Y11049 与苯嘧磺草胺一样属于需光型除草剂，其除草效果与光照强度显著相关。

表1 不同光照强度下 Y11049 对牵牛的鲜重抑制率Table 1 Fresh weight inhibition rate of Y11049 against P. nil under different light intensity

2.3 模拟降雨对Y11049 除草活性的影响

结果如表2 所示。在有效成分30 g/hm2剂量下，于施药后0.5、1 和 2 h 模拟降雨，Y11049 对苘麻的鲜重抑制率与无降雨处理之间均差异显著；施药4 h 之后降雨，则Y11049 对苘麻的鲜重抑制率与无降雨处理之间无显著差异。对照药剂苯嘧磺草胺施药2 h 之后降雨对药效均无显著影响。表明Y11049 具有一定的耐雨水冲刷性，若施药后4 h 内有降雨，需重新进行施药处理。

表2 Y11049 药后不同时间模拟降雨对苘麻的鲜重抑制率Table 2 Fresh weight inhibition rate of Y11049 against A. theophrasti after treatment by simulated rainfall at different time (%)

2.4 Y11049 的吸收传导特性

2.4.1 胚芽、胚根部位的吸收 研究结果(表3、表4和图2) 表明：经Y11049 芽层和根层处理后，黄瓜茎长和根长均显著低于空白对照，Y11049对黄瓜茎长和根长的抑制率以及对胚芽和胚根鲜重的抑制率均与空白对照差异显著，且根层处理的抑制作用显著强于芽层处理。表明Y11049 能够被胚根和胚芽吸收，且胚根吸收更为明显，与对照药剂苯嘧磺草胺特性相近。

表3 Y11049 对黄瓜胚芽、胚根长度以及鲜重的抑制效果 (芽层处理)Table 3 Inhibition of Y11049 on plumule, radicle length and fresh weight of C. sativus (bud treatments)

表4 Y11049 对黄瓜胚芽、胚根长度以及鲜重的抑制效果 (根层处理)Table 4 Inhibition of Y11049 on plumule, radicle length and fresh weight of C. sativus (root treatments)

2.4.2 茎叶、根部的吸收传导性 滤纸隔离法茎叶喷雾和灌根处理试验结果 (表5 和图3) 表明，两种处理下苘麻鲜重均比空白对照显著减少，可见Y11049 能够通过根和茎叶吸收。在有效成分7.5 g/hm2剂量下，茎叶处理组苘麻地上、地下部分鲜重抑制率分别为90.1%和83.0%，但观察发现根系未完全枯死，分析认为其鲜重抑制是由于叶片受药后很快干枯，无法进行光合作用所致，同时表明Y11049 具有触杀作用和向下弱传导性；而灌根处理组苘麻地上和地下部分鲜重抑制率只有36.4%和24.5%，说明该药剂经根系吸收后可向上弱传导。由此可见，Y11049 在实际应用中需要足够的喷液量以保证均匀喷施到杂草植株。

表5 苘麻茎叶和根对Y11049 的吸收传导性Table 5 Absorption and conductivity of Y11049 by stem-and-leaves and roots of A. theophrasti

2.5 Y11049 的施药适期

研究结果 (表6) 表明，在试验剂量范围内，Y11049 芽前土壤处理对苘麻和反枝苋均无活性，对2～8 叶龄杂草则均有较高活性, 表明其施药适期较长。在有效成分30 g/hm2剂量下，Y11049 对苘麻和反枝苋的除草活性与对照药剂苯嘧磺草胺相当。

表6 Y11049 对不同叶龄苘麻及反枝苋的鲜重抑制率Table 6 Fresh weight inhibition rate of Y11049 against A. theophrasti and A. retroflexus at different leaf stages (%)

3 结论与讨论

除草活性化合物Y11049 与苯嘧磺草胺同属于嘧啶二酮类PPO 抑制剂。本研究发现，Y11049施药处理24 h 后杂草即表现出叶部干枯等中毒症状，7 d 后基本枯死，说明其具有良好的触杀作用及速效性，与Grossmann 等[9]报道的苯嘧磺草胺的作用特性类似。

在实际生产应用中，除草剂尤其是茎叶处理剂，其药效受温度、光照和降雨等环境条件影响较大，较高的温度会增强除草剂通过叶片的渗透性和传导性。Silva 等[10]发现，在较高温度条件下，植株对草甘膦的吸收性更好。本研究发现，Y11049 对绿穗苋的鲜重抑制率在35 ℃/30 ℃时显著高于其他较低温度处理组。同时还发现，高强度光照下Y11049 的药效发挥最好。其原因可能是由于高强度光照加速了植株的光合速率，促进了除草剂在杂草体内组织细胞间的传导，最终增强了该类需光型药剂药效的发挥[11-12]。Souza 等[13]的研究表明，降雨会稀释或淋洗掉杂草叶片表面的药剂，从而导致药效降低，而本研究通过模拟降雨试验，明确了Y11049 在施药后4 h 内降雨对其防效基本没有影响。

在新除草剂的研发过程中，通常需要明确其吸收传导性和施药适期，以便指导其科学合理使用。本研究发现，新型化合物Y11049 能够通过植物的根、茎、叶及芽吸收，但双向传导性较弱，验证了其为触杀型PPO 抑制剂，主要适宜通过茎叶喷雾方式施药防除杂草。对于触杀型药剂，施药适期是决定其窗口期的关键因素，大叶龄杂草会加快除草剂的代谢速度，而茎叶喷雾施用过早则可能因叶片吸收药剂少会导致防效下降[14-15]。本研究发现，Y11049 对2～8 叶龄苘麻和反枝苋均有较高的活性，表明其施药适期较长，具有作为非耕地除草剂开发应用的潜质。

综上所述，Y11049 以选择温度适宜的晴天施药为宜，且由于其作用方式为触杀型，在非耕地应用时需要足够的喷液量以保证均匀喷施于杂草表面。本研究表明，新型PPO 抑制剂Y11049在防除非耕地阔叶杂草方面具有较好的开发应用前景，但其剂型研制和应用技术等还有待进一步研究。