陶氏小麦除草剂(陶氏小麦除草剂麦喜)

合成生长素类除草剂(SAH，HRAC分类体系的O组)模拟了天然植物激素吲哚-3-乙酸(IAA)的作用。第1个这种作用机制的除草剂2,4-滴已被广泛使用70多年。SAH主要用于选择性防治禾本科作物田中的阔叶杂草，但二氯喹啉酸和氯氟吡啶酯防治一些禾本科和沙草科杂草。SAH被分为7种：⑴苯氧羧酸类；⑵苯甲酸类；⑶吡啶羧酸类；⑷吡啶氧羧酸类；⑸喹啉羧酸类；⑹嘧啶羧酸类和⑺芳基吡啶甲酸类(arylpicolinate)(表1)。每一种都具有独特的化学结构(图1)。自1945年2,4-滴引入后SAH就一直被商业化使用到现在，在2024年氯氟吡啶酯引入(表1)。2,4-滴引入用于农业给杂草管理带来了革命，持续性创新发现和开发了数个新颖的SAH。

SAH的全球施用面积仅次于ALS抑制剂(508×106hm2)和EPSP合酶抑制剂(477×106hm2)除草剂，位列第三(366×106hm2)(信息来自陶氏益农，2024年)。除草剂2,4-滴的全球使用面积为161.7×106hm2，是使用最广泛的SAH，其次依次为麦草畏(50.0×106hm2)和2-甲基-4-氯苯氧乙酸(MCPA)(31.3×106hm2)(图3)。

表1不同种类合成生长素类除草剂

图17种类别合成生长素除草剂代表性产品结构

图年报道的前17种作用机制(HRAC分类体系)除草剂使用面积(×106hm2)

图年报道的特定合成生长素类除草剂活性成分施用面积(×106hm2)

1杂草品种对SAH的抗性

在1957年，首例2,4-滴抗性被报道，即在夏威夷节节草(Commelinadiffusa)和在加拿大胡罗卜(DaucuscarotaL.)对2,4-滴产生了抗性。根据“国际抗性杂草调查”，现在有36种抗SAH的杂草品种(30种阔叶杂草、5种禾本科杂草和1种类似禾本科杂草)(图4)。包括止血马塘(Digitariaischaemum)和4种稗属杂草[稗草(Echinochloacrus-galli)、孔雀稗(Echinochloacrus-pavonis)、西来稗(Echinochloazelayensis)和芒稗(Echinochloacolona)]的5种禾本科杂草已对二氯喹啉酸产生了抗性。有人提出其为氰化物介导的抗性机制，不同于SAH的。

对SAH产生抗性的经济重要性杂草有澳大利亚抗2,4-滴和抗MCPA的野萝卜(Raphanusraphanistrum)、欧洲抗苯氧除草剂的虞美人(Papaverrhoeas)，加拿大和美国抗麦草畏的地肤(Kochiascoparia)，美国抗2,4-滴、麦草畏和MCPA的刺莴苣(Lactucaserriola)。内布拉斯加州和伊利诺斯州的长芒苋(Amaranthustuberculatus)生物型和阿根廷的绿穗苋(Amaranthushybridus)被确定对一些SAH有抗性。经济重要性稍差的抗性杂草有加拿大和美国抗2,4-滴的胡罗卜，新西兰抗2,4-滴的麝香飞廉(Carduusnutans)和意大利蓟(Carduuspycnocephalus)，以及在加拿大对SAH多抗的野芥(SinapisarvensisL.)和抗二氯喹啉酸的猪殃殃(Galiumspurium)。

注：星号表示对合成生长素类除草剂产生抗性的经济重要性杂草

图4到2024年已报道对合成生长素类除草剂产生抗性的杂草品种

与其他作用机制除草剂特别是乙酰基辅酶A羧化酶(ACCase)和乙酰乳酸合酶(ALS)抑制型除草剂相比，考虑到广泛使用SAH所形成的选择压程度，其抗性发生程度较低(图5)。虽然SAH使用的时间要长于其他作用机制的除草剂，但相对来说没有对农业生产造成广泛的不利影响的抗SAH杂草案例(图4)。

SAH抗性发生低的原因可能有以下几种：⑴这些除草剂具有潜在的多个作用位点；⑵一些抗性事例是由隐性基因所致，其扩展比显性性状更慢；⑶在除草剂和作物竞争存在的情况下，抗性基因型的适合度降低。杂草交互抗性的发生可能是管理策略开发的1个挑战。

2一些杂草品种对SAH的抗性机制

2.1虞美人

虞美人是欧洲冬季谷物中最常见的阔叶杂草。此杂草品种专性异花授粉，种子产量高，种子库具有高度持久性，适合种子萌发的时间长，故难以防治。

抗性植物中2,4-滴迁移的缺少可能是抗性产生的原因。用2,4-滴处理的敏感植物产生的乙烯是抗性植物的4~8倍。2,4-滴在抗性植物中可能没有到达核蛋白受体复合体，压制了生长素反应性基因，其中一些基因负责乙烯的产生。乙烯的积累可能抑制光合作用，产生H2O2和反应性氧，导致植物死亡。

有能够降解甲氧咪草烟的对ALS抑制型和苯氧羧酸类除草剂有抗性的虞美人生物型。是否相同的细胞色素P450降解这些作用机制的除草剂，或是否其他酶参与其中，这些仍未知。发现除草剂2,4-滴能诱导敏感和抗性虞美人表达糖苷水解酶(GH3)和谷胱甘肽S-转移酶(GST3)，因此这些酶表达的增加好像与2,4-滴的抗性没有关系。需要确定虞美人抗除草剂的基因和更充分地了解其抗性机制。

2.2地肤

地肤为侵染北美大平原作物地和非作物地的一年生夏季杂草。抗麦草畏地肤被首次发现于20世纪90年代的科罗拉多州和内布拉斯加州。到2024年，抗除草剂生物型已普遍，特别是在科罗拉多州和堪萨斯州的休耕小麦田中。到目前为止，在科罗拉多州还没有发现对氟草烟产生交互抗性，虽然报道蒙大拿州有。在25年中使用先进的选择技术，培育了抗性地肤品系9425，与敏感品系7710相比其对麦草畏的抗性增加了30倍。性状为显性或半显性。与敏感品系相比9425品种对麦草畏的迁移性降低了。RNA-序列表明品系9425体内影响生长素运输的一组独特基因被下调了，这可能是导致抗性植物中麦草畏迁移性下降的原因。

已发现少量的抗氟草烟地肤种群。虽然氟草烟是有效的可靠的防治各种环境中地肤的除草剂，但由于其杂草防治谱窄，不被看作是“可独立使用”的产品。由于地肤对其他除草剂的抗性广泛，而用氟草烟防治地肤日益增加，管理地肤对氟草烟抗性的进化将非常重要。

2.3刺莴苣

刺莴苣是菊科一年生、冬性一年生或二年生杂草，是美国西北部的一大问题杂草。美国西北部种植的约80%小麦在生长过程中至少被施用1种SAH1次。在2024年夏天在美国华盛顿普尔曼附近，应用840g/hm2草甘膦和540g/hm22,4-滴2次后刺莴苣还能够存活。此外调查发现对2,4-滴的差异反应可遗传，防治失败不是草甘膦抗性所致。在被处理后3周抗性植物从花冠再次长出的部分被用2,4-滴处理后2~3周受到伤害。抗性水平是敏感生物型的9~10倍。此2,4-滴抗性生物型似乎对苯氧羧酸类和苯甲酸类包括MCPA和麦草畏在内的其他SAH已发展交互抗性。

野萝卜是澳大利亚南部种植系统中最成问题的双子叶杂草，每年给种植者造成的作物产量损失至少达5700万澳元，增加了杂草防除费用。在澳大利亚西部，此杂草已对ALS抑制型除草剂的磺酰脲类和咪唑啉酮类产生了广泛的抗性，种植者要依赖SAH特别是2,4-滴来防除。在1999年，首次确定野萝卜在田间对2,4-滴发展了抗性的事例。随后在2024、2024和2024年进行的随机杂草种群调查表明对2,4-滴产生抗性的植物种群比例从2024年的60%增加到2024年的74%。在2024年抗性水平保持没变。

有一些化合物能够阻碍基因或基因产品改变抗性植物对SAH的反应或再次激活除草剂的正常迁移能力，发现这些替代性分子可能延长SAH防治作物田中野萝卜的时间。到目前为止，没有发现抗性野萝卜对2,4-滴解毒代谢的证据(细胞色素P450依赖或独立型)。需要持续检测种群进化代谢抗性，来调整抗性管理策略，更好防治这些杂草。

图5自引入后到2024年期间ALS抑制剂、ACCase抑制剂、草甘膦和合成生长素类除草剂的抗性杂草品种的数量和杂草抗性相对发展率排序

3SAH发现的最近创新

在20世纪90年代晚期氯氨吡啶酸的发现促进了陶氏益农对吡啶羧酸SAH结构-活性关系的研究。这导致发现1类新颖SAH，即吡啶羧酸的衍生物芳基吡啶甲酸类。SAH的酸部分功能对其在植物韧皮部中的移动和通过离子捕获在细胞中的累积重要。对于吡啶羧酸除草剂二氯吡啶酸、氨氯吡啶酸、氯氨吡啶酸和芳基吡啶甲酸类除草剂[氟氯吡啶酯(ArylexTMActive)和氯氟吡啶酯(RinskorTMActive)]，羧酸为与TIR1和AFB1-5受体进行主要结合的功能团。芳基吡啶甲酸被制剂化为酯，这些酯在植物体内可能迅速水解为游离羧酸。

芳基吡啶甲酸具有独特的除草活性，与吡啶羧酸除草剂相比相对低的使用剂量(相当于30g酸/hm2或更少)防效增加。类似物DAS402除草活性显著高于氯氨吡啶酸(图8)，但其土壤半衰期太长(大于240d)，不能满足预期商业用途的法规要求。在DAS402结构中加入可代谢的部分，可增加其在土壤中的降解。这导致发现了4-氨基-3-氯-6-(4-氯-2-氟-3-甲氧基苯基)-2-吡啶甲酸甲酯(氟氯吡啶酯)(图8)。氟氯吡啶酯是活性高的广谱SAH，对小麦和大麦高度安全，土壤半衰期为10-30d，比DAS402的半衰期少很多。在2024年被首次商业化用于谷物。

在氟氯吡啶酯的开发过程中，吡啶甲酸骨架的数个重要特征被确定：分子的2-羧酸和4-氨基功能团对高活性和广谱性重要；3-氯功能团进一步增强了除草活性。对氟氯吡啶酯的吡啶甲酸部分5-位的SAR的研究发现了另一有商业用途的芳基吡啶甲酸类除草剂。氟氯吡啶酯的5-氟类似物不但具有高活性和广谱性，而且对水稻有优异的选择性。其相对应的羧酸[4-氨基-3-氯-6-(4-氯-2-氟-3-甲氧基苯基)-5-氟-2-吡啶甲酸]的土壤半衰期为10~30d。进一步优化开发了氯氟吡啶酯，用于水稻和其他作物田防治一年生禾本科杂草稗草和一些莎草科杂草(莎草属)。在2024年首次获批登记。

芳基吡啶甲酸除草剂的发现有力地表明有许多机会来开发新的SAH。芳基吡啶甲酸活性的多样性使SAH更广泛地用于杂草管理市场，如谷物、水稻、牧场和道路用地。

图6在相隔43年中发现了氨氯吡啶酸和氯氨吡啶酸

4管理耐SAH作物的抗性

已开发了新的除草剂制剂用于陶氏益农最近开发的耐2,4-滴作物和孟山都开发的耐麦草畏作物。EnlistDuoTM(2,4-滴-胆碱+草甘膦)和EnlistOneTM(2,4-滴-胆碱)除草剂被开发用于EnlistTM杂草防治系统和采用VaporGrip?技术生产的Xtendimax(麦草畏)被用于RoundupReady?Xtend作物系统。陶氏益农和孟山都已开发了管理项目以确保这些耐除草剂作物系统能被长期持续地使用，为把其整合入除草剂抗性管理项目提供指导。美国环保局(USEPA)正在制定规章制度，强调需要种植者采用最好的除草剂抗性管理措施以进一步持续使用这些作物系统。随着抗SAH作物的引入，从监管和管理角度广泛考虑了除草剂的抗性管理。这些工具将有助于进行杂草管理项目和防治一些抗除草剂杂草品种。广泛采用的延缓杂草种群除草剂抗性选择和管理现有抗性杂草种群的最好的管理措施形成管理这些技术的基础。这些最好的管理措施是美国USEPA规定的登记条件的重点。