丙酯草醚(ZJ0273)是我国自主开发的一种新型高效油菜田除草剂,其原药以及10%乳油制剂(商品名：油力)、10%悬浮剂(商品名：油力)已先后获得了农业部颁发的农药临时登记证以及国家发展和改革委员会颁发的农药生产批准证书。在田间推荐用量下,丙酯草醚对许多单、双子叶杂草如看麦娘、反枝苋、牛繁缕、繁缕等具有很好的防除效果,且对油菜安全,有很高的选择性,具有广阔的应用前景。然而,关于丙酯草醚的作用机制及选择性机制迄今未见报道。而上述研究不仅有助于阐明其在植物体内吸收、运转、代谢的途径与产物、靶标酶以及药效发挥过程和环境影响因子等重要问题,为科学、安全、合理的使用丙酯草醚提供理论依据和技术支持；而且有助于我们了解同类先导化合物的构效关系,为新化合物的合成和结构优化提供理论指导。此外,根据世界各国和我国农药登记管理部门的要求,必须对新农药的代谢途径、作用机理、残留等进行系统深入的研究,进而作出全面的科学的评价,以确保环境和农产品的安全性。因此,上述研究对这类新型农药先导化合物的后续研发起着承上启下的作用,特别是对后期的应用推广工作具有重要的指导意义。本文以放射性14C标记丙酯草醚为示踪剂,采用放射性同位素示踪技术与现代分离分析技术相结合的方法,着重研究(1)丙酯草醚在敏感植物水稻、牛繁缕、玉米和耐性植物油菜中的吸收、运转和分布；(2)丙酯草醚在杂草牛繁缕和油菜体内的代谢途径与产物组成；(3)丙酯草醚在油菜籽中的残留组成、分布；(4)丙酯草醚具除草活性的代谢产物的确定；(5)丙酯草醚结合残留的药害机制。通过上述研究,旨在阐明丙酯草醚在植物体内的吸收、运转、分布和代谢等,明确该除草剂的杀草机制和选择性机制,进而为新化合物的合成和结构优化、以及该除草剂科学、安全、合理的应用提供理论指导和技术支持。主要研究结果如下:丙酯草醚的吸收、运转及分布：①处理后24 h,丙酯草醚在敏感植物牛繁缕、玉米、水稻体内的总量分别占引入量的10.53%、12.47%、2.33%。植物吸收丙酯草醚较慢是导致丙酯草醚药效发挥较慢的原因之一；②处理后192 h,丙酯草醚在油菜(36.54%)、玉米(36.17%)、水稻(13.32%)、牛繁缕(22.89%)中的吸收量存在较大差异。但作为耐性作物的油菜,其吸收量高于敏感植物水稻和牛繁缕。因此,丙酯草醚在不同植物体内的吸收差异并不是丙酯草醚的选择性机制；③进入植物体内的丙酯草醚在植物体内可双向运转,但主要分布在标记叶中,运转量较小。至处理后192 h,牛繁缕、水稻、玉米和油菜标记叶中累积的放射性含量占植物体内总累积量的比例分别高于90.30%、88.14%、96.29%和97.28%,即只有极少的部分运转到其他部位；④丙酯草醚在不同作物中的运转存在明显的差异。在处理后192 h,丙酯草醚在植物体内的总运转量依次为牛繁缕>水稻>玉米>油菜,这与丙酯草醚对测试植物的抑制效果一致,表明丙酯草醚在敏感植物和耐性作物间存在的运转方面的明显差异是丙酯草醚的选择性机制之一丙酯草醚在植物体内的代谢：丙酯草醚在耐性作物油菜体内的代谢产物主要包括M1(4-(N-(4,6-二甲氧基-2-嘧啶基)-N-(2-羟基苄基))苯甲酸正丙酯)、M2(4-(N-(2-(4,6-二甲氧基-2-嘧啶氧基)苄基)甲酰胺基)苯甲酸正丙酯)、M3(4-(2-(4,6-二甲氧基-2-嘧啶氧基)苯酰胺基)苯甲酸)、M4(4-(2-(4,6-二甲氧基-2-嘧啶氧基)苯基)(羟甲基)胺基)苯甲酸正丙酯)、M5(4-(2-(4,6-二甲氧基-2-嘧啶氧基)苄胺基)苯甲酸)、M6(2-(4,6-二甲氧基-2-嘧啶氧基)苯甲酯)、M7(2-(4,6-二甲氧基-2-嘧啶氧基)苯甲酸)以及一个葡萄糖轭合产物M8,而在敏感杂草牛繁缕中包括M1、M2、M3、M5、M7和M8。杀草活性分析表明,M7对敏感植物高粱、水稻和牛繁缕的抑制作用明显优于丙酯草醚,即M7为丙酯草醚主要的具有杀草活性的代谢产物。丙酯草醚在敏感植物杂草牛繁缕体内能很快转化成代谢产物M7,而且长时间维持在较高水平,至处理后12d占总可提取态组分的10.41%。M7能抑制植物体内的ALS酶活性,导致支链氨基酸合成受阻,植株生长受到抑制,这是丙酯草醚药效得以发挥的主要机制。丙酯草醚在牛繁缕和油菜体内的代谢存在较大差异。丙酯草醚在油菜体内的代谢较慢,其转化成M7的速度较牛繁缕慢且含量水平较低,其原因是M7能很快转化成下游产物M6(2-(4,6-二甲氧基-2-嘧啶氧基)苯甲酯)和M8(葡萄糖轭合产物)而失去活性。至处理后12 d,牛繁缕体内的M7占总可提取态的比例约是油菜体内的5倍。由此可见,丙酯草醚在植物体内代谢降解成M7的速度及含量的差异是丙酯草醚最主要的选择性机制。丙酯草醚及其代谢降解产物在油菜和牛繁缕体内均形成结合态轭合产物而不能被连续振荡的方法提取出来。丙酯草醚结合残留的形成是其解毒机制之一也是影响丙酯草醚药效发挥的原因之一。但是,丙酯草醚及其代谢产物的结合残留在油菜和牛繁缕中的总量无显著性差异,表明丙酯草醚第三阶段的代谢即轭合产物的形成并不是丙酯草醚的选择性机制。丙酯草醚在油菜中的残留：丙酯草醚在油菜籽中的可提取态残留主要为丙酯草醚母体,其在油菜籽中的浓度为0.09 mg／kg干重。根据食用油推荐日摄入量计算,每人每天摄入的食用油中最大丙酯草醚残留量为5.5-6.6μg,远低于丙酯草醚对大鼠的最大无作用剂量,即在田间推荐用量下,丙酯草醚在油菜籽中的残留量不会达到有害水平,是一种安全的油菜田除草剂。丙酯草醚不可提取态残留(结合态残留)仅占油菜籽中总放射性活度的比例为8.5±0.7%。丙酯草醚结合残留的药害机制：丙酯草醚在土壤中形成的结合残留在栽培植物的过程中会重新释放出来而被后茬作物水稻和玉米吸收、利用,并对水稻造成严重的抑制作用,其分子机制在于丙酯草醚结合残留的释放产物中含丙酯草醚具杀草活性的代谢产物M7,其作用于靶标酶ALS酶,抑制植物生长。相关研究方法的创新：在研究丙酯草醚在油菜和牛繁缕中代谢时,采用多步溶剂连续振荡极限提取法,凝胶渗透色谱(GPC)-Florisil柱色谱-HPLC制备色谱相结合的方法对样品进行预处理,液体闪烁测量技术与LC-MS-MS相结合,利用放射性特征峰以确定目标组分的保留时间,进而有针对性地进行后续LC-MS／MS分子结构鉴定工作,使分子结构解析由复杂趋于简单。所建立的代谢研究体系对其他农药化合物在植物体内的代谢产物组成和结构鉴定工作具有一定的借鉴作用和参考价值。