天然产物作为除草剂安全剂的研究进展

邓希乐, 邓亚男, 吴昌炅

(湖南省农业科学院 湖南省农业生物技术研究所 杂草生物学及安全防控湖南省重点实验室，长沙 410125)

0 引言

除草剂在高效防控杂草、保护粮食作物生产安全、提高农作物产量等方面发挥了重要作用，在节省了大量人力物力成本的同时给社会带来了巨大的经济效益[1-3]，但使用除草剂极易产生药害问题，使用不当会给农业生产带来重大损失，严重时甚至导致作物绝产绝收，而使用除草剂安全剂是解决除草剂药害问题最为直接且有效的方法[4-6]。除草剂安全剂是一类选择性保护作物免受除草剂危害而不影响除草剂对目标杂草除草活性的农用化学品[7]。它能增加除草剂安全性，扩大除草剂应用范围[8]。自从Hoffman 等发现第1 个保护番茄苗免受除草剂2,4-D 药害的安全剂1,8-萘酸酐 (1,8-naphthalic anhydride，NA) 以来，拜尔、巴斯夫、先正达等公司已经陆续研发了解草啶 (femclorim)、解草酮 (benocacor)、二氯丙烯胺 (dichlormid) 和解草烷 (MGI91) 等20 余种商品化安全剂，用于保护水稻、玉米、小麦等主要粮食作物的生产安全(表1)。含有安全剂的除草剂制剂也是实际生产中解决药害问题不可或缺的产品，目前全球市场上约30%左右的除草剂制剂产品中含有安全剂成分[6]。商品化的除草剂安全剂均通过创制获得，按其结构可分为萘二甲酸酐类、二氯乙酰胺类、肟醚类和芳杂环类等[4]。

表1 部分商品化的除草剂安全剂Table 1 Some commercial herbicide safeners

然而，在长期使用过程中发现，除草剂安全剂本身并不一定是“安全”的，因为其通常作为除草剂制剂配方中的“惰性有效成分”使用，除日本外，在其他国家或地区作为安全剂产品上市并不需要经过农药登记流程，因而也不需要进行农药登记所需的毒理学试验结果，因而尚不能明确其环境行为和潜在的环境风险。然而，近年的一些研究表明，现有的某些商品化安全剂对环境存在潜在威胁，例如：解草酮对水生自养型生物淡水藻类具有高毒性，对水生动物如斑马鱼胚胎具有中等毒性；二氯乙酰胺类安全剂对鼠类表现出低到中等毒性[17-22]。鉴于此，需要研发新的除草剂安全剂来替代具有潜在环境风险的商品化安全剂。天然产物除草剂安全剂作为来源于动植物及微生物体内的内源性化合物，对环境相对友好，有广阔的研究空间与重要的应用价值。目前已发现多种天然产物如山椒素类化合物、紫锥菊烷基酰胺类化合物、Z-藁本内酯及洋川芎内酯等能应用于除草剂安全剂方面。本文主要对天然产物安全剂的种类、作用机理及其应用潜力方面的研究进展进行系统性的综述，以期为天然产物作为安全剂的发掘、作用机制的研究及相关产品的研发提供参考。

1 天然产物除草剂安全剂的种类

目前关于天然产物除草剂安全剂的发掘途径主要有两种：从中草药植物中提取分离活性成分和对已知天然产物进行生物活性筛选。

1.1 从中草药植物中提取分离活性成分

采用索式提取法等方法对中草药植物进行提取，粗提物通过超临界萃取等方法进行主要活性成分分离，通过与天然产物高分辨质谱标准图谱库对比，对分离获得的有效成分进行结构鉴定，并生物活性验证，最终获得天然产物安全剂。例如：唐新科等[23]运用CO2超临界萃取技术成功提取了花椒果实中的山椒素类化合物 (sanshools，SAN)，并通过质谱分析确认该类化合物是由11 个化合物组成的混合物，分别为α/β/ε-山椒素及羟基-α/β/ε-山椒素 (质量分数70.06%)、γ-山椒素(10.54%)、羟基-γ-山椒素 (9.60%)、二羟基-α/β-山椒素 (4.65%) 以及脱氢-γ-山椒素 (3.02%)。这些化合物的C 端均由11～13 个碳原子的不饱和长链组成，N 端则由异丁基、2-羟基-2-甲基丙基及2-甲基烯丙基构成；胡南[24]采用有机溶剂提取法对紫锥菊Echinacea purpurea根进行提取，粗提取物经浓缩后获得浸膏，再采用乙酸乙酯等溶剂对浸膏进行萃取，并通过石油醚分离纯化，结晶后获得紫锥菊烷基酰胺类化合物 (Echinaceaalkylamides，ECHAAs)；李静波[25]通过有机溶剂提取获得了川芎 (Rhizoma Chuanxiong) 提取物，采用CO2超临界流体萃取法从粗提物中分离了Z-藁本内酯 (Zligustilide,Z-LIG，含量为40.58%) 和洋川芎内酯A (senkyunolide A，SNA，含量为17.85%)；胡利锋[26]首先采用索氏提取法从中草药羌活 (Rhizoma et Radix Notopterygii) 中提取粗提物，再通过硅胶柱层析初步分离得到富集成分，借助高速逆流色谱对富集成分进一步分离纯化，并通过活性追踪确定活性成分的方式，最终获得乙草胺在水稻上的天然产物安全剂——佛手苷内酯 (bergapten, 5-methoxypsoralen，BP) 与异茴芹内酯 (isopimpinellin，ISO)。

通过该种途径获得的天然产物安全剂从结构上又可以分为：(i) 不饱和N-烷基酰胺类 (SAN 和ECHAAs)；(ii) 苯并呋喃类 (Z-LIG 和SNA)；(iii)呋喃香豆素类 (BP 和ISO)。由于主要活性成分是从中草药植物中获取的，因此这几类天然产物通常具有一定的医药活性[27-29]，如Z-LIG 和SNA 具有活血化瘀、止咳平喘、抗胆碱等医药活性[30]，同时部分天然产物化合物安全剂亦被发现具备杀虫、杀菌等农用活性[31-32]。

1.2 对已知天然产物进行生物活性筛选

通过该方式获得的天然产物安全剂有水杨酸(salicylic acid，SA)、赤霉酸A3(gibberelliic acid，GA3)、芸苔素内酯 (brassinolide，BR)、茉莉酸甲酯 (methyl jasmonate，MeJA)、二氢茉莉酮酸甲酯(methyl dihydrojasmonate，MDJ) 及褪黑素(melatonin，MEL)[33-39]。除MEL 是一种由脑松果体 (pineal gland) 分泌的动物激素外，其他几种天然产物安全剂均为高等植物体内的内源性激素，在调控植物生长发育的众多生理生化过程中扮演重要角色[40-43]。如BR 是一种甾醇类植物激素，于油菜花花粉中首次发现，是高效、广谱、无毒的植物生长调节剂，能有效提高农作物活力和抗逆性，增加作物产量[42-43]；GA3可影响高等植物种子发芽、胚轴伸长、叶片扩展等各个生长发育方面，可用于刺激叶和芽的生长，提高作物产量[44]。这几种动植物激素类的天然安全剂在一定剂量下可以促进农作物的生长发育，推测其可以抵消除草剂对作物生长过程中所造成的负面影响。天然产物安全剂的来源、结构、适用的除草剂及作物范围见表2。与商品化安全剂骨架结构相比，天然产物安全剂具有截然不同的化学骨架，部分天然产物安全剂如GA3和BR 的分子结构较合成的商品化安全剂复杂，但两者作用的除草剂以及适用的作物范围有相同之处。

表2 部分来源于天然产物的除草剂安全剂Table 2 Some natural herbicide safeners

2 天然产物作为除草剂安全剂的应用

2.1 作为磺酰脲类除草剂的安全剂

磺酰脲类除草剂是目前世界上最重要的除草剂品种之一[45]。沐兴武等[46]研究了BR 浸种对磺酰脲类除草剂甲磺隆的解毒效应，发现BR 存在剂量-效应，BR 在浓度较低时，随着浓度的升高可以显著缓解甲磺隆对水稻的药害，但当其达到一定浓度后，剂量-效应消失，此时使用BR 反而会加深药害；当甲磺隆浓度过高时，用BR 浸种几乎无解毒作用。周小毛等[47]采用土培法和田间试验法测试了BR 作为胺苯磺隆安全剂的潜力，测定了不同浓度BR 对胺苯磺隆的解毒效果，以及不同浓度胺苯磺隆下用BR 浸种对玉米生长的影响。结果表明：BR 浸种后可不同程度缓解胺苯磺隆对玉米的药害。当BR 的质量浓度为0.02 mg/L时解毒效果最好，但当胺苯磺隆剂量增加到64 μg/kg时，用BR 浸种则无解毒效果，预示着天然产物安全剂对作物的保护作用与剂量密切相关，针对同一作物、同一除草剂需筛选出解毒效果最好的安全剂使用浓度；田间试验结果则表明，采用0.02 mg/L 和0.04 mg/L BR 浸种，能基本解除胺苯磺隆在有效成分15 g/hm2施药剂量下对玉米的危害，证明了BR 可以作为胺苯磺隆的安全剂。林瑞嫦等[48]发现，BR 可完全消除低剂量 (有效成分450 g/hm2) 下阔世玛对糜子产生的药害，使高剂量下 (有效成分600 g/hm2) 阔世玛 (3.6%二磺 • 甲碘隆水分散粒剂) 的平均药害指数显著下降，达58.2%。拜尔公司的Bickers 等[25]发现，SA 类似物 (4-OH SA和4-F SA) 能在不影响除草剂药效的情况下，以桶混或者拌种的方式作为安全剂与磺酰脲类除草剂甲酰氨磺隆联用，可有效缓解该除草剂对玉米和大豆造成的药害。与空白对照和单独施用除草剂对照相比，SA 类似物最多可以使得水稻根长恢复至82%。上述结果表明，不同类别的天然产物安全剂可以适用于同一类型的除草剂，但针对同一类别除草剂的单一品种，需要进一步筛选以确定适用的最佳天然产物安全剂。

2.2 作为酰胺类除草剂的安全剂

与磺酰脲类除草剂类似，酰胺类除草剂也是生产中应用较为广泛的一类除草剂品种之一，在农田化学除草剂中地位仅次于有机磷除草剂[49]。目前关于酰胺类除草剂的天然产物安全剂报道相对较多。唐新科等[23]采用琼脂培养基法和土培盆栽法，测试和验证了山椒素类化合物SAN 作为酰胺类除草剂异丙甲草胺安全剂的潜力。结果表明：在一定浓度范围内，SAN 对经异丙甲草胺处理的水稻幼苗的恢复率随着使用浓度的增加而逐渐加大，其中在0.8 mg/L 时效果最佳，然后呈现逐渐下降的趋势[23]；用土培盆栽法验证SAN 效果，结果呈现出类似的规律，水稻幼苗的恢复情况也随着其用量的增加逐渐转好，在SAN 为5 mg/kg时达到最佳，此时可以使经过异丙甲草胺处理的水稻幼苗基本恢复到空白对照组水平[50](图1)。

图1 山椒素类化合物(SAN)对水稻幼苗的安全剂效果(15 d 处理) [23]Fig.1 Safening effect of SAN on rice seedlings(15-day treatments) [23]

胡南[24]同样通过室内琼脂培养基和土壤培养试验法测定了紫锥菊烷基酰胺类化合物ECHAA缓解异丙甲草胺对水稻幼苗造成的药害情况。结果表明，ECHAAs 与SAN 的作用效果类似，在一定使用剂量范围内 (琼脂法：0.25～1.00 mg/L 和土壤基培养法：1.25～5.00 mg/kg) 可明显缓解0.20 mg/L异丙甲草胺对水稻幼苗产生的药害。李静波等[51-52]发现：川芎提取物可明显缓解精异丙甲草胺对水稻产生的药害。在琼脂培养基中，4 mg/L 下的川芎提取物能够完全恢复精异丙甲草胺对水稻幼苗株高造成的抑制效果，同时对根长的恢复效果接近对照处理空白水平 (图2)；而在土壤基质培养中，质量浓度为11.12 mg/L 的川芎提取物对水稻株高的恢复亦接近对照水平；田间试验表明，川芎提取物在实际应用过程中也能较好地缓解精异丙甲草胺对水稻产生的药害。李静波就两种主要有效成分Z-LIG 与SNA 以琼脂培养基法进行安全剂活性测试，发现两者活性存在显著差异[25]。相较之下，SNA 在室内生物活性测定中虽然表现出一定的安全剂活性，但效果远不如Z-LIG，推测Z-LIG 可能是川芎提取物中主要起安全剂作用的化合物。

图2 Z-LIG 保护水稻抵抗精异丙甲草胺的保护作用[51]Fig.2 Activities of Z-LIG in protecting rice from Smetolachlor injury[51]

胡利锋等[26]报道了添加羌活粗提物能够明显减轻乙草胺对水稻产生的药害 (图3)，田间生物测定试验结果则证明，3750 g/hm2的羌活粗提取物和乙草胺的组合处理能使水稻的株高和分蘖数完全恢复到空白对照水平，并明显减少乙草胺对水稻产量所造成的损失。他们基于琼脂培养基和土壤培养基进行的安全剂生物测定试验结果显示，羌活粗提取物中的有效成分BP 和ISO 对经过乙草胺处理的水稻具有一定的解毒作用，但是解毒效果随着安全剂浓度降低而减弱；在土壤基质中，BP 和ISO 与乙草胺混合处理的水稻幼苗株高与乙草胺对照相比显著差异，BP 和ISO 能明显恢复乙草胺对水稻幼苗株高造成的负面作用，证实BP 和ISO 具有一定的安全剂活性，均可作为天然产物安全剂，但BP 活性远优于ISO；同时室内除草试验结果证明，BP 对乙草胺的除草效果并不产生负面影响。

图3 土壤培养基中BP 保护水稻免受乙草胺的照片[26]Fig.3 The effect of BP in protecting rice from injury of acetochlor[26]

邓希乐等[37]采用琼脂培养基法测试了MeJA对两种氯乙酰胺类除草剂 (乙草胺与精异丙甲草胺) 对水稻产生药害的缓解作用。结果表明：在两种除草剂的质量浓度为0.073 mg/L 时，虽然MeJA 有效地保护水稻抵抗来自这2 种除草剂所造成的损伤，但与商品化安全剂相比，MeJA 表现出了用量大、活性不够突出的缺陷。邓希乐等[38]进一步筛选出了与商品化安全剂解草啶活性相当的MeJA 类似物MDJ，MDJ 甚至在较低质量浓度下(1 mg/L) 使用时，其安全剂活性还略优于对照药剂解草啶。Deng 等[33]在室内温室琼脂基培养条件下研究发现，SA 及其20 种取代类似物在0.25～8 mg/L 范围内能部分消除由0.25 μmol/L 异丙甲草胺对水稻幼苗株高、根长及鲜重所产生的抑制作用，其中4-OH SA 和4-CF3SA 在8 mg/L 下，能够最大程度地缓解异丙甲草胺对水稻株高及鲜重所产生的负面效果，其安全剂效果与解草啶效果相当，甚至当其最低质量浓度为0.25 mg/L 时，两种类似物依然表现出良好的活性；此外，4-OH SA 和4-CF3SA 在部分浓度下的活性甚至优于商品化对照药剂解草啶。江慧[53]在喷雾条件下，分别采用盆栽法及田间小区试验法测试了GA3缓解乙草胺对油菜药害的作用效果。在盆栽试验中，当GA3用量为168 g/hm2时，对油菜株高药害的缓解效果最为明显；而当GA3用量为21 g/hm2时，对油菜鲜重药害的缓解效果最佳。Zhang 等[54]发现，GA3也能较好地缓解异丙甲草胺对高粱造成的损伤，800 mg/L 的GA3处理能够充分解除200 mg/L 异丙甲草胺对高粱幼苗造成的药害胁迫(图4)。

图4 高粱幼苗暴露于不同除草剂处理7 d 后的形态。其中异丙甲草胺处理为200 mg/L；GA3 的处理浓度为800 mg/L[54]Fig.4 Morphological responses of sorghum seedlings after 7 days of exposure to the different treatments.Where metolachlor was 200 mg/L; GA3 was 800 mg/L[54]

由于不同种类天然产物安全剂所测试的保护对象不尽相同，面对同一作物时，所测试的除草剂的种类以及浓度也有所差异，导致很难比较不同种类天然产物安全剂之间的活性差异。但上述结果表明，天然产物安全剂的化学结构对其活性影响至关重要，某一个关键位点的结构改变会导致活性发生较大差异，例如SNA 与Z-LIG 在六元环上的饱和度和取代基有所不同，BP 较ISO 仅在苯环上多出一个取代甲基，MeJA 与MDJ 的区别在于五元环上的戊基有无双键，这些都导致具有类似结构的天然产物安全剂在活性上存在显著差异。该结论可为进一步就天然产物安全剂的结构进行修饰以及类似物的合成提供指导。

2.3 作为其他类型除草剂的安全剂

同一种天然产物可以作为不同类型除草剂对同一种作物的安全剂，例如MeJA 除了能够有效地保护水稻抵抗来自乙草胺和精异丙甲草胺的药害以外，还能够有效地缓解另一种芳基吡啶甲酸酯类除草剂氯氟吡啶酯对水稻造成的药害损伤，但保护效果有所差异，0.25 mg/L MeJA 作为0.073 mg/L乙草胺的安全剂，对水稻幼苗株高和鲜重的保护效果明显优于其作为0.073 mg/L 精异丙甲草胺和0.073 mg/L 氯氟吡啶酯的安全剂。4-OH SA 和4-CF3SA 也同样可以作为有机杂环类除草剂异噁唑草酮的安全剂，用于保护玉米和大豆免受除草剂所造成的药害[37]。除作为酰胺类除草剂的安全剂以外，GA3可完全消除低剂量 (有效成分86 g/hm2)锐超麦 (20%双氟•氟氯酯可湿性粉剂) 对糜子所造成的药害，使高剂量 (有效成分100 g/hm2) 锐超麦的平均药害指数下降81.7%[48]。Caputo 等[55]发现，在低剂量 (0.1 mmol/L) 下使用MEL，能够减少脲嘧啶类除草剂30%苯达松乳油剂型所造成的损伤，与单独使用苯达松乳油的对照相比其产量提高约2 倍，预示着MEL 可以作为甘薯田中除草剂苯达松的安全剂。这些研究结果表明，同一天然产物具备作为不同品种除草剂在同一作物上的安全剂以及同一品种除草剂在不同作物上安全剂的应用潜力，但目前关于天然产物安全剂的研究大多局限在测试单一除草剂品种作用于单一作物上的保护效果，有关单一天然产物安全剂对不同除草剂品种在同一作物及同一除草剂品种作用于不同作物上的保护效果仍需进一步研究。

3 天然产物安全剂作用机制

目前学界普遍认同的一种除草剂安全剂的作用机理是安全剂在不影响除草剂代谢途径的前提下，通过提高除草剂在作物体内代谢速率的方式，增强作物对除草剂的抵抗能力。除草剂在作物体内的代谢过程主要分为3 个阶段 (图5)[10]：第1 阶段，除草剂分子通过水解作用等反应形成具备新官能团的代谢物，此阶段涉及的酶主要有过氧化物酶、细胞色素P450、酯酶等；第2 阶段，前一阶段的反应产物与谷胱甘肽 (glutathione，GSH) 或者葡萄糖 (glucose) 结合，涉及的酶主要为谷胱甘肽S-转移酶 (glutathioneS-transferase，GSTs) 和尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶 (glucuronyl transferase，UGTs)；第3 阶段，第2 阶段中产生的结合物通过原生质膜和液泡膜上的三磷酸腺苷结合盒转运体 (ATP binding cassette transporter) 转运到液泡或者藏匿于细胞壁，并被进一步加工 (部分被进行次级结合反应或降解)。

图5 除草剂在作物体内的代谢过程[10]Fig.5 Metabolize of herbicides in crop plants[10]

3.1 诱导GSTs 活力提升

GSTs 能够催化除草剂与作物植株中的GSH结合，形成无毒的除草剂-GSH 轭合物，缓解除草剂对作物植株细胞造成的氧化损伤。商品化除草剂安全剂能够通过提高与GSTs 相关基因的表达量，从而提高GSTs 在除草剂与GSH 轭合过程中的催化能力[42]。已报道的天然产物安全剂的作用方式与之一致，例如：Z-LIG 可以通过诱导水稻幼苗根和茎叶中与GSTs 相关基因OsGSTU2 的表达，提高经精异丙甲草胺处理后水稻幼苗的GSTs 活力而增强对除草剂的解毒代谢能力，从而缓解精异丙甲草胺对水稻的药害，并且随着Z-LIG质量浓度的增大，根和茎叶中GSTs 活力随之提高，当质量浓度为4 mg/L 时，根和茎叶的GSTs活力分别约为空白对照的11 倍和5 倍；SAN 能够激活GSTs 的编码基因 (OsGSTF12、OsGSTU3、OsGSTU39及OsGSTU39)，进而诱导水稻体内解毒酶编码基因的表达，提高GSTs 活力，从而达到缓解除草剂药害的目的[23]。与空白对照组相比，除草剂与安全剂的组合处理组的OsGSTU3和OsGSTU39的表达量分别提高了5.3 倍和8.3 倍，GSTs 活力与仅用异丙甲草胺的阴性对照和仅用清水处理的空白对照相比，分别提高了2 倍和4 倍[23]，与SAN 结构相似的ECHAAs 也具有类似的提高空白处理组和除草剂处理组水稻GSTs 活力的功效[24]。羌活提取物 (2.5～25 mg/L) 与主要活性成分BP (1.25～5 mg/L) 可诱导水稻体内GSTs 活性显著增强，从而促进乙草胺在水稻体内的代谢进程，缓解乙草胺对水稻幼苗的药害[26]。BR 通过和提高GSTs 活力以促进除草剂复配配方苯唑 • 二甲钠与GSH 形成无毒性的轭合物来缓解其对糜子产生的药害，从而促进糜子正常生长发育，提高糜子产量[56]；GA3和精异丙甲草胺共同处理4 d 后，发现水稻幼苗GSTs 活力显著升高，促进了精异丙甲草胺与水稻GSH 的轭合作用，从而缓解了精异丙甲草胺对水稻幼苗产生的药害，保护了水稻幼苗的生长发育[35]。目前关于SA 及其类似物作为安全剂的作用机制尚未得知，但有报道证明，SA 能够诱导水稻体内GSTs 活性增强，这可能是其潜在的作用机制[57]。以上结果印证了天然产物安全剂通过诱导GSTs 相关基因表达以提高GSTs 活力是目前报道最为广泛的作用机制。

3.2 抗氧化损伤

作物在正常生长条件下植株体内活性氧 (reactive oxygen species，ROS) 的产生与消除处于一个动态平衡状态，而除草剂胁迫可导致作物体内产生大量ROS，导致平衡状态被打破，引起细胞膜质过氧化作用，最终影响作物的正常生长发育[48]。部分天然产物安全剂被报道能够恢复除草剂所造成的氧化损伤。例如，SAN 能够有效恢复经过异丙甲草胺处理的水稻的叶绿素含量以及水稻幼苗根系活力 (提高到空白组的87%以上)，即恢复根系中抗氧化酶过氧化物酶 (peroxidase，POD)、超氧化歧化酶 (superoxide dismutase，SOD) 及过氧化氢酶 (catalase，CAT) 活力[23]；ECHAAs 的作用机制与SAN 类似，同样可以通过恢复水稻幼苗叶片中的叶绿素含量 (与异丙甲草胺联用后，叶绿素a、叶绿素b 和总叶绿素含量分别是除草剂处理组的144.7%、132.8% 和141.0%)，诱导水稻体内SOD 酶活力的恢复，进而增强水稻对除草剂的氧化损伤抵抗能力以缓解除草剂对水稻的药害[24]；水稻幼苗在浸渍BR 后再使用西草净，幼苗吸收西草净的量明显降低，且水稻叶片中的叶绿素含量明显增加[46]；GA3能在一定程度上提高经过除草剂阔世玛处理后糜子叶片的SOD 活力和叶绿素含量，并显著降低了丙二醛含量，从而缓解除草剂对糜子产生的氧化损伤与药害[48]。富含褐色素的转基因水稻植株能够表现出对脲嘧啶类除草剂氟丙嘧草酯的抗性，相较于仅用除草剂处理的阴性对照，水稻植株体内的激抗氧化剂酶 (SOD、CAT 及POD) 活力保持在正常范围内，叶片的膜损伤和脂质氧化减少[30]。此外，施加外源褐色素还可以增加植物暴露于除草剂部位中的抗氧化剂代谢物如抗坏血酸酯、谷胱甘肽、脯氨酸的含量以减轻除草剂对作物的损伤[39]。上述结果证实，天然产物安全剂提升作物对除草剂的抗氧化损伤能力也是其主要作用机制之一。

3.3 其他作用机制

与商品化安全剂作用机制具有类似特征，天然产物安全剂的作用机制也涉及多种途径。例如，GA3除了能够诱导作物体内GSTs 催化活力以加快除草剂解毒进度进程以外，还能够减少除草剂对作物产生的氧化损伤。Zhang 等采用植物激素代谢组学的方法，进一步解析了GA3保护高粱免受精异丙甲草胺药害的作用机制，发现异丙甲草胺处理组的高粱内源GA3含量下降78.10%，S-诱抗素 (abscisic acid, ABA) 含量增加120.2%，导致ABA/GA3比值增加10.3 倍，其中异丙甲草胺和GA3处理使ABA 和GA3的含量分别增加11.9.9倍和21.1 倍，导致ABA/GA3比值恢复[54]。此外，异丙甲草胺抑制了编码与GA 合成相关的关键酶的基因表达，包括与ABA 代谢相关的CPS1、KO2、KAO、GA20ox1D和ABA8ox基因；异丙甲草胺和GA3联合处理后，GA 代谢相关基因CYP714D1和GA2ox的转录水平分别上调11.2 倍和7.2 倍，而ABA 合成相关基因NCED和ZEP的转录水平则分别上调8.0 倍和3.0 倍[54]。值得一提的是，这是唯一的关于天然产物安全剂诱导的作物解毒信号途径报道，且该例所研究的安全剂作用机制与商品化安全剂报道的实例[7]并不相同。除此之外，BR 还能够恢复经胺苯磺隆处理后玉米幼苗中乙酰乳酸合成酶 (acetolactate synthetase) 的活性，这可能是其保护玉米免受胺苯磺隆伤害的众多潜在机制之一[38]。根据已有研究结果，可以推测出单一天然产物安全剂的作用机制往往并非单一，需要开展针对同一化合物不同作用机制的研究。

4 总结与展望

除草剂安全剂是目前实际生产中解决除草剂药害问题不可或缺的农用化学品，但目前已有商品化安全剂在长期使用过程中暴露出存在环境风险。天然产物可以作为除草剂安全剂的发现为弥补商品化安全剂这一缺陷提供了一种极具潜力的解决途径。天然产物安全剂具有与已报道的商品化安全剂完全不同的化学结构，且大多为高等植物中存在的调节生长发育相关过程的激素或信号分子，施用这些与生长相关的激素带来的正面效应，可有效地恢复除草剂对作物发育所产生的负面效果，且大部分这类安全剂对除草剂活性无影响。同一种天然产物安全剂有可能有效缓解不同除草剂对同一作物以及同一除草剂对不同作物产生的药害。但目前发现的几类天然产物安全剂均存在用量大、活性低、难以合成、提取成本高等方面的问题，因而限制了其在田间的进一步推广应用以及商品化，需要对其进行结构改造。一些结构相对简单的天然产物安全剂，如水杨酸、山椒素、茉莉酸甲酯等均可以作为先导化合物或者活性片段，采用中间体衍生化方法或者活性亚结构拼接等设计方法，结合其他高活性安全剂片段进行结构修饰，以期发现结构全新、且对生态相对友好的新型除草剂安全剂候选化合物。

此外，目前对于天然产物安全剂作用机理的相关研究尚不深入，主要集中在加快作物体内除草剂代谢这方面。天然产物安全剂能够诱导植物体内整个解毒途径中一系列的关键酶，如GSTs和抗氧化剂酶 (SOD、CAT 和POD) 等酶活力提高，从而增强作物对除草剂的代谢降解。安全剂作用的分子机制涉及多个信号与解毒途径之间复杂的相互作用，其他一些潜在的天然产物安全剂作用机制途径，如对ABC 转运体的诱导、对靶标酶活性的影响、以及具体诱导的信号途径仍有待研究。

关于天然产物安全剂作用机理的研究对基于该类安全剂研发高效、安全、选择性强的新型安全剂意义深远。建议今后从以下几个方面着重开展研究：1) 利用转录组学、代谢组学、蛋白质组学等近年来新兴的先进技术手段，深入研究天然产物安全剂对参与除草剂代谢过程的各种关键性因子 (酶、激素等) 的影响；2) 对天然产物安全剂的信号途径进行深层次的研究，明确其是如何调节解毒基因表达的；3) 加强对其他潜在安全剂作用机制 (如细胞壁ABC 转运体的诱导、对除草剂靶标酶活性的影响等) 的研究。明确天然产物安全剂的作用机制对于培育抗除草剂作物品种具有重要意义。