二氯喹啉酸殘留與毒理研究進展

　　前言 二氯喹啉酸，英文通用名quinclorac(化學名稱3,7-二氯-8-喹啉羧酸)，是BASF公司開發的芽前芽后新型水稻田除草劑，該藥具有用量少、殘效期長、對稗草特效、施用適期寬等優點。目前該產品已在我國獲得登記，快殺稗粉劑已在國內合成并被逐漸推廣使用，由于一些用戶對二氯喹啉酸的除草特性等缺乏足夠的認識，盲目應用和擴大劑量，從而導致作物發生藥害，特別是土壤中殘留的二氯喹啉酸對后茬輪作物蠶豆、苜蓿[1]、小麥[2]等造成一定毒害。本文對國內外學者有關二氯喹啉酸除草劑殘留降解、毒理等方面的研究進展予以概述，以期對指導二氯喹啉酸的安全合理使用有所裨益。

　　1 二氯喹啉酸的殘留活性及其影響因子

　　二氯喹啉酸是一種激素型除草劑，作用靶標為植物體內的合成激素，通過干擾植物激素調節的酶的活性，使生物體生長、代謝不能正常進行，出現葉子變小、扭曲、顏色加深、生物量減少，嚴重者枯萎壞死，直至整株死亡而達到除草的目的。多方面的研究表明，二氯喹啉酸在環境中的活性除受其本身的結構決定外，還與土壤濕度、環境溫度和施藥量等因素有關。張付斗[3]等通過室內模擬，認為土壤濕度是影響土壤處理除草劑(二氯喹啉酸)活性的重要因素，且其活性隨土壤濕度的提高而提高;Sunohara,Y.[4]認為升高溫度(20—30℃)能增加經二氯喹啉酸處理的玉米葉乙烯的產量，并指出二氯喹啉酸活性的提高是乙烯產量增加的原因之一。 Barnes,A[5]研究發現果膠酶、纖維素酶、木瓜蛋白酶等酶能增強二氯喹啉酸的活性。Manthy,F,A.[6]在用表面活性劑物質與二氯喹啉酸混配試驗后指出非離子型表面活性劑物質HLB明顯提高二氯喹啉酸活性10倍以上;不同農藥或相同農藥不同比例與二氯喹啉酸混用，其活性亦存在差異[7]。同一作物不同生長期對二氯喹啉酸的反應亦不同，國外有學者利用非線性回歸分析了Crabgrass生長期與二氯喹啉酸作用的關系，得出結論為萌芽前和2—4分蘗期GR50較低[8];對棉花生長的影響濃度也表現出極大的差異[9]，棉花出土前、子葉期、幼芽期對應的GR50濃度分別是140g/ha，70g/ha和9g/ha。許多學者研究發現不同品種的植物對二氯喹啉酸除草劑的反應不同，即存在選擇性，其選擇性機制國外研究較深入，Koo[10]等人認為二氯喹啉酸是一種典型的細胞壁生物合成抑制劑，玉米、水稻等植物經10μM二氯喹啉酸處理6小時內，植物細胞壁生物合成明顯受到抑制，且在0-10μM內是劑量相依關系，他同時發現抗性植物水稻的苗組織細胞壁生物合成受抑制程度不如玉米苗組織，說明在根組織細胞壁生物合成受到抑制的程度下，苗組織仍有能力使植株繼續生長，認為不同植株相同部位的組織對二氯喹啉酸的敏感性是耐藥性差異的原因所在[11]。Gronnan[12-13]則持不同的觀點，認為二氯喹啉酸的殘留毒性與其刺激植物乙烯生物合成密切相關，細胞壁生物合成受到抑制是因為產生的乙烯抑制了細胞壁合酶活性，隨后，他進一步指出，最終來源于二氯喹啉酸刺激ACC合酶生成乙烯過程中所產生的一種副產品氰化物(HCN)是導致敏感作物表現殘毒的首要原因。關于植物對二氯喹啉酸的反應差異原因目前沒有定論，但是，隨著科技的發展和研究的進一步深入，原因終將水落石出。

　　2 殘留與降解

　　二氯喹啉酸在水田環境中的降解方式主要為光解，微生物降解很微弱，幾乎無揮發和水解。水田環境中的二氯喹啉酸在光照下，經氧化，脫羧酸和光親核水解反應，生成的光解產物經HPLC，GC或GC-MS法確認，主要產物為3，7-二氯喹啉[14]。在土壤或高于正常使用劑量的稻田水中，陽光或紫外光照射下，有3-氯-8-喹啉酸生成。二氯喹啉酸在水土環境中的降解速度主要受本身結構決定，但與光照，環境pH值和土壤濕度等也密切相關。

　　2.1 光照

　　二氯喹啉酸的紫外光-可見光吸收光譜圖表明，其最大吸收峰在240nm以下，而在太陽光的紫外光部分(295-450nm)吸收值很小，同時，其熒光光譜圖表明二氯喹啉酸的最大激發波長為240nm和317nm，而最大熒光發射波長為352nm，這些光學特征可以推測二氯喹啉酸在環境中的直接光解是很微弱的，實驗也證明了這種推測。在254nm光照射下，二氯喹啉酸迅速光解，其光解半衰期在過濾滅菌的田水中為8h，在純水中為18.5 h，在紫外光300-450 nm照射下，純水中是穩定的，T1/2為41.1天，黑暗條件下41天內含量無變化，太陽光照射下，純水中很穩定(44天內含量無變化)，但在水田中消解很快，7 h內消解率為10%，7-104 h內消解8.5%[14]。在高壓汞燈照射下，二氯喹啉酸在水溶液中的降解很快，且光敏劑丙酮或光氧化劑過氧化氫的存在會加快其降解[15]。

　　2.2 環境pH值

　　二氯喹啉酸是一種弱酸(pKa=4.35)，它的存在形態與周圍環境pH值密切相關[16]，pH<4.5，分子態的二氯喹啉酸易透過質膜，在生物體內富集、代謝;pH較高情況下，二氯喹啉酸呈離子狀態，不易透過細胞膜，同時，二氯喹啉酸在水土環境中也不易被土壤吸附。宋穩成[15]研究了高壓汞燈照射下，二氯喹啉酸在不同pH值緩沖液中的光降解動力學，結果表明二氯喹啉酸在水溶液中光解呈一級動力學反應， 體系pH值對其光解有顯著影響，5≤pH≤8時，光解隨pH值升高而加快，呈現顯著的線性正相關。

　　2.3 土壤溫度、濕度

　　溫度和濕度是影響二氯喹啉酸在環境中降解的又一重要原因。Hill,B.D[17]研究發現，土壤中二氯喹啉酸的消失與土壤濕度呈顯著線性關系(R2=0.96)，回歸方程為：%殘留量=101%-0.18×濕度(濕度范圍117~300%)，濕度影響著二氯喹啉酸在土壤中的可溶性及活性，進而影響其消解速度。而溫度影響二氯喹啉酸降解主要是通過影響土壤微生物和酶的活性，進而影響微生物分解化合物的速度。

　　3 殘留量測定方法研究

　　自二氯喹啉酸開發至今，國內外許多學者對其在水、土、作物等環境中的殘留量測定進行了許多研究，主要研究方法有化學分析測定法和生物測定法。

　　3.1 化學分析測定法

　　化學分析測定法是利用化學儀器和化學分析手段來檢測樣品中二氯喹啉酸含量，其關鍵技術為提取方法和檢測器。分析方法主要有液相色譜法和氣相色譜法。

　　3.1.1提取方法研究

　　二氯喹啉酸在水、土壤樣品中的提取方法有液-液分配萃取和固相提取，采用液-液分配法雖能達到較高的回收率(80-100%)，但因其耗時，繁瑣，以及消耗大量的有機溶劑而不太受歡迎。王一茹[18]等采用的C18鍵合硅柱提取法，與傳統液-液分配法比較有三大優點：(1)對水樣，它可以就地取樣過柱提取，省去大量樣品的包裝和儲運;(2)可根據被測農藥的理化性質選用合適的鍵合硅柱和洗脫劑，能有效的消除本底干擾，達到理想的分離、提純效果;(3)液-液萃取需大量的有機溶劑(幾百毫升)，且需濃縮方可進行儀器分析，而鍵合硅柱萃取一個樣品僅需少量的有機溶劑(2-3毫升)，亦不必濃縮，從而獲得更準確和精確的分析結果。目前國外有學者采用超臨界流體萃取法和熒光衍生法對土樣中二氯喹啉酸進行提取、純化后HPLC測定，達到很高的回收率(96%)和其它方法達不到的檢測限(0.5ppb)[19]。

　　3.1.2氣相色譜檢測法(GC)

　　一般認為，GC法不能檢測對熱不穩定的化合物，為了克服二氯喹啉酸的熱不穩定性，對其進行衍生化是很有必要的，王一茹[18，20]分別用N-甲基-N-(特丁基二甲基硅)三氟乙酰胺(簡稱MTBSTFA)和重氮甲烷將二氯喹啉酸衍生化，衍生物對GC-FID和GC-ECD產生良好的響應，并出現對稱峰，方法回收率為90%-108%，檢測限達到1ppb

　　3.1.3液相色譜檢測法(HPLC)

　　利用HPLC檢測樣品中二氯喹啉酸的殘留量，國內外已有很多報道，如王一茹[14,18,20]，逯忠斌[21]，馬鶯[22]，Grossmann,K.[11]，Lamoureux, G. L.[23]等都運用配有紫外檢測器的HPLC測定了不同條件下水土或作物中二氯喹啉酸的殘留量，同時，Grossmann,K.[11]等人還利用14C標記二氯喹啉酸配以放射性檢測器的HPLC對環境中二氯喹啉酸行為及其殘留量進行了研究，均到了較好的回收率和很好的重現性。

　　3.2 生物測定法

　　為了評價水土中殘留的二氯喹啉酸對作物或水生生物的毒害，生物測定二氯喹啉酸便應運而生，該法簡便、快速、廉價，其有效性和可行性與化學方法一致，其檢測限亦能達到化學分析方法的ppb級，目前用于生物測定的植物有：西紅柿[24]，黃瓜，蠶豆和人參[25]等。

　　4 二氯喹啉酸毒理學研究

　　4.1 對植物的影響

　　快殺稗施用后10 個月內，除水稻外不能種任何作物，12 個月之內不能種茄子、煙草，2 年內不能種番茄、胡蘿卜。此外，胡蘿卜、芹菜、香菜等傘形花科作物對快殺稗非常敏感，不可用施過快殺稗的稻田的水澆灌上述作物。

　　在二氯喹啉酸的毒理方面的研究，主要集中在對作物的不良影響，特別是輪作、后茬作物，如蠶豆，苜蓿[1,26 ]，小麥[2]，人參[25 ]，棉花[27 ]等經二氯喹啉酸處理后，作物多種胞內酶被抑制，最敏感的酶有硝酸鹽還原酶(nitrate reductase)，細胞色素酶(cytochrome oxidase)[28]，核酮糖二磷酸酯羧化酶(ribulose-biphosphate carboxylase)[29]。在盆栽水稻上用二氯喹啉酸進行土壤或莖葉處理后5、10、15d水稻的傷流量均比對照低，20d后則比對照高，水稻葉鞘內游離氨基酸含量均比對照有所增加,而蔗糖含量則均比對照減少, 說明二氯喹啉酸對水稻生理生化指標有一定的影響[31]。

　　黃凌洪等人進行了多效唑與二氯喹啉酸對水稻生理效應的研究，試驗結果表明, 15%多效唑可濕性粉劑顯著地降低了水稻的株高和鮮重,使用劑量越高,降低程度越明顯,且高劑量(9. 0kg/hm2 )使稻葉出現畸形癥狀;施用50%二氯喹啉酸可濕性粉劑0. 375～1. 500kg/hm2 對水稻的株高和鮮重沒有明顯的影響; 15%多效唑可濕性粉劑與50%二氯喹啉酸可濕性粉劑混用后引起的水稻株高和鮮重降低是由前者單獨引起的,而與后者無關。

　　4.2 對水生植物的影響

　　4.3 對水生動物的影響

　　Cerejeira.M.J[30]等人以施用過二氯喹啉酸和禾草特(molinate)的稻田水為試驗水，研究了這兩種農藥對水生生物大型蚤(Daphnia magna)和羊角月芽藻(Selenastyun capricornutus)的毒性，結果表明，從稻田排水中采集到的水對兩種生物都有毒性，且二氯喹啉酸毒性小于禾草特。Perschbucher.P[32]等人研究了飛機噴灑除草劑對魚塘水質的影響，發現二氯喹啉酸等多種農藥對魚塘水生植物生物量和生產力，動物種群產生不利影響，并改變水體溶解氧，氨態氮，硝態氮含量及pH值。

　　葉綠素也是較敏感的指標，葉綠素含量隨處理濃度的增加、時間的延長而降低[11]，宋穩成[15,33]等研究了靜態條件下，二氯喹啉酸對水生生物浮萍和湘云鯽的急性毒性以及湘云鯽鰓、肝臟ATP酶活性的影響，結果顯示二氯喹啉酸對浮萍和湘云鯽屬低毒性，且對浮萍葉綠素a含量存在濃度效應，對湘云鯽鰓、肝臟ATP酶活性的影響存在顯著濃度效應和時間效應關系。

　　4.4 對陸生動物的影響

　　二氯喹啉酸對陸生動物急性毒性試驗結果顯示[34]，二氯喹啉酸是一種低毒農藥，工業原藥 LD50大鼠經口，雌為2190mg/kg，雄為3060 mg/kg;可濕性粉劑，LD50大鼠經口雌雄分別為4070 mg/kg和3830 mg/kg。亞致死濃度條件下，二氯喹啉酸可引起老鼠睪丸，肝臟絕對量減輕，脾和睪丸退化。兔子，狗等堿性磷酸酶降低，谷氨酸丙酮酸轉氨酶活性增強[34]。

　　4.5 對土壤微生態的影響

　　綜合運用傳統及現代分子生物學手段，采用室內培養、純培養及統計分析相結合的方法，全面探討了除草劑二氯喹啉酸對水稻田土壤的微生物生態及毒性效應，并篩選、分離和鑒定了幾株二氯喹啉酸降解菌，進行了二氯喹啉酸降解途徑的初步探討，為建立有效的除草劑污染預警指標體系、環境質量評價及二氯喹啉酸降解菌的有效利用提供有益的參考。本研究所獲主要結論如下： 1.采用傳統方法研究了二氯喹啉酸對水田土壤好氧性細菌、放線菌、真菌和厭氧性水解發酵細菌(AFB)、產氫產乙酸細菌(HAB)、反硝化細菌(DNB)、產甲烷細菌(MB)、固氮菌生長的影響及對土壤磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶、脫氫酶、蛋白酶活性和土壤微生物呼吸強度的影響。研究結果表明，土壤中二氯喹啉酸濃度在1μg g~(-1)干土以下時能促進土壤中細菌、真菌和反硝化細菌數量。隨著二氯喹啉酸施用濃度的進一步增加，好氧細菌的滯留適應期延長，而且受到抑制。用藥后第4d，各濃度二氯喹啉酸對土壤中放線菌均呈一定程度的抑制效應，且與二氯喹啉酸濃度具有一定的直線負相關性，后期呈現第二次抑制。二氯喹啉酸對AFB、固氮菌是一種很好的刺激劑，但對水稻田土——————

　　張昀等人采用室內模擬試驗方法,研究了除草劑吡嘧磺隆、二氯喹啉酸對土壤呼吸強度和酶活性的影響。研究結果表明,吡嘧磺隆和二氯喹啉酸使用后均能刺激土壤呼吸作用,抑制土壤過氧化氫酶活性,抑制中性磷酸酶活性隨后又產生一定刺激作用;吡嘧磺隆、二氯喹啉酸抑制土壤轉化酶活性,在培養前期輕微刺激土壤脲酶活性而后又表現為抑制作用。

　　結語

　　國內外眾多學者從不同方面對二氯喹啉酸除草劑殘留、降解、檢測方法及環境毒理進行了研究，其目的在于使它能夠更有效合理地應用于農業生產，同時也為環保及其它管理部門決策提供參考。隨著人類對農業生態的關注及對環境問題認識的深化，配以多元復配劑，安全劑及增效劑的使用等方法和措施的推廣應用，安全、合理使用二氯喹啉酸，避免藥害及對生態環境破壞的發生是完全可能的。