HPPD抑制剂除草剂的前世今生及研究进展

 

HPPD广泛存在于各种有机体内，它在许多生理化合物的生物合成中起着非常重要的作用，并参与植物中质体醌和生育酚的生物合成，同时也参与了大多数生物体中和苯丙氨酸的分解代谢。在有氧条件下，HPPD催化对-羟苯基丙酮酸（HPPA）转化为尿黑酸（HGA），这个过程包括氧化脱羧芳环羟基化以及羧甲基的1,2位迁移。尿黑酸的生物合成过程被抑制，导致质体醌和生育酚的生物合成受阻。在高等植物中，生育酚可能是细胞膜的抗氧化剂，是细胞膜的结构组成成分之一；质体醌是光合作用中电子传递的载体，同时质体醌还是八氢番茄红素去饱和酶的关键辅助因子，质体醌的减少使八氢番茄红素去饱和酶的摧毁作用受阻，从而影响类胡萝卜素生物合成，使植物最终出现白化症状而逐渐死亡。

   

HPPD可将氨基酸酪氨酸转化为质体醌，当HPPD受到抑制时，会造成植物分生组织中酪氨酸积累和质体醌的衰竭，3~5天内植物分生组织会出现黄化症状，随之引起枯斑，1~2周后遍及整株，植物白化而逐渐死亡。

   

早在1970年初期，日本三共（Sankyo）公司首次开发防治稻田稗草及若干莎草科杂草的吡唑类化合物中第一个HPPD抑制剂除草剂吡唑特（Pyrazolate）。1983年三菱油化学公司开发出防除稻田一年生和多年生阔叶杂草的吡草酮（Benazofenap），1984年石原产业开发出吡草唑（Pyrazoxyfen），用于水田防除一年生与多年生杂草。这些吡唑类品种的开发成功及应用奠定了HPPD抑制剂除草剂的基础。

    

在对HPPD抑制剂除草剂靶标的系统研究后，最终导致了在欧洲玉米田苗后防除阔叶杂草磺草酮（sulcotrione）商品的出现和开发；同时在美国也开发出一种苗前、苗后防除玉米田阔叶杂草的除草剂（ZA1296）商品，并进行销售。随后不断就有新品种问世，但当时这些新品种的用药量极高，使用的有效成分在1kg/hm2以上，而且对它们的作用机制也不十分清楚。

    

直到20世纪90年代初，捷利康（现先正达）公司开发出三酮类除草剂以后，才对这类抑制剂的除草剂结构和作用机制进行了深入研究。尤其是后来硝磺草酮的问世，它的用量较以前的此类抑制剂的除草剂降低了1个数量级，并在玉米田应用中发挥了巨大作用，才引起大家的重视。

    

1980年罗纳•普朗克（现拜耳作物科学）公司通过研究发现了异噁唑类中的HPPD抑制剂除草剂——异噁唑草酮（isoxaflutole），商品名百思农R，这是一种防治玉米和甘蔗田阔叶杂草以及禾本科杂草的高活性除草剂，使用量可低至100g/hm2以下，同时它具有毒性低、杀草谱广、使用期灵活、不依赖天气条件、无抗性和符合环境要求等特点。

    

2007年开发的Pyrasulfotole则是HPPD抑制剂除草剂的新发展，这是此类除草剂首次用于麦类作物的品种，其用量更低至45~50g/hm2。

    

随着这类抑制剂的除草剂品种不断开发和上市，目前上市的有10多个品种，主要包括三酮类（磺草酮、硝磺草酮、双环磺草酮、环磺酮、苯嗪草酮、tefuryltrione），吡唑类（吡唑特、吡草酮、苄草唑、pyrasulfotole、苯唑草酮）和异噁咪唑类（异噁唑草酮）除草剂。这类HPPD抑制剂除草剂全球销售额自2005年后急剧增加，2010年达到8.64亿美元，比2009年的7.37亿美元增长了17.2%，而2005~2010年的平均增长率达10.1%。2011年HPPD除草剂的全球销售额升至10.20亿美元，占全球除草剂销售额的4.7%，表1列出了此类除草剂主要品种的销售额。

HPPD抑制剂除草剂2013年、2014年的全球销售额分别为13.42亿美元、13.92亿美元。在2014年世界农药排名前20强产品类型的销售额中位列13。2014年HPPD抑制剂除草剂中的硝磺草酮仍占居首位，全球销售额达到6.70亿美元，2009~2014年复合增长率为8.5%；异噁唑草酮居次位，全球销售额达到2.40亿美元，2009年~2014年复合增长率为18.0%，表现出很好的成长性。2015年除草剂全球销售额受到恶劣天气、外币兑换等影响，所有作物的除草剂销售情况均下滑，尤其是水稻、玉米、大豆和甘蔗，致使HPPD抑制剂除草剂2015年全球销售额下降为12.87亿美元，在2015年世界农药排名前20强产品类型的销售额中位列14。