植物源除草活性化合物

生物谷

　　青蒿素——  青蒿素(artemisinin)是从黄花蒿(Artemisia  an-nua)叶和花中提取的一种用于抗疟疾的倍半萜烯内酯化合物。同时作为一种具有除草活性的化合物，能够抑制种子萌发和多种幼苗的生长。青蒿素的还原反应产物arteether在l件µg/g时具有除草活性，但较低浓度时则可促进植物生长。萝卜(Rophanus  sativus)和黄花蒿对青蒿素具有较高的耐受性。

　　青蒿素的作用机制现在还不太清楚，有研究表明其作用是改变了氨基酸的生物合成，或者作为呼吸作用的抑制剂。虽然青蒿素在动物细胞培养中的抗疟疾作用与腐胺较强的还原作用有关，但是用青蒿素处理植物，发现对多胺仅具有较弱的还原作用，这表明其生物活性不是阻断植物的多胺生物合成途径。青蒿素对浮萍(Lemna  spp.)原生质膜的影响不足以解释其对种子萌发和生长的抑制作用。有研究认为青蒿素可能是通过钝化卟啉从而抑制生长。通常认为青蒿素其复杂的化学结构不适合直接作为商业上的除草剂，但是青蒿素分子的二双环-杂环部分却较为常见，相似的有除草剂内氧草素(endothall)，天然产物斑螯素（can-thardin)和桉叶素(cineole)等，可望作为先导化合物进行开发。

　　桉叶素——1,8-桉叶素(cineole)是一种单萜化合物，与天然产物斑螯素和除草剂内氧草素具有共同的结构特征，存在于许多植物中，在植物异生作用中起着重要的作用。尽管桉叶素具有较高的除草活性，但因其高挥发性而不受欢迎。合成的桉叶素类似物环庚草醚(cinmethylin)作为除草剂在欧洲已上市，在美国Cyanarid公司也已商品化。

　　桉叶素的作用机制还不清楚，可能是抑制植物呼吸作用和抑制植物分生组织有丝分裂。环庚草醚具有与桉叶素相似的结构特征，对多胺的生物合成途径没有明显的影响。最近的研究表明，桉叶素能有效地抑制天冬酰胺合成酶，但是环庚草醚的抑制作用较弱。研究表明天冬酰胺合成酶是这些化合物的作用位点，而且环庚草醚是一种前体除草剂，其需要代谢活化作用才能转变为除草剂。

　　硝基丙酸——β-硝基丙酸(nitropropionic　acid,NPA)是第一个从植物中分离得到的具有除草活性的硝基化合物。NPA可以抑制种子萌发，并在寄主体内诱导产生黄萎病和炭疽病，对几种植物很敏感。药用蒲公英(Taraxacum  officinale)、皱叶酸模(Rumex  crispus)、绛车轴草(Trifolium  incarnatum)叶片，在光照和黑暗下喷施10-3mol/L  NPA，易导致黄萎病和炭疽病。室内试验表明，10-3mol/LMPA能够完全阻断叶绿素的产生。NPA是一种具有除草活性的化合物，但不是一种有效的种子萌发抑制剂。

　　NPA的作用机制可能是不可逆的抑制琥珀酸脱氢酶。但是其钝化作用并不是硝基丙酸盐的β-位对黄素受体的亲核加成作用引起的，实际的钝化剂是硝基丙酸盐的氧化作用产物。真菌黄曲霉(Aspergillus  flavus)、米曲霉(A.oryzae)、温特曲霉(A.wentii)、Penicillium  atrovenetum等可以产生硝基丙酸，此外病原菌Zinnia  spp.，也可以产生。导致丝路蓟[Cirsium  arvense(L)]叶斑病的病原蓟叶斑菌(Septoria  cirsii)也可以产NPA，该菌同时也是一种有效的杂草生物防治剂。

　　sorgoleone——sorgoleone是一种具有苯环的脂肪酸化合物，从高粱根部渗出物中分离得到，对多种植物具有除草活性。

　　sorgoleone至少作用于两个分子靶标：即光系统II的Dl蛋白和羟基丙酮双氧化酶，这两个位点也正是商品除草剂的作用靶标。其作用机制与合成除草剂嗪草酮和敌草隆类似，在敏感植物的类囊体中能与DI蛋白竞争性结合，从而阻碍电子的传递，但在抗性植物的类囊体中不能传递。sorgoleone的结合亲合力在敌草隆和嗪草酮之间。土壤中混入sorgoleone(>40µg/g)可以降低杂草幼苗的鲜重，但对根无效。



　　其他植物源的除草活性化合物——

　　生物碱中秋水仙碱、长春碱以及萜类化合物紫杉醇等都属于可以阻断植物细胞有丝分裂的植物毒素，由于它们在医药上具有极高的药物价值，没有被用于农业上。还有些高等植物可以产生许多具有光活化的除草活性化合物，如α-三连噻唑(α-terthienyl)、金丝桃素(hypericin)、荞麦碱(fagopyrin)和phenylhetatriyne等，但因在光照下对许多非靶标生物具有毒性，仅是理论上可开发成除草剂。