安全剂cyprosulfamide对烟嘧磺隆的解毒作用

刘小民，张宏军，李秉华，等. 安全剂cyprosulfamide对烟嘧磺隆的解毒作用［J］. 杂草科学，2014，32（1）：87-90.

摘要：通过温室盆栽法及对谷胱甘肽转移酶活性的测定了研究了安全剂cyprosulfamide对烟嘧磺隆的解毒作用，并对其解毒机理进行了初步探讨。试验结果表明：对30、60、90 g a.i./hm2烟嘧磺隆处理的解毒效果最好的 cyprosulfamide 添加比例分别为1 ∶0.2、1 ∶1、1 ∶5；在30、60、90 g a.i./hm2烟嘧磺隆处理中分别添加1 ∶0.2、1 ∶1、1 ∶5的cyprosulfamide后，对玉米株高的抑制率分别降低4.42、3.84、19.32百分点，对玉米鲜重的抑制率分别降低1105、11.32、29.18百分点，而玉米中的谷胱甘肽转移酶活性分别增加34.4%、29.7%、31.8%。研究结果表明，添加安全剂cyprosulfamide提高了烟嘧磺隆处理后玉米幼苗中谷胱甘肽转移酶的活性，降低了烟嘧磺隆对玉米生长的抑制作用，总体上减轻了烟嘧磺隆对玉米的伤害。

关键词：安全剂；cyprosulfamide；烟嘧磺隆；玉米；谷胱甘肽转移酶；解毒作用

中图分类号：S451文献标志码：A文章编号：1003-935X(2014)01-0087-04Detoxification Effect of Safener Cyprosulfamide in Protecting Maize

from the Phytotoxicity of NicosulfuronLIU Xiaomin1，ZHANG Hongjun2，LI Binghua1，NIU Lina1，WANG Guiqi1

(1.Institute of Cereal and Oil Crops，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050035，China；

2.Institute for the Control of Agrochemicals，Ministry of Agriculture，Beijing 100125，China)Abstract:The detoxification effect of cyprosulfamide safener to nicosulfuron was studied by pot-culture in the greenhouse and determination of the activity of glutathione S-transferase.The best add ratio for detoxification effect of cyprosulfamide to 30，60，90 g/hm2 nicosulfuron was 1 ∶0.2，1 ∶1，1 ∶5，respectively.In the presence of the safener under such conditions，maize growth inhibition measured as plant height was reduced 4.42%，3.84%，19.32%，respectively.In the same order，inhibition of maize fresh weight of maize reduced 11.05%，11.32%，29.18% while the activity of glutathione S-transferase increased 34.4%，29.7%，31.8%，respectively. Addition of the safener cyprosulfamide increased the activity of glutathione S-transferase in maize seedlings treated with nicosulfuron，reduced the inhibition effect of nicosulfuron on maize growth，and alleviated the injury of nicosulfuron on maize as a whole.

Key words:safener；cyprosulfamide；nicosulfuron；maize；glutathione S-transferase；detoxification effect

收稿日期：2014-01-26

基金项目：河北省农林科学院科研项目(编号：F13E002)。

作者简介：刘小民(1981—)，男，山东莱阳人，博士，助理研究员，研究方向为除草剂作用机理与应用技术。E-mail：xiaominliu1981@gmail.com。

通信作者：王贵启，研究员，主要从事农田杂草治理研究。E-mail：guiqiwang@gmail.com。烟嘧磺隆(nicosulfuron)，中文名称为2-(4，6-二甲氧基嘧啶-2-基氨基甲酰氨基磺酰)N，N-二甲基烟酰胺，是日本石原产业株式会社开发的玉米田磺酰脲类除草剂［1］。烟嘧磺隆杀草谱广，具有较好的茎叶处理活性，除草效果突出，尤其对玉米田恶性禾本科杂草有较好的防除效果，因而在生产上被大面积推广应用。随着烟嘧磺隆使用面积的大幅度上升，其药害问题也日益突出，近年来不断有关于烟嘧磺隆对玉米造成药害的报道。陶波等研究表明：玉米不同类型品种间对烟嘧磺隆耐性差异明显，其中爆裂型玉米对烟嘧磺隆最为敏感［2］。董晓雯等研究表明：32种供试玉米品种中的7个品种对烟嘧磺隆较敏感，60 g a.i./hm2处理下，施药13 d后对敏感型玉米品种的鲜重抑制率高达65.59%［3］。烟嘧磺隆对玉米产生药害的症状主要表现为：玉米叶片出现不规则褪绿斑，严重时叶片卷缩成筒状，叶缘皱缩，心叶呈牛尾状，不能正常抽出，植株矮化，有时会产生丛生、次生茎［4-5］。

安全剂又称解毒剂或保护剂，可以在不影响除草剂对靶标杂草活性的前提下有选择地保护作物免受除草剂的药害，提高对作物的安全性，在化学除草应用中日益发挥重要作用。cyprosulfamide (CSA)，即N-{4-［(环丙基氨基)羰基］苯基}磺酰基-2-甲氧基苯甲酰胺(图1)，是拜耳作物科学公司开发的新型除草剂安全剂，可以减轻噻酮磺隆(thiencarbazone-methyl)和异唑草酮(isoxaflutole)苗后茎叶处理对玉米的伤害［6-7］。为了了解cyprosulfamide能否同样减轻烟嘧磺隆苗后茎叶处理对玉米的伤害，本试验利用温室盆栽法进行了cyprosulfamide对烟嘧磺隆的解毒作用研究，并通过对玉米幼苗中谷胱甘肽转移酶含量的测定，初步探讨了cyprosulfamide保护玉米免受烟嘧磺隆药害的作用机理。

1材料与方法

1.1供试材料

供试药剂：95.5%烟嘧磺隆原药(沧州科润化工有限公司)；cyprosulfamide(Sigma公司)；1-氯-2，4-二硝基苯(CDNB)、聚乙烯聚吡咯唍酮(PVPP)及还原型谷胱甘肽(GSH)、牛血清白蛋白(BSA)，均购自上海生工生物工程有限公司。

供试玉米12HB02由河北省农林科学院粮油作物研究所玉米研究中心提供，试验土壤取自河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站1～15 cm无污染的耕层土壤，过筛、自然风干后使用。土壤pH值为7.10，有机质含量为2.07%。

1.2cyprosulfamide对烟嘧磺隆的解毒效果试验

将精选的玉米种子均匀播种于装有营养土的盆钵中(高10 cm、直径11 cm)，采用底部渗灌方式，使盆钵中的土壤完全湿润，然后覆土1.0 cm后置于温室苗床上。待玉米培养至3叶1心期，每盆定苗至3株。烟嘧磺隆处理浓度分别为30、60、90 g a.i./hm2，cyprosulfamide添加比例分别为 1 ∶0.2、1 ∶1、1 ∶5。喷药器械为ASS-1型农药喷洒系统，XR8003扇形喷头，喷雾压力为0.3 MPa，喷药量为 400 L/hm2。施药14 d后测量各处理玉米株高及地上部分鲜重。每个处理设3次重复，数据采用DPS7.0软件进行处理和方差分析。

1.3谷胱甘肽转移酶(GST)酶液制备及活性测定

施药3 d后，取玉米叶片1.0 g，液氮速冻后，研磨成粉末，然后向其中加入3 mL GST酶提取液(含1 mmol/L EDTA、14 mmol/L 巯基乙醇、75 g/kg聚乙烯吡咯烷酮的0.1 mol/L pH 值7.5 Tris-HCl缓冲液)。4 ℃下15 000 g离心20 min，所得上清液即为待测酶液。

参照Habig等试验方法［8］，稍做修改，向含有 30 μL 100 mmol/L CDNB、30 μL 100 mmol/L GSH的0.1 mol/L pH值6.5的PBS溶液900 μL中加入100 μL酶液，共计1 mL体系，对照加入100 μL PBS溶液，25 ℃水浴中保温10 min后，置于比色皿中，记录340 nm处吸光度在5 min内的变化，每隔1min读数1次。

GSTs活力单位(μmol/min)=(ΔD340 nm•V)/(ε•L)

式中：ΔD340 nm为每1 min 340 nm处吸光度的变化值，V为酶促反应体积(3 mL)，ε为产物的消光系数［0.009 6 L/(μmol•cm)］，L为比色杯光程(1 cm)。

GST比活力［μmol/(min•mg)］= 酶活力单位/测定所用酶蛋白量。

蛋白定量测定参照Bradford的考马斯亮蓝 G-250 法［9］。

2结果与分析

2.1cyprosulfamide减轻烟嘧磺隆对玉米生长影响的作用

由表1可以看出，随着烟嘧磺隆处理浓度的增大，对玉米株高及鲜重的抑制率逐渐增大。烟嘧磺隆30、60、90 g a.i./hm2处理下，对玉米株高的抑制率分别为18.10%、21.28%、37.75%，对玉米鲜重的抑制率分别为34.97%、42.97%、62.73%。添加不同比例cyprosulfamide之后，减轻了烟嘧磺隆对玉米株高、鲜重的抑制。烟嘧磺隆处理浓度相同，添加不同比例cyprosulfamide各处理之间对烟嘧磺隆的解毒效果存在差异。当烟嘧磺隆处理浓度为 30 g a.i./hm2 时，cyprosulfamide添加比例为1 ∶0.2对其解毒效果最好，对玉米株高、鲜重的抑制率分别为13.68%、23.92%，分别比30 g a.i./hm2烟嘧磺隆处理降低4.42、11.05百分点。当烟嘧磺隆处理浓度为60 g a.i./hm2时，cyprosulfamide添加比例为1 ∶1对其解毒效果最好，对玉米株高、鲜重的抑制率分别为17.44%、31.65%，分别比60 g a.i./hm2烟嘧磺隆处理降低3.84、11.32百分点。当烟嘧磺隆处理浓度为90 g a.i./hm2时，cyprosulfamide添加比例为1 ∶5对其解毒效果最好，对玉米株高及鲜重的抑制率分别为18.43%、33.55%，分别比90 g a.i./hm2烟嘧磺隆处理降低19.32、29.18百分点。刘小民等：安全剂cyprosulfamide对烟嘧磺隆的解毒作用表1烟嘧磺隆处理中添加不同比例cyprosulfamide对玉米株高及鲜重生长的影响

Table 1Effect of different addition of cyprosulfamide in nicosulfuron treatments on height and fresh weight of maize

处理用量

(g a.i./hm2)株高鲜重平均值±标准差(cm)抑制率(%)平均值±标准差(g)抑制率(%)CK40.21±1.82a7.54±0.38a-NS-13032.93±3.10b18.104.90±0.17bcd34.97NS ∶CSA(1 ∶0.2)30：634.71±3.02b13.685.74±0.33b23.92NS ∶CSA(1 ∶1)30：3033.14±1.35b17.575.06±0.54bc32.85NS ∶CSA(1 ∶5)30：15033.10±0.01b17.684.98±0.50bc33.95NS-26031.66±5.22bcd21.284.30±0.63cd42.97NS ∶CSA(1 ∶0.2)60：1232.14±4.20bc20.065.04±0.73bc33.11NS ∶CSA(1 ∶1)60：6033.20±1.66b17.445.15±0.55bc31.65NS ∶CSA(1 ∶5)60：30032.03±2.35bc20.344.16±1.20cd44.78NS-39025.03±2.23e37.752.81±0.26e62.73NS ∶CSA(1 ∶0.2)90：1827.30±1.90cde32.113.94±0.18d47.75NS ∶CSA(1 ∶1)90：9027.00±1.29de32.854.14±0.20cd45.09NS ∶CSA(1 ∶5)90：45032.80±1.04b18.435.01±0.25bc33.55注：NS为烟嘧磺隆，CSA为cyprosulfamide；同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.2cyprosulfamide对玉米体内GST活性的影响

图2为烟嘧磺隆添加不同比例安全剂cyprosulfamide对玉米体内谷胱甘肽转移酶活性的影响。结果表明，烟嘧磺隆不同处理诱导玉米体内GST活性的增加。当烟嘧磺隆的处理浓度为30、60、90 g a.i./hm2 时，玉米体内GST比活力活性分别为0.911、1.220、0.969 μmol/(min•mg)，分别比对照的0.827 μmol/(min•mg)增加10.3%、47.8%、173%。添加不同比例cyprosulfamide后，玉米体内GST比活力均有所增加。烟嘧磺隆处理浓度为 30 g a.i./hm2 时，cyprosulfamide添加比例为 1 ∶0.2、1 ∶1、1 ∶5，玉米体内GST比活力分别为1224、1.131、1.102 μmol/(min•mg)，分别比烟嘧磺隆单独使用增加34.4%、24.2%、21.0%。烟嘧磺隆处理浓度为60 g a.i./hm2时，不同比例cyprosulfamide处理玉米体内GST比活力分别为1.547、1.582、1.388 μmol/(min•mg)，分别增加了268%、297%、13.7%。烟嘧磺隆处理浓度为 90 g a.i./hm2 时，不同比例cyprosulfamide处理玉米体内GST比活力分别为1.142、1.313、1.277 μmol/(min•mg)，分别增加了17.9%、356%、31.8%。GST比活力的增加，进一步催化谷胱甘肽与烟嘧磺隆发生轭合，从而减轻了烟嘧磺隆对玉米生长的影响。

3结论与讨论

安全剂的作用机制在过去几十年来一直受到人们的广泛关注，但明确的作用机制仍未阐明。相似结构活性理论(QSAR)、谷胱甘肽轭合论以及细胞色素P450单氧化酶催化的羟基化理论是最为普遍的机制解释［10-12］。其中谷胱甘肽轭合论指出安全剂主要通过增进还原型谷胱甘肽含量及提高谷胱甘肽转移酶的活性来轭合除草剂的有毒代谢物，从而减轻或消除其毒害。Tan等研究了 MG-191 对玉米内乙草胺代谢的影响，发现玉米经安全剂 MG-191 处理后体内的GSH含量提高了30%，GST酶的活性提高了34%［13］。叶非等研究证实安全剂AD-27能够提高单嘧磺隆处理后的高粱幼苗中的GSH含量， 促进单嘧磺隆与GSH的轭合作用，从而缓解单嘧磺隆对高粱产生的药害［14］。本研究结果

表明，添加不同比例安全剂cyprosulfamide后，玉米体内GST比活力均有所增加。当烟嘧磺隆处理浓度不同时，要减轻烟嘧磺隆对玉米生长的影响，所需要添加的安全剂cyprosulfamide比例不同。低浓度的烟嘧磺隆处理需要添加cyprosulfamide的比例较小，而当烟嘧磺隆浓度增大后，需要添加安全剂的比例也需要相应增大。叶非等研究指出，只有当安全剂AD-67与单嘧磺隆浓度为一定配比时，才能较好地起到保护作物免受除草剂药害的作用［14-15］，与本研究结果类似。

安全剂是除草剂研究的一个分支，具有广阔的发展前景及开发应用市场。由于安全剂的作用机理还不十分清楚，因此今后需要利用生物化学、植物生理学及分子生物学等知识进一步从分子水平上研究安全剂的作用机理，并对除草剂、安全剂、作物三者之间的相互作用机制进行研究。

参考文献：

［1］苏少泉. 烟嘧磺隆剂型与使用中的若干问题［J］. 农药研究与应用，2007，11(1)：9-12.

［2］陶波，苏少泉，刘金宇. 农作物对磺酰脲类除草剂耐性的研究［J］. 东北农业大学学报，1995，26(2)：105-110.

［3］董晓雯，王金信，毕建杰，等. 不同玉米品种对烟嘧磺隆的敏感性差异［J］. 植物保护学报，2007，34(2)：182-186.

［4］张玉聚，张德胜，张俊涛，等. 磺酰脲类除草剂的药害与安全应用［J］. 农药，2003，42(6)：42-44.

［5］王险峰，范志伟，胡荣娟，等. 除草剂药害新进展与解决方法［J］. 农药，2009，48(5)：384-388.

［6］Thiencarbazone-methyl S H，Cyprosulfamide. -a new herbicide and a new safener for use in corn［J］. Julius-Kühn-Archiv，2012(434)：499-505.

［7］Robinson D E，Soltani N，Shropshire C，et al. Cyprosulfamide safens isoxaflutole in sweet corn(Zea mays L.)［J］. HortScience，2013，48(10)：1262-1265.

［8］Habig W H，Pabst M J，Jakoby W B. Glutathione S-transferases. The first enzymatic step in mercapturic acid formation［J］. Journal of Biological Chemistry，1974，249(22)：7130-7139.

［9］Bradford M M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding［J］. Analytical Biochemistry，1976，72(1)：248-254.

［10］边强，寇俊杰，鞠国栋，等. 磺酰脲类除草剂安全剂的研究进展［J］. 农药，2011，50(10)：703-707，710.

［11］毕洪梅，张金艳，叶非，等. 除草剂安全剂的作用机制研究进展［J］. 农药科学与管理，2007，28(1)：32-34，40.

［12］刘祥英，柏连阳.磺酰脲类除草剂及其安全剂研究进展［J］. 杂草科学，2005(1)：1-4.

［13］Tan S Y，Evans R R，Dahmer M L，et al. Imidazolinone-tolerant crops：history，current status and future［J］. Pest Management Science，2005，61(3)：246-257.

［14］叶非，付颖，徐伟钧，等. 安全剂AD-67减轻单嘧磺隆对高粱药害的作用［J］. 植物保护，2010，36(2)：105-108.

［15］叶非，付颖，徐伟钧，等. 安全剂AD-67保护玉米免受单嘧磺隆药害的作用及其机理［J］. 植物保护，2010，36(4)：90-93.