人参田间杂草及除草剂研究进展

董兴敏，曹中秋，黄殿杰，杨 朔，张京楼，李永哲，梁志齐*

（1.吉林农业大学中药材学院，长春 130118；2.吉林省集安益盛药业股份有限公司，集安 134200）

人参（Panax ginsengC.A.Mey.）有“百草之王”的美誉，为多年生五加科人参属药用植物。人参，别名棒槌、地精等，具有大补元气，补脾益肺，抗休克，调节消化系统，改善造血功能等多种作用，被广泛应用在各种疾病的治疗过程中，并且疗效显著。正因其具有极高的药用价值和经济价值，在国内、国际市场和研究领域具有极其重要的地位。

人参的生长对环境要求十分严格，需要提供适宜的光照、温度和水分。目前，我国人参种植以农田栽参为主，杂草较多，人工除草费时费力，造成生产成本的大幅度增加。筛选适宜人参种植地施用的除草剂能节约劳动力成本，对人参生产具有重要意义。

1 人参田间杂草的影响

在人参生长过程中，杂草和虫害等都会阻碍其生长，严重时，甚至直接影响产量和品质。杂草会和人参争夺水分、养料、阳光，而且有些杂草还会分泌出一些物质来抑制人参的生长发育，杂草防治一般采用生态、物理、生物、化学等多种除草方法。杂草的大量繁殖也给病虫害的发生提供场所和寄主，对作物的产量产生影响[1]。而参地主要常见杂草一般为禾本科和阔叶类杂草，例如牛繁缕、鸭跖草、藜、稗草和蓼等。

2 除草剂的作用机制及选择

目前，应用最为广泛的除草剂类型为磺酰脲类除草剂、吡啶羧酸类除草剂及苯氧羧酸类除草剂。综合防治杂草的类型，应选择适宜的除草剂应用在人参种植过程中。

2.1 磺酰脲类除草剂

磺酰脲类除草剂是世界上使用量最大的一类除草剂[2]，Parker 首个使用磺酰脲除草剂，可以用1,8-苯二甲酐解其毒[3]，至此开启磺酰脲类除草剂的研究之路[4]。磺酰脲类除草剂的作用机制[5]主要是利用乙酰乳酸合成酶，阻碍植物体内相关氨基酸生物的生成机制，促进底物A-丁酮的不断增加，进而对植物细胞在分裂期的DNA 产生抑制作用，阻止有丝分裂，进而使细胞生长受到抑制[13]。草除灵是磺酰脲类除草剂的常用除草剂之一。

草除灵，又名草除灵乙酯、好实多、高特克等。化学名称为(4-氯-2,3-二氢-2-氧化-4,3-苯并噻唑-3-基乙酸乙酯)[6]。德国艾格福公司于上世纪60 年代开发的一种选择性的茎叶处理除草剂，对河豚头和活血草等阔叶杂草有一定的防除效果[7]。草除灵是一种激素类的除草剂，具有很高的植物生长素活性，进入细胞后可能与特异性受体结合[8]，根据浓度的不同会促进植物生长或抑制生长。臧丽丽等人[9]使用不同浓度的草除灵对油菜叶面进行喷施，结果发现喷施草除灵后，油菜植物体内的光合和抗氧化酶等系统产生变化，会促使体内的MDA、GSSG 等含氧化合物不断产生，同时活性氧增加对植物的细胞组成蛋白质和膜脂等产生损伤，使可溶性蛋白和GSH 含量降低，同时细胞器遭受破坏，细胞的线粒体和叶绿体等发生改变，从而对油菜生长产生一定的抑制作用。

草除灵对阔叶类杂草的防治效果较好，主要防治杂草类型为野燕麦、早熟禾、看麦娘、牛繁缕、猪殃殃、荠菜、婆婆纳、雀舌草等多种杂草。根据研究表明，草除灵对牛繁缕杂草的防效最低为90%，对猪殃殃的防效可达到一半以上[21]。蒲甜甜等[10]试验结果表明，草除灵对藜、马齿苋和地肤杂草具有较高的株防效。

2.2 吡啶羧酸类除草剂

1908 年，Shreiner 和Shorey 在土壤中提取的α-甲基吡啶-γ-羧酸是最早的关于吡啶羧酸类除草剂的研究报道。由于吡啶羧酸类除草剂与IAA、2，4-D 等生长素类相同，可以引起植物的偏上生长，并且其植株的生长受到其浓度的影响，是生长素类型的除草剂，它很容易被植物吸收。吡啶甲酸类是最为稳定和安全的除草剂，是公认的一种高效的选择性生长素型除草剂，其中二氯吡啶酸最有代表性。

二氯吡啶酸，化学名为3,6-二氯吡啶甲酸，又称为龙拳。主要作用是二氯吡啶酸进入植物体后，可以被植物叶片或者地下部分吸收，然后传导至整个植株发挥作用，调节植物的生长。它的作用机理是促进植物体内生成核酸，产生过多的核糖核酸后，造成根部茎叶等部位过度生长，消耗大量的养分，抑制维管束传导功能，使杂草死亡。同时它也可以作为外源性的植物生长激素，促进人参地下部分及茎叶等部分的生长，调节植物的生长速度。

二氯吡啶酸对于稗草、大巢菜、卷茎蓼、稻槎菜、鬼针草、蓼、小蓟、大蓟、苣荬菜等多种杂草的防治效果更好。它可以防治清除多年生恶性阔叶杂草，并且对后茬作物没有影响[11]。许建业等人试验表明，30%的二氯吡啶酸对大刺儿菜和苣荬菜的防治效果较好[12]。75%二氯吡啶酸对阔叶杂草的大巢菜和稻搓菜具有极好的防除效果，施药后防效率均达到90%以上[13]。

2.3 苯氧羧酸类除草剂

近年来，苯氧羧酸类除草剂广泛应用，它的作用机理是通过抑制植物乙酰辅酶A 羧化酶来达到除草目的，具有高效、低毒、高选择性和易于降解的特点。其中的2-(4-芳氧苯氧基)丙酸类化合物具有医药抗肿瘤活性[14]。精喹禾灵是其中具有代表性的除草剂。

精喹禾灵，又名精禾草克,(R)-2-[4-(6-氯-2-喹恶啉基氧基)苯氧基]丙酸乙酯。精喹禾灵通过叶片进行吸收，植株体内的木质部和韧皮部运输到整个植物体。进入植株体内的精喹禾灵在植物分生组织不断增强，会对乙酰辅酶A 羧化酶(ACCase)的活性[15]产生阻碍作用。二者结合时在该酶的二聚体部位形成疏水性口袋，ACCase 阻止体内脂肪酸和丙二酸单酰辅酶A 的产生，不断破坏植物细胞结构，使植物正常细胞发生异常变化。

精喹禾灵对禾本科杂草具有较好的防治效果，对野燕麦、稗草、马唐、雀麦、看麦娘、早熟禾、金狗尾草等均有防治效果。王睿等[16]试验结果表明，精喹禾灵对狗尾草、牛筋草等杂草防治效果较好。研究表明，精喹禾灵对禾本科的千金子和稗单子叶杂草的防治效果较好[17]。

3 除草剂的检测方法研究

随着除草剂的广泛使用，人们越来越重视其残留的危害以及对自身健康的影响。长期接触除草剂的人群更容易患癌，有研究报道，除草剂在土壤中的残留可能会对后续作物造成一定的影响，目前液相色谱法，气相-质谱联用法等是检测农药残留的主要方法。

有学者使用SPE-GC 检测土壤和油菜籽中的农药残留，草除灵在田间土壤中的半衰期为4.62 天，土壤和油菜种子样品中的最终残留均低于0.005mg/kg[18]。

余苹中[19]使用GC-ECD 检测小麦和土壤中二氯吡啶酸的残留，用Ca(OH)2进行提取，调pH 至2，再用二氯甲烷进行提取。王晓菁[20]通过GC-ECD 测定油菜和土壤样品中“二氯吡啶酸”残留，分别用乙酸乙酯+石油醚溶液提取，其在油菜和土壤中是易降解性农药化合物。朱传明等用反相高效液相色谱对75%二氯吡啶酸的含量进行了测定[21]。李秀杰[22]采用高效液相色谱-紫外检测器方法，分离测定二氯吡啶酸原药，选择乙腈与磷酸水作为流动相。

马建明[23]用高效液相色谱法（HPLC-UV）测定精喹禾灵在蔬菜中的残留量，用甲醇丙酮盐酸溶液进行提取,装有氧化铝和弗罗里硅土的混合净化柱进行净化，具有较好的回收率与准确度。使用高效液相色谱法[24]测定土壤和烟叶中精喹禾灵的残留量，回收率在85.47%～106.63%，相对标准偏差在0.71%～4.26%。甄子萱等使用高效液相色谱检测掌叶半夏块茎中不同浓度精喹禾灵的残留量，其平均回收率为87.3%～92.5%，掌叶半夏及土壤中的精喹禾灵最低检测质量份数为0.05 mg/kg[25]。

4 除草剂对植物生理的影响

当外界条件发生改变时，植物会激活本身的抗氧化系统进行防御，对外来物质进行一定地清除，其中十分重要的就是酶系统。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）等是酶系统重要组成部分。SOD、POD 和CAT 三者的联合作用，构成了酶促清除系统，其主要功能是清除过量的自由基和过氧化物，进而有效地抑制膜脂质过氧化物，最终达到保护细胞的目的。而丙二醛(MDA)是膜脂过氧化产物，直接反应了细胞膜的受损程度。胡战朝[26]以燕麦为试验材料，对其喷施除草剂，结果发现仲丁灵和苯磺隆等除草剂可以促使其体内的酶活性增强，并且在最后时期会逐步降低到与空白对照类似的程度。宋喜娥[27]以谷子为研究材料对其喷施除草剂，结果发现，喷施除草剂后，可以增强谷子植株的细胞膜通透性，增强作用最大的是2，4-D 丁酯，百草敌对细胞膜的透性增强作用最弱。经过2 甲4氯处理的POD 活性和可溶性糖抑制率最大，喷施百草敌的谷子植株体内POD 活性抑制率较其他相比，处于中间水平，抑制效果最差的是2,4-D 丁酯。对谷子植株体内的可溶性糖含量，抑制作用处于中间水平的是2,4-D 丁酯，效果最小的是百草敌。钱兰娟[28]等以炔草酯为试剂对小麦进行盆栽实验，结果表明，喷施炔草酯的3 个小麦品种叶片SOD、POD 活性呈现不同程度上升趋势，同时也对细胞膜造成一定的损伤。党建友等[29]研究表明，喷施2，4-D 丁酯对小麦植株体内的SOD、CAT 和POD 产生一定的抑制作用，使其低于空白对照水平，喷施除草剂骠马的小麦植株体内这三种酶含量则处于较高水平，喷施2,4-D 丁酯和巨星除草剂对植株体内的MDA 含量有快速提高的作用，说明此时的细胞膜受到严重损伤，喷施世玛和骠马则呈现前期升高后期逐渐恢复的动态变化趋势，喷施2.4-D 丁酯的小麦在灌浆末期体内的MDA 处于较高水平，而喷施除草剂世玛含量则最低。

5 除草剂对植物质量的影响

除草剂对作物来说是一种胁迫，对植物的生长会产生一定影响。高贞樊等[30]研究发现，通过对谷子进行单磺隆、苯磺隆、烟磺隆等不同剂量的喷施，发现除草剂对谷子株高产生抑制作用，同时也阻碍了叶片的生长，喷施除草剂的种类、浓度等因素不同，影响程度也不一样。王淼等[31]发现烟嘧•莠去津除草剂会对紫花苜蓿产生药害作用，出苗率显著降低，抑制株高及茎粗，最终的干草产量也低于对照组。冯煜等[32]研究表明土壤封闭型除草剂单嘧磺隆和茎叶型除草剂苯•唑•2 甲钠对于杂草防除效果较好，全生育期对其鲜重的抑制作用最强，同时显著提升了糜子的产量。

6 转录组测序技术对抗除草剂植物的研究

当植物遭受除草剂胁迫时，开始发生变化，但是后期可恢复，这与植物体内的相关代谢存在关系，增强其自身的代谢能力，来抵御除草剂带来的危害[33]。随着技术水平不断提高，学者们将转录组技术广泛应用于抗除草剂植物研究中，对基因进行测序分析，找到差异基因，进行富集分析，找到相关的通路，为探究植物的抗性机制提供有利条件。

学者就大豆顶端芽对草甘膦处理的反应进行了全局基因表达谱分析，结果表明共有6413 个基因（2661个基因上调，3752 个基因下调）显示草甘膦处理后的转录发生了变化。经过草甘膦处理，有13 条KEGG 通路明显富集了差异表达的基因，其中数量最多的途径是“代谢途径”（462 个）、“次生代谢物的生物合成”（262 个）及“氨基糖和核苷酸合成代谢”（46 个）[34]。Warwick[35]以野欧白芥为材料，对其喷施胺苯磺隆和氯磺隆，并且对其抗性进行研究，结果显示，无论是野欧白芥的抗性植株还是敏感植株体内的ALS 酶活性均呈现上升趋势。王健[36]研究发现，清除玉米植株体内的活性氧及除草剂解毒作用与SOD、CAT、APX、MDHAR、DHAR、GR、ALS 和GST 等基因家族有关，其表达量的改变证明了这一观点。