本頁使用了標題或全文手工轉換

嘉磷塞

維基百科,自由的百科全書
跳至導覽 跳至搜尋
嘉磷塞
Glyphosate
IUPAC名
N-(phosphonomethyl)glycine
別名 2-[(phosphonomethyl)amino]acetic acid;N-(膦醯基甲基)甘胺酸;嘉磷塞;農達;鎮草寧;N-(膦醯甲基)氨基乙酸;N-(磷醯基甲基)甘胺酸
識別
CAS號 1071-83-6  ✓

38641-94-0 (isopropylammmonium salt)
70393-85-0 (sesquisodium salt)
81591-81-3 (trimethylsulfonium salt)
PubChem 3496
ChemSpider 3376
SMILES
InChI
InChIKey XDDAORKBJWWYJS-UHFFFAOYAE
EC編號 213-997-4
ChEBI 27744
RTECS MC1075000
KEGG C01705
性質[1]
化學式 C3H8NO5P
摩爾質量 169.07 g·mol−1
外觀 白色結晶粉末
密度 1.704 g/cm3 (20 °C)
熔點 184.5 °C
沸點 decomp. at 187 °C
溶解性 1.01 g/100 mL (20 °C)
log P −2.8
pKa <2, 2.6, 5.6, 10.6
危險性[1][2]
警示術語 R:R41, R51/53
安全術語 S:S2, S26, S39, S61
MSDS InChem MSDS
歐盟編號 607-315-00-8
歐盟分類 Irritant (Xi)
Dangerous for the environment (N)
GHS危險性符號
Eye Dam. 1Aquatic Chronic 2
GHS提示詞 DANGER
H-術語 H318, H411
P-術語 P273, P280, P305+351+338, P310, P501
閃點 不可燃
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

嘉磷塞(Glyphosate;N-(phosphonomethyl)glycine),又譯為農達好過春家家春治草春日產春好伯春等,其商品名稱為Roundup,是一種廣效型的有機磷除草劑。它是一種非選擇性內吸傳導型莖葉處理除草劑,它是一種有機磷化合物,具體為膦酸酯。它用來殺死雜草,尤其是與作物競爭的一年生闊葉雜草。由孟山都公司的化學家約翰·弗朗茨在1970年發現,其專利於2000年到期。

農民很快接受嘉磷塞,特別是在孟山都推出了抗嘉磷塞(抗嘉磷塞大豆,英語:Roundup Ready soybean, PRS)轉基因作物(黃豆、棉花、油菜及玉米),使農民能夠殺死雜草而不會殺死他們的莊稼。

嘉磷塞使用時一般將其製成異丙胺鹽或鈉鹽。嘉磷塞除草性能優異,極易通過葉面少量通過根吸收,並運送到植物生長點。它抑制植物酶參與合成的三個芳香胺基酸:酪胺酸,色胺酸和苯丙胺酸。因此,它僅在活躍生長的植物有效,而不是有效地作為芽前除草劑。對一年生及多年生雜草都有很高的活性。

透過基因改造,可使作物能耐嘉磷塞。2007年嘉磷塞是美國的農業領域最常用的除草劑,也是大多數家園、花園、政府、工業和商業使用的第二位。2010年在美國有93%的大豆耕地,相當大比例的玉米及棉花,種植的都是抗嘉磷塞種子,而阿根廷及巴西的比例更高。到了2016年出現了嘉磷塞除草劑應用頻率100倍增長,部分原因是應對前所未見的全球出現和蔓延的抗嘉磷塞雜草。

2013年德國聯邦風險評估研究所的毒理學回顧發現,對於相關的嘉磷塞配製劑和多種癌症的風險,包括非何傑金氏淋巴瘤(NHL)。「可用的數據是矛盾的,遠遠不具說服力」。2015年3月,世界衛生組織的國際癌症研究機構根據流行病學研究,動物實驗,以及體外研究,歸類嘉磷塞「可能人類致癌物」(2A類)。[3]2015年11月,歐洲食品安全局公佈了嘉磷塞的最新評估報告,得出的結論是物質不太有機會具有遺傳毒性(即損害DNA)或構成對人類致癌的威脅。[4]請注意,對食品風險的評估不適用曝露在噴灑了除草劑的環境周邊的人,例如:園丁,農民,住戶。因為直接曝露接觸的劑量將遠大於從食品中接觸到的除草劑。

性質[編輯]

白色結晶,易溶於水、乙醇丙酮氯苯煤油二甲苯,不可燃,常溫下穩定,易於運輸。[5]

化學[編輯]

嘉磷塞是天然胺基酸甘胺酸的氨基膦類似物,像所有的胺基酸根據pH值存在於不同的離子狀態。兩者膦酸和羧酸部分可以被離子化和胺基可以被質子化且該物質存在作為一系列的兩性離子。在室溫下,嘉磷塞可溶於水(12克/升)。原始的嘉磷塞合成方法,三氯化磷和甲醛水解,得到磷酸鹽反應。甘胺酸然後與此磷酸鹽反應以產生嘉磷塞,它的名字是作為在該合成中使用的化合物的縮寫- 即甘胺酸和磷酸鹽。

PCl3 + H2CO → Cl2P(=O)-CH2Cl
Cl2P(=O)-CH2Cl + 2 H2O → (HO)2P(=O)-CH2Cl + 2 HCl
(HO)2P(=O)-CH2Cl + H2N-CH2-COOH → (HO)2P(=O)-CH2-NH-CH2-COOH + HCl

嘉磷塞的主要去活路徑是水解成氨甲基膦酸(AMPA)。

工業製取[編輯]

  1. 氯乙酸銨英語Ammonium monochloracetate為原料,先與氫氧化鈣反應得到亞氨基二乙酸英語Iminodiacetic acid鈣鹽,在硫酸鈉作用下生成亞氨基二乙酸。然後用三氯化磷甲醛與亞氨基二乙酸反應,得到雙甘膦(嘉磷塞)[6],最後用濃硫酸或過氧化氫氧化雙甘膦,得到嘉磷塞。
    從氯乙酸銨製取嘉磷塞
  2. 自產亞磷酸三甲酯的企業採用亞磷酸三甲酯生產工藝生產嘉磷塞。
  3. 採用亞磷酸二甲酯(DMMP,甲基磷酸二甲酯,膦酸二甲酯)生產工藝生產:亞磷酸二甲酯與甲醛甘胺酸反應生成嘉磷塞二甲酯,然後水解得嘉磷塞。此法有效率高,純度高的優點,是目前中國生產嘉磷塞的主要方法。[7]
    從亞磷酸二甲酯製取嘉磷塞

作用機制[編輯]

嘉磷塞主要是阻礙芳香胺基酸的生物合成,即苯丙胺酸色胺酸酪胺酸通過莽草酸途徑的合成。它對EPSPS合酶(5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合酶, 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase)有抑制作用,該酶可以催化莽草酸-3-磷酸(shikimate-3-phosphate, S3P)和磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate)向5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸(5-enolpyruvyl-shikimate-3-phosphate, EPSP)的轉化,因此嘉磷塞干擾這一生物合成的酶促反應,導致莽草酸(shikimate)在生物體內的積累。抑制酶使莽草酸在植物組織積累並轉移其他生化過程的精力和資源。雖然幾小時內植物停止增長,需要幾天時間樹葉開始變黃。[8] 此外嘉磷塞也可以抑制其他植物酶[9][10]和動物酶[11]的活性。


嘉磷塞的作用機制


嘉磷塞在高等植物內的代謝十分緩慢,曾測試出其代謝物為氨甲基膦酸甲氨基乙酸。正由於嘉磷塞在植物體內具有高度的運轉性能、緩慢的降解性能和高度的植物毒性,決定了它是一個理想的防除多年生雜草的除草劑。[12]

目前正在研究對嘉磷塞有抗性植物的培養。生物化學家從微生物中篩選出體內含有EPSP過量的菌種,將其有關的基因導入到菸草和黃豆組織中,從而培養出能耐嘉磷塞的植株。[13][14]

環境去向[編輯]

在地面嘉磷塞降解途徑

嘉磷塞強烈吸附於土壤中,殘留物通常在土壤中不會移動。地下水和地表水的污染是有限的。嘉磷塞容易被土壤中的微生物降解為氨甲基膦酸(AMPA)。由於其強的吸附特性嘉磷塞和氨甲基膦酸不太可能移動到地下水。

嘉磷塞在土壤的半衰期為2天到197天之間;在一個典型的領域中半衰期建議為47天。土壤和氣候條件影響嘉磷塞在土壤中的持久性。嘉磷塞在水中的平均半衰期從數天到91天。

據國家農藥信息中心實表,既不在美國食品和藥物管理局的農藥殘留監控計劃,也沒有在美國農業部的農藥數據計劃,嘉磷塞不包括在檢驗化合物中。然而用每英畝嘉磷塞3.71磅(每公頃4.15公斤)處理,長達一年的土壤後,現場檢試表明,萵苣,胡蘿蔔,大麥中含有殘存的嘉磷塞。

使用[編輯]

嘉磷塞可有效殺死多種植物,包括草本、闊葉和木本植物。 按體積計這是最廣泛使用的除草劑之一。2007年在美國農業部份,嘉磷塞是最常用的除草劑,使用82,000噸到84,000噸,第二最常用的在家庭和花園2300到3600噸以及政府使用5900到6,800噸在工業和商業上。它通常用於農業,園藝,葡萄栽培和造林,以及園林養護(包括家用)。它對一些三葉草物種和牽牛花影響相對較小。

嘉磷塞和相關的除草劑通常用在消滅侵入物種和棲息地恢復,特別是以增強原生植物,建立草原生態系統。可控應用通常結合一個選擇性除草劑和消滅雜草的傳統方法,如地膜覆蓋以達到最佳的效果。

在許多城市嘉磷塞沿著人行道和街道噴灑,以及在路面之間的裂縫,其中雜草常常生長。然而施加到堅硬表面的嘉磷塞高達24%可被水沖走。嘉磷塞污染地表水歸因於城市和農業用水。嘉磷塞用於清除鐵軌,擺脫多餘的水生植被。

嘉磷塞也可用於作物乾燥與催熟(小麥、玉米、大豆與棉花),以及增加甘蔗的蔗糖濃度,通常均在收穫期前10~15d左右噴藥。

轉基因作物[編輯]

孟山都公司的科學家在一個名為CP4農桿菌菌株的反覆試驗後,取得抗嘉磷塞酶的克隆基因,並轉染到大豆,產出抗嘉磷塞大豆。在1996年轉基因大豆作了市售。當前抗嘉磷塞作物包括大豆,玉米,芸苔,苜蓿,甜菜,棉花,小麥仍然在開發中。在2015年,89%的玉米,94%的大豆,並且在美國生產的89%的棉花是抗除草劑轉基因作物。

製劑和商品名稱[編輯]

嘉磷塞在美國和世界各地的許多農藥企業上市,在不同的優勢解決方案和各種助劑,有幾十個商品名。截至2010年在市場上超過750種嘉磷塞產品。2012年按銷量上計算大約一半嘉磷塞的全球總消費量是用於傳統作物,亞太地區是規模最大,增長最快的市場。中國廠商集體是世界上最大的嘉磷塞及其前體生產商,佔全球出口量的30%左右。主要生產商包括安徽華星化工公司,巴斯夫,拜耳作物科學有限公司,陶氏益農,杜邦,孟山都,南通江山農藥化工有限公司,新農有限公司以及浙江新安化工集團公司等。

嘉磷塞是一種酸分子,因此它被配製成用於包裝和搬運的鹽。各種鹽製劑包括異丙胺,二銨,單銨或鉀作為抗衡離子。一些品牌包括一個以上的酸鹽。

佐劑是指已經加入到嘉磷塞產物的佐劑的量。滿載產品中含有所有必要的佐劑,包括表面活性劑,一些不包含佐劑系統,而其它產品僅含有有限量的佐劑,和額外的表面活性劑使用前必須先加入到噴霧罐中。

產品在活性成分的120,240,360,480,680克/升的製劑最常提供。在農業中最常見的製劑為360克/升,單獨或與添加陽離子表面活性劑。360克/升配方,歐洲法規允許多年生雜草如茅草的控制使用高達12升/公頃。更常見的3升/公頃的比率使用於農作物中一年生雜草的控制。

孟山都[編輯]

70年代初孟山都研發並獲得專利使用嘉磷塞殺死雜草,並於1974年首先以農達牌子將其推向市場。雖然其最初的專利在1991年到期,孟山都保留在美國的獨家經營權,直至異丙胺鹽專利於2000年9月到期。截至2009年由於來自其他根基於嘉磷塞除草劑的其他生產商的競爭,銷售這些除草劑產品佔孟山都公司的收入約10%,他們的農達產品(包括轉基因種子)佔大約孟山都的毛利率的一半。

孟山都除草劑的活性成分是嘉磷塞的異丙胺鹽。在一些製劑中的另一重要成分是表面活性劑聚乙氧基牛脂胺。

孟山都還生產遺傳改造抗嘉磷塞的植物種子。中所包含這些種子基因的專利。這些作物允許農民使用嘉磷塞作為苗後除草劑產品除去大多數闊葉和穀物雜草。大豆是第一個抗嘉磷塞作物。

毒性[編輯]

對人體影響[編輯]

學者留意到,中美洲腎病Mesoamerican Nephropathy (MeN)在尼加拉瓜和薩爾瓦多的年輕男性甘蔗工人的流行率驚人地高。在甘蔗種植中常用的除草劑嘉磷塞可能破壞與腎功能有關的多種蛋白質的合成,從而引發這種腎病。[15] [16]

致癌性與轉基因食物[編輯]

透過基因改造,可使作物能耐嘉磷塞,大幅提高使用嘉磷塞除草的效率。不過,嘉磷塞對大鼠體細胞有毒性[17],所以歐盟對食水中的殘留嘉磷塞含量有嚴格的規定[18]。根據德國萊比錫大學於2011年12月進行的一項研究,在受驗的一批柏林市區居民的尿液樣本內,所有樣本均發現其殘留嘉磷塞含量比歐盟食水內的殘留標準高出5到20倍[17][18]足以證明嘉磷塞在人類的整條食物鏈內不斷殘留積累。所以現時有建議完全禁用嘉磷塞。[來源請求]

政府和組織立場[編輯]

歐洲食品安全局[編輯]

德國風險評估研究所在2013年系統研究超過1000項流行病學研究、動物實驗、體外研究,並發現「無致癌性分類和標籤是有道理的」。

2015年11月歐洲食品安全局公佈了嘉磷塞的風險評估結論,稱這是「對人類不太可能構成致癌風險」。

美國環境保護署[編輯]

美國環保局在1993年對嘉磷塞進行的最後審核顯示其沒有致癌性和有相對較低的皮膚和口服的急性毒性。個人一生進食最大含量殘留嘉磷塞噴塗。表明沒有不利的健康影響。截至2015年3月,美國環保署正在審查嘉磷塞的毒性。

世衛組織國際癌症研究機構、糧農組織等[編輯]

2015年3月,世界衛生組織(WHO)國際癌症研究機構發表了他們對嘉磷塞的總結和分類,根據流行病學研究,動物研究和體外研究嘉磷塞「可能對人類致癌」(2A類)。「有限的證據」說明其可能引起非霍奇金淋巴瘤。

孟山都公司稱國際癌症研究機構報告有偏見,並表示希望它被收回。2016年孟山都公司起訴加州除草劑的致癌物質分類。

2016年專家聯合國糧食及農業組織(糧農組織)小組的食品中農藥殘留的聯席會議與環境和世界衛生組織核心評估小組農藥殘留(農藥殘留會議),得出的結論是根據現有證據「通過飲食攝入嘉磷塞不太可能構成人類致癌的風險」。

中毒之處理[編輯]

  • 主要成份
嘉磷塞異丙胺鹽(Isopropylamine)之醣磷類佔41%,非離子性之表面擴張劑(polyoxyethyleneamine)佔15%,普遍以褐黃色溶液型態出售。
  • 症狀
一般在口服後15分鐘內,便可能產生嘔吐及喉部疼痛現象,另外接著可能產生腹痛及腹瀉症狀,通常服用量超過 100 ml 者,較易有明顯症狀發生。嚴重中毒的患者則可能伴隨有低血壓、口腔潰爛、消化道潰瘍、呼吸困難、咳嗽、發紺、寡尿及腎功能損傷、電解質不平衡等情形。在以往,死亡原因多認為乃是因腹瀉導致的低血壓所致,但根據近年來的觀察,呼吸道的傷害,可能才是造成死亡的原因,其中特別是年齡愈大、肺部損傷愈嚴重者,更容易死亡。 [19]
  • 送醫

抗嘉磷塞雜草[編輯]

在1990年代當分別介紹了第一個轉基因作物,如抗嘉磷塞玉米,油菜,大豆和棉花之前沒有任何抗嘉磷塞雜草。到了2014年抗嘉磷塞雜草成為抗除草劑的主要研究。當時有18個國家23種抗嘉磷塞品種。雜草對除草劑抗性被稱為「超級雜草」。

第一起有記錄的抗嘉磷塞雜草發生在澳大利亞的瑞士黑麥草(Lolium rigidum)。到2014年瑞士黑麥草是在12個國家發現,影響超過200萬公頃。截至2010年在美國2.8至4.0百萬公頃土壤由超級雜草折磨,或68百萬公頃中約5%種植了玉米,大豆,棉花,農作物受影響最嚴重,有22個州。2012年查爾斯·布魯克在美國雜草科學學會報導中列出美國的22種超級雜草,超過5,700,000公頃雜草侵擾和陶氏益農已進行了一項調查,並報告約40,000,000公頃的數字。截至2014年國際調查抗除草劑雜草資料庫中列出211雜草對嘉磷塞抗性。為了應對抗性雜草,農民們用手工除草,用拖拉機在作物土壤之間翻轉,使用非嘉磷塞除草劑等。孟山都的科學家們發現,一些耐藥性雜草對一個名為EPSPS的基因有多達160額外的拷貝,這酶干擾了嘉磷塞。

照片集[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 Template:EHC-ref
  2. ^ Index no. 607-315-00-8 of Annex VI, Part 3, to Regulation (EC) No 1272/2008 of the European Parliament and of the Council of 16 December 2008 on classification, labelling and packaging of substances and mixtures, amending and repealing Directives 67/548/EEC and 1999/45/EC, and amending Regulation (EC) No 1907/2006. OJEU L353, 31.12.2008, pp 1–1355 at pp 570, 1100..
  3. ^ List of classifications, Volumes 1–123 – IARC. [2019-05-17]. (原始內容存檔於2018-12-31) (美國英語). 
  4. ^ EFSA explains risk assessment: Glyphosate. European Food Safety Authority. 2015-11-12 [2019-05-17]. (原始內容存檔於2019-05-17) (英語). 
  5. ^ Williams GM, Kroes R, Munro IC. Safety Evaluation and Risk Assessment of the Herbicide Roundup and Its Active Ingredient, Glyphosate, for Humans. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2000, 31 (2): 117–165. doi:10.1006/rtph.1999.1371.  PMID 10854122.
  6. ^ 除草劑與基因改造食品[永久失效連結]行政院國家科學委員會
  7. ^ 草甘膦;N-(磷酰基甲基)甘氨酸;镇草宁;N-(膦酰基甲基)甘氨酸;农达;N-(膦酰甲基)氨基乙酸. 化工引擎. [2009-08-23]. (原始內容存檔於2010-03-28). 
  8. ^ E. Schönbrunn; 等. Interaction of the herbicide glyphosate with its target enzyme 5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase in atomic detail. PNAS. 2001, 98 (4): 1376–1380 [2009-08-23]. (原始內容存檔於2008-06-06). 
  9. ^ Su, L. Y.; 等. The relationship of glyphosate treatment to sugar metabolism in sugarcane: New physiological insights. J. Plant Physiol. 1992, 140: 168–173. 
  10. ^ Lamb, D. C.; 等. Glyphosate is an inhibitor of plant cytochrome P450: Functional expression of Thlaspi arvensae cytochrome P45071B1/ reductase fusion protein in Escherichia coli. Biochem. Biophys. Res. Comm. 1998, 244 (1): 110–114. doi:10.1006/bbrc.1997.7988. 
  11. ^ Hietanen, E., K. Linnainmaa, and H. Vainio. Effects of phenoxyherbicides and glyphosate on the hepatic and intestinal biotransformation activities in the rat. Acta Pharm. et Toxicol. 1983, 53 (2): 103–112. doi:10.1111/j.1600-0773.1983.tb01876.x. 
  12. ^ Ashton, F. M. and Crafts, A. S. Mode of Action of Herbicides. New York: John Wiley & Sons. 1981. 
  13. ^ G. R. Heck; 等. Development and Characterization of a CP4 EPSPS-Based, Glyphosate-Tolerant Corn Event. Crop Sci. Jan 1, 2005, 45 (1): 329–339. (原始內容 (Free full text)存檔於2009-08-22). 
  14. ^ T. Funke; 等. Molecular basis for the herbicide resistance of Roundup Ready crops (Free full text). PNAS. 2006, 103: 13010–13015 [2009-08-23]. PMID 16916934. doi:10.1073/pnas.0603638103. (原始內容存檔於2008-06-06). 
  15. ^ Stephanie Seneff and Laura Orlando, "Glyphosate Substitution for Glycine During Protein Synthesis as a Causal Factor in Mesoamerican Nephropathy." J Environ Anal Toxicol 2018; 8:541 (PDF), [2018-04-07], (原始內容存檔 (PDF)於2018-04-08) 
  16. ^ Stephanie Seneff and Laura Orlando, "Is Glyphosate a Key Factor in Mesoamerican Nephropathy?" J Environ Anal Toxicol 2018; 8:542 (PDF), [2018-04-07], (原始內容存檔 (PDF)於2018-04-08) 
  17. ^ 17.0 17.1 Glyphosate in Monsanto’s Roundup Found in All Urine Samples Tested [所有尿液樣本測試均發現孟山都的Roundup的嘉磷塞]. NaturalSociety. 2012-01-26 [2013-04-03]. (原始內容存檔於2013-04-05) (英語). 
  18. ^ 18.0 18.1 Brändli, Dirk; Reinacher, Sandra. Herbicides found in Human Urine [人類尿液發現除草劑]. Ithaka-Journal für Terroirwein, Biodiversität und Klimafarming. [2014-05-24]. (原始內容存檔於2014-07-31) (英語). 
  19. ^ 年年春除草劑中毒之處理 網際網路檔案館存檔,存檔日期2012-05-11.,楊振昌醫師,台北榮總,毒藥物防治諮詢中心

參見[編輯]