苏少泉-磺酰脲类除草剂的开发、作用原理与杂草抗性

1.品种开发 品种开发
Y O SO2NHCNH N 苯环 脲桥 杂环 R2 R1 N
1.品种开发 品种开发
R 芳环： ，N N R S ， R ， N R R， N N ， H3C SO2 H3C N R ，
N N
R ，
芳环的变化较大，也是开发新品种中进行结构改造的重要部分， 芳环的变化较大，也是开发新品种中进行结构改造的重要部分，其中除苯环 一些新品种多向杂环发展，如吡啶、噻吩、噻唑、呋喃、萘及其它5元环 外，一些新品种多向杂环发展，如吡啶、噻吩、噻唑、呋喃、萘及其它 元环 元环。 与6元环。芳环邻位(R)含取代基是化合物具有活性的必备条件，ห้องสมุดไป่ตู้类取代基 元环 芳环邻位( ) 取代基是化合物具有活性的必备条件， 变化较大，也是结构改造的重要部位。通常芳环邻位含有取代基时， 变化较大，也是结构改造的重要部位。通常芳环邻位含有取代基时，化合物 活性提高。 活性提高。
X=Cl，CH3，OCH3，CHOF2，NHCH3 ， Y=CH3,OCH3，CHOF2,OCH2CH,OCH2CF3,NHCH3
1.品种开发 品种开发
目前，在新品种开发中， 目前，在新品种开发中，更加注意土壤 残留问题，提高对后茬作物的安全性， 残留问题，提高对后茬作物的安全性， 出现了开环化合物， 出现了开环化合物，特别是开发出氟烷 羟甲基磺酰脲品种K-11451及其它一些超 羟甲基磺酰脲品种 及其它一些超 高活性化合物。 高活性化合物。
2.作用原理 作用原理
在支链氨基酸生物合成起始阶段， 在支链氨基酸生物合成起始阶段，起重要作用 的是乙酰乳酸合成酶 乙酰乳酸合成酶（ 的是乙酰乳酸合成酶（ALS）或乙酰羟酸合成 ） 酶（AHS），这种酶催化两个分子丙酮酸或一 ） 个分子丙酮酸与α-丁酮酸缩合 丁酮酸缩合， 个分子丙酮酸与 丁酮酸缩合，分别形成乙酰 乳酸或乙酰羟基丁酸， 乳酸或乙酰羟基丁酸，进而通过一系列反应而 形成缬氨酸、亮氨酸与异亮氨酸， 形成缬氨酸、亮氨酸与异亮氨酸，任何外源物 质对ALS的抑制，都将造成支链氨基酸合成停 的抑制， 质对 的抑制 从而影响蛋白质合成及植物生长（ 止，从而影响蛋白质合成及植物生长（图1）。 ）。
2.作用原理 作用原理
不同种植物对磺酰脲类除草剂的反应差异很大， 不同种植物对磺酰脲类除草剂的反应差异很大 ， 如苘麻对绿磺隆的敏感性比龙葵高21000倍， 这 如苘麻对绿磺隆的敏感性比龙葵高 倍 种差异的原因在于其对除草剂的代谢与降解水 平不同， 凡是代谢作用强的植物， 平不同 ， 凡是代谢作用强的植物 ， 除草剂被吸 收后其在体内的半衰期很短， 因而抗性强（ 收后其在体内的半衰期很短 ， 因而抗性强 （ 表 2）。 ）
1.品种开发 品种开发
R=Cl，COOCH3，OCH2CH2Cl，OCH2CH2OCH3，COOC2H5， ， ， CON CH3 CF3，SO2CH2CH3，CH2CH2CF3， C COO ， O N O HO CH2F ， NH N CH2F ， O H ， ， COOH，OCF3 ， O O O ，N N N N ，OC2H5, CH3 ， CH3
O
O CH2F SO2NHCONH N N
OCH3 N OCH3
2.作用原理 作用原理
作为蛋白质组成的氨基酸种类很多， 作为蛋白质组成的氨基酸种类很多，含碳氢测 链的氨基酸有缬氨酸 亮氨酸与异亮氨酸， 缬氨酸、 链的氨基酸有缬氨酸、亮氨酸与异亮氨酸，此 类氨基酸称作支链氨基酸 支链氨基酸。 类氨基酸称作支链氨基酸。 动物体内缺乏此类氨基酸的生物合成途径，而 动物体内缺乏此类氨基酸的生物合成途径， 是从植物产品中获得。 是从植物产品中获得。 因此， 因此，以此类氨基酸生物合成作为靶标的除草 对动物的安全性很高。 剂，对动物的安全性很高。
磺酰脲类除草剂的开发、 磺酰脲类除草剂的开发、 作用原理与杂草抗性
个农药公司取得了230 到1987年，大约 个农药公司取得了 年 大约18个农药公司取得了 项以上的美国专利， 月为止， 项以上的美国专利，到1989年5月为止， 年 月为止 全世界27个农药公司的 个化合物取得 个农药公司的375个化合物取得 全世界 个农药公司的 了专利，其中Dupont公司占 公司占71%，涉及 了专利，其中 公司占 ， 数千万个化合物的结构变化， 数千万个化合物的结构变化，成为开发 超高效、广谱、 超高效、广谱、高选择性及对环境高度 安全的除草剂新品种的重要领域。 安全的除草剂新品种的重要领域。
2.作用原理 作用原理
表 2 敏感与抗性植物离体叶片对磺酰脲类除草剂的代谢
植物 小麦 大麦 玉米 大豆 田芥 小麦 大豆 除草剂 绿磺隆 绿磺隆 绿磺隆 绿磺隆 绿磺隆 甲磺隆 甲磺隆 （小时） 半衰期 小时） 相对抗性 0.8~2.2 0.8 3.5~5.0 >30 >30 2.0~3.9 >30 抗 抗 敏感中等 敏感 敏感 抗 敏感 植物 田芥 水稻 千金子 泽泻 慈姑 大豆 苍耳、 苍耳、反枝苋 除草剂 甲磺隆 苄嘧磺隆 苄嘧磺隆 苄嘧磺隆 苄嘧磺隆 氯嘧磺隆 氯嘧磺隆 半衰期（小时） 半衰期（小时） 相对抗性 >30 2.6~4.2 1.5 >50 >50 1.0~3.0 >30 敏感 抗 抗 敏感 敏感 抗 敏感
苏 氨酸 2-氨 基 丁 酸 2-丁 酮 酸 正 缬氨 酸 活性 醛 FAD，Mg++ ， 乙酰乳酸合成酶 正 亮氨酸 2 -乙 酰 -2 -羟 丁 酸 2 -乙 酰 乳 酸 TPP 丙 酮酸
2 ， 3 -二 羟 基 - 3- 甲 基 戊 酸
2， 3- 二 羟 基 异 戊 酸
2 -酮 - 3- 甲 基 戊 酸
1.品种开发 品种开发
1966年首次报导由三氮苯衍生的磺酰脲 年首次报导由三氮苯衍生的磺酰脲 化合物的活性，其后通过大量研究， 化合物的活性，其后通过大量研究，进 行结构改造与修饰，建立了包括苯环 苯环、 行结构改造与修饰，建立了包括苯环、 脲桥与杂环三部分的模式结构 三部分的模式结构， 脲桥与杂环三部分的模式结构，它们在 化合物生物活性中均起重要作用， 化合物生物活性中均起重要作用，亦即 成为活性化合物的必备条件。 成为活性化合物的必备条件。
2.作用原理 作用原理
磺酰脲类除草剂的作用靶标最先是以细菌所作的研究中发 现的，在培养基中补充支链氨基酸缬氨酸、 现的，在培养基中补充支链氨基酸缬氨酸、亮氨酸与异亮 氨酸可以完全逆转甲嘧磺隆对Salmonella typhimurium的 氨酸可以完全逆转甲嘧磺隆对 的 生长抑制； 生长抑制； 进而发现，磺酰脲类除草剂是通过对ALS的抑制而阻断支 进而发现，磺酰脲类除草剂是通过对 的抑制而阻断支 链氨基酸的合成，其除草活性与其对ALS的抑制高度正相 链氨基酸的合成，其除草活性与其对 的抑制高度正相 关。 植物体内ALS对磺酰脲类除草剂比细菌与酵母菌显著敏感， 对磺酰脲类除草剂比细菌与酵母菌显著敏感， 植物体内 对磺酰脲类除草剂比细菌与酵母菌显著敏感 而且不同植物种类间敏感性差异很大（表1）。 而且不同植物种类间敏感性差异很大（ ）。
1.品种开发 品种开发
X N 杂环： N Y
,
X N N N Y
杂环的变化不大， 杂环的变化不大，一般均为对 称嘧啶或三氮环并含低级烷基或 低级烷氧基取代基时， 低级烷氧基取代基时，化合物活 性最高。 性最高。 其它含氮杂环如三唑、 其它含氮杂环如三唑、不对称 三氮苯、稠合环嘧啶也有活性， 三氮苯、稠合环嘧啶也有活性， 但活性很小， 但活性很小，杂环间位必须含有 两个取代基。 两个取代基。
O
1.品种开发 品种开发
O O O
-CH2SO2NHCNH-， 2NHCNH-， ， -SO ， ， 脲桥： -OSO2NHCNH-， O Na -SO -SO ， ， -NHSO2NHCNH-， 2NHCO-， 2NCO-， ，
脲桥基本上固定不变，引入取代基后，化合物活性下降。 脲桥基本上固定不变，引入取代基后，化合物活性下降。 但具有修饰的脲桥的化合物， 等也有活性。 但具有修饰的脲桥的化合物，如-SO2NHC(S)NH-等也有活性。 ( ) 等也有活性 脲桥改变的磺酰脲化合物的活性水平也因分子结构中的芳环及杂环而定。 脲桥改变的磺酰脲化合物的活性水平也因分子结构中的芳环及杂环而定。
2- 酮 异 戊 酸
异 亮氨酸
缬氨酸
亮 氨酸
支链氨基酸生物合成途径及ALS抑制除草剂的作用靶标 图 1 支链氨基酸生物合成途径及 抑制除草剂的作用靶标
2.作用原理 作用原理
由于抑制ALS活性所需外源物质浓度极低，因 活性所需外源物质浓度极低， 由于抑制 活性所需外源物质浓度极低 此，以ALS作为靶标就成为开发超高效除草剂 作为靶标就成为开发超高效除草剂 品种的重要领域， 品种的重要领域，它代表了除草剂品种发展的 新潮流。 新潮流。
2.作用原理 作用原理
从磺酰脲类除草剂的结构来看， 从磺酰脲类除草剂的结构来看，苯环邻位含取 代基时，化合物活性最高， 代基时，化合物活性最高，不论是斥电子或吸 电子邻位取代基都是活性基， 电子邻位取代基都是活性基，而含酸性质子的 邻位取代基，即羧基或酚基的化合物活性最低， 邻位取代基，即羧基或酚基的化合物活性最低， R为COOH与OH的化合物无活性。 的化合物无活性。 为 与 的化合物无活性 除苯环外， 除苯环外，含其它芳环的磺酰脲化合物也是有 效的除草剂，与苯环一样， 效的除草剂，与苯环一样，芳环邻位含取代基 化合物活性最高。 时，化合物活性最高。
1.品种开发 品种开发
OH CH3 F SO2NHCONH K-11451 稻田 3~9g/ha 9 OC2H5 N OSO2NHCONH N OCH3 稻田与旱田 3~6g/ha 6 h N N OCH3 3g/ha h OCH3 HO CH2F N SO2NHCONH N OCH3 OCH3
OCH3
磺酰脲类除草剂的开发、 磺酰脲类除草剂的开发、 作用原理与杂草抗性