聊聊草甘膦

2015年初，世界衛生組織（WHO)下屬的國際癌症研究機構（IARC）將其列為「很可能」對人類致癌的物質，這一分析報告引起了許多國家的強烈關注，包括美國在內的國家都開始重新評估草甘膦這一農產品的特性。3月9日最新消息，歐盟28個成員國決策者未能就繼續批准使用草甘膦農藥做出決定。預計歐盟和FDA將會制定更嚴格的限量標準。此外草甘膦還與食品轉基因有關。那麼究竟草甘膦是什麼呢？其作用的機理的怎麼樣的呢？本篇就來談談草甘膦。

1 草甘膦（Glyphosate）簡介

草甘膦（glyphosate）,分子式C3H8NO5P，分子量169.07 g·mol-1,CAS號：1071-83-6，熔點184℃，在187℃分解，極易溶於水，難溶於無水乙醇、乙醚、苯等有機溶劑。是雙性化合物。

草甘膦代謝產物為氨甲基膦酸（Aminomethylphosphonicacid ，AMPA）,CAS號為：1066-51-9，分子量 111.04 g·mol?1

草甘膦是由著名的美國公司孟山都（Monsanto）研製成功的滅生性莖葉處理除草劑，具有高效 、廣譜 、低毒（草甘膦的急性經口毒性比食鹽都低，但後來有報道草甘膦具有腎毒性，我還沒有認真查找相關的學術報道，先不做評論。）、低殘留 、易於被微生物分解 ,不破壞土壤環境 ,對大多數植物具有滅生性等優點。後來又得益於抗草甘膦轉基因作物的發展和推廣，這種除草劑一直穩坐世界第一大農藥的寶座。

2 草甘膦與轉基因

草甘膦作為一種非選擇性除草劑，它的作用機理是競爭性地抑制莽草酸途徑中 5 - 烯醇丙酮莽草酸 - 3 - 磷酸合成酶 ( EPSPS)的活性 ，EPSPS是莽草酸-3-磷酸與磷酸烯醇丙酮酸鹽（phosphoenolpyruvate）合成5-烯醇式丙酮酸-3-磷酸莽草酸（EPSP）的催化劑。EPSP是真菌 、細菌 、藻類和高等植物體內芳香族氨基酸(包括色氨酸 、酪氨酸 、苯丙氨酸 )生物合成過程中一個關鍵性的酶。具體的生理生化過程見下圖：

所以用草甘膦處理植物以後，植物體內含有這類氨基酸的蛋白質合成受阻，進而影響一系列代謝過程，導致植物死亡。

抗草甘膦的作物是在抗草甘膦基因發現之後出現的，第一個商業化的抗草甘膦作物就是孟山都公司研發成功的抗草甘膦大豆Roundup- Ready Soybean，於1996年首先在美國推廣種植。之後一段時間抗草甘膦作物的發展可以通過下圖簡單了解：

目前研究者主要從三個方面入手來改善作物的抗草甘膦特性：

1. 通過使草甘膦抑制的酶過量表達，進而讓植物吸收草甘膦之後能夠進行正常代謝。但是目前用這個方法得到的抗草甘膦作物暴露在草甘膦之下時仍表現出生長抑制，未達到能夠商業化的水平。

2. 向作用中導入與草甘膦親和性下隆的EPSP，在草甘膦進入植物體後迅速將其降解。目前這一策略也沒有在生產上大量應用。

3. 導入降解草甘膦的基因，向作用中通過基因修飾技術對除草劑不敏感的EPSP成功獲得對草甘膦的抗性。。這裡插一句背景知識，生物體內的酶大部分都是由氨基酸按照一定順序排列組成的大分子物質，具有一定的空間結構，能夠由特定酶催化，和特定酶反應的分子需要和這種酶的結構位點相結合才能發揮作用。改變了草甘膦作用的酶的結構，就可以降低甚至消除草甘膦對這種酶的作用效力。

一系列細菌所含EPSP對草甘膦具有抗性。所以目前研究者們從大腸桿菌( Escherichia coli)、沙門氏桿菌( Salmonella typhimurium)和農桿菌( Agrobacterium tumefaciens) 等微生物中分離出了抗草甘膦的突變基因，而應用於生產的是從農桿菌菌株( A.tumefaciens sp. CP4) 上分離出的CP4基因。

在大豆上導入了這種抗草甘膦基因，在大豆植株中表達出的CP4-EPSP合成酶對草甘膦的敏感性比較低，使得轉基因植物體內的莽草酸途徑可以正常進行。這樣以來大豆就表現出了對草甘膦的抗性。

因此，轉基因食品的第一個應用是草甘膦，就是使作物表現抗農藥特性，進而能夠使農藥達到除草和殺蟲的作用。目前主流的轉基因技術是對草甘膦作用的酶進修飾。目前在網上，轉基因的安全是一個很火的話題，前央視著名主持人崔永遠堅決反對食用轉基因食品。為此他還專門拍了69分鐘長的轉基因記錄片。鏈接在這裡：崔永元轉基因記錄片，其中就談到食用由於草甘膦改性的轉基因產品或者草甘膦本身與日益增長的疾病有關。因此未來各國將會控制農產品中草甘膦的限量。加強對草甘膦的安全性研究。

3 草甘膦的分析方法

面對越來越嚴重的安全形勢，未來各國必定會提高食品中草甘膦限量，加強對食品中草甘膦的監控，那麼食品中草甘膦殘留的檢測方法的改進勢在必行。

草甘膦的測試方法有很多種，比如化學滴定法，如利用硝酸鉛或硝酸鎳與草甘膦形成絡合物進行電位滴定，還有使用草甘膦與溴反應，使用羅丹明為指示劑的滴定反應等等，化學滴定方法缺限是檢出限比較高，不夠自動化。但某些時候簡便易行。除此之外還有利用抗原反應的免疫分析法和分子印跡-化學發光分析法，但這兩種方法在實驗室中應用的並不是很多。目前應用最為廣泛的是色譜法，但是由於草甘膦極性大，分子量小，無紫外吸收基團等特性使得很難直接使用氣相液相分析。在進行分析前均需要進行衍生化處理，目前分析草甘膦的方法包括離子色譜、液相色譜法、液質、氣質等方法，以是否需要衍生又可分為直接進樣和衍生進樣方法。目前有關草甘膦分析的國內標準有

1 GB23750《植物性產品中草甘膦殘留量的測定氣相色譜 質譜法》

2 NY/T1096-2006《食品中草甘膦殘留量的檢測》

3 SNT1923-2007 《進出口食品中草甘膦殘留量的檢測》

3.1 氣相色譜法

從圖1草甘膦的化學式可以看出，草甘膦沒有碳氫原子，因為無法使用FID檢測，草甘膦極性非常強，而且熔點184攝氏度，在187攝氏度即發生分解，因為無法直接使用氣相色譜進行分析，在使用氣相色譜前，必須進行衍生化。在國標GB23750和出入境檢測標準NY/T 1096-2006中均使用三氟乙酸酐和七氟丁酸進行混合衍生，氨基基團被衍生成相應的三氟乙醯衍生物，羧基基團和磷酸基團被衍生成相應的七氟丁酯。然後使用氣質進行分析，然而此方法衍生需要在-40--60℃低溫下進行，且由於草甘膦的強極性，極易污染離子源。因此使用氣相分析很大的困難。

3.2 液相色譜法

由於草甘膦缺少相應的發色官能團，所以無法直接使用液相-紫外檢測器法進行檢測，所以必須在柱前後柱後進行衍生檢測，但液相方法檢測限較高，需要在分析前進行富集處理。目前草甘膦殘留檢測使用最廣泛的儀器是液相色譜-串聯質譜。SNT1923-2007使用FMOC-CL試劑對草甘膦進行衍生化，用液相色譜-質譜/質譜 正離子模式進行測定，內標法定量。方法檢出限為50ug/L,此方法的缺點是需要衍生過夜，一定程度上降低了效率，且重現性差，衍生效果不理想。儀器資訊理論壇上有人改進了衍生方法，向衍生試劑中加入少量的甲酸，使得衍生化時間大大縮短[4]。儀器信息網的另一位研發人員使用原乙酸三甲酯進草甘膦進行衍生化，使用液相色譜-質譜/質譜 正離子模式對草甘膦進行測定，衍生化時間為2h，檢測限100ug/kg。Hongyue Guo等人[5]使用AB的質譜儀，直接進樣方法對草甘膦進行分析，其檢測測限達到了0.1ppb。而使用一般的儀器如安捷倫6460或者熱電的儀器，則無法進行直接檢測分析，這與AB的離子源有關。所以如果沒有AB的儀器，還必須進行衍生

4 參考文獻：

[1] GB23750《植物性產品中草甘膦殘留量的測定氣相色譜 質譜法》

[2] NY/T1096-2006《食品中草甘膦殘留量的檢測》

[3] SNT1923-2007 《進出口食品中草甘膦殘留量的檢測》

[4] http://bbs.instrument.com.cn/topic/5374596_1?order=threadid

[5] Hongyue guo et. J. Chromatogr. A，xxxx(2016)xx,xx