王淑楠，任浦慧，解靜芳

（山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，山西太原030006）

除草劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程和其他領(lǐng)域使用廣泛，且種類繁多。目前常見的種類有化學(xué)、生物和轉(zhuǎn)基因除草劑。其中，化學(xué)除草劑的歷史可追溯到20世紀(jì)40年代初，2，4-D是其中最早使用的，此后其他除草劑的使用也逐漸增多，施用面積遠(yuǎn)超其他類型農(nóng)藥（如殺蟲劑和殺菌劑），截至2000年，化學(xué)除草劑在我國的施用面積已達(dá)到種植面積的40%[1]?；瘜W(xué)除草劑的種類繁多，主要類型有：苯氧羧酸類、芳氧苯氧丙酸酯類、二硝基苯胺類、環(huán)己烯酮類、三氮苯類、酰胺類、取代脲類、二苯醚類、磺酰脲類、氨基甲酸酯類以及有機(jī)磷類等。

草甘膦是一種高效、廣譜、殘留低、非選擇性的芽后除草劑。自20世紀(jì)70年代美國孟山都公司開發(fā)以來，現(xiàn)已成為全世界使用量最大的除草劑之一；氯磺隆是一種內(nèi)吸、超高效、用量少的磺酰脲類除草劑。它是在20世紀(jì)80年代初由美國杜邦公司開發(fā)的，因其高生物活性對(duì)后茬作物藥害嚴(yán)重。

除草劑的施用對(duì)于農(nóng)作物有沒有危害，對(duì)植物的光合作用、抗氧化系統(tǒng)和代謝過程等有哪些具體影響，對(duì)人體健康是否有不良影響，已成為公眾關(guān)注的熱點(diǎn)。本文在概述2種除草劑的性質(zhì)、作用機(jī)制以及使用現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，就其對(duì)植物尤其是農(nóng)作物的生態(tài)毒性效應(yīng)的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，以期為除草劑的安全管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 草甘膦、氯磺隆的除草作用機(jī)制

草甘膦（Glyphosate，PMG）用于農(nóng)田除草，其每公頃施用量為6.7～13.4 g。主要除草機(jī)制是通過抑制植物葉綠體中的5-烯醇丙酮莽草酸-3-膦酸合成酶（EPSP）的活性從而誘導(dǎo)莽草酸的合成。同時(shí)EPSP的抑制使得參與植物細(xì)胞合成的芳香族氨基酸（色氨酸、酪氨酸和丙氨酸）和次生代謝物（類黃酮、木質(zhì)素、泛醌、植物保護(hù)素等）減少，并且能夠引起植物機(jī)體內(nèi)代謝紊亂以及蛋白質(zhì)合成受阻，最終導(dǎo)致綠色植物的生長受到抑制。但EPSP只存在于綠色植物中，因此草甘膦只對(duì)綠色植物有作用，對(duì)其他生物基本不會(huì)造成影響[2-4]。草甘膦還能夠快速進(jìn)入植物根部并對(duì)其造成損傷，通過降低根部蛋白質(zhì)和核酸的合成，導(dǎo)致ATP水平增高從而抑制生物合成過程[5]。除此之外，草甘膦還會(huì)影響植物葉肉細(xì)胞葉綠體的亞顯微結(jié)構(gòu)，造成葉綠體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生腫脹，最終加速植物的老化[6]。

氯磺隆（Chlorsulfuron，CSF）作為一類超高效的除草劑，每公頃施用量為0.268～4.690 g[7]，僅是草甘膦用量的4%～35%。氯磺隆的除草機(jī)制是通過抑制植物體內(nèi)的乙酰乳酸合成酶（ALS），使支鏈氨基酸BCAAs（纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸）的合成受到抑制，從而導(dǎo)致細(xì)胞分裂期間DNA的合成受到破壞，干擾植物細(xì)胞的有絲分裂過程，使分裂細(xì)胞數(shù)量下降，最終導(dǎo)致植物枯萎死亡[8]。草甘膦和氯磺隆2種除草劑的基本性質(zhì)如表1所示。

表1 草甘膦和氯磺隆的基本性質(zhì)

本研究將從草甘膦和氯磺隆2種除草劑的使用現(xiàn)狀、土壤殘留現(xiàn)狀及對(duì)植物的毒性影響等方面展開綜述，并分析二者作用于植物的毒性效應(yīng)、特別是導(dǎo)致植物代謝物變化及代謝途徑失衡的異同。

2 草甘膦和氯磺隆的使用現(xiàn)狀

2.1 草甘膦

草甘膦屬于有機(jī)磷除草劑，是美國最常用的除草劑之一[9]。據(jù)美國農(nóng)業(yè)部門統(tǒng)計(jì)，1974—2014年美國共使用了137萬t草甘膦，其農(nóng)田單位面積平均施用量約為全球的2倍[10]。草甘膦使用范圍廣，不僅適用于玉米、油菜和棉花等農(nóng)作物，還可用于果園、工業(yè)園區(qū)、公路及鐵路旁等。我國1995年在非農(nóng)田地區(qū)草甘膦使用量超過16 000 t，而農(nóng)田用量是非農(nóng)田的3倍多，高達(dá)51 000 t[11]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年國內(nèi)草甘膦生產(chǎn)量約占全球總量的70%，2012—2014年產(chǎn)能由65萬t躍升為85萬t，且每年以8%～10%速度增加[12]。

2.2 氯磺隆

磺酰脲類除草劑因其活性高、用量低、殺草譜廣和選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在大麥和小麥等農(nóng)作物生產(chǎn)地區(qū)被廣泛應(yīng)用[13]?；酋ｋ孱惓輨┢贩N繁多，包括甲磺隆、煙嘧磺隆、氟嘧磺隆和氯磺隆等。其中，氯磺隆是磺酰脲類除草劑中首先被開發(fā)利用的除草劑。氯磺隆所屬的磺酰脲類除草劑在美國使用最廣泛，其次是中國、歐洲和日本。在美國，每年約有30 t磺酰脲類除草劑用于小麥田除草[14]，2003年歐洲共使用了221 t磺酰脲類除草劑[15]。2007年我國有10 t的氯磺隆用于小麥田除草[16]，2009年國內(nèi)磺酰脲類除草劑銷售量占所有除草劑的12%，僅次于草甘膦[16]?？紤]到氯磺隆對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)安全以及生態(tài)環(huán)境安全的影響，我國農(nóng)業(yè)部規(guī)定自2015年12月31日起禁止銷售和使用氯磺隆[17]。

3 草甘膦和氯磺隆在土壤中的殘留現(xiàn)狀

3.1 草甘膦

草甘膦屬于一種有機(jī)酸，長期殘留會(huì)造成土壤酸化等一系列問題[18]。草甘膦在土地中的利用率只有30%，其殘留給土壤造成了許多潛在的風(fēng)險(xiǎn)[19]。研究表明，草甘膦施用后的林場土壤pH值下降，容重降低，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，有機(jī)質(zhì)、含氮量和自然含水率等增加[20]。并且低劑量的草甘膦還會(huì)造成土壤各項(xiàng)鹽化和堿化指標(biāo)的上升[21-22]。施用過草甘膦的西班牙森林，在其20～35 cm深的土壤中均檢測出草甘膦殘留，并發(fā)現(xiàn)草甘膦在30 cm深處的土壤降解速率顯著低于表層土壤降解速率[23]。在1999—2002年，丹麥研究人員發(fā)現(xiàn)草甘膦在土壤中有吸附能力，在深層土壤中依然會(huì)發(fā)生移動(dòng)和淋溶的現(xiàn)象[24]。在北京昌平區(qū)某蘋果園測得土壤中草甘膦施用后第28 d殘留量為0.073 mg/kg，低于我國規(guī)定的草甘膦最大殘留限量標(biāo)準(zhǔn)值（MRL）0.1 mg/kg[25]。

3.2 氯磺隆

氯磺隆因其較強(qiáng)的水溶性，進(jìn)入土壤后會(huì)造成地下水污染。氯磺隆雖然在田間使用量不高，土壤中殘留微量，但因其殘留期和半衰期較長，尤其在堿性土壤中降解十分緩慢[26]，容易對(duì)一些敏感的當(dāng)茬和后茬作物造成危害，影響糧食安全和產(chǎn)量。研究表明，一般農(nóng)藥僅有10%～30%被作物所利用，其余將進(jìn)入土壤環(huán)境中，繼而改變土壤微生物群落數(shù)量和組成[27-28]，但氯磺隆主要存在于表層土壤[29]。國外許多地區(qū)要求在施用氯磺隆1 a后才可種植作物[30]。美國規(guī)定磺酰脲類除草劑在水稻中的MRL為0.05 mg/kg，日本規(guī)定磺酰脲類除草劑的MRL為0.02mg/kg[31]，我國制訂的食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中該農(nóng)藥在農(nóng)作物中的MRL為0.1 mg/kg[32]。

4 草甘膦和氯磺隆對(duì)植物的毒性效應(yīng)

4.1 草甘膦和氯磺隆對(duì)植物生長的影響

國內(nèi)外研究顯示[33-38]，草甘膦和氯磺隆對(duì)一些農(nóng)作物生長的影響，經(jīng)常用萌發(fā)率、根長、芽長及生物量等來指示，在一定濃度下對(duì)植物的生長多呈抑制作用。

4.1.1 草甘膦 草甘膦在除草的同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致作物的生長受抑。國內(nèi)外諸多研究顯示，植株的總高度、總生物量、幼苗的根長和萌發(fā)率均隨草甘膦劑量的增加而逐步降低，植株死亡率上升。例如，經(jīng)草甘膦處理后的品種為GR的大豆，其總高度和總生物量降低[33]；洋蔥（Amaryllidaceae）在 500 mg/L草甘膦的脅迫下，毒性最強(qiáng)，其發(fā)芽率、根長和總生物量均有不同程度的下降[34]。

4.1.2 氯磺隆 土壤中的氯磺隆對(duì)植物根部起顯著抑制作用，通過抑制作物的根長、芽長和根質(zhì)量等，影響作物的生產(chǎn)安全。經(jīng)408 g/kg氯磺隆處理后的品種為ARLE3的春小麥，其根長和芽長下降[35]。研究表明，施用35 mmol/L氯磺隆后的大麥幼苗（Hordeum vulgareL.），其根部干質(zhì)量顯著降低[36]。氯磺隆對(duì)豌豆（Pisum sativum）、菜豆（Phaseolus vulgaris）和蠶豆（Vicia faba）幼苗根部生長均起抑制作用，主要表現(xiàn)在根尖細(xì)胞膜損傷和根冠脫落[37]。研究表明，我國江蘇省農(nóng)田施用劑量為2 g/hm2的氯磺隆后，小麥幼苗生長受到抑制，鮮質(zhì)量水平降低，最終導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降[38]。

4.2 草甘膦和氯磺隆對(duì)植物光合作用系統(tǒng)的影響

光合作用是植物的基本生理代謝過程，光合作用的增加有利于農(nóng)作物質(zhì)量和產(chǎn)量的提升。經(jīng)草甘膦和氯磺隆處理后的植物光合速率下降，對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)有顯著影響，且會(huì)通過多種途徑影響植物的光合作用。研究表明[39-44]，2種除草劑超過一定濃度范圍后會(huì)破壞植物的光合組織，減少光合色素含量。且草甘膦和氯磺隆均會(huì)抑制對(duì)光合作用有重要影響的氣孔反應(yīng)，導(dǎo)致光合速率下降和氣孔導(dǎo)度下降（氣孔阻力上升）相伴發(fā)生。

4.2.1 草甘膦 草甘膦及其代謝產(chǎn)物氨甲基磷酸（AMPA）均會(huì)抑制植物的光合作用，主要表現(xiàn)在影響葉綠素的合成、葉綠素?zé)晒鈪?shù)異常和破壞C3循環(huán)等。有研究表明，草甘膦和AMPA會(huì)導(dǎo)致柳樹（Salix miyabeana）品種SX64的凈光合速率下降、葉綠素?zé)晒鈪?shù)（如PSⅡ最大光量子效率（Fv/Fm）和光合電子傳遞速率（ETR））不同程度地下降，葉綠素含量也呈下降趨勢[39]。CO2同化是光合作用的一個(gè)重要過程，C3是其中最基本的一個(gè)循環(huán)途徑。草甘膦通過破壞甜菜的C3循環(huán)從而幾乎完全抑制了甜菜的光合作用[40]?？共莞熟R2大豆幼苗施用10%水劑的10 800 g/hm2草甘膦后，其蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度明顯下降[41]。

4.2.2 氯磺隆 0.001 mg/kg的氯磺隆土壤殘留對(duì)玉米（Zea maysL.）幼苗的葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)均產(chǎn)生負(fù)面影響[42]。葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)的結(jié)果顯示，葉綠素?zé)晒鈪?shù)（如PSⅡ最大光量子效率（Fv/Fm）和光化學(xué)淬滅（qP）等）呈下降趨勢，非光化學(xué)淬滅（NPQ）呈上升趨勢，這些參數(shù)的變化均表明玉米幼苗的光合作用受到抑制且激發(fā)了自身的保護(hù)機(jī)制[42]。葡萄（Vitis viniferaL.）每周連續(xù)3次施用田間劑量1%的氯磺隆后，葉片嚴(yán)重?fù)p傷：葉片面積50%褪綠，葉片凈光合速率下降25%，氣孔阻力增加59%[43]。但也有研究表明，氯磺隆處理時(shí)間較短（1～6 h）時(shí)，植物的光合作用和呼吸作用不會(huì)出現(xiàn)抑制作用[44]。

4.3 草甘膦和氯磺隆對(duì)植物抗氧化系統(tǒng)的影響

植物（主要是農(nóng)作物）對(duì)草甘膦和氯磺隆的脅迫均出現(xiàn)不同程度的氧化損傷，并通過自身活性氧（ROS）清除機(jī)制，清除自身ROS，以提高自身的耐受性[45]。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）是植物體ROS系統(tǒng)中的重要保護(hù)酶。草甘膦和氯磺隆的脅迫均造成農(nóng)作物中的CAT活性先升后降或短暫維持，不同的是，草甘膦會(huì)導(dǎo)致SOD和POD活性先升后降，而氯磺隆則會(huì)導(dǎo)致這2種酶活性逐漸下降。草甘膦和氯磺隆在植物體內(nèi)均會(huì)引起丙二醛（MDA）的含量逐漸增加或維持一段時(shí)間后下降。除此之外，還會(huì)引起植物的其他氧化應(yīng)激反應(yīng)和脂質(zhì)過氧化損傷。

4.3.1 草甘膦 草甘膦脅迫會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)ROS的積累，進(jìn)而產(chǎn)生氧化損傷。膜脂過氧化致膜通透性增加、膜結(jié)構(gòu)和功能受損，是造成植物氧化損傷的主要原因之一[46]。用草甘膦對(duì)玉米幼苗進(jìn)行處理，隨著草甘膦劑量（1.25～20.00 mg/kg）的增加，其體內(nèi)抗氧化酶（SOD、CAT和POD）活性先上升后下降，但是MDA含量逐漸上升；低劑量的草甘膦（1.25～5.00 mg/kg）誘導(dǎo)植物自身的防御機(jī)制發(fā)揮作用，但高劑量的草甘膦（5～20 mg/kg）會(huì)減弱植物自身保護(hù)系統(tǒng)，使體內(nèi)活性氧增加，從而增加質(zhì)膜通透性，使酶的活性下降[47]。有研究表明，水培處理時(shí)使用不同濃度（0.1、0.3、1.0 mol/L）的草甘膦處理苦蕎（Fagophyrum tataricum）幼苗后，其MDA含量增加，膜脂過氧化水平上升及超氧自由基O2-·產(chǎn)生速率增加[48]。經(jīng)草甘膦處理后的水稻（Oryza sativaL.cv.Dongjin）幼苗葉片中，檢測到大量H2O2的積累和硫代巴比妥酸反應(yīng)產(chǎn)物（TBARS），表明植物體內(nèi)進(jìn)行了氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化反應(yīng)[49]。

4.3.2 氯磺隆 氯磺隆同樣會(huì)導(dǎo)致植物的氧化損傷。菠菜（Spinacia oleraceaL.）幼苗在氯磺隆劑量分別為 0.1、0.3、1.0、3.0、5.0 μg/kg脅迫下，其 SOD 和POD活性均顯著增高，且隨著濃度的增加SOD和POD活性的增速下降，CAT活性表現(xiàn)為先升后降趨勢，當(dāng)氯磺隆劑量達(dá)到3.0 μg/kg時(shí)活性下降；與對(duì)照相比，MDA含量在0.1 μg/kg脅迫下沒有變化，0.3、1.0 μg/kg處理下逐漸上升，當(dāng)氯磺隆劑量逐漸增大到5.0 μg/kg時(shí)，其含量明顯下降，表明在此濃度下菠菜幼苗受到了氧化損傷及細(xì)胞膜受損[50]。在氯磺隆劑量為0.1 μg/kg時(shí)，水稻（揚(yáng)稻7號(hào)）和大豆（中黃13號(hào)）幼苗的谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GST）活性均明顯高于對(duì)照，而GST的活性增加是由于植物細(xì)胞清除體內(nèi)的活性氧所致[51]。扁豆（Lens culinarisMedik）和小麥（Triticum aestivumL.）施用氯磺隆后，檢測出γ-氨基丁酸（GABA）和MDA積累，GABA是一種調(diào)節(jié)植物內(nèi)部碳氮平衡和防止氧化脅迫的物質(zhì)[52]。綜上所述，氯磺隆對(duì)作物抗氧化系統(tǒng)的影響要比對(duì)蔬菜敏感。面對(duì)不同種類和品種的植物，2種除草劑毒性效應(yīng)的強(qiáng)度不同，或者可以說，不同植物對(duì)草甘膦和氯磺隆的敏感性各異。

4.4 草甘膦和氯磺隆對(duì)植物礦物質(zhì)元素的影響

礦物質(zhì)元素作為植物體的重要組成成分，用以維持其正常的生理和生命活動(dòng)。植物一般通過根部從土壤中吸收礦物質(zhì)元素。草甘膦和氯磺隆對(duì)不同植物的礦物質(zhì)吸收影響各異，有些起促進(jìn)作用，但大多數(shù)呈抑制作用。

4.4.1 草甘膦 草甘膦分別作用于作物和果樹上，二者對(duì)其營養(yǎng)元素的吸收影響各異。如草甘膦作用于大豆后，其葉片含氮量下降，產(chǎn)量降低[53-54]。而連續(xù)3 d施用4.97 g/L草甘膦后的桃樹（品種為霞暉8號(hào)），其葉片中礦物質(zhì)元素N、P、K和Fe元素含量顯著升高（分別增加10.42%、11.92%、21%和27.26%）。這可能是由于草甘膦將果園的大多數(shù)雜草滅掉后避免了雜草與桃樹競爭肥力所致[55]。

4.4.2 氯磺隆 有關(guān)氯磺隆影響植物對(duì)礦物質(zhì)吸收的研究較少，但有研究表明，氯磺隆同樣能阻礙植物對(duì)一些微量元素的吸收。如氯磺隆會(huì)干擾小麥根部生長從而對(duì)微量營養(yǎng)素運(yùn)輸系統(tǒng)產(chǎn)生影響并進(jìn)一步抑制對(duì)微量元素（Zn、Cu和Mn）的吸收[56]。

4.5 草甘膦和氯磺隆對(duì)植物激素分泌的影響

植物激素是調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的有機(jī)物質(zhì)。植物激素作為一類植物體內(nèi)的微量信號(hào)分子，可調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育過程且對(duì)環(huán)境應(yīng)答有重要意義[57]。赤霉素可刺激植物葉和芽的生長，草甘膦和氯磺隆均會(huì)對(duì)植物體內(nèi)用于調(diào)節(jié)植物高度的赤霉素的合成有抑制作用。

4.5.1 草甘膦 植物激素分泌會(huì)受到除草劑草甘膦的干擾。研究結(jié)果顯示，草甘膦是細(xì)胞色素氧化酶P450的一種抑制劑，而P450參與植物激素赤霉素的合成，所以草甘膦是通過抑制P450最終影響植物激素赤霉素的合成，從而抑制植物生長[58-59]。也有研究表明，噴施188 g/hm2的草甘膦能夠誘導(dǎo)橡樹芽（品種為熱研7-33-7）中的脫落酸和玉米素含量增加[60]，而大量脫落酸和玉米素會(huì)導(dǎo)致植物生長緩慢，最終引發(fā)植物體內(nèi)細(xì)胞的死亡。

4.5.2 氯磺隆 氯磺隆可導(dǎo)致植物內(nèi)部激素的變化，從而使植物生長受到抑制。使用0.1μg/kg的氯磺隆處理水稻（揚(yáng)稻7號(hào)）和大豆（中黃13號(hào)）后，2種植物均出現(xiàn)脫落酸含量升高、赤霉素含量下降；脫落酸在抗逆條件下迅速增加，加快植物器官脫落，促進(jìn)休眠；赤霉素的減少則抑制植物生長[51]。

4.6 草甘膦和氯磺隆對(duì)植物代謝物變化和代謝途徑的影響

從代謝組學(xué)的角度來看，代謝物處于植物系統(tǒng)末端，反映的是已經(jīng)發(fā)生的生物學(xué)事件。通過觀察植物受到脅迫后代謝物的變化、植物體內(nèi)代謝途徑的異常，可以更加深入了解植物體內(nèi)生理病理的狀況。利用代謝組學(xué)分析更能反映出植物體受到環(huán)境脅迫后最終的整體生理狀態(tài)。

4.6.1 草甘膦 草甘膦作用于不同植物或作物，劑量不同，產(chǎn)生的效應(yīng)各異。較低劑量的草甘膦會(huì)促進(jìn)一些植物（如巨桉和加勒比松等）生長，并減少植物體內(nèi)莽草酸的積累[60]。低劑量的草甘膦也可增強(qiáng)甘蔗的蔗糖積累[61-62]。但多數(shù)情況下隨草甘膦脅迫劑量的增大，導(dǎo)致植物或作物的代謝物變化和代謝途徑失調(diào)。如經(jīng)草甘膦處理后的擬南芥（Arabidopsis thaliana），利用GC-MS對(duì)其初級(jí)代謝物進(jìn)行分析，結(jié)果表明，其體內(nèi)精氨酸、谷氨酰胺、莽草酸和β-丙氨酸等水平顯著增高[63]。國外研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)富含類黃酮的苦蕎，施用不同濃度（0.1、0.3、1.0 mol/L）的草甘膦連續(xù)處理3 d后，其類黃酮含量分別下降了58.1%、65.8%和75.6%[48]，表明次生代謝產(chǎn)物類黃酮代謝途徑受抑。草甘膦作用于玉米幼苗，隨草甘膦濃度不斷升高，玉米幼苗體內(nèi)的莽草酸含量增加，細(xì)胞內(nèi)EPSP合成受到抑制，從而導(dǎo)致莽草酸代謝途徑紊亂；部分有機(jī)酸（如檸檬酸和蘋果酸）含量增加，抑制三羧酸途徑（TCA循環(huán)）從而影響細(xì)胞的呼吸作用；抗逆物質(zhì)（如腐胺、酪胺和天冬酰胺等）含量增加，表明草甘膦濃度較大時(shí)會(huì)對(duì)作物造成毒性作用[64]。

4.6.2 氯磺隆 氯磺隆可致蔬菜和作物幼苗代謝物發(fā)生變化、多條代謝途徑異常。例如，氯磺隆處理后的菠菜和玉米幼苗，其腐胺、肌醇均積累[65-66]。腐胺能調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育，提高植物的抗逆能力。肌醇是促進(jìn)植物細(xì)胞壁合成的重要物質(zhì)，也用于提高植物的抗逆能力。施用氯磺隆后的玉米幼苗，其葉片中游離氨基酸含量增加63%，激活蛋白質(zhì)分解代謝[67]；在逆境情況下，植物體內(nèi)游離氨基酸的積累是用于抵抗外界環(huán)境的脅迫。玉米幼苗的多種糖類代謝物質(zhì)積累（如蔗糖和鼠李糖），導(dǎo)致作物能量代謝異常及細(xì)胞壁合成受阻[68]。研究表明，使用氯磺隆處理向日葵（Helianthus annuusL.）和豌豆幼苗后，阿魏酸和肉桂酸含量增加[69-70]。土壤中殘留的氯磺隆影響向日葵中支鏈氨基酸（纈氨酸和異亮氨酸）的合成，且蘋果酸和檸檬酸水平發(fā)生變化，從而抑制TCA途徑達(dá)到抑制植物的呼吸作用[69]。有研究表明，氯磺隆通過抑制BCAAs合成的除草機(jī)制，會(huì)增加莽草酸代謝途徑中次級(jí)代謝物奎寧酸鹽的合成，因奎寧酸鹽既可以參與植物的生長發(fā)育和抗逆性，也在植物體內(nèi)有抗氧化作用[70-71]，所以氯磺隆會(huì)導(dǎo)致莽草酸代謝途徑紊亂。

綜上所述，2種除草劑均可導(dǎo)致植物或作物體內(nèi)代謝物種類變化、多條代謝途徑紊亂。草甘膦主要導(dǎo)致莽草酸代謝途徑發(fā)生紊亂，而氯磺隆主要抑制支鏈氨基酸的合成。但2種除草劑對(duì)代謝途徑的影響也存在一些相似之處：如均能抑制與植物呼吸作用有關(guān)的TCA循環(huán)[72-74]；均可導(dǎo)致莽草酸代謝途徑關(guān)鍵酶（DAHPS）的活性增加[70-75]，次級(jí)代謝物奎寧酸鹽含量升高，導(dǎo)致該代謝途徑發(fā)生紊亂；用草甘膦和氯磺隆分別處理曼陀羅后，其PMT的mRNA轉(zhuǎn)錄降低，植物體內(nèi)托烷生物堿（托品酮、φ-托品堿和托品堿）、苯丙氨酸含量均降低，而精氨酸和鳥氨酸的水平增加[76]。

5 小結(jié)

除草劑的生態(tài)毒性效應(yīng)，是諸多研究者經(jīng)常關(guān)注的熱點(diǎn)問題。本文在對(duì)草甘膦和氯磺隆2種除草劑的除草作用機(jī)制、結(jié)構(gòu)性質(zhì)、使用現(xiàn)狀、土壤殘留現(xiàn)狀進(jìn)行概括的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)其毒性效應(yīng)進(jìn)行了綜述。

草甘膦和氯磺隆的結(jié)構(gòu)性質(zhì)不同，除草機(jī)制各異。草甘膦的除草機(jī)制主要通過抑制植物體內(nèi)EPSP活性導(dǎo)致莽草酸和芳香氨基酸積累；氯磺隆則通過抑制ALS使BCAAs合成下降。

草甘膦和氯磺隆使用范圍廣、使用量大；氯磺隆在我國已被禁用。曾經(jīng)大量使用過草甘膦和氯磺隆的土壤，會(huì)形成不同程度的殘留量，這些土壤殘留會(huì)對(duì)植物（尤其是農(nóng)作物）造成各方面的毒性效應(yīng)。

草甘膦和氯磺隆脅迫可導(dǎo)致植物各生長指標(biāo)下降，如萌發(fā)率、根長、芽長和生物量等。2種除草劑均會(huì)抑制植物的光合作用，超過一定濃度范圍后可導(dǎo)致光合色素含量、凈光合速率和氣孔導(dǎo)度下降以及葉綠素?zé)晒鈪?shù)發(fā)生變化。

草甘膦和氯磺隆脅迫可造成植物體內(nèi)ROS損傷，均可引起SOD、POD、CAT和MDA發(fā)生不同程度的變化。此外，還會(huì)造成植物對(duì)礦物質(zhì)元素的非正常吸收，影響植物激素的合成。

2種除草劑均可致植物或作物體內(nèi)多種代謝物種類變化、多條代謝途徑紊亂。但二者既有差異，也有相似之處。草甘膦主要導(dǎo)致莽草酸代謝途徑紊亂，氯磺隆主要抑制支鏈氨基酸的合成。相似之處是均可抑制TCA循環(huán)受阻和莽草酸代謝途徑紊亂。

6 展望

綜上所述，草甘膦和氯磺隆對(duì)植物的毒性效應(yīng)十分復(fù)雜，明晰其對(duì)植物尤其是農(nóng)作物生長階段的致毒機(jī)制十分重要。本綜述對(duì)國內(nèi)外目前的研究結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)，在以下幾個(gè)方面需開展更深入的研究：一是許多研究主要以水培種植在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，其研究條件可能與實(shí)際污染情況相差較大，研究結(jié)果可能有一定的差異性，因此，應(yīng)更加注重研究條件和環(huán)境的選擇；二是研究所選擇的毒性指示應(yīng)不僅包括植物簡單的生長生理指標(biāo)，還應(yīng)利用基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)等方法的結(jié)合使用，研究農(nóng)作物受到除草劑脅迫時(shí)的靈敏反應(yīng)，增加在分子水平上的證據(jù)，并從這些毒理學(xué)指標(biāo)中尋找出污染土壤毒性的敏感生物標(biāo)記物；三是許多研究只針對(duì)植物的幼苗階段，應(yīng)加強(qiáng)研究2種除草劑對(duì)農(nóng)作物整個(gè)生命周期的影響，有利于全面評(píng)價(jià)農(nóng)作物的安全風(fēng)險(xiǎn)以及為人體的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)理論依據(jù)；四是應(yīng)加強(qiáng)植物對(duì)草甘膦和氯磺隆耐性和解毒方面的研究，以培育出含草甘膦和氯磺隆耐性基因的植物，從而提高植物的耐受力，為土壤有機(jī)污染的生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)；五是對(duì)于草甘膦和氯磺隆對(duì)植物的毒性效應(yīng)，在各種生理生化反應(yīng)方面已經(jīng)做了大量工作，但現(xiàn)階段土壤污染物存在多樣性，土壤污染類型復(fù)雜，僅僅關(guān)注單一有機(jī)物的污染是不夠的，應(yīng)更加關(guān)注污染物的復(fù)合作用對(duì)生物的毒性效應(yīng)研究。