草甘膦与新型原卟啉原氧化酶抑制剂X18002复配减量应用研究

王均伟, 黄晓慧, 杨然迪, 袁 静,王大伟, 陈 杰*,, 席 真

(1.浙江农林大学 林业与生物技术学院，杭州 311300；2.农药工程研究中心(天津)，南开大学 化学学院元素有机化学国家重点实验室，天津 300071)

草甘膦、草铵膦、环嗪酮、苯嘧磺草胺等非选择性除草剂常用于果园、苗圃、森林防火道、厂房、铁路和公路等非耕地杂草防除。其中草甘膦具有杀草谱广、除草活性高、内吸传导性良好和价格低廉等优点，应用最为广泛，不仅可应用于非耕地，亦可应用于耐草甘膦转基因作物耕地中。2019 年其市场规模占全球农药市场的11.22%[1]，是全球最大的农药品种，其在杂草防除上的作用不可替代。但随着草甘膦的推广和使用，杂草抗性问题日益严重，截止2021 年，全球抗草甘膦杂草已达48 种，占全球主要杂草种类的47%以上[2]。目前，全球抗草甘膦杂草已增至51 种，且越来越多的研究表明，草甘膦对土壤微生物细菌、真菌、放线菌数量和脲酶、磷酸酶、蛋白酶和过氧化氢酶等酶活性存在影响并改变土壤微生物群落丰度、结构和功能，进而改变土壤微生态环境和植物抗病特性[3-7]。因此，通过草甘膦与其他非选择性除草剂复配，降低其用量，扩大杀草谱，对减缓抗性杂草产生、减轻对土壤微生态环境危害有重要意义。

原卟啉原氧化酶 (PPO) 抑制剂类除草剂已有40 余年的开发与使用历史[8]，因其具有低毒、高效、杀草谱广、速效性好和杂草抗性发展慢等优点[9]，已成为新型除草剂研发的热点方向，具有良好的研发前景。目前主要有二苯醚类 (乙氧氟草醚等)、苯基吡唑类 (异丙吡草酯等)、三唑啉酮类(甲磺草胺等)及嘧啶二酮类 (苯嘧磺草胺、双苯嘧草酮等) 等30 多个品种[10]。X18002 (结构式见图式1)是南开大学研究团队合成的一种新型硫代三嗪酮异噁唑啉类PPO 抑制剂[11]。研究表明，在37.5 g/hm2有效剂量下，X18002 对供试的33 种杂草均具有高除草活性，优于同剂量PPO 抑制剂苯嘧磺草胺(30 种)，对马唐、菵草、牛筋草的防效优于苯嘧磺草胺，杀草范围更广[12]。鉴于此，本研究以X18002和草甘膦为研究对象，研究温度、光照及模拟降雨等环境因子对2 种药剂除草活性的影响以及其在杂草体内的吸收传导性，比较两者差异性并探究其复配的必要性及合理性，通过复配配比筛选试验确定最优配比后开展混配药剂田间试验，明确其使用剂量和应用技术，旨在为草甘膦与其他非选择性除草剂复配减量应用提供理论基础。

图式1 X18002 结构式Scheme 1 The structural formula of X18002

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试药剂 96.0% X18002 原药，由南开大学元素有机化学国家重点实验室提供；95.0%草甘膦(glyphosate)原药，由侨昌现代农业有限公司提供。

1.1.2 室内试验供试杂草 小飞蓬从无除草剂处理的野外移栽，其余杂草种子采自浙江省绍兴市东浦镇行宫山村无除草剂使用的地块，相关信息见表1。

表1 室内试验供试杂草Table 1 Weeds for indoor tests

1.1.3 主要仪器 BSA223S-CW 型电子天平 (精度0.001 g)，赛多利斯科学仪器 (北京) 有限公司；3WPSH-500E 全自动喷雾塔，农业部南京农业机械化研究所；Bluepard 人工气候箱 ，上海一恒科学仪器有限公司；3WBD-16L 型背负式电动喷雾器，北京中保绿农科技集团有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 药剂配制 称取一定量的X18002 原药，用N,N-二甲基甲酰胺 (DMF) 溶解，配制成质量分数为1%的母液；称取一定量的草甘膦原药，用水溶解，配制成1%的母液，再用含0.1%吐温-80的水溶液稀释成试验所需剂量。

1.2.2 试材培养 种子培养试材：将耕层壤土与培养基质按体积比2 : 1 混合均匀，定量装至口径8 cm 的塑料钵中约4/5 处，将供试杂草种子均匀撒播于土壤表面，根据种子大小覆土0.2～0.5 cm，以底部渗透方式使钵中土壤吸水饱和。置于温室培养，温室温度20～30 ℃、相对湿度60%～80%。于杂草出苗后间苗定株，试材正常管理至试验所需叶龄。

小飞蓬种苗培养：从未经除草剂处理的野外选择大小一致的小飞蓬，移栽至温室 (温度20～30 ℃、相对湿度60%～80%) 培养，剪除地上茎叶部分作为种苗，待新萌发茎叶长至10～12 cm 时开展试验。

1.2.3 环境因子对2 种药剂除草活性影响试验

测试靶标为6～8 叶期马齿苋、4～6 叶期牛筋草。设置X18002 的有效剂量 (下同) 为37.50 g/hm2，草甘膦的有效剂量 (下同) 为600.0 g/hm2。采用茎叶喷雾处理，另设空白对照，每处理3 次重复。

1.2.3.1 温度影响试验 参考文献方法[13-14]进行。施药后置于人工气候箱 (相对湿度60%～80%、光照 (D/L) 12 h/12 h，照度22 000 lx) 培养。分别设置10～15 ℃、20～25 ℃、30～35 ℃ 3 种不同培养温度。分别于药后7 d 称量X18002 处理组供试杂草及药后14 d 草甘膦处理组供试杂草鲜重，按公式(1) 计算鲜重抑制率。

式中：W为鲜重抑制率，%；MCK为对照组杂草鲜重，g；Mt为处理组杂草鲜重，g。

1.2.3.2 光照影响试验 参考文献方法[13-14]进行。施药后置于人工气候箱 (相对湿度60%～80%、光照 (D/L) 12 h/12 h、温度20～25 ℃) 培养。分别设置0、6000、22 000 lx 3 种不同照度。分别于药后7 d 称量X18002 处理组供试杂草及药后14 d 草甘膦处理组供试杂草鲜重，按公式 (1) 计算鲜重抑制率。

1.2.3.3 模拟降雨影响试验 采用温室盆栽法[13]。分别于药后0.5、1、2、4、6、8 h 模拟人工降雨，降雨强度为34 mm/h，降雨量12 mm，并设置未模拟降雨处理与空白对照。处理后置于温室 (温度20～30 ℃、相对湿度60%～80%) 培养。分别于药后7 d 称量X18002 处理组供试杂草及药后14 d草甘膦处理组供试杂草鲜重，按公式 (1) 计算鲜重抑制率。

1.2.4 吸收传导性研究 采用温室盆栽法开展试验，测试靶标为6～8 叶期苘麻。设置X18002 有效剂量为37.50 g/hm2，草甘膦有效剂量为600.0 g/hm2，分别采用茎叶喷雾和灌根处理[15]，另设空白对照，每处理3 次重复。处理后置于温室 (温度20～30 ℃、相对湿度60%～80%) 培养。分别于药后7 d 称量X18002 处理组供试杂草、药后14 d 草甘膦处理组供试杂草地上、地下部分鲜重，按公式(1) 计算鲜重抑制率。

1.2.5 X18002 与草甘膦复配配比筛选试验 采用温室盆栽法开展试验。选取株高10～12 cm 的6～8 叶期小飞蓬、4～6 叶期牛筋草和4～6 叶期碎米莎草为测试杂草。分别设置X18002 不同有效剂量处理：15.0、30.0、45.0、60.0 和75.0 g/hm2(编号分别为A1～A5)；草甘膦处理：300.0、450.0、600.0、750.0 和900.0 g/hm2(编号分别为B1～B5)，并两两复配成25 个复配药剂。采用茎叶喷雾处理，另设空白对照，每处理3 次重复。待杂草叶面药液吸收完毕后置于温室 (温度20～30 ℃、相对湿度60%～80%) 培养。分别于药后7 d 称量X18002单剂处理组供试杂草、药后14 d 草甘膦单剂处理组和复配处理组供试杂草鲜重，按公式 (1) 计算鲜重抑制率。

采用Gowing 法对2 种药剂混用后的除草活性进行检验，按公式 (2) 计算混配效应[16-17]。

式中，X表示用量为P时药剂A 的杂草鲜重抑制率；Y表示用量为Q时药剂B 的杂草鲜重抑制率；E0表示药剂用量为 (P+Q) 时药剂 (A + B)的理论鲜重抑制率。当E-E0＞ 10%时 (E表示各处理的实际鲜重抑制率)，说明混配药剂产生增效作用；当E-E0＜ -10%时，说明混配药剂产生拮抗作用；当E-E0值介于 ±10%时，说明混配药剂产生相加作用。

1.2.6 X18002 与草甘膦混配田间试验

1.2.6.1 试验设计 参考GB/T 17980.51—2000《农药田间药效试验准则 (一) 第51 部分 除草剂防治非耕地杂草》[18]进行。采用完全随机区组排列，试验处理共7 个，每处理重复3 次，共21 个处理小区，小区面积25 m2。剂量设置见表2。

表2 X18002 与草甘膦混配田间试验剂量设计Table 2 Dose of X18002 and glyphosate for the field mixture trials

1.2.6.2 试验田情况 试验地位于浙江省杭州市临安区浙江农林大学内 (东经119°43′34″，北纬30°15′32″)。土壤为黄壤土，pH 6.50～6.70，主要杂草为空心莲子草Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb.、小飞蓬E.canadensis、狗尾草Setaria viridis(L.) Beauv.、马唐Digitaria sanguinalis(L.)Scop.和碎米莎草C.iria等。施药时杂草处于营养生长旺盛期，且长势较一致、分布均匀，密度为180 株/m2左右。

1.2.6.3 施药方法 使用3WBD-16L 型背负式电动喷雾器，扇型喷头，工作压力为0.20～0.40 MPa，采用茎叶喷雾处理，喷液量为600.0 L/hm2。

1.2.6.4 调查方法 于药后3～5 d 目测试验药剂速效性，药后7 d 调查杂草株防效，14 d 调查杂草株防效和鲜重防效，21 d 观察返青现象。在进行株防效和鲜重防效调查时，每小区随机取样3 点，每点1.0 m2进行抽样调查，分别按公式 (3) 和 (1)计算株防效和鲜重防效。

式中：P为株防效，%；NCK为对照组杂草株数；Nt为处理组杂草株数。

1.2.7 数据统计分析 运用DPS v13.5 软件中Duncan 新复极差法进行差异显著性检验，运用Graphpad prism v8.0 软件作图。

2 结果与分析

2.1 环境因子对2 种药剂除草活性的影响

2.1.1 温度的影响 从图1 数据可以得出，在低(10～15 ℃)、中 (20～25 ℃)、高 (30～35 ℃) 3 种培养温度下，37.50 g/hm2的 X18002 对马齿苋的鲜重抑制率分别为41.11%、92.45%和96.95%，对牛筋草的鲜重抑制率分别为21.31%、83.48%和93.75%，即高温和中温条件下，X18002对杂草的鲜重抑制率显著高于低温度条件下的。草甘膦表现出与之相同规律。可见，低温条件下2 种药剂除草活性均受到显著抑制。

图1 培养温度对X18002 和草甘膦除草活性的影响Fig.1 Effect of temperature on the herbicidal activity of X18002 and glyphosate

2.1.2 光照的影响 由图2 可知，在0、6000、22000 lx 3 种照度下，X18002 在37.50 g/hm2有效剂量下，随光照度的升高，对马齿苋的鲜重抑制率分别为16.03%、76.23%和95.46%，对牛筋草的鲜重抑制率分别为2.24%、74.99%和85.04%，即鲜重抑制率随光照度增大而显著升高，表明X18002 是需光型除草剂。草甘膦在600.0 g/hm2有效剂量下，随光照度的升高对马齿苋的鲜重抑制率分别为95.77%、97.88%和98.57%，对牛筋草的鲜重抑制率分别为84.14%、82.01%、85.81%，差异不显著，说明草甘膦是非需光型除草剂。

图2 光照对X18002 和草甘膦除草活性影响Fig.2 Effect of light on the herbicidal activity of X18002 and glyphosate

2.1.3 模拟降雨的影响 结果如表3所示：施用X18002 (37.50 g/hm2)后0.5～8 h 内进行模拟降雨，其对马齿苋的鲜重抑制率均为100.0%，对牛筋草的鲜重抑制率为81.76%～87.62%，与未模拟降雨处理之间差异不显著。表明X18002 容易被植物吸收，具有良好的耐雨水冲刷能力。

表3 模拟降雨对X18002、草甘膦除草活性影响-鲜重抑制率 (%)Table 3 Effect of simulated rainfall on the herbicidal activity of X18002, glyphosate -Inhibition rate of fresh weight (%)

施用草甘膦(600.0 g/hm2)后0.5～8 h 内进行模拟降雨处理，其对马齿苋的鲜重抑制率为58.02%～87.31%，对牛筋草鲜重抑制率为61.62%～81.62%，均显著低于未模拟降雨处理 (分别为94.05% 和87.47%)，且随施药与模拟降雨时间间隔越长鲜重抑制率越高，表明草甘膦耐雨水冲刷能力弱。

2.2 吸收传导性研究

从图3、图4 可知，X18002 在37.50 g/hm2下进行茎叶喷雾处理3 d 后，苘麻茎叶受害症状明显，7 d 基本枯死，鲜重抑制率为96.06%，但对苘麻根系影响较小，鲜重抑制率仅为15.26%，表明X18002 可被苘麻茎叶吸收，向下传导能力较弱。以X18002 (37.50 g/hm2)进行灌根处理，其对苘麻根系的鲜重抑制率为54.06%，苘麻地上部分亦受到抑制，鲜重抑制率为84.86%，表明X18002可被苘麻根系吸收且能向上传导。草甘膦在600.0 g/hm2下进行茎叶喷雾和灌根处理后，供试杂草反应症状较慢，药后7 d 显示明显受害症状，药后14 d 测得其对苘麻地上部分、根系鲜重抑制率在84.03%～93.59%之间，说明草甘膦可被苘麻根、茎、叶吸收，且具有较强的向上和向下双向传导能力，这与李水清等[19]报道的草甘膦在空心莲子草中的吸收传导作用研究结果一致。

图3 X18002 和草甘膦的吸收传导性Fig.3 Absorption and conductivity of X18002 and glyphosate

2.3 X18002 与草甘膦复配配比筛选试验

为明确作用特性互补的2 种药剂混配的增效配比，以小飞蓬、牛筋草和碎米莎草为试验靶标开展筛选试验。结果表明 (表4 和表5)，X18002在15.0～75.0 g/hm2有效剂量下，对上述3 种供试杂草的鲜重抑制率分别为0.22%～100.0%、42.52%～100.0% 和25.90%～91.06%，相应地，草甘膦在300.0～900.0 g/hm2有效剂量下，对3 种杂草的鲜重抑制率分别为1.23%～41.41%、15.34%～100.0%和34.35%～93.94%。采用Gowing 法检验2 种药剂复配配比的合理性。结果显示：X18002 与草甘膦复配，A1B1、A1B2、A2B1、A2B4、A2B5、A3B4和A3B5 对小飞蓬表现出增效作用；A1B1、A1B2和A2B1 对牛筋草表现出增效作用；A1B1 和A2B1对碎米莎草表现出增效作用。此外，A1B1 和A2B1对3 种供试杂草均表现出增效作用，E-E0值分别为12.36、21.59、13.94 和14.86、19.09、11.09，质量比分别为1 : 20 和1 : 10。综合考虑X18002 与草甘膦复配对杂草的防治效果、联合作用与草甘膦减量目标，最终确定田间试验中X18002 与草甘膦复配质量比为1 : 10。

表5 X18002 与草甘膦不同复配的联合作用Table 5 Action of the combination of different mixtures of X18002 and glyphosate

2.4 X18002 与草甘膦混配田间试验

为了明确X18002 和草甘膦质量比为1 : 10 的田间药效，选择杂草种类分布相对均匀、生长旺盛的田块开展试验，调查其防治效果、速效性和持效性。药后7 d 结果(表6)显示，X18002 + 草甘膦45.0 + 450.0 g/hm2处理，对空心莲子草、小飞蓬、狗尾草、马唐、碎米莎草的株防效为75.38%～79.21%，略优于X18002 90.0 g/hm2处理(54.05%～74.12%)，略低于X18002 + 草甘膦60.0 +600.0 g/hm2处理 (78.82%～84.16%)，但均显著高于草甘膦单剂处理组 (0～17.82%)。

表6 X18002 与草甘膦混配田间试验结果-药后7 d 株防效 (%)Table 6 Field test results of X18002 and glyphosate tank mixture-Weeds control efficacy (%) after 7 days of treatment

药后14 d 株防效和鲜重防效试验结果分别如表7、8 所示：X18002 + 草甘膦45.0 + 450.0 g/hm2处理对空心莲子草、狗尾草、马唐、碎米莎草的株防效为90.12%～100.0%，鲜重防效为92.62%～100.0%，与草甘膦单剂处理对上述杂草的株防效90.14%～100.0%、鲜重防效93.26%～100.0% 相当；对小飞蓬的株防效和鲜重防效分别为94.57%和95.47%，对总草的株防效和鲜重防效分别为93.18%和94.54%，显著高于草甘膦单剂处理；对所有供试杂草和总草的株防效和鲜重防效均显著高于X18002 90.0 g/hm2单剂处理，但均低于或相当于X18002 +草甘膦60.0 + 600.0 g/hm2处理。

表7 X18002 与草甘膦混配田间试验结果-药后14 d 株防效 (%)Table 7 Field test results of X18002 and glyphosate tank mixture-Weeds control efficacy (%) after 14 days of treatment

速效性和持效性调查结果表明，药后7 d，X18002 单剂90.0 g/hm2处理后，对所有供试杂草的株防效为54.05%～74.12%，与14 d 株防效相当；45.0 + 450.0 g/hm2的X18002 + 草甘膦处理后对所有供试杂草株防效从75.38%～79.21% 提高至90.12%～100.0%；草甘膦单剂1200.0 g/hm2处理后株防效从0～17.82%提高至39.13%～100.0%；观察发现，X18002 单剂处理，药后3 d 杂草即出现叶片萎蔫症状，表明X18002 具有速效性，且药后7 d 药效完全发挥；X18002 + 草甘膦在45.0 +450.0 g/hm2有效剂量下，速效性介于两者之间。药后21 d，X18002 单剂处理区空心莲子草、狗尾草、马唐已经大量返青，此时X18002 + 草甘膦45.0 + 450.0 g/hm2处理和草甘膦单剂处理药效与14 d 一致，没有返青现象。

综上，X18002 与草甘膦3 个复配剂量中，相当于草甘膦单剂处理防效的混配为X18002 + 草甘膦45.0 + 450.0 g/hm2，与草甘膦单剂剂量1200.0 g/hm2相比可实现减量750.0 g/hm2，且X18002 +草甘膦45.0 + 450.0 g/hm2处理的速效性优于草甘膦单剂处理，持效期长于X18002 单剂处理。

3 结论与讨论

本研究发现，与草甘膦相比，X18002 速效性好，药后3 d 供试杂草即表现叶片萎蔫症状，这与苏少泉等[20]报道的与X18002 同属PPO 抑制剂的苯嘧磺草胺表现一致。

实际农林业生产管理中，温度、光照、降雨等环境因子均会对除草剂除草活性产生影响[21]。适当提高温度可促进杂草对除草剂的吸收和传导，但温度过高亦可能减弱杂草对某些除草剂的吸收和代谢[22]，并加速除草剂在环境中的降解，导致除草活性降低[23]。本研究发现，低温 (10～15 ℃)条件下草甘膦和X18002 的除草活性均显著降低。Peerzada 等[24]研究了20～28 ℃和24～34 ℃ 2 种温度条件下草甘膦对虎尾草Chloris virgataSw.、苦苣Sonchus oleraceusL.和香丝草Erigeron bonariensisL.的防效，发现按草甘膦推荐剂量处理后，其对3 种供试杂草的防效均为100.0%，表明在20～34 ℃温度范围内防效不受温度影响。本研究也发现，在20～25 ℃和30～35 ℃条件下，草甘膦对马齿苋和牛筋草的除草活性无显著差异。

原卟啉原氧化酶抑制剂类除草剂通过抑制该酶活性导致叶绿素a、b 在合成过程中原卟啉IX 的积累，在光和氧的作用下生成单态氧和毒性氧基，从而导致细胞膜脂质过氧化，细胞膜透性与功能丧失，最终导致植株死亡[9]。本研究发现，X18002的除草活性随光照度增大而显著升高，分析认为X18002 处理后在中 (6000 lx)、强 (22 000 lx)光照条件下促进了单态氧与毒性氧基的形成，导致除草活性显著提高。高光照度会促进杂草光合速率，进而促进其对除草剂的吸收和传导[25]，但亦有研究报道，低照度下杂草叶片表面疏水蜡沉积少、叶片宽薄叶面积大、叶片表面柔毛结构少而有利水溶性除草剂的吸收和传导[26]。本研究中，草甘膦对马齿苋、牛筋草的鲜重抑制率随光照度的升高差异不显著，可能是由于相比于光合速率对草甘膦除草活性的影响，杂草叶片的生理结构对草甘膦除草活性的影响更大。

降雨亦会冲刷或稀释杂草叶片表面的除草剂药液进而影响杂草对除草剂的吸收[27]。本研究发现，施用X18002 后0.5～8 h 内模拟降雨，其除草活性与未模拟降雨处理差异不显著，而施用草甘膦后0.5～8 h 内模拟降雨，其除草活性显著低于未模拟降雨处理组，表明X18002 耐雨水冲刷能力强于草甘膦。

除草剂被杂草吸收后，可通过向上传导和向下传导而分布于整个杂草植株中[28]。吸收传导性试验表明，草甘膦和X18002 均可被苘麻的根、茎、叶吸收，但X18002 只具有向上传导能力，而草甘膦则同时具有较强的向上及向下传导能力。

长期单一使用同种农药不仅会导致靶标生物产生抗药性，也会造成农作物收获物中农药残留量超标、对非靶标生物毒害和环境污染等。除草剂混配可提高防治效果、扩大杀草谱、延长施药适期并减缓抗性杂草产生，同时可减少相关除草剂的使用及其在土壤中的残留，降低农林业生产成本，提高经济效益。Ford 等[29]研究发现，草甘膦或草铵膦与2,4-D 或麦草畏复配后对抗草甘膦加拿大飞蓬和藜的防效可提高80%以上。本研究采用Gowing 法筛选X18002 与草甘膦复配的合理配比，发现复配质量比分别为1 : 20 和1 : 10 的A1B1和A2B1 对3 种供试杂草均表现出增效作用。采用X18002 与草甘膦1 : 10 配比开展混配田间试验，结果表明，X18002 + 草甘膦45.0 + 450.0 g/hm2处理对所有供试杂草的株防效与鲜重防效均优于草甘膦单剂处理或与之相当，与草甘膦单剂剂量1200.0 g/hm2相比，可实现减量750.0 g/hm2，且X18002 + 草甘膦45.0 + 450.0 g/hm2处理的速效性优于草甘膦单剂处理，持效期长于X18002 单剂处理。

综上所述，X18002 的除草活性显著受到温度及光照的影响，而草甘膦的除草活性显著受到温度及降雨的影响；2 种药剂均可被苘麻的根、茎、叶吸收且具有较强的向上传导能力，同时草甘膦还具有较强的向下传导能力；2 种药剂作用特性存在一定互补性。本研究中，X18002 与草甘膦田间最优混配剂量为有效成分45.0 + 450.0 g/hm2，在此条件下可实现草甘膦减量750.0 g/hm2。