基本介紹
- 中文名：草銨膦
- 外文名：Glufosinate ammonium
- 別名：草胺磷銨鹽、草銨磷、草丁膦、保試達
- 分子式：C5H15N2O4P
- 分子量：198.1574
- CAS號：77182-82-2
- EINECS登錄號：278-636-5
基本信息,製劑,作用機制,環境影響,降解與殘留,對土壤的影響,對水環境的影響,動物毒性,套用,合成方法,蓋布瑞爾(Gabriel)-丙二酸二乙酯合成法,斯垂克(Strecker)法,胺基酸法(L-草銨膦的合成),抗草銨膦作物,
基本信息
草銨膦又稱草丁膦，商品名為保試達(basta)、百速頓，化學名為4-[羥基(甲基)膦醯基]-DL-高丙氨酸或2-氨基-4-[羥基(甲基)膦醯基]丁酸銨(2-amino-4-(hydroxymethylphosphinyl)butyric acid ammonium salt)，結構如圖。
草銨膦的結構式
草銨膦的結構式草銨膦為白色結晶，有輕微氣味。熔點為210°C，760 mmHg下沸點為519.1°C。易溶於水，22℃時在水中溶解度為1370 g/L，在常見的有機溶劑中溶解度較低。
草銨膦具有手性，通常生產的是L型和D型的外消旋體，後續研究發現只用L-草銨膦具有除草作用，而D型則幾乎無活性。若製成僅有L-草銨膦純光學異構體的產品進行使用，可使草銨膦的用量減少一半，提高經濟性、降低使用成本減輕環境壓力。
製劑
草銨膦的主要劑型為溶液劑(水劑)，國外報導的草銨膦製劑有60、120、150和200g/L四種規格的水劑，商品名為Basta。國內現有的加工製劑中，按草銨膦含量可分為6%、12%、13.5%、15%和20%五種水劑。以13.5%的草銨膦水劑為例，其最佳配方是13.5%草銨膦、5%Silwet618、10%硫酸銨、0.5%聚乙烯醇、0.2%消泡劑SAG622，最後加水至100%。
作用機制
草銨膦被噴灑到植物體上時，能夠迅速通過莖葉被吸收入體內，並依賴植物蒸騰作用在木質部進行傳導。但其接觸土壤後會被土壤中的微生物迅速分解而失效，因此根部對草銨膦的吸收很少甚至幾乎不吸收。
草銨膦作用與谷氨醯胺合成酶(glutamine synthetase，GS)有關，這種酶在植物的氮代謝過程中催化谷氨酸與銨離子合成谷氨醯胺。而當草銨膦進入植物體內後，能與ATP相結合併占據谷氨醯胺合成酶的反應位點，從而不可逆地抑制谷氨醯胺合成酶的活性並破壞之後的一系列代謝過程。
植物中的氮代謝途徑谷氨醯胺合成酶受到抑制後，谷氨醯胺的合成受阻，繼而植物體內氮代謝發生紊亂，蛋白質和核苷酸等物質的合成減少，光合作用受阻，葉綠素合成減少。同時細胞內銨離子的含量增加，使得細胞膜遭到破壞，葉綠體解體。最終導致植物全株枯死。
草銨膦殺草速度快，受藥雜草2~6小時內光合作用便開始受阻，1天內停止生長，2~3天出現失綠、壞死等症狀，1~2周內全株枯死。同時，草銨膦的作用能夠持續25~45天，控草時間長於其他除草劑。
環境影響
降解與殘留
對土壤的影響
草銨膦對土壤中的一些微生物能夠產生一定的影響。不同濃度(0、2、4、6、8L/hm2)草銨膦對麥田土壤微生物(細菌、放線菌、真菌)數量及其土壤酶(過氧化氫酶、磷酸酶、脲酶、脫氫酶)活性的影響呈現先增加後減少趨勢。在草銨膦施用量為6L/hm2時，微生物總量達到最高。其中，細菌和放線菌數量較對照增加，而真菌數量變化不顯著。在低濃度(2、4和6L/hm2)草銨膦處理下，被測土壤酶活性均隨著草銨膦施用量的增加而增大，而在高濃度(8L/hm2)草銨膦處理下，酶活性均受到抑制。
對水環境的影響
由於草銨膦在水中的溶解性極好，而在水環境中水解和光解過程均較為緩慢，同時也容易在環境介質中流動轉移，美國環境保護署已將其歸屬於流動持久性污染物。水生生物急性毒性試驗結果表明，草銨膦對小球藻、大型溞和斑馬魚的半數有效濃度(EC50)或半數致死濃度(LC50)均大於100mg/L，屬於低毒化合物。因此，短期內草銨膦不會對水生態系統平衡產生明顯影響，而在水中長期存在時對水生生物的繁殖和後代生長的影響則有待於進一步的研究。
動物毒性
草銨膦對植物以外的其他生物毒性較小，安全性高。草銨膦在動物體內吸收很少且能被迅速清除，經口染毒時80%~90%不能被吸收，而吸收的部分主要集中在肝臟和腎臟。急性毒性實驗證明：雄大鼠草銨膦急性經口的半數致死劑量(LD50)為2000mg/kg，雌大鼠為1620mg/kg；雄小鼠急性經口LD50431mg/kg，雌小鼠為416mg/kg；狗急性經口LD50200～400mg/kg。雄大鼠急性經皮LD50>2000mg/kg，雌大鼠為4000mg/kg。因此按照急性毒性分級標準，草銨膦屬於低毒或中等毒。慢性毒性實驗證明：草銨膦無致癌作用，也不具有生殖毒性和致畸作用，遺傳毒性、免疫毒性等也不存在。
草銨膦在進入動物體內後也能發揮抑制谷氨醯胺合成酶的作用，但低劑量時不表現出強烈的症狀。而若大劑量攝入草銨膦，則腦內谷氨醯胺合成酶會受到較多的抑制，產生主要以神經系統的表現為主的中毒症狀：嗜睡、異常體態、體毛豎起、易激惹、震顫、抽搐、癲癇、流涎、共濟失調等。
套用
草銨膦殺草譜廣，幾乎對絕大多數農田一年生乃至多年生的雜草有較好的防除效果。可用於果園、葡萄園、馬鈴薯田、非耕地等防治一年生和多年生雙子葉及禾本科雜草，如鼠尾看麥娘、馬唐、稗、野生大麥、多花黑麥草、狗尾草、金狗尾草、野小麥、野玉米、鴨芽、曲芒發草、羊茅等等。也可防除藜、莧、蓼、薺、龍葵、繁縷、馬齒莧、豬殃殃、苦苣菜、田薊、田旋花、蒲公英等闊葉雜草，對莎草和蕨類植物也有一定效果。
當闊葉草在生長旺盛始期及禾本科雜草分櫱始期將0.7～1.2千克/公頃的藥量噴於雜草群體上，控草期為4～6周，必要時可再次施藥，可顯著延長有效期。馬鈴薯田宜在芽前施用，亦可在收穫前噴施，殺除地上殘茬，便於收穫。防除蕨類植物，每公頃用藥量1.5～2千克。一般為單用，有時也可與西馬津、敵草隆或2甲4氯等混用。
合成方法
蓋布瑞爾(Gabriel)-丙二酸二乙酯合成法
斯垂克(Strecker)法
以甲基二氯化磷與異丁醇為起始原料，得到比較穩定的甲基次膦酸異丁酯，再與1,1-二乙醯氧基-2-丙烯在紫外光照射下經過自由基反應得到3,3-(二乙醯氧基)丙基甲基次膦酸異丁酯，然後經Strecker反應，進一步水解銨化得到目標產物草銨膦，文獻報導總收率61.7%(以甲基二氯化磷計)。
斯垂克(Strecker)法胺基酸法(L-草銨膦的合成)
胺基酸法合成L-草銨膦抗草銨膦作物
由於草銨膦具有殺草譜廣、在土壤中迅速失活降解、對非靶標生物低毒的特性，可以通過轉基因技術使作物對草銨膦產生抗性，從而使草銨膦能夠選擇性地殺死雜草而不危害作物。艾格福公司的研究人員分別從吸水鏈黴菌(S. hygroscopicus)的菌株中分離得到bar基因和綠色產色鏈黴菌(S.viridochromogenes)的菌株分離得到pat基因。這兩個基因具有80%的同源性，都能夠編碼草銨膦乙醯化酶(Phosphinothricin acetyltransferase)，這種酶能使草銨膦乙醯化而失活。在作物中轉入這兩個抗性基因，便能使作物表達草銨膦乙醯化酶，使進入作物體內的草銨膦失活，降低草銨膦對作物的危害。
