小麦是我国重要的粮食作物之一,常年播种面积在2.4千万公顷以上,在我国粮食安全和粮食供求中占有举足轻重的地位。麦田杂草种类繁多,生长能力强,通过与小麦争夺水分、养分、侵占生态空间,直接或间接影响小麦的产量和品质。目前,化学除草是麦田杂草防治中最重要的手段。近年来,由于长期大量单一应用乙酰乳酸合成酶（Acetolactate Synthase,ALS）和乙酰辅酶A羧化酶（Acetyl CoA carboxylase,ACCase）等抑制剂类除草剂,导致杂草抗药性发生日趋严重。因此,开发一种具备新型作用机理、高效、安全的除草剂是解决麦田抗性杂草最经济有效的方案。在缺少新型除草剂作用方式的情况下,HPPD抑制剂类除草剂因其具备低抗性风险、广谱、高效、安全及对环境友好等优点成为研制新型除草就的首选。环吡氟草酮是由清原化合物有限公司创制的专利化合物,推测其通过抑制对羟苯基丙酮酸双氧化酶（Hydroxyphenylpyruvate dioxygenase,HPPD）活性而发挥作用。为评价环吡氟草酮在小麦田应用的可行性及更加科学安全地使用,本论文针对该新型化合物,进行了适用作物筛选、室内活性和杀草谱测定、对不同品种小麦安全性和田间药效试验、作用机理、在小麦及土壤中的残留消解动态、对土壤酶和土壤微生物以及对多种环境生物的急性毒性测定和生理生化影响等方面的研究。主要研究结果如下:1、为筛选出环吡氟草酮的适用作物,室内条件下,通过茎叶处理和土壤处理两种处理方式测定了环吡氟草酮对小麦、水稻、玉米、高粱、花生、大豆、大蒜、黄瓜、小白菜、菠菜和油菜11种作物生长的影响。在135、270和540ga.i./hm2剂量下,茎叶处理对小麦植株鲜重和干重的抑制率分别为6.52%～21.48%、2.58～14.31%;土壤处理分别为1.65%～4.50%、1.85%～4.25%,且对小麦出苗无影响,表现出很高的安全性。对大蒜的也表现出较好的安全性,抑制率为3.89～17.99%;对玉米、花生、大豆和黄瓜的生长表现出不同程度的抑制作用,安全性较小麦和大蒜降低,抑制率最大时达50%以上;水稻、高粱、小白菜、菠菜和油菜对该药剂最敏感,植株白化明显、干枯死亡。上述研究结果表明,环吡氟草酮对小麦安全。选择麦田常见杂草进行了室内活性和杀草谱的研究。结果表明,环吡氟草酮在90和135ga.i./hm2处理剂量下,药后28d对看麦娘、牛繁缕、播娘蒿的干重抑制率均超过90%,杀草活性高;对日本看麦娘、硬草、菵草、麦家公、婆婆纳和荠菜也表现出很好的防除效果,在高剂量下杂草干重抑制率均大于80%;而野燕麦、野老鹳草和大巢菜在高剂量处理下的干重抑制率仅为50%～60%,防除效果一般。对雀麦、节节麦、多花黑麦草、早熟禾和泽漆的防效最差,即使在高剂量处理下干重抑制率也都小于30%。在上述试验的基础上,进一步评价了该药剂对不同小麦品种的安全性。环吡氟草酮在较高处理剂量360和540 ga.i./hm2下,对小麦品种山农22、济南17、山农19、郑麦9023、烟农19、宁麦24、济麦22、良星66和泰农18无明显伤害,植株干重抑制率小于10%,植株生长安全;而华麦5号,扬辐麦4号、扬麦158、衡观35号、浩麦1号和西农979对环吡氟草酮耐药性较低。在此试验基础上,选择3种小麦品种（济麦22、良星66和泰农18）和4种杂草（看麦娘、日本看麦娘、荠菜和牛繁缕）进行环吡氟草酮选择性指数的测定,结果表明环吡氟草酮对3个小麦品种是安全的,选择性指数值范围为5.7～16.6。为评价环吡氟草酮对抗性杂草的防除效果,选择不同抗性种群（ACCase-R,ALS-R和ACCase+ALS-R）的看麦娘和日本看麦娘进行了试验。结果表明,剂量为135和180g a.i./hm2时,对不同抗性种群的看麦娘和日本看麦娘均有良好的防除效果,干重抑制率分别达91%～94%和84%～95%。对照药剂精噁唑禾草灵50 g a.i./hm2处理对抗性看麦娘和日本看麦娘（ACCase-R和ACCase+ALS-R）的干重抑制率仅有18%、14%和16%、13%;甲基二磺隆9 ga.i./hm2处理对两种抗性杂草（ALS-R和ACCase+ALS-R）的干重抑制率仅有14%、11%和17%、18%。2、为评价环吡氟草酮在田间条件下对杂草的防除效果及对小麦的安全性,进行了 2年（2017～2018和2018～2019）、2地（安徽宿州和山东泰安）、3个小麦不同生育期（小麦分蘖期、返青拔节期和孕穗期）用药的田间药效试验,结果表明,环吡氟草酮（90～270 ga.i./hm2）在小麦分蘖期或返青拔节期施药对杂草看麦娘、播娘蒿和牛繁缕均有很好的防除效果,鲜重防效均在90%以上,而在小麦孕穗期施药,除草效果较差,低剂量时鲜重防效仅在30%左右。环吡氟草酮（135、270和540ga.i./hm2）处理对小麦也有一定的增产作用,增产率达10%以上,但当浓度达到540ga.i./hm2时,会对小麦产生轻微的损害,表现为在小麦叶片叶源和叶心处轻微的白化。但随着时间的延长,药害症状逐渐消失,且对小麦的药害不会影响小麦的产量。由该部分试验结果可推荐环吡氟草酮的最佳施药时期为小麦分蘖期或返青拔节期,施药剂量为90～180 g a.i./hm2。综合室内和田间药效试验结果可知,环吡氟草酮作为高效、广谱、安全的麦田除草剂对防除看麦娘、日本看麦娘、硬草、播娘蒿、牛繁缕、和荠菜等杂草具有良好的潜力。3、选择两种试验方法进行环吡氟草酮作用机理的研究。在拟南芥6～7叶期,使用浓度为180、270、540 ga.i./hm2的环吡氟草酮处理。施药后6、12、24、48和72h通过实时荧光定量PCR技术测定拟南芥体内HPPD基因的相对表达量。结果显示,同一处理时间,随着药剂浓度的增加,HPPD基因的相对表达量降低;同一剂量处理下,随着处理时间的增加,HPPD基因的相对表达量也会降低。该试验结果表明,环吡氟草酮能够显著抑制拟南芥体内HPPD基因的表达。使用偶联法,选择传统的HPPD抑制剂硝磺草酮作为对照药剂,进行环吡氟草酮对拟南芥HPPD（AtHPPD）抑制常数（Ki）的测定,试验结果表明,环吡氟草酮显示出对AtHPPD活性强烈的抑制作用,Ki值为0.0114±0.0006μM,约是硝磺草酮（Ki为0.0055±0.0006μM）的一半。该试验结果进一步证明环吡氟草酮属于HPPD抑制剂类除草剂。上述试验结果表明,环吡氟草酮作为对小麦安全、对麦田杂草有效的HPPD抑制剂类除草剂,未来必有广阔的应用前景。为将来更加科学安全的使用,进行了环吡氟草酮残留分析及对环境生物影响的研究。4、通过优化色谱和质谱条件,建立了环吡氟草酮在土壤、小麦植株和籽粒中的残留检测方法,并测定了其在土壤和小麦植株中的残留消解动态。试验结果表明,环吡氟草酮在土壤和小麦植株中的消解动态均满足一级降解动力学方程,半衰期分别为3.45～3.55d和5.50～5.59d。测得环吡氟草酮在植株、土壤和籽粒中的最终残留量均小于0.01mg/kg。该试验结果为帮助建立有关环吡氟草酮安全使用的法则提供了参考。5、为了更好的评价该化合物使用后对环境的影响,本论文初步探究了环吡氟草酮对两种不同类型土壤（棕壤土和砂姜黑土）中土壤酶活性和土壤微生物数量的影响。试验结果表明,施药初期土壤蛋白酶、脲酶和蔗糖酶的活性均受到抑制,并且这种抑制作用随浓度的增加而增加,到试验结束（45d）时酶活性恢复到对照水平;过氧化氢酶活性则被激活,试验结束时处理组中过氧化氢酶活性仍显著高于对照组;药剂处理10d后,土壤中细菌和放线菌的数量减少,随着培养的进行,低浓度（0.1和1mg/kg）土壤中的微生物数量恢复到对照水平,而高浓度（5mg/kg）土壤中的微生物数量没有完全恢复到正常水平。该化合物对真菌数量没有显着影响。6、本研究还进行了该化合物对7种环境生物的急性毒性测定。试验结果表明,环吡氟草酮原药除对鹌鹑表现为低毒外,对蜜蜂（急性经口和接触毒性）、斑马鱼、大型溞、鹌鹑、家蚕、蚯蚓和赤眼蜂急性毒性试验结果均为限度试验,对这7种环境生物安全;6%环吡氟草酮油悬浮剂（OD,制剂）对蚯蚓为限度试验,对蜜蜂（急性经口和接触毒性）、鹌鹑、家蚕为低毒,对赤眼蜂属于低风险。对斑马鱼和大型溞为中等毒性。以上结果说明环吡氟草酮对多种环境生物较为安全,为该药剂的广泛使用奠定了良好的基础。7、虽然环吡氟草酮原药和制剂对蚯蚓的急性毒性测定结果都是限度试验,但考虑到药剂意外释放等极端条件,蚯蚓等陆生生物可能会长时间暴露在药剂环境中,因此,本论文进一步探究了环吡氟草酮对蚯蚓的生理毒性、DNA损伤和生长的影响。结果表明,环吡氟草酮染毒后,会诱导蚯蚓产生氧化应激,使ROS及MDA含量大量积累,但随着试验时间的延长,低浓度处理的ROS及MDA含量能恢复至对照水平,但高浓度处理的仍略高于对照;药剂暴露初期,使蚯蚓体内相关抗氧化酶（SOD、CAT、POD）活性得到抑制,最终恢复至正常水平;GST活性则是先被激活,后又逐渐下降。药剂染毒还会造成蚯蚓体腔细胞DNA的损伤,且随时间延长、浓度增大,损伤逐渐加重,呈现出显著的剂量-效应和时间-效应关系。同时,染毒后也会对蚯蚓的体重产生一定的影响,且随着药剂浓度的增大,蚯蚓体重的增率逐渐降低。8、除了选择陆生生物蚯蚓来评价环吡氟草酮的影响外,论文还评价了该药剂在不同剂量和不同暴露时间下对水生生物小球藻的细胞生长、光合活性、氧化应激和细胞形态的影响。结果表明,5-50mg/L的环吡氟草酮对藻类细胞的生长显示出不同程度的抑制作用,96h EC50为14.92mg/L。使用5和15mg/L进行了进一步测定。结果表明,环吡氟草酮影响藻的光合能力,使光合色素含量降低并且导致光合作用相关基因表达下调。药剂暴露后使藻类中ROS和MDA水平升高,抗氧化酶的活性也受到影响。此外,环吡氟草酮还会改变小球藻的细胞结构,主要表现为质壁分离,膜损伤,细胞器模糊和叶绿体结构破坏等。流式细胞仪分析还表明,环吡氟草酮可改变小球藻的细胞体积和增加细胞内部复杂度,使藻类细胞生长不均且内部不规则,明显的碘化丙啶内流也证实了该除草剂会破坏膜的完整性。本研究的结果为将来环吡氟草酮更安全科学的应用及使用后对环境的影响提供较为全面的理论依据,也为以后评价该药剂对杂草生理生化等方面的影响提供了参考。综合以上试验结果可以得出结论,环吡氟草酮属于HPPD抑制剂类除草剂,对小麦非常安全,对多种禾本科杂草（看麦娘和日本看麦娘）和阔叶杂草（播娘蒿、牛繁缕和荠菜）均表现出优异的防效;该除草剂属于易降解性农药,在土壤和小麦植株中的半衰期约为3-6d。此外,环吡氟草酮对多种环境生物安全,但在极限剂量下也会对土壤酶、土壤微生物、蚯蚓以及小球藻产生不同程度的负面影响。本论文结果表明,环吡氟草酮作为高效、广谱、安全的HPPD抑制剂除草剂在小麦田具有非常广阔的应用前景。