CN104640451A - 用作除草剂的奥硝唑及相关的化合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及奥硝唑及相关的化合物作为对宽范围的光合自养有机体有活性的除草剂的用途。本发明的化合物示出有效的除草剂活性而对环境和对人类健康是无害的。

Description

用作除草剂的奥硝唑及相关的化合物
发明领域
本发明涉及在抑制光合有机体的生长上有效并且对环境和对哺乳动物健康基本上没有危害的除草剂。
发明背景
合成的化学品除草剂在现代农业中的大量使用已经引起了公众对人类健康和环境污染的相关风险的关注。此外，已经观察到越来越多的除草剂抗性杂草。不断努力以识别并且开发对宽范围的光合自养有机体有活性并且对人类健康和对环境是较少危害的除草剂。
在包括植物、藻类和蓝细菌的光合自养有机体中，光合器官(photosynthetic apparatus)是用于除草剂的常见靶标。这种器官包括将光转化成ATP和NADPH形式的化学能的光反应和碳固定途径(卡尔文循环)。
通过光合器官吸收的光被利用以使水氧化并且裂解成分子O2和质子，然而释放的电子经由电子传递链被转移并且将NADP+还原成NADPH。跨越类囊体膜形成的质子梯度充当用于从ADP和磷酸通过膜酶ATP合成酶的ATP形成的驱动力。若干种已知的除草剂被靶向电子传递链中的多个位点；例如DCMU(敌草隆)或阿特拉津(Atrazine)抑制在与光合体系II有关的两种醌类之间的电子转移，以及甲基紫精(百草枯)接受来自光合体系I的电子，从而产生破坏光合器官的反应性氧物质(Trebst A.2007.PhotosynthRes 92:217-224)。
卡尔文循环可以被大致地划分为三个阶段：(1)核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)的羧化，即通过RuBP羧化酶/加氧酶(Rubisco)催化的反应，这导致产生3-磷酸甘油酸(PGA)；(2)PGA还原成甘油醛-3-磷酸(GA3P)。PGA还原在使用在光反应中产生的ATP和NADPH、通过磷酸甘油酸激酶和GA3P脱氢酶(GAPDH)催化的两个连续的反应中发生。GA3P通过磷酸丙糖异构酶被异构化成二羟丙酮磷酸(DHAP)。这两种磷酸丙糖，GA3P和DHAP，是产生所有碳水化合物及其有机物质的底物；以及(3)RuBP从磷酸丙糖在一系列的反应中再循环。根据本发明人的最佳能力确定的是，迄今为止未曾报道能够穿透细胞膜并且靶向卡尔文循环的除草剂。
包括Rubisco和磷酸核酮糖激酶的若干种酶专门在卡尔文循环中起作用；然而，与大部分的卡尔文循环酶类似的同功酶也在糖酵解途径和糖异生途径中起作用。尽管已经报道被用作癌症和传染性疾病的抗新陈代谢药物的糖酵解和糖异生的抑制剂(Pelicano等人,2006.Oncogene25:4633-4646)，但没有文献报道能够穿透到光合有机体的细胞内的卡尔文循环的选择性抑制剂。
硝基咪唑衍生物，特别地4(或5)-硝基咪唑衍生物已经被长期地报道为在治疗由包括例如某些变形虫物种的病原性原生动物引起的传染病中是有用的(美国专利第3,435,049号和第3,493,582号)。
另外的硝基咪唑衍生物被报道为可以被用作药物以及杀虫剂(insecticide)的有效的杀真菌剂和抗细菌剂。例如，美国专利第4,046,773号公开还可以被用作除草剂的具有杀虫剂活性的氨基甲酰基-咪唑衍生物。
美国专利第5,206,257号和第5,380,865号公开可以被用于控制节肢动物、植物线虫、肠虫(helminth)或原生动物的2-苯基咪唑衍生物。
美国专利第4,235,995号公开具有抗微生物、杀寄生虫和除草活性的1,4-双取代-3-硝基吡唑的生产。优选的化合物是1-烷基或-烯基-4-吡唑甲酰胺、是腈。这些新的化合物对于细菌性动物疾病的控制是特别有用的。
日本专利申请公开第61109701号公开含有2-甲基-4(5)-三氟甲基-5(4)-硝基咪唑作为活性成分的除草剂。该除草剂对宽范围的杂草是有效的并且可以通过土壤处理、叶处理或在淹没条件下的处理作为出苗前或出苗后处理使用。
Edwards等人(Edwards D I等人.1974,Z.Pflanzenphysiol.Bd.71:S424-427)示出被认为是抗微生物剂药物的甲硝哒唑(1-β-羟乙基-2-甲基-5-硝基咪唑)，在抑制光合作用的电子传递中是有效的。甲硝哒唑被示出在光合体系II不运转并且抗坏血酸盐充当电子源的体系中充当铁氧还蛋白连接的NADP+还原的强力抑制剂。体系包括NADP+、破碎的菠菜叶绿体、中间电子载体(DCPIP)和铁氧还蛋白。
奥硝唑(1-氯-3-(2-甲基-5-硝基-1H-咪唑-1-基)丙-2-醇)被认为是抗细菌药物和抗原生动物药物。最近，已经说明奥硝唑抑制糖酵解酶甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)和磷酸丙糖异构酶的活性(Pelicano等人,2006,同上)。奥硝唑被广泛地用于治疗在家禽和在包括人类的哺乳动物中的细菌感染和原生动物感染。
对于对环境没有危害并且对哺乳动物无害的具有宽范围活性的有效的除草剂，存在公认的持续的需求。
发明概述
本发明涉及奥硝唑及与其相关的化合物作为除草剂的用途。这种除草剂具有可生物降解的优点。
本发明部分地基于奥硝唑明显地抑制光合作用而对光合自养有机体的呼吸作用仅具有较小影响的意外发现。不希望受任何特定理论或作用机理束缚，这种差别抑制可以归因于对参与卡尔文循环的酶的显著的抑制，特别地对卡尔文循环磷酸丙糖异构酶的抑制，但不是对参与呼吸作用的其同功酶的抑制。
因此，根据一个方面，本发明提供抑制光合有机体的生长的方法，方法包括将具有通式I的化合物或多种化合物、或其盐应用到有机体和/或所述有机体的生境：
其中：
R1为H、卤素或C1-C4烷基；
R2和R3中的一个为H或卤素并且另一个为NO2；并且
X为卤素，从而抑制所述有机体的生长。
根据某些实施方案，R1为C1-C4烷基。根据某些实施方案，R1为甲基。
根据其他的实施方案，卤素选自由氟、氯、溴和碘组成的组。根据某些实施方案，卤素为氯。
根据某些实施方案，化合物为奥硝唑或其盐，其中R1为甲基、R2为NO2、R3为H并且X为氯。
根据某些实施方案，光合有机体选自由植物、藻类和蓝细菌组成的组。根据某些实施方案，植物选自水生植物和陆生植物。根据其他的实施方案，藻类选自绿藻类和硅藻类。每个可能性代表本发明的单独的实施方案。
将理解，具有式I的化合物可以用于控制光合有机体在某些生境中的生长。因此，具有式I的化合物或多种化合物在本文中被称为除草剂化合物。
通过如本领域技术人员已知的任何方法，根据本发明的教导的具有式I的除草剂化合物可以被应用到光合有机体、其部分或其生境。
根据某些实施方案，当光合有机体是陆生植物时，奥硝唑化合物或与其相关的化合物被应用到植物的地上部分(aerial part)。根据其他的实施方案，化合物被应用到植物的根。根据某些实施方案，奥硝唑或奥硝唑相关的化合物在种子出苗后立刻被应用。
根据另外的实施方案，具有式I的除草剂化合物被应用到光合有机体的生境。根据某些实施方案，除草剂化合物被应用到光合有机体的生长介质，其中介质选自由固体生长介质和水生生长介质(aquatic growth medium)组成的组。根据某些实施方案，固体介质为天然土壤。根据其他实施方案，固体介质为人造土壤。
根据本发明的教导的奥硝唑及奥硝唑相关的化合物可以被配制成除草剂组合物，所述除草剂组合物还包含农业上可接受的稀释剂或载体。根据如本领域技术人员已知的光合有机体的类型和应用的方法，设计制剂的形式。根据某些实施方案，组合物还包含选自由以下组成的组的至少一种另外的活性成分：杀真菌剂、杀虫剂、另外的除草剂、杀线虫剂、杀螨剂、杀细菌剂、植物生长调节剂、肥料、土壤改良剂或其组合。
根据某些实施方案，具有式I的化合物或多种此类化合物以从约0.2mM至约5mM的总浓度、典型地以从约0.5mM至约2.0mM的浓度被应用。
根据以下的描述和附图，本发明的其他目的、特征和优点将变得清楚。
附图简述
图1示出如通过叶绿素浓度反映的奥硝唑对蓝细菌鱼腥藻(Anabaena)PCC7120的生长的影响。蓝细菌在BG11介质中在30μmol光子m-2秒-1下在30℃下在指示浓度的奥硝唑的存在下生长。
图2证实在多种浓度的无机碳和饱和的光强度下奥硝唑对鱼腥藻PCC7120的光合作用的速率的影响(图2A)，以及在多种光强度和饱和浓度的无机碳下奥硝唑对鱼腥藻PCC7120的光合作用的速率的影响(图2B)。
图3示出奥硝唑对水生被子植物浮萍(Lemna)的荧光参数的影响。使用PAM荧光计，在存在或不存在1mM奥硝唑下在生长介质中测定预先暗化的植物在昏暗(3μmol光子x m-2x秒-1)和饱和的(2000μmol光子x m-2x秒-1，0.8秒)闪光光线(分别地Fo和Fmax)下的荧光。用饱和的闪光在光化光(210μmol光子x m-2x秒-1)下测定量子产率和非光化学猝灭(qN)。
图4示出奥硝唑对长颖燕麦(Avena sterilis)的光合作用的量子产率的影响。在盆中生长的燕麦(Avena)籽苗的叶(仍附接到茎)被浸入1mM奥硝唑中持续指示的时间。用PAM荧光计测定在多种光强度下的光合作用的量子产率。
图5证实奥硝唑对鱼腥藻PCC7120的光合作用和电子传递速率的影响。测定在生长介质中在30℃下在180μmol光子x m-2x秒-1下生长的细胞的速率。使用O2电极在1mM甲基紫精的存在下测定从H2O经由反应中心II和I以及甲基紫精到O2的电子传递速率。
图6示出用多种浓度的奥硝唑处理的鱼腥藻PCC 7120原生质球的磷酸丙糖异构酶(TIM)和甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)的活性速率和O2交换速率之间的相关性。
图7A-C证实奥硝唑在存在或不存在鱼腥藻细胞的生长介质中、在正常的光条件下或在黑暗中的稳定性。奥硝唑(分子量220和222，这是由于氯的两种同位素)或降解产物被LC-MS检测。来自第一天和第四天的样品的色谱图分别在图7B和图7C中示出。分离的分子的保留时间和分子量被标出。
发明详述
本发明首次公开奥硝唑及奥硝唑相关的化合物可以被用作有效并且安全的除草剂，这基于这些化合物显著地抑制光合作用而对光合有机体的呼吸作用仅具有较小影响的意外发现。因此，这些奥硝唑相关的化合物特别地抑制或废止光合有机体的生长但对环境或对人类健康是没有危害的。此外，奥硝唑及奥硝唑相关的化合物是可生物降解的，因此对环境具有最小的影响。
定义
术语“光合有机体”或“光合自养有机体”在本文中以其最广泛的方面使用，指的是能够使用光能利用尤其是卡尔文循环用于无机碳固定的任何有机体。在本发明的教导中，光合有机体在特定生境中的生长是不期望的，并且因此应该被抑制或消除。因此，光合有机体可以被定义为杂草。
术语“具有式I的化合物”、“奥硝唑及与奥硝唑相关的化合物”以及“除草剂化合物”在本文中被可交换地使用，并指的是具有通式I的化合物或多种化合物，且奥硝唑是典型的实施方案。
术语“植物”、“藻类”以及“蓝细菌”在本文中以其最广泛的意义被使用，并且包括有机体和其任何部分，包括有机体传播体(organism dispersalunit)。其还指的是多种有机体细胞，所述多种有机体细胞在很大程度上分化成存在于有机体的发育的任何阶段的结构。当光合有机体是植物时，这些结构包括但不限于根、茎、芽(shoot)、叶、花、花瓣、果实等。应明确地理解，术语“植物”还涵盖植物种子。
如本文使用的术语“生境”指的是其中光合有机体生长的物理环境并且特别地指的是光合有机体的生长介质。生境在很大程度上取决于光合有机体的类型；生长介质包括支持植物、藻类或蓝细菌生长的任何介质，包括但不限于多种类型的土壤或含水介质。
“C1-C4烷基”基团指的是包含一个到四个碳原子的饱和脂肪族烃，包括直链或支链结构。例子包括甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基，且每个可能性代表本发明的单独的实施方案。
如在本文中单独使用或作为另一基团的一部分的术语“卤素(halogen)”或“卤素(halo)”指的是氯、溴、氟和碘。
用于本发明的一种或更多种化合物，可以作为盐存在。术语“盐”涵盖碱加成盐和酸加成盐两者。
根据一个方面，本发明提供抑制光合有机体的生长的方法，所述方法包括将具有通式I的化合物或多种化合物应用到有机体或其生境：
其中：
R1为H、卤素或C1-C4烷基；
R2和R3中的一个为H或卤素并且另一个为NO2；并且
X为卤素。
根据某些实施方案，R1为C1-C4烷基。根据某些实施方案，R1为甲基。
根据其他的实施方案，卤素选自由氟、氯、溴和碘组成的组。根据某些实施方案，卤素为氯。
根据某些实施方案，化合物为奥硝唑或其盐，其中R1为甲基、R2为NO2、R3为H并且X为氯。
根据本发明的教导的奥硝唑或其相关的化合物可以以其本身被使用或可以被配制成除草剂组合物。对本发明的除草剂组合物的制剂没有特别的限制，只要组合物含有具有式I的化合物或多种化合物作为活性成分。
制剂通常包含按重量计在0.1个百分比和95个百分比之间、优选地在0.5％和90％之间的活性化合物。
根据某些实施方案，组合物还包含如本领域技术人员已知的载体、稀释剂、乳化剂、表面活性剂、分散剂、佐剂以及类似物中的至少一种。除草剂组合物可以作为农业化学品通常可采用的制剂中的任何一种被使用，例如可湿性粉末、颗粒、粉末、粉剂(dust)、糊剂、乳剂、水溶性粉末、悬浮液、溶液、气溶胶和用天然物质和合成物质浸渍并且被微封装(microencapsulate)在聚合物物质中的可流动的组合物。
固体载体或稀释剂的例子包括植物物质、纤维材料、合成塑料粉末、黏土(例如，高岭土、膨润土、烧蚀土(terra abla))、滑石或无机材料(浮石、粉末状硫磺)。液体载体或稀释剂的例子包括水、醇类、酮类、醚类、芳香族烃类、脂肪族烃类、酯类、亚硝酸盐类、酰胺类(N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜)、以及卤代烃类。
如果使用的稀释剂是水，还可以使用例如有机溶剂作为辅助溶剂。大体上适当的液体溶剂是：芳香族化合物(aromatics)，例如二甲苯、甲苯或烷基萘；氯代芳香族化合物和氯代脂肪族烃，例如氯苯、氯乙烯或二氯甲烷；脂肪族烃，例如环己烷或石蜡，例如石油馏分、矿物和蔬菜油；醇类，例如丁醇或乙二醇、以及还有它们的醚和酯；酮类，例如丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮或环己酮；强极性溶剂，例如二甲基甲酰胺和二甲基亚砜。
例如，适当的固体载体是：铵盐和研磨的天然矿物质，例如高岭土、黏土、滑石、白垩、石英、凹凸棒石、蒙脱土或硅藻土；以及研磨的合成材料，例如细分的二氧化硅(finely divided silica)、氧化铝和硅酸盐；例如，用于颗粒的适当的固体载体是压碎并且分级的天然岩石，例如方解石、大理石、浮石、海泡石、白云石以及无机粉状物和有机粉状物的合成的颗粒、以及有机材料的颗粒，例如锯屑、椰子壳、玉米棒(maize cob)和烟草茎秆；例如，适当的乳化剂和/或泡沫形成剂是非离子型乳化剂和阴离子型乳化剂，例如聚氧化乙烯脂肪酸酯类、聚氧化乙烯脂肪醇醚类例如烷基芳基聚乙二醇醚、烷基磺酸盐/酯(alkylsulphonate)、烷基硫酸盐/酯(alkyl sulphate)、芳基磺酸盐/酯(arylsulphonate)和蛋白水解物；例如，适当的分散剂是木素亚硫酸盐废液(lignosulphite waste liquor)和甲基纤维素。
增粘剂例如羧甲基纤维素，以粉末、颗粒或胶乳形式的天然聚合物和合成聚合物，例如阿拉伯树胶、聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯，以及还有天然的磷脂例如脑磷脂和卵磷脂，以及合成的磷脂可以被用于制剂中。其他可能的添加剂是矿物和蔬菜油。
可以使用染料以及微量营养素，所述染料例如：无机颜料，例如氧化铁、氧化钛、普鲁士蓝(Prussian blue)；和有机染料，例如茜素(alizarin)染料、偶氮染料和金属酞菁染料，所述微量营养素例如铁、锰、硼、铜、钴、钼和锌的盐。表面活性剂的例子包括烷基硫酸酯、烷基磺酸盐/酯(alkylsulfonate)、聚乙二醇醚和多元醇酯。铺展剂(spreader)或分散剂的例子包括酪蛋白、明胶、淀粉、羧甲基纤维素、阿拉伯树胶、藻酸、木素、膨润土、聚乙烯醇、松树油、磨拉石和琼脂。
稳定剂的例子包括异丙基磷酸盐/酯(isopropylphosphate)混合物、磷酸三甲苯酯(tricresyl phosphate)、妥尔油、环氧油、表面活性剂、脂肪酸及其酯。
根据某些实施方案，除草剂组合物还包含选自由以下组成的组的至少一种另外的活性剂：杀真菌剂、杀虫剂、另外的除草剂、杀线虫剂、杀螨剂、杀细菌剂、植物生长调节剂、肥料、土壤改良剂或其组合。
根据某些实施方案，光合有机体选自由植物、藻类和蓝细菌组成的组。根据某些实施方案，植物选自水生植物和陆生植物。根据其他的实施方案，藻类选自绿藻类和硅藻类。每个可能性代表本发明的单独的实施方案。本发明的化合物在抑制具有光合作用活性的植物、藻类或蓝细菌中的任何物种中是有活性的。
根据惯常的处理方法，例如通过浸渍、喷雾、蒸发、雾化和上刷(brushing-on)，具有式I的除草剂化合物或包含其的组合物可以被直接应用到光合有机体或其一部分或其环境、生境或存储区域。
根据某些实施方案，除草剂化合物或包含其的组合物被应用到光合自养有机体的生长介质。可以应用到生长介质的表面或除草剂化合物可以与生长介质混合。如上文所描述，生长介质可以是固体、特别地土壤(天然的或人造的)，或生长介质可以是液体，特别地含水介质(天然的或人造的)。向生长介质的应用可以在存在或不存在光合自养有机体下进行。
在其中光合有机体是植物的实施方案中，具有通式I的化合物或包含其的组合物可以在植物出苗前或出苗后被应用。
根据其他的实施方案，具有式I的除草剂化合物或包含其的组合物被应用到光合有机体上。根据某些实施方案光合有机体是植物或藻类。当光合有机体是植物时，可以没有限制地应用到植物根、根状茎(rhizome)、芽、叶、花、果实、种子、块茎、插条(cutting)或其任何部分。每个可能性代表本发明的单独的实施方案。
应用具有式I的除草剂化合物或包含其的组合物到植物的叶可以通过喷雾(包括高压或低压喷雾)进行。可选择地，通过渗透(包括通过注射)进行应用。
应该明确地理解，具有式I的化合物或多种化合物或包含其的组合物还可以使用如本领域技术人员已知的其他适当的应用步骤(applicationprocedure)被应用，条件是这些步骤能够产生除草剂化合物与光合有机体、以及其传播体的接触。根据某些实施方案，除草剂化合物或包含其的组合物被应用到光合有机体和到其生长介质两者上。
具有式I的化合物或多种化合物的有效量取决于光合有机体类型、其生境和其密度，并且取决于包括气象条件和生长介质条件的环境因素、制剂类型、应用方法、应用时间等。确定用于特定条件的有效量完全在本领域技术人员的知识内。根据某些实施方案，具有式I的奥硝唑化合物的有效浓度是在0.2mM至5.0mM的范围内、典型地在0.5mM至2.0mM的范围内。
如下文所例示，奥硝唑显著地抑制光合作用而对光合有机体的呼吸作用仅具有适度的影响。不希望受任何特定的理论或作用机理束缚，这种活性可能归因于通过奥硝唑抑制卡尔文循环酶，特别地抑制GAPDH和/或磷酸丙糖异构酶。
奥硝唑在水溶液中缓慢降解。由氯原子的水解导致的降解产物在几天后在溶液中通过LC-MS是可检测的。在蓝细菌存在下这种降解被加速，从而减少推定的环境风险。对光合作用的快速影响(分钟)和适度的生物降解速率(天)对于使用奥硝唑作为除草剂是有价值的。
提供以下的实施例以便充分地例证本发明的某些实施方案。然而，它们决不应该被理解成限制本发明的宽范围。本领域技术人员可以容易地想到本文公开的原则的多种变型和修改而不脱离本发明的范围。
实施例
材料和方法
生长条件：蓝细菌鱼腥藻PCC7120在如先前描述(Marcus Y等人,2005.J Bacteriol 187,4222-4228)的BG-11介质中生长。绿色真核藻类盐生杜氏藻(Dunaliella salina)在通过Ben-Amotz和Avron(Ben-Amotz A和Avron M1983.Plant Physiol 72,593-597)描述的介质上、在20μmol光子m-2秒-1在30℃下生长。水生植物浮萍从Tel Aviv University的植物园的开放的池塘中收集。长颖燕麦的籽苗在温室的盆中生长。海洋硅藻三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)如在Haimovich-Dayan等人(Haimovich-DayanM.等人.2012.New Phytol 195:177-185)中描述的生长。
光合作用的测量值：使用Clark型O2电极(Rank Brothers Ltd,UK)测定净O2交换速率。使用如通过Schreiber等人(Schreiber U等人,1986.fluorometer.Photosynth Res 10,51-62)和Snir等人(Snir A等人,2006.Photosynth Res 90,233-242)描述的调制的荧光计(PAM,Walz,Germany)测定荧光测量值(量子产率、光化学猝灭和非光化学猝灭)。
原生质球的制备：将鱼腥藻PCC7120的藻丝体在含有：0.5M蔗糖、10mM MgCl2、5mM磷酸钾、10mM MES缓冲液pH 6.9、1％(重量/体积)BSA和1mg/ml溶菌酶的介质中在30℃下温育30分钟到60分钟。原生质球的产率通过在低渗溶液中的细胞溶解(lysis)来监控。原生质球被旋降(spundown)并在含有0.4M甘露醇、10mM MgCl2、5mM磷酸钾和20mM Hepes缓冲液pH 8.0的介质中重新悬浮。
酶的测定：如通过Marcus等人(2005,同上)和Snir等人(2006,同上)描述的测定Rubisco。磷酸核酮糖激酶通过将磷酸核酮糖转变成RuBP来测定，所述RuBP通过用放射性标记的14CO2的Rubisco依赖的羧化测定。植物或蓝细菌提取物用含有50mM Hepes pH8、10mM MgCl2、20mMNaH14CO3、1mM DTT、0.5mM核糖-5-磷酸、核糖-5-磷酸异构酶和活化的Rubisco的介质温育。磷酸甘油酸激酶、GAPDH、FBP酶(FBPase)和SBP酶(SBPase)如通过Leegood(Leegood RC.,1990.于:Methods in plantbiochemistry,第3卷,第15页-第37页,Academic Press)描述的测定。
实施例1：奥硝唑对藻类的光合作用和呼吸作用的影响
藻类鱼腥藻PCC7120(蓝细菌)、盐生杜氏藻(绿藻门(Chlorophyta))和三角褐指藻(硅藻类)各自在其如上文描述的适当的介质中生长到中间对数期。然后，添加1mM奥硝唑到介质中持续5分钟，并且呼吸作用和光合作用被测量持续至少10分钟。
这些光合有机体的光合作用的速率在多种程度上被抑制(表1)。在奥硝唑的情况下较高的浓度或较长的温育时间废止光合作用。奥硝唑对呼吸作用的影响是适度的：以1mM浓度的奥硝唑将鱼腥藻和杜氏藻(Dunaliella)的呼吸速率抑制了仅仅30-35％；惊人地，相同的奥硝唑浓度刺激褐指藻(Phaeodactylum)的呼吸速率(表1)。
表1：奥硝唑对藻类的光合作用和呼吸作用的影响
实施例2：奥硝唑对生长和光合作用的影响
奥硝唑对蓝细菌鱼腥藻PCC7120的生长的影响通过测定叶绿素浓度来检查。藻类在如上文描述的BG-11介质中生长。在250μM奥硝唑存在下温育使鱼腥藻细胞的生长停止并且刺激鱼腥藻细胞的缺绿病(chlorosis)。在这样温育三天后在介质中的1mM奥硝唑引起叶绿素浓度减小到其原始浓度的1％(图1)。
还可以测定奥硝唑对鱼腥藻的光合作用的速率的影响。藻类在多种光强度和饱和的无机碳(Ci)浓度下、或在多种Ci浓度和饱和的辐照度下生长。奥硝唑的主要影响是在饱和的辐照度下在任何Ci浓度下对光合作用的速率的浓度依赖的减小，然而在限制的辐照度下奥硝唑在较小的程度上抑制光合作用速率(图2)。
奥硝唑对光合作用的影响在水生植物浮萍中被进一步检查。浮萍植物从Tel Aviv University的植物园的池塘中收集并保持在作为生长介质的池塘水中。使用PAM荧光计(H.Walz,Germany)，在生长介质中在存在或不存在1mM奥硝唑下测定预先暗化的植物的在昏暗(3μmol光子m-2秒-1)和饱和的(2000μmol光子m-2秒-1，0.8秒)闪光光线(分别地Fo和Fmax)下的荧光。如在Schreiber等人(同上))和Snir等人(同上)中描述的用在光化光(210μmol光子x m-2x秒-1)下提供的饱和的闪光光线测定量子产率和非光化学猝灭。在奥硝唑的存在下，光合作用量子产率显著减小而非光化学猝灭增加。
通过将杂草长颖燕麦的叶片浸入在水中的1mM奥硝唑中获得类似的结果。在温育3.5小时后光合作用的量子产率在限制的光强度下减小了50％并且在饱和的光强度下减小了85％(图4)。这些结果示出奥硝唑抑制宽范围的光合有机体。
实施例3：奥硝唑对光合器官的组件的影响
检查奥硝唑对光合器官的暗反应和光反应的影响。奥硝唑对鱼腥藻中的光合作用的电子传递没有影响，所述电子传递从作为电子供体的水经过两个反应中心到甲基紫精并最终到作为电子受体的氧来测量(图5)。
然而，奥硝唑对鱼腥藻中卡尔文循环的多种酶的影响的分析已经示出抑制GAPDH和磷酸丙糖异构酶(表2)，所述多种酶包括核酮糖-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)、磷酸甘油酸激酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)、磷酸丙糖异构酶、醛缩酶、果糖和景天庚酮糖二磷酸酶以及磷酸核酮糖激酶。
表2：奥硝唑对卡尔文循环酶活性的影响
对于GAPDH和磷酸丙糖异构酶，观察到奥硝唑对卡尔文循环酶活性的最显著的影响，GAPDH和磷酸丙糖异构酶的活性在98％-100％的程度上被抑制。
为了另外检查奥硝唑对这些酶的影响，使用O2电极测定在原生质球介质中在饱和的光强度和CO2浓度下在0mM至2mM奥硝唑的存在下在30℃下温育的鱼腥藻原生质球的光合作用的速率。使用如在上文的材料和方法部分中描述的反应介质在细胞溶解(200-300μg叶绿素)后在原生质球中分光光度法地测定GAPDH和丙糖-磷酸异构酶活性。
发现在磷酸丙糖异构酶的减少的活性和光合作用的下降的速率之间的清楚的相关性。与GAPDH相比，这种酶在奥硝唑的较低浓度下并且以浓度依赖的方式被抑制(图6)。
如上文所示，奥硝唑抑制所有检查的光合有机体的光合作用。用多种浓度的奥硝唑处理的鱼腥藻原生质球的光合作用的速率与从处理的原生质球中提取的GAPDH或磷酸丙糖异构酶的活性相关。
实施例4：奥硝唑的生物降解
在蓝细菌鱼腥藻PCC7120的生长期间并且在没有蓝细菌的介质中在黑暗中或在照明下测量奥硝唑及其降解产物在介质中的浓度。以0.1mM浓度的奥硝唑被添加到含有BG-11介质的三个生长管中：一个生长管被保持在黑暗中，第二个在60μmol光子m-2秒-1的光条件下并且被添加鱼腥藻细胞的第三个管，也被保持在类似的光条件下。每天从每个管中采取样品，在C18反相HPLC柱上分离，并且通过LC-MS检测奥硝唑(分子量220和222，这是由于氯的两种同位素)或降解产物。被识别为C7H9N3O3的分子量184的降解产物，在所有三个管中被发现。
然而在没有细胞的介质中的奥硝唑浓度在四天期间保持稳定，在蓝细菌的存在下，奥硝唑降解以致在温育四天后测量到其初始浓度的仅仅10％。七天后，奥硝唑可以不再被检测到。并行的，由氯原子的水解形成的奥硝唑的降解产物出现在介质中。这种产物在没有蓝细菌的介质中在照明下或在黑暗中也以较低的浓度出现(图7)。这些发现指示奥硝唑的缓慢的自发的水解，这在蓝细菌的存在下被加速。
特定的实施方案的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般性质，以致其他人通过应用当前的知识，可以容易地修改和/或调整这些特定的实施方案用于多种应用而无需过度的实验并且不脱离一般概念，并且因此，这些调整和修改应该并且被意图包含在公开的实施方案的等效物的含义和范围内。应理解，本文利用的措辞或术语是为了描述并且不是限制的目的。用于实施多种公开的功能的手段、材料和步骤可以采取多种可选择的形式而不脱离本发明。

Claims (23)

1.一种抑制光合有机体的生长的方法，包括将具有通式I的至少一种化合物或多种化合物、或其盐应用到所述有机体和/或所述有机体的生境的步骤：
其中：
R1为H、卤素或C1-C4烷基；
R2和R3中的一个为H或卤素并且另一个为NO2；并且
X为卤素，从而抑制所述光合有机体的生长。
2.如权利要求1所述的方法，其中R1为C1-C4烷基。
3.如权利要求2所述的方法，其中R1为甲基。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述卤素选自由氟、氯、溴和碘组成的组。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述卤素为氯。
6.如权利要求1所述的方法，其中R1为甲基、R2为NO2、R3为H并且X为氯，所述化合物为奥硝唑、或其盐。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述光合有机体选自由植物、藻类和蓝细菌组成的组。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述光合有机体为选自由水生植物和陆生植物组成的组的植物。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述光合有机体为选自由绿藻类和硅藻类组成的组的藻类。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述具有通式I的化合物或多种化合物被应用到所述光合有机体。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述光合有机体为植物并且其中所述具有通式I的化合物或多种化合物被应用到选自由根、芽、叶、花、果实、种子或其任何部分组成的组的植物部分上。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述具有通式I的化合物或多种化合物被应用到所述光合有机体的生境。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述光合有机体的生境包括选自由天然土壤、人造土壤、天然含水介质和人造含水介质组成的组的生长介质。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述具有通式I的化合物或多种化合物被同时应用到所述光合有机体和所述光合有机体的生境。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述具有通式I的化合物或多种化合物以足以抑制所述光合有机体的生长的量被应用。
16.一种除草剂组合物，包含具有通式I的化合物或多种化合物、或其盐：
其中：
R1为H、卤素或C1-C4烷基；
R2和R3中的一个为H或卤素并且另一个为NO2；并且
X为卤素，所述除草剂组合物还包含农业上可接受的稀释剂或载体。
17.如权利要求16所述的组合物，其中R1为C1-C4烷基。
18.如权利要求17所述的组合物，其中R1为甲基。
19.如权利要求16所述的组合物，其中所述卤素选自由氟、氯、溴和碘组成的组。
20.如权利要求19所述的组合物，其中卤素为氯。
21.如权利要求16所述的组合物，其中R1为甲基、R2为NO2、R3为H并且X为氯，所述化合物为奥硝唑或其盐。
22.如权利要求16-21中任一项所述的组合物，还包含选自由以下组成的组的至少一种另外的活性剂：杀真菌剂、杀虫剂、另外的除草剂、杀线虫剂、杀螨剂、杀细菌剂、植物生长调节剂、肥料、土壤改良剂或其组合。
23.如权利要求16-21中任一项所述的组合物，所述组合物以选自由可湿性粉末、粉剂、糊剂、颗粒、粉末、乳剂、溶液、水溶性粉末、悬浮液、气溶胶和用天然物质和合成物质浸渍并且被微封装在聚合物物质中的可流动的组合物组成的组的形式被配制。
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