（环境工程专业论文）三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究.pdf

浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包 含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大 学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名：稚嘭毋易 日期：砷f 口年，月诊日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囱。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 日期：m o 年歹月谚日 日期：2 。，o 年，月一日 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 摘要 三唑类植物生长调节剂因其广谱、高效、低毒的特点在农作物、 园艺、林木等方面得到了广泛使用。目前三唑类植物生长调节剂在毒 性、作用机理和土壤残留等方面的报道相对较多，但对于该类农药在 对映体选择性差异方面的研究还鲜有报道。另外，农药大量应用排入 水体对淡水系统蓝藻爆发存在着潜在的影响，但对于三唑类植物生长 调节剂对蓝藻类非靶标水生生物的研究目前却基本上处于空白状态。 本文利用c h i r a l p a ka d h 手性液相色谱柱，分别实现了 p a c l o b u t r a z o l 和u n i c o n a z o l e 对映异构体的正相高效液相色谱拆分，用 u v 、c d 和o r d 联用技术对它们进行了圆二色特性和旋光性确认，并 通过6 8 9 0 n 气相色谱仪对它们的对映异构体进行了定量分析。在建立 手性气相色谱法检测三唑类植物生长调节剂在土壤和自然水体中残留 状况及对映体分数分析检测方法的基础上，分析了浙江富阳市两块农 田土壤和水体中多效唑的残留及其对映体分数。 论文主要从对映体水平上研究了三唑类植物生长调节剂对靶标植 物水稻幼苗和常见水生生物蓝藻生长状况的影响。通过7 d 的植物生长 抑制实验和9 6h 的藻类生长影响实验，结果显示：在以水稻幼苗为受 试生物的实验中，多效唑和烯效唑对水稻幼苗的生长具有抑制作用， 且对它们生长的影响有显著的对映体选择性差异，2 s ，3 s ( ) p b z 抑制 浙江工业大学硕士学位论文 i 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 水稻幼苗茎生长的能力是2 r , 3 r ( + ) p b z 抑制能力的3 0 9 倍， s ( + ) u n i c o n a z o l e 异构体对水稻幼苗茎生长的抑制作用是 r ( ) u n i c o n a z o l 异构体的2 6 3 倍，通过对多效唑和烯效唑的比较分析， 发现烯效唑对水稻幼苗茎的抑制活性比多效唑高3 2 6 倍；以蓝藻为实 验模型，得出低浓度下的三唑类植物生长调节剂促进了蓝藻的生长， 而在对映体选择性差异方面，s 型异构体促进铜绿微囊藻生长的能力比 r 型异构体强，而对于鱼腥藻r 型异构体促进鱼腥藻生长的能力却大 于s 型异构体。 本研究提出三唑类植物生长调节剂的应用对水生环境存在潜在风 险，对其在农业生产生活中的合理使用和对生态系统安全性评价中都 应当充分考虑其对映体选择性。 关键词：植物生长调节剂，手性，水稻，残留，蓝藻 浙江工业大学硕士学位论文 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 s t u d y0 ne n a n t i o s e l e c t i v ee n v i r o n m e n t a 山 b e 丑蝴o u r so ft r iaz o l ep l a n tg r o m h r e g u l a t o r s a bs t r a c t t r i a z o l ep l a n tg r o w t hr e g u l a t o r sa r eu s e d w i d e l yi nc r o p s ，h o r t i c u l t u r e a n df o r e s t r yd u et ot h e i rb r o a ds p e c t r u m ，h i g he f f e c t i v e n e s sa n dl o w t o x i c i t yt ot a r g e tp l a n t s r e c e n t l y ，m a n yr e p o r t sh a v eb e e nf o r c u s i n go n t o x i c i t y ，m e c h a n i s ma n dr e s i d u ei ns o i l s u n t i ln o w ，l i t t l ei sk n o w no nt h e d i f f e r e n c e si nt h ei n h i b i t i o ne f f e c t so ft a r g e tp l a n t si n d u c e db yi n d i v i d u a l s t e r e o i s o m e r so ft r i a z o l ep l a n tg r o w t hr e g u l a t o r s i na d d i t i o n ，t h e r ei sa p o t e n t i a li m p a c to nf r e s h w a t e rs y s t e m sf o rw i d e s p r e a da p p l i c a t i o n so f p e s t i c i d e s t h ei n p u to fe x c e s s i v ep e s t i c i d e sw a so n eo fm o s ti m p o r t a n t r e a s o nt h a tl e dt ow a t e rb l o o m b u t ，p r e s e n t l yt h e r ei ss t i l ll i a l ei n f o r m a t i o n o nt h et o x i c i t yo ft r i a z o l e p l a n tg r o w t hr e g u l a t o r st on o l l t a r g e ta q u a t i c o r g a n i s m so fc y a n o b a c t e r i a i nt h i ss t u d y ，b a s e l i n es e p a r a t i o no fp a c l o b u t r a z o la n du n i c o n a z o l e e n a n t i o m e r sw a sa c h i e v e do nac h i r a l c e la d hc o l u m n , a n dt h e i ra b s o l u t e c o n f i g u r a t i o n sw e r ec o n f i r m e db yac i r c u l a rd i c h r o i s m ( c d ) d e t e c t o r ， o p t i c a lr o t a t o r yd i s p e r s i o n ( o r d ) a n du l t r a v i o l e td e t e c t o r 州) t h e c o n c e n t r a t i o n so fe n a n t i o m e r sw e r eq u a n t i f i e do n6 8 9 0 n g c am e t h o df o r 浙江工业大学硕士学位论文 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 d e t e r m i n a t i o no fr e s i d u e sa n de n a n t i o m e r i cf r a c t i o no ft r i a z o l ep l a n tg r o w t h r e g u l a t o r si ns o i la n dw a t e rw a se s t a b l i s h e d t h e nw eu s e dt h em e t h o dt o d e t e r m i n a t er e s i d u e sa n de n a n t i o m e r i cf r a c t i o no f p a c l o b u t r a z o li ns o i la n d w a t e rc o l l e c t e df r o ma g r i c u l t u r es i t e si nz h e j i a n g t h e p r e s e n ts t u d y w a st h e r e f o r eu n d e r t a k e nt o e v a l u a t et h e e n a n t i o s e l e c t i v i t yo ft r i a z o l ep l a n tg r o w t hr e g u l a t o r si np h y t o t o x i c i t yt o t a r g e t a n d n o n - t a r g e t f r e s h w a t e r s p e c i e s a f t e r 7 dr i c e s e e d l i n g s g r o w t h i n h i b i t i o nt e s t s ，r e s u l t ss h o w e dt h a tp a c l o b u t r a z o la n du n i c o n a z o l e i n h i b i t e dt h e g r o w t ho fr i c es e e d l i n g se f f e c t i v e l ya n dt h e r ew e r e e n a n t i o s e l e c t i v ee f f e c t so ft r i a z o l e p l a n tg r o w t h o np l a n tg r o w t h t h e r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h es - ( - ) - p a c l o b u t r a z o le n a n t i o m e rw a sa l m o s t3 0 9 t i m e sm o r et o x i ct h a nt h er 一( + ) 一p a c l o b u t r a z o lt os h o o t s g r o w t ha n dt h e s 一( + ) 一u n i c o n a z o l ee n a n t i o m e rw a sa l m o s t2 6 3t i m e sm o r et o x i ct h a nt h e r 一( 一) 一u n i c o n a z o l ee n a n t i o m e r c o m p a r i n gt h ea c t i v eo ft h e s et w op e s t i c i d e s ， w ef o u n dt h a tt h ei n h i b i t i o na c t i v eo fu n i c o n a z o l ew a s3 2 6t i m e sh i g h e r t h a n p a c l o b u t r a z 0 1 a f t e r9 6 hc y a n o b a c t e r i at o x i c i t yt e s t s ，t h er e s u l t s h o w e dt h a tt h e p l a n tg r o w t hr e g u l a t o r si nl o wc o n c e n t r a t i o n sp o s e d s i g n i f i c a n t l ys t i m u l a t i v ee f f e c t so na l g a eo fm i c r o c y s t i sa e r u g i n o s aa n d a n a b a e n as p ，a n dw ea l s oo b s e r v e dt h e e n a n t i o s e l e c t i v i t yb e t w e e n e n a n t i o m e r s r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e s t i m u l u s a b i l i t y o ft h e s - e n a n t i o m e r so ft r i a z o l ep l a n tg r o w t hr e g u l a t o r ss t i m u l a t e dm i c r o c y s t i s a e r u g i n o s ag r o w t hw e r em o r ee f f e c t i v et h a nr e n a n t i o m e r s b u ta n a b a e n a 浙江工业大学硕士学位论文 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 s p w a sm u c hd i f f e r e n tf r o mm i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a t h es t i m u l u sa b i l i t y o ft h er - e n a n t i o m e r so ft r i a z o l e p l a n tg r o w t hr e g u l a t o r ss t i m u l a t e d a n a b a e n as p g r o w t hw a sm o r ee f f e c t i v et h a ns - e n a n t i o m e r s a c c o r d i n gt oo u rs t u d y , t h e s er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ew i d e s p r e a d a p p l i c a t i o no f t r i a z o l ep l a n tg r o w t hr e g u l a t o r sh a dt h ep o t e n t i a lr i s k st ot h e f r e s h w a t e rs y s t e m s t h e s ew e r ea l s oi n d i c a t e dt h a tt h ec o r r e c ta p p l i c a t i o n o fp l a n tg r o w t hr e g u l a t o r sa n dt h ea s s e s s m e n to fe n v i r o n m e n t a ls a f e t y s h o u l dc o n s i d e re n a n t i o s e l e c t i v i t y k e yw o r d s ：p l a n t g r o w t hr e g u l a t o r s ，c h i r a l i t y , r i c e ，r e s i d u e ， c y a n o b a c t e r i a 浙江工业大学硕士学位论文 v 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 目录 第一章前言1 1 1 选题背景及意义l 1 2 本文的研究内容? 2 第二章文献综述4 2 1 引言4 2 2 三唑类植物生长调节剂的用途及毒理学研究5 2 2 1 三唑类植物生长调节剂的作用机制5 2 2 1 1 三唑类农药对植物内源激素的影响5 2 2 1 2 三唑类农药对植物酶活性的影响6 2 2 2 三唑类植物生长调节剂的用途一6 2 2 3 三唑类植物生长调节剂的毒理学研究7 2 3 三唑类植物生长调节剂的环境行为8 2 3 1 挥发作用8 2 3 2 水环境中的降解与水解作用。8 2 3 3 三唑类农药光降解9 2 3 4 土壤吸附作用9 2 3 5 农药淋溶作用9 2 3 6 土壤降解作用1 0 2 3 7 生物富集作用10 2 4 农药对藻类的影响1 1 2 4 1 蓝藻概述1 1 2 4 1 1 蓝藻简介1 l 2 4 1 2 蓝藻的危害1 2 2 4 2 农药对藻类的影响1 3 2 4 2 1 农药对藻类毒性机理1 3 2 4 2 2 农药对藻类的生长效应1 5 浙江工业大学硕士学位论文 v i 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 2 4 3 三唑类植物生长调节剂对蓝藻生长的影响1 6 2 5 三唑类植物生长调节剂的对映体选择性研究1 6 2 5 1 手性的概念1 6 2 5 2 三唑类植物生长调节剂的手性拆分1 7 2 5 3 三唑类植物生长调节剂对映体选择性研究概况2 0 第三章三唑类植物生长调节剂对映体的分离及定量2 1 3 1 实验部分2 1 3 1 1 仪器、试剂与样品2 1 3 1 2 色谱条件2 2 3 2 结果与讨论2 3 3 2 1 手性色谱分离2 3 3 2 4 多效唑和烯效唑对映体的定量2 5 3 3 本章小结2 6 第四章植物生长调节剂对水稻幼苗毒性的对映体选择性2 7 4 1 实验材料2 7 4 1 1 主要仪器2 7 4 1 2 试验生物2 8 4 1 3 相关实验用液2 8 4 2 实验方法2 9 4 3 统计分析2 9 4 4 结果与讨论2 9 4 4 1 多效唑对水稻幼苗生长抑制的对映体选择性2 9 4 4 2 烯效唑对水稻幼苗生长抑制的对映体选择性3 1 4 4 3 多效唑和烯效唑的活性差异3 3 4 5 本章小结3 4 第五章多效唑在水稻田中的残留状况分析3 5 5 1 材料与方法3 6 5 1 1 仪器与试剂3 6 5 1 2 田间试验3 6 浙江工业大学硕士学位论文v 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 5 1 3 分析方法3 6 5 1 3 1 多效唑残留分析方法3 6 5 1 3 2 多效唑对映体测定的气相色谱条件3 7 5 1 3 3 方法灵敏度、准确度与精密度一3 7 5 2 结果与讨论。3 8 5 2 1 手性气相色谱分离分析3 8 5 2 2 环境样品中多效唑的残留浓度及对映体分数3 9 5 3 本章小结3 9 第六章三唑类植物生长调节剂对藻类的影响4 1 6 1 实验材料4 l 6 1 1 主要仪器4 1 6 1 2 藻种培养4 2 6 1 3 相关实验用液4 2 6 2 实验方法4 3 6 2 1 藻类细胞密度测定4 3 6 2 2 实验设计j 4 4 6 3 统计分析一4 4 6 4 结果与讨论4 4 6 4 1 多效唑对蓝藻生长的影响4 4 6 4 2 烯效唑对蓝藻生长的影响4 6 6 5 本章小结4 8 第七章结论与展望5 0 7 1 主要结论5 0 7 2 本论文主要创新点5 1 7 3 展望5 1 参考文献5 3 致 射6 3 攻读学位期间发表的学术论文目录6 4 浙江工业大学硕士学位论文 v 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 符号说明 g 啦相色谱 p e c d 一电子捕获检测器 s f 蝴临界色谱 c e o 一电色谱 c m 卜手性流动相 a d m p c 一直链淀粉三( 3 ，5 二甲基苯 基氨基甲酸酯) c t p c - 纤维素三苯基氨基甲酸酯 c t b 一纤维素三苯基甲酸酯 i 紫外检测器 l d 5 0 - 一半数致死量 。 e c 5 旷一半数效应浓度 l a s 一十二烷基苯磺酸钠 d n a - 一脱氧核糖核酸 b c f _ 生物富集因子 i a a 一吲哚乙酸 a b a - - 脱落酸 a 鼢删性磷酸酶 o d 一光密度 p b 乙一多效唑 阳，l c - 一高效液相色谱 t i ，c _ 一薄层色谱 王| p m c 一高效膜色谱法 c 啦细管电泳色谱 c s p l 手性固定相 c d m p c - - 纤维素三( 3 ，5 二甲基 苯基氨基甲酸酯) c t m 良一纤维素三( 4 。甲基苯甲酸 酯) c d 一圆二色检测器 o r n 一旋光检测器 l c 5 矿半数致死浓度 r s d 相对标准偏差 e d t a 一乙二胺四乙酸 r n a - 一核糖核酸 c t k 细胞分裂素 e t h 一内源乙烯 g a 3 一赤霉素 a t p - - 三磷酸腺苷 m c - 一藻毒素 g s h 一还原型谷胱甘肽 浙江工业大学硕士学位论文 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 1 1 选题背景及意义 第一章前言 多效唑和烯效唑是上个世纪8 0 年代研制成功的一类广谱性高效三唑类植物 生长调节剂，它被植物体吸收后，可阻碍内源赤霉素的生物合成【1 。3 1 ，从而延缓 植株的营养生长，减缓细胞的分裂和伸长，抑制茎秆伸长，幼苗高度明显降低， 茎粗和分蘖数增加，以达到作物增效增产的目的。目前的研究已发现多效唑和烯 效唑不仅对靶标植物表现低毒，而且对虹鳟鱼、大型蚤等非靶标生物也低毒。因 此，自多效唑和烯效唑研制成功以来，因其高效低毒而在农田作物以及园艺等方 面得到广泛使用。 但是随着三唑类植物生长调节剂的大量使用，人们也发现多效唑和烯效唑在 土壤中不易降解、残留时间较长 4 ，5 】，因此，若连续使用或是在农田作物及园艺 上大面积使用，则在土壤中累积愈来愈多，它们对后茬作物以及土壤微生物等都 会产生具大影响【6 ，7 1 。另外，奚南山等【8 1 利用示踪技术研究了多效唑在土壤中的纵 向移动和横向扩散行为，发现多效唑虽然易被土壤吸附，但仍有部分易随雨水横 向扩散和纵向移动，这也就说明了喷向土壤的三唑类植物生长调节剂，随着时间 的迁移以及自然条件的变化，一部分最终也会流向水体。之前已有大量实科9 。1 1 1 发现许多农药在低浓度时能刺激藻类生长，同时我们也应当看到许多农药在环境 中的浓度远低于其对藻类产生毒害的值，因此，农药大量应用排入水体对淡水系 统蓝藻爆发存在着潜在的影响，而蓝藻大量爆发不仅对人类生产生活带来很大的 不便影响，而且爆发时产生的大量藻毒素( m c ) 除了直接对鱼类、人畜产生毒 害之外，也是人类肝癌的重要诱因。目前对于三唑类植物生长调节剂对蓝藻类非 靶标水生生物的研究却基本上处于空白状态，所以多效唑和烯效唑的广泛应用是 否间接对环境以及人体健康构成了威胁，在这方面的研究已变得日益迫切。 多效唑和烯效唑具有手性中心，属于手性农药，而环境中手性农药对映体选 择性行为的研究历史并不长。在2 0 世纪9 0 年代以前，手性农药一直是被当作单 一化合物来进行环境行为研究的，手性物质的对映异构体具有相同的物理和化学 浙江工业大学硕士学位论文 1 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 特性，但是由于生命体系具有极强的手性识别能力，不同构型的立体异构体进入 生态环境被生物摄取后，往往表现出不同的生理、生化与毒理性质 1 2 , 1 3 】，在动植 物体内的代谢、毒性就会存在很大的差异。但后来人们发现手性化合物对映体在 当今世界上使用的农药中有2 5 是具有手性中心的分子，并且随着结构更复杂的 化合物投入使用，这个比率呈渐增趋势 1 4 , 1 5 。经过十几年的发展，目前我国市场 上使用的农药中约有4 0 以上具有手性结构，且主要为拟除虫菊酯杀虫剂 有机 磷杀虫剂、三唑类农药以及芳氧丙酸酯类【16 】。通常手性化合物中只有一种异构体 具有所希望的生物活性，而另一种没有显著的生物活性甚至无效，也或者其中一 个异构体对环境具有更强的危害。由于受到认识和技术的限制，这种差异性还没 有得到人们的足够重视，三唑类植物生长调节剂仍然是作为单一化合物在市场上 流通，因此对手性农药在环境安全、生态毒性以及人类健康风险方面的对映体选 择性进行评价显得尤为重要。 1 2 本文的研究内容 ( 1 ) 在手性高效液相色谱上，通过调节不同的分离条件，基以实现 p a c l o b u t r a z o l 和u n i c o n a z o l e 对映异构体的正相高效液相色谱拆分，分别用c d 和 o r d 联用技术对多效唑和烯效唑进行圆二色特性和旋光性的确认，并通过带有 电子捕获检测器( p - e c d ) 的a g i l e n t6 8 9 0 n 一气相色谱仪对它们的对映异构体进 行定量分析。 ( 2 ) 建立手性气相色谱法检测三唑类植物生长调节剂在土壤和自然水体中 残留状况及对映体分数的分析检测方法，并分析浙江富阳市两块农田土壤和水体 中多效唑的残留及其对映体分数，为研究三唑类植物生长调节剂的环境化学行为 奠定基础。 ( 3 ) 由于受到手性分离技术的限制，在手性水平上分析三唑类植物生长调 节剂对靶标植物毒性的研究相对甚少，现有的毒理学数据也大多是基于外消旋化 合物存在的，而通过非手性分析得到的农药毒理学数据与实际的生态毒理学效应 并不相符。三唑类植物生长调节剂对映体进入生物体内的手性环境将作为不同的 分子加以匹配，因此在生物活性、新陈代谢和毒理学等方面均存在对映体的立体 选择性作用。另外，对映体选择性可能极大的影响手性农药在非靶标环境中的生 浙江工业大学硕士学位论文 2 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 态毒理效应。所以在研究三唑类植物生长调节剂时，必须弄清它们对靶标生物活 性及非靶标生物毒性以及在生态系统中生物降解或生物富集过程中的对映体选 择性。本文以三唑类植物生长调节剂的常见靶标植物水稻幼苗和常见水生生物蓝 藻为受试生物，通过为期7 d 的植物生长抑制实验和9 6h 的藻类生长影响实验， 在对映体水平上分别测定多效唑和烯效唑对他们生长状况的影响，并对多效唑和 烯效唑的在水稻幼苗上的药物活性进行比较。希望通过本文研究，为对映体水平 上筛选最具经济、社会和环境效益的绿色农药提供了一定的理论依据，为植物生 长调节剂的在日常生产生活中的合理应用做一个重要得数据补充。 浙江工业大学硕士学位论文 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 第二章文献综述 2 1 引言 七十年代中期，随着三唑酮的问世以及其卓越的防效进入农药市场，三唑类 杀菌剂开创了杀菌剂的一个新类目。三唑类杀菌剂与其它内吸性杀菌剂杀虫机理 不同，它通过阻碍真菌麦角甾醇的生物合成而影响真菌细胞壁的形成，对危害作 物生长的多数真菌病害均有良好的防治效果f 1 7 】。后来研究者 1 8 , 1 9 发现三唑类杀菌 剂具有一定的植物生长调节活性，通过抑制植物体内赤霉素( g a 3 ) 的合成，消 除植物顶端优势，具有增产、早熟、抗倒伏等多种功能。因此，各国农药研究者 越来越重视三唑类植物生长调节剂的开发研究。三唑类作为植物生长调节剂在国 内外已大量应用，商品化的品种有很多( 见表2 。1 ) ，尤其以多效唑，被认为是 生长调节剂的突破性进展，之后日本住友化学公司开发的烯效唑以其更高活性也 得到广泛应用。目前，多效唑和烯效唑以其高效、广谱、低毒、双效等性质被广 泛的应用于水稻、麦类、花生、果树、烟草、油菜、大豆、花卉、草坪等作( 植) 物。随着该类农药的大量使用，对环境、人类的影响也日益受到了人们的关注。 表2 - 1 常见的三唑类植物生长调节剂 t a b l e2 - 1c o m m o nt r i a z o l ep l a n tg r o w t hr e g u l a t o r s 浙江工业大学硕士学位论文 4 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 名称生产日期、公司结构式应用 缩株唑 b a s ll o o w 抑芽唑 t r i a p e n t h e n o l 抑霉唑 i m a z a l i l 1 9 8 4 年 德国巴斯夫 1 9 8 4 年 德国拜耳 1 9 7 9 年 德国巴斯夫 d h c 曲= c m 裂蚤3 誉 a 仑善一呲i c - h 矿融= 生长。 2 2 三唑类植物生长调节剂的用途及毒理学研究 2 2 1 三唑类植物生长调节剂的作用机制 2 2 1 1 三唑类农药对植物内源激素的影响 三唑类植物生长调节剂的主要生化功能是抑制g a 3 的生物合成，而g a 3 是 促使植物伸长生长的内源植物激素，由于g a 3 的生物合成被植物生长调节剂抑 制，致使植物生长延缓。这类化合物的靶酶是贝壳杉烯氧化酶，作用的靶位是专 一地阻碍贝壳杉烯氧化为贝壳杉烯酸，即抑制贝壳杉烯上甲基的氧化，从而阻碍 植物体内g a 3 的生物合成，导致抑制植物的生长。用三唑类杀菌剂烯效唑处理 过的水稻植株，经生物测定表明，植株内的赤霉素的含量降低【2 0 1 。用抑芽唑处理 不同作物后，作物中赤霉素的含量与其生长抑制相关【2 1 1 。因此，研究者认为三唑 类植物生长调节剂通过抑制g a 3 的生物合成，降低内源g a 3 的含量是其抑制植 物生长的主要关键。 另外，三唑类植物生长调节剂对内源激素吲哚乙酸( i a a ) 、内源乙烯( e t h ) 浙江工业大学硕士学位论文 5 = = 一 以 矶 ， _ 易， _ 4 h、n c n 一 一 、卜申硷 e 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 和脱落酸( a b a ) 含量的也有影响。如张远海等 2 2 1 认为，经多效唑处理后，水 稻、油菜的植株内源l 认含量下降，e t h 的释放率显著增加。汤日胜等 2 3 3 又提 出水稻植物经多效唑处理后a b a 的含量也明显上升。由此可知，经多效唑处理 后，植物体内五大类激素除细胞分裂素( c t k ) 没有直接受影响外，其余都有变 化。因此，李明军【2 4 】指出多效唑对植物生长的抑制作用是通过调节内源激素之间 的平衡实现的。 2 2 1 2 三唑类农药对植物酶活性的影响 经三唑类农药处理后，苗期稻麦叶片的l a a 氧化酶和过氧化氢酶活性显著 提高【2 5 】，万寿菊等植物体内其过氧化氢酶也明显提耐2 6 1 。因这两种酶均可分解 l 蛆，所以，三唑类植物生长调节剂处理后过氧化酶活性和吲哚乙酸氧化酶活性 的提高是造成植株或组织内i a a 含量下降的原因。而上面提高i a a 含量的下降 可能也是三唑类植物生长调节剂控制植物生长的机理之一，因此，三唑类农药对 植物体内酶活性的影响可能也间接着控制着植物的生长。 2 2 2 三唑类植物生长调节剂的用途 激素是植物体内广泛存在的化合物，虽然它的含量只有百万分之几，但是作 用却十分巨大。自从知道了激素的化学结构之后，人类科学家用人工方法模拟合 成出数量更多、效力更强的化合物，它们促进或抑制植物的生长发育，这种人工 合成的化合物称为植物生长调节剂。随着三唑酮的推出，具有调节植物生长性状 的一系列三唑类农药被大量开发、研制、生产，而多效唑和烯效唑作为两种较为 典型的三唑类植物生长调节剂，无论在农业生产还是在园艺应用方面都占有相当 大的分量。 多效唑和烯效唑具有广谱、高效、低毒的特点，他们本身具有相当强的抑菌 能力，能有效防止农作物的多种病害，因此被用于防治：苹果的白粉病菌 ( p o d o s p h a e r al e u c o t r i c h a ) 、柑桔的绿霉菌( p e n i c i l l i u md i g i t a t u m ) 、香蕉的盘长 孢( g l o e o s p o r i u mm u s m u m ) 、小麦的柄锈菌( p u c c i n i ar e c o n d i t a ) 、水稻的稻瘟病 菌( p i r i c u l a r i ao r y z a e ) 、大麦的禾白粉病菌( e r y s i p h eg r a m i n i s ) 等。此外，自发 现多效唑和烯效唑具有延缓植物生长、抑制茎枝伸长，使茎杆粗壮，促进分枝、 生根，促进成花及座果，缩短叶柄，缩小叶而积，增厚叶片，使叶色浓绿，增加 浙江工业大学硕士学位论文 6 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 叶片的叶绿素、蛋白质和核酸的含量，提高光合速率，增强抗旱性和抗寒性，延 缓植物衰老等多种生理效应，这类农药除了被广泛的应用于玉米、水稻、小麦、 大豆、蕃茄、油菜、棉花等主要农作物和蔬菜的育苗壮秧、抗倒伏外，还被用于 增加果树的花芽分化、开花和座果；随着现代花卉市场的繁荣，多效唑和烯效唑 还被应用在观赏植物上，他们可控制株高，调节株型，使株型小型化，并能调节 开花期，提高观赏价值和商品价值；此外，多效唑还在林木、草地等方面得到较 好的应用。 2 2 3 三唑类植物生长调节剂的毒理学研究 我国于1 9 9 7 年颁布实施、2 0 0 1 年修订的农药管理条例将植物生长调节 剂作为农药而进行统一管理。农药按口服半致死量( 每千克体重的半致死量， l d 5 0 ) 分为6 类：特剧毒、剧毒、高毒、中等毒、低毒和微毒 2 7 1 。植物生长调节 剂是一类调节植物生长发育的农药，不以杀伤有害生物为目的，所以其毒性一般 为低毒或微毒。 据报道【2 8 】生长调节剂多效唑原药大鼠急性经口服l d 5 0 为1 5 0 0m g k g ( 雄) 、 1 3 0 0m g k g ( 雌) ，急性经皮大鼠及兔l d s o 均大于1 0 0 0m g k g ，大鼠急性吸入 l c s o ( 4h ) ( 雄) 4 7 9m g l 空气，( 雌) 3 3 1m g l 空气。对大鼠和家兔皮肤、眼 睛有轻度刺激作用。大鼠亚急性经口无作用剂量为2 5 0m g k g d ，大鼠慢性经口 无作用剂量为7 5m g k g d 。a m e s 试验呈阴性，亦无致畸、致癌、致突变作用。 但在高剂量条件下对动物雄性生殖器官有损伤，子代体重和繁殖指数降低、肝脏 受损，可能是致癌物质，应慎用【2 9 1 。对鸟类低毒，对野鸭急性经口l d 5 0 大于7 9 0 0 m g k g 。对鱼低毒，虹鳟鱼l c s o ( 9 6h ) 为2 7 8m g l ，鲤鱼2 3 5m g l ( 4 8h ) ， 水蚤l c s o ( 4 8h ) 3 3 2m g l 。对蜜蜂低毒，l d s o 大于o 0 0 2r a g b e e 。多效唑粉剂 对皮肤和眼睛有轻微至中等的刺激作用【3 0 1 。 另外，烯效唑的毒性研究显示大鼠急性经口服l c s o 为2 0 2 0m g k g ( 雄) 、1 7 9 0 g , k g ( 雌) ；小鼠急性经口l c s o 大于6 0 0m g k g ，大鼠急性经皮l c s o 大于2 0 0 0 m g k g 。对皮肤无刺激作用，对眼睛有轻度刺激作用。a m e s 试验呈阴性，对鱼 中等毒性，金鱼l c s o ( 4 8h ) 大于1 0m g l ，蓝鳃鱼l c s o ( 4 8 小时) 为6 4m g l ， 对鸟类低毒。 浙江工业大学硕士学位论文 三唑类植物生长调节剂的立体选择性环境行为研究 由此可见多效唑和烯效唑均为低毒性植物生长调节剂。 2 3 三唑类植物生长调节剂的环境行为 据统计通过各种施用方式暴露于环境中的农药，有1 0 2 0 附着在植物体 上，8 0 9 0 散落在土壤和水里以及漂浮在大气中，暴露于环境中的农药影响 了人类生存的空间，直接或间接的对人类的健康和安全造成了威胁。三唑类植物 生长调节剂作为农药的一种，基本上作为一种苗后生长延缓剂，在喷雾施用过程 中，就会不可避免的进入到水体、土壤等环境中，另外，从三唑类农药的用量来 看，数据也是惊人的。而近年来，多效唑的用量更是呈逐年增长的趋势。因此研 究三唑类植物生长调节剂的环境行为是十分必要的。农药环境行为是指农药进入 环境后，在环境中迁移转化过程中的表现，其中包括物理行为、化学行为与生物 效应等三个方面，它比农药理化特性指标更直观地反映了农药对生态环境污染影 响的状态。自上世纪八九十年代开始，世界各国已经开始对三唑类植物生长调节 剂的环境行为进行研究，对其的研究主要集中在以下几个方面进行。 2 3 1 挥发作用 挥发作用是指在自然条件下农药从植物表面、水面与土壤表面通过挥发逸入 大气中的现象。三唑类植物生长调节剂挥发作用的大小除与该类农药本身的蒸气 压有关外，还与施药地区的土壤和气候条件有关。农药残留在高温、湿润、沙质 的土壤中比残留在寒冷、干燥、粘质的土壤中容易发挥。农药挥发性的大小，也 会影响农药在土壤中的持留性及其在环境中再分配情况。挥发性大的农药一般持 留较短，反之，则持留时间较长，例如：多效唑熔点1 6 5 1 6 6 ，2 0 时蒸气压 为l x l o 西p a ，烯效唑熔点1 6 3 1 6 4 。c ，蒸气压8 9 x 1 0 刁p a ，都属于不易挥发性农 药，所以他们在土壤中的持留时间较长。 2 3 2 水环境中的降解与水解作用 农药在水环境中的降解是指农药在水环境中遭受生物降解、化学降解与光降 解的总称，它是评价农药在水体中残留特性的指标。其降解速率受农药的性质与 水环境条件两方面因子所制约。水解是指在实验室特定条件下农药遭受化学降解 的能力。一般的农药，在高温、偏碱性的水体中容易降解，但是一些研究表明， 浙江工业大学硕士学位论文8 三唑