除草劑安全劑（Safener）又稱為解毒劑（Antidote）或保護劑（Protectant），簡單說來，是指用來保護作物免受除草劑的藥害，從而增加作物的安全性和改進雜草防除效果的化合物。在除草劑中加入安全劑，是人為賦予除草劑以選擇性的一種手段，以提高作物的耐藥性，其作用也包括選擇性除草劑增效劑，以擴大除草劑的殺草譜而不增加對作物的藥害。自Hoffman于1962年首次提出安全劑概念以來，國際上已商業(yè)化的品種有近20種。作為安全劑的基本概念要求：（1）廉價；（2）低毒；（3）無長期殘留，對環(huán)境安全；（4）對作物的保護效應(yīng)高，能適用于多種作物與多種除草劑；（5）使用方法簡單，用量低。
一、除草劑安全劑的研究狀況
    除草劑安全化現(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于1947年，當時Hoffman偶然發(fā)現(xiàn)用2，4，6-涕處理過的番茄，以后接觸到除草劑2，4-滴的液霧不會產(chǎn)生藥害。進一步研究表明，用2，4-滴葉面處理后，能保護小麥免受燕麥靈（barban）的藥害。然而，這種桔抗機制不可能開發(fā)利用，因為用2，4-滴種子處理的結(jié)果證實對小麥有藥害，而葉面噴灑處理則對靶標雜草的活性降低。盡管這些初次探索失敗了，Hoffman認為這些相互作用關(guān)系具有潛在的意義，因而他建立了檢測化合物是否具有安全劑活性的篩選程序，并于1962年首次提出了安全劑概念。幾年后，他提出了第一個安全劑—萘二甲酸酐（NA）作為保護玉米免受流代氨基甲酸酯除草劑的藥害，其效果足以商品化。1972年Gulf公司介紹此藥，并以商品名“Protect”進入市場。起初，NA是作為種子處理安全劑使用開發(fā)的，用于降低EPTC對玉米的藥害，而現(xiàn)在知道NA還可有效地降低多種不同除草劑對多種作物的藥害。以后的IS年中，一些安全劑商品化方面不斷發(fā)展。最具成功的是1973年原Stauffer公司開發(fā)了由Pallos等提出的二氯乙酸胺類安全劑R－25788（dichlormid），可使玉米免受硫代氨基甲酸酯或EPTC的藥害。Ciba－Geigy公司開發(fā)的CGA－43089可使異丙甲草胺（metolachlor）用于高粱地除草。由于酸胺類除草劑丙草胺對水稻有藥害，Ciba－Geigy公司又開發(fā)了安全劑CGA－123407。并將兩者混和成制劑成功地用于直播稻田。
    NA和dichlormid的成功引起了許多化學(xué)公司的探索研究，目標是發(fā)現(xiàn)對其所有權(quán)產(chǎn)品有保護作用的安全劑。這些研究的目的是與重要作物雜草除草劑的結(jié)合，動用經(jīng)典的篩選方法檢測先導(dǎo)化合物。這種研究途徑導(dǎo)致Ciba－Geigy公司發(fā)現(xiàn)了肟醚類安全劑：解草胺腈（Cyometrinil）、解草腈（Oxabetrinil）和肟草安（Fluxofenin），Monsanto公司發(fā)現(xiàn)2、4-一二取代基噻唑羧酸酯類如解草安（Flurazole）。早期的化合物在谷類作物如玉米、高粱和水稻上活性十分典型，對化學(xué)和作用機制范圍窄的如硫代氨基甲酸酯和氯乙酸苯胺類除草劑芽前使用時才提供保護作用。然而，隨著除草劑向超高活性及使用方式向芽后處理方向的發(fā)展，導(dǎo)致了芳氧基苯氧基丙酸酯類除草劑芽后處理越冬谷物的安全劑商品化，現(xiàn)在對磺酰脲、咪唑啉酮、環(huán)己二酮和異噁唑二酮類除草劑的安全劑活性有較多報道，這些化合物大多數(shù)與現(xiàn)有除草劑制成混劑商品化。
二、除草劑安全劑的商業(yè)應(yīng)用價值
    安全劑在作物和雜草之間具有增強除草劑的選擇性的能力，此外還具有許多潛在的使用價值。它們可以保護作物免受農(nóng)藥殘留物的損害，因此在輪作中作物種植的選擇靈活性提高，有利于除草劑提高劑量達到更有效的雜草防除效果，以及有利于在有可能出現(xiàn)作物藥害的不良環(huán)境條件下使用除草劑。然而，減少農(nóng)藥使用的環(huán)境和經(jīng)濟壓力的增大，除草劑安全劑的主要作用似乎是擴大現(xiàn)有除草劑的使用模式和鼓勵毒理學(xué)相容的化合物的開發(fā)，這些化合物由于選擇性差而使用受到限制。
    此外，安全劑還可用來解決難除雜草的防除問題，這些問題由于技術(shù)和經(jīng)濟原因不可能以開發(fā)常規(guī)選擇性除草劑來解決。如安全劑有可能促進植物學(xué)上與作物有關(guān)的雜草防除。Codd研究了NA的活性，認為有能力保護栽培燕麥免受禾草靈（ diclofop-methyl）的藥害，同時達到防除野燕麥的目的。其他使用安全劑成功的例子有谷物高粱田中防除二色高梁和栽培水稻田防除野生稻。同樣，安全劑在作物輪作體系中前一茬作物對后一茬作物而言就成了“自播”雜草。特別是在歐洲廣泛采用的大麥一小麥輪作體系中，常遇到“自播”小麥和大麥雜草問題，而施用安全劑就可獲得解決。對少數(shù)作物，安全劑也提供雜草防除的選擇權(quán)，這些少數(shù)作物由于它們的市場價值小，一般不可能為其開發(fā)新的除草劑品種，Mersie和Parker在谷物作物田中篩選防除術(shù)本科雜草畫眉草的除草劑工作中發(fā)現(xiàn)，使用NA種子處理結(jié)合綠磺?。╟hlorsulfuron)的芽前處理可達到有選擇的防除效果。
然而，除草劑安全劑在商業(yè)上應(yīng)用的最重要的價值目前可能是作為有力的研究工具，動用安全劑來檢測和操縱控制除草劑選擇性的生化和生理機制，因此對于安全劑作用機制的研究應(yīng)給予相當大的關(guān)注。
三、除草劑安全劑的作用機制
    盡管安全劑保護作物免受除草劑毒害的作用機制迄今尚無定論，但有人提出了4種假說來解釋其作用的模式：（1）安全劑可能干擾除草劑的吸收和輸導(dǎo)；（2）安全劑可能與除草劑受體和靶標位點競爭；（3）安全劑加強除草劑在作物中的除解；（4）以上幾種作用模式的結(jié)合。結(jié)構(gòu)活性論（QSAR）和谷脫甘肽軛合論是兩種最為普遍的機制解釋。
    Stephenson等在測定了大量酰胺類衍生物對丙草丹的解毒效應(yīng)的基礎(chǔ)上，提出了相似結(jié)構(gòu)活性聯(lián)系理論（QSAR）。他們指出：安全劑的結(jié)構(gòu)與活性密切相關(guān)，和除草劑結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)具有較好的解毒活性，如和硫代氨基甲酸酯除草劑結(jié)構(gòu)非常相似的N，N－二取代二氯乙酰胺衍生物是玉米免受這類除草劑傷害的最有效的安全劑。對于安全劑dichlormid，StePhenson等認為：最具活性的是N，N一二取代基-2，2-二氯乙酰胺，并且二氯乙酰胺生物活性要大于一氯和三氯取代物。此外，Yenne等利用計算機進行計算機輔助分子模型設(shè)計（CAMM）研究后發(fā)現(xiàn)，安全劑分子結(jié)構(gòu)的特征官能團對于解毒效應(yīng)至關(guān)重要，化學(xué)結(jié)構(gòu)的某些變化將會導(dǎo)致安全劑解毒活性的喪失。最近報道的苯基磺酰脲類可以保護作物免遭磺酰脲類除草劑的傷害，也進一步豐富了相似結(jié)構(gòu)活性理論。
    然而對于像NA和EPTC這種典型解毒效能的情況，QSAR理論和CAMM研究都不能給予滿意的解釋。Lay和Casida提出了谷胱甘肽軛合作用機制論。他們指出：硫代氨基甲酸酯除草劑在植物體內(nèi)首先轉(zhuǎn)變成亞機，而亞砜的毒性更強，安全劑則是通過增進還原型谷胱甘肽（GSH）含量及提高谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）的活性；他們推斷這些變化是軛合和解毒 EPTC的代謝物——EPTC亞砜所必需的，否則這種代謝物會對玉米產(chǎn)生藥害。StePhenson和Ezra通過研究發(fā)現(xiàn)：結(jié)構(gòu)與EPTC非常相似的氯乙酰胺類化合物的解毒作用可能是提高了化合物本身代謝及EPTC代謝所需的底物或酶的活性。Dichlormid在玉米體內(nèi)本身不與GSH軛合，但它的類似物CDAA（2-氛-N，N－二－2-烯丙基乙酰胺）作為EPTC的安全劑有很好效果，它在玉米體內(nèi)提高了GSH水平和GST活性后，本身與谷胱甘肽軛合。另外，幾種被安全劑處理而拮抗活性的咪唑啉酮和磺酰脲類除草劑能與葡萄糖進行軛合，Kreuz等報道安全劑解草酯能增強小麥體內(nèi)芳氧基苯氧基丙酸酯類除草劑塊草酸的葡糖基化作用；同樣，安全劑BAS145138被發(fā)現(xiàn)能強化玉米體內(nèi)羥基化氯嘧磺隆的葡糖基化。然而安全劑對這些反應(yīng)過程的作用至今還不明確。
Cronwald等分離定性了玉米和高粱中谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST），并確定了安全劑對玉米和高粱中GST的影響。研究證實：安全劑的作用包括了除草劑解毒酶的引入。Fuerst等將篩選的安全劑和除草劑用于小麥實驗，分離了小麥中數(shù)種GST的引入，表明它們決定了解毒代謝是安全劑選擇的基礎(chǔ)，安全劑的作用加速了除草劑的代謝。
    盡管在過去的十幾年中，除草劑安全劑作用機制的研究已引起人們的廣泛注意，然而確切的作用機制仍未闡明。大量的研究表明安全劑的作用并非一種機制運行，可能是一系列過程的綜合。但種種假說，還需要更多、更有說服力的工作證明。
四、除草劑安全劑的發(fā)展前景
    除草劑安全劑的研究和開發(fā)對擴大應(yīng)用一些現(xiàn)有除草劑的選擇性和廣譜性是一個有意義的方向，同時在除草劑中加入安全劑對制劑的商品化也是十分有益的，它的發(fā)展必須建立在生物技術(shù)與化學(xué)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，未來安全劑的靶標合成須在計算機的指導(dǎo)下結(jié)合除草劑作用的實質(zhì)，以及除草劑安全劑的作用機制共同探索，至今除草劑安全劑的發(fā)展仍受到作物和雜草的生理學(xué)及生物化學(xué)等基礎(chǔ)知識的制約。此外，關(guān)于除草劑安全劑的作用機制也不很清楚，迫切需要從分子水平上認識安全劑的作用機制，并結(jié)合生理學(xué)與生物化學(xué)的知識，來研究除草劑和安全劑對作物的影響。
    在除草劑新品種研制、開發(fā)費用日益增長的今天，除草劑安全劑從一個新的角度去利用、完善和開發(fā)現(xiàn)有除草劑的功能，繼續(xù)為許多雜草防除難題提供新的解決辦法。另一方面，除草劑安全劑其獨特的作用機制，將作為檢測控制除草劑選擇性代謝途徑的工具，為除草劑的研究開發(fā)提供新的途徑。