草甘膦
草甘膦（英文名称：Glyphosate），化学名称为N-(磷酰基甲基)甘氨酸，别名镇草宁、农达，为含磷有机化合物，分子式为C₃H₈NO₅P，是一种广效型的有机除草剂。草甘膦常温下为白色结晶粉末，可溶于水，难溶于乙醇等常见有机溶剂。草甘膦分子中含有羧基、氨基、甲基膦酸基，它的化学性质兼有这些基团的某些特性。其工业制备方法可以分为甘氨酸合成法与亚氨基二乙酸（IDA）合成法。
草甘膦的适用范围广泛，农业上主要用于农田的免耕栽培；林业上用于种植果园、茶园、葡萄园、森林防火隔离带的除草； 牧业上用于草原、牧场的开发和利用 ；建筑、交通 领域内大规模的除草也常首选草甘膦。此外，草甘膦还应用于改善饲料品质以及农作物的干燥与催熟。按照中国农药毒性分级，草甘膦原药为低毒。联合国粮食及农业组织/世界卫生组织—农药残留专家联席会议，美国环保署、欧洲食品安全局、农业农村部农药检定所等监管机构自1987年来先后对草甘膦开展了超过300个独立的毒理学研究，评估结论是，草甘膦致癌的可能性较低。
相关历史
草甘膦最早是在1950年由瑞士小型制药公司西拉格（Cilag）的研究人员亨利·马丁（Henri Martin）首次合成，但当时并没有被进一步研究。10年后，随着公司被收购，草甘膦以及其他西拉格公司的研究样品都被转移到了化学品分销商奥尔德里奇化学公司（Aldrich Chemical Co.）。1970年，孟山都公司（孟山都公司）公司首次重新合成了草甘膦并进行了测试。1971年，贝尔德（Baird）和他的同事描述了草甘膦的除草效应，孟山都公司获取相关专利权后，将草甘膦作为农药“农达（Roundup）”引入市场。草甘膦一经推出，便在当时的农药市场上处于领先地位，到90年代草甘膦一跃成为市场上最畅销的除草剂活性组分。
1991年，草甘膦的专利保护在美国以外的地区到期，其售价在两年内下跌约了40%，在二十年内下跌了约50%。到2000年，草甘膦在美国的专利保护也到期后，虽然孟山都公司依旧是草甘膦的主要生产商，但陶氏（Dow）、先正达（先正达）、NuFarm等公司生产的草甘膦仿制药规模也急剧扩大。随着各处产量的增加，尤其是中国产量的增加，以及各处的其他因素，草甘膦价格继续下降。到2012年，中国的化工厂在草甘膦生产领域占据了主导地位，12年全球的草甘膦总产量为110万吨，而全球需求仅为50万吨，而中国在2010年的草甘膦产量就达到了835900吨，有足够的产能来满足全球的需求。
作用机理
与其他的除草剂不同，草甘膦作用方式为抑制5-烯醇丙酮莽草酸3-磷酸合成酶（5-enolpyruvyl-shikimate-3-磷酸盐 synthase，EPSPS）合成，并且草甘膦抑制该物质合成的唯一高效的分子。草甘膦是磷酸烯基丙酮酸的过渡态类似物，磷酸烯基丙酸其为EPSPS的合成底物之一。EPSPS的合成受到抑制，导致合成莽草酸的路径启动负反馈机制，大量碳流从莽草酸-3-磷酸盐（shikimate-3-phosphate）的合成中流出，莽草酸-3-磷酸盐可以转化为大量的莽草酸，而莽草酸则是植物体内芳香烃的重要来源。
草甘膦可以被植物的叶片快速吸收，而不同的植物叶片，其吸收率也大不相同，草甘膦优秀的理化性质使它能够通过韧皮部转运并影响到植物的分生组织、幼根、其他组织或器官。草甘膦具有良好的吸收能力、优良的转运能力、零降解，以及缓慢的作用模式是草甘膦被大规模应用的主要原因。
所有高等植物的EPSPS酶的合成均受到草甘膦的抑制，使草甘膦成为除草剂的首选。在面对多种不同植物的时候，只有草甘膦被发现是优秀的EPSPS抑制剂，其没有类似物或替代物，同时草甘膦有许多其他的特性，例如对转基因植物无效，使其成为一种理想的除草剂。
人体危害
草甘膦经口误服后，会导致口腔黏膜、咽喉受刺激，有疼痛感和轻度灼伤溃烂，形成口腔溃疡。眼睛接触会出现结膜炎症状。未经稀释的草甘膦制剂污染皮肤可刺激致瘙痒，局部有红斑，少数有皮肤过敏。消化道反应常是中毒者的主要症状，除口腔黏膜红肿外，常有恶心、呕吐、上腹部疼痛，严重者有消化道出血及腹泻。
抢救措施
①皮肤污染用肥皂水和清水洗净，眼内污染用2%碳酸氢钠液冲洗。经口摄入者为减少吸入性肺炎的发生几率，不宜催吐，用洗胃管吸注或洗胃动作宜轻柔，洗胃液可选用2%~3%氧化镁乳液或0.3%~0.5%活性炭悬液，以前者较好。洗胃后可用氢氧化铝凝胶或蛋清保护胃黏膜，并可注入活性炭吸收残余毒物，无腹泻的病例可给盐类泻剂导泻。
②目前尚无特效解毒药物，阿托品只能在需要时用作对症治疗药物，不要使用类复能剂。
③在对症、支持治疗中，重点应放在控制吸入性肺炎与肺水肿、顽固性低血压休克和抽搐、昏迷等威胁生命的毒效应上。呼吸衰竭及休克是重要的致死原因，应及早防治，同时尚应适当使用抗生素，防治继发感染，尤其是肺部感染。
④严重中毒者应早期做血液透析、活性炭血液灌流或血浆置换术。
⑤补液利尿，以补充血容量和促进毒物排泄，同时应注意纠正电解质和酸碱代谢失衡。
毒性
毒理学资料
按照中国农药毒性分级，草甘膦原药为低毒。其大鼠急性经口LD50\u003e5000（mg/kg），大鼠急性经皮LD50\u003e2000 mg/kg，羊LD50\u003e3530 mg/kg，兔急性经皮LD50\u003e5000 mg/kg，大鼠急性吸入LD50（半致死浓度）\u003e4.43 mg/L（4小时鼻暴露），对兔皮肤无刺激、眼睛有刺激。大鼠2年慢性喂养试验最大无作用剂量100 mg/kg(体重)/天。草甘膦对水生生物毒性较低，对蜜蜂属和鸟类无毒害，对天敌及有益生物较安全。
中毒机理
常见急性有机磷农药中毒机理是通过与胆碱酯酶的活性内羟基结合来抑制酶活性，但是有机磷的急性中毒在临床上并无特效剂，普遍治疗为清水洗胃、利尿、导泻、补液、纠正电解质紊乱、保护心肝肾功能，必要时注射阿托品。 然而草甘膦引起人中毒的机制却不明，可能是草甘膦在肝细胞线粒体氧化磷酸化的脱偶联过程中起重要作用，由于氧化磷酸化作用受阻，ADP不能转化为能量ATP，细胞缺少能量后坏死、破坏，从而引起一系列的临床紊乱综合征。 有研究显示：草甘膦对动物器官具有靶向毒性，分别为肝毒性、生殖毒性以及神经毒性 。
环境影响
随着对草甘膦使用量的增加以及研究的深入，研究者发现水和土壤中有不同程度的草甘膦富集情况。水中累积的草甘膦使得水生生物生存和繁殖受到影响，而土壤中草甘膦的残留会破坏土壤微生态，影响微生物数量和土壤酶的活性，尤其会抑制放线菌数量和脲酶的活性。而土壤富集的草甘膦不仅对环境造成影响，破坏生态平衡，并能通过食物链的富集进入哺乳动物体内，进而威胁人类健康。
治理
土壤中的草甘膦易发生水解、光化学降解、生物降解等，而生物降解是草甘膦降解的最主要途径。微生物降解农药残留的原理是利用其释放的酶将农药进行分解，将农药残留最终转变为无机化合物和简单有机化合物状态，该过程不会产生中间产物，不会对环境造成二次污染，且针对性强。能够降解草甘膦的微生物有假单胞菌PG2982，是能利用草甘膦作为唯一磷源的细菌、此外还有产碱杆菌、黄杆菌、节杆菌和根瘤菌等，这些微生物经过筛选、驯化能够大幅提升对草甘膦的分解能力。但是微生物生存繁殖受到外界环境的影响，只能在实验室中能成功找到降解草甘膦的微生物且能够驯化和培养， 然而真正的利用到环境中还要克服很多困难。
应用领域
草甘膦是内吸、传导性、灭生性除草剂，由于它不具有选择性，故广泛用于非农田、果园、道路、林业等，其应用范围广泛。少耕与免耕作物种植前或播种后出苗前喷药，防止已出苗杂草，用量0.20~2.24 kg/hm2。。大量药效试验结果表明，每亩剂量30-375 g，可以防除一年及多年生的窄叶草、莎草和阔叶草。草甘膦在其问世之初，主要应用于非粮食作物及免耕土壤上的除草。后来定向喷雾器械的发明，以及抗草甘膦转基因作物的研制成功和突跃发展，草甘膦的应用从非粮食作物转向粮食作物，从而用量大增。
①观赏植物、木本植物与葡萄园杂草出苗后后定向喷药，防治一年生与多年生杂草，是胶园与果园重要除草剂，用量0.85~4.2 kg/hm2。
②在甘蔗收割前10~15d ，喷洒低剂量草甘膦，可以使甘蔗增糖。
③作物干燥与催熟：主要用于小麦、玉蜀黍属、大豆与棉花等作物，通常在收获期前10~15d左右喷药，小麦、玉米用量0.25~0.85 kg/hm2，棉花用量0.85~4.0kg/hm2。在中国东北地区，由于生育期短，作物收获时籽粒含水量高，出现所谓“水玉米棒”现象，喷洒草甘膦将有助于解决这一问题。
④抑制牧草生长，改进饲料品质：应用草甘膦可抑制禾本科牧草剪股颖抽穗及降低顶端休眠，提高可食性以及干物质与蛋白质含量；抑制草地早熟禾、雀稗、羊茅、狗牙根等生长。提高饲料品质，通常用量0.15-0.20kg/hm2。
理化性质
物理性质
草甘膦在常温下为白色粉末状晶体，密度1.705 g/cm³（20 ℃），熔点为189.5 °C，在加热到230 °C左右时，其会分解为有毒蒸气。草甘膦可溶于水，25 ℃下溶解度为10.5 g/L；草甘膦难溶于乙醇、乙酸乙酯、丙酮、三氯甲烷等常见有机溶剂。油水分离系数logP=-3.4。
化学性质
草甘膦分子中含有羧基、氨基、甲基膦酸基，它的化学性质兼有这些基团的某些特性，在适当的条件下，可以进行化、羟烷基化、胺化、亚硝化、磺酰化、膦羧甲基化和脱水等典型化学反应。
制备方法
甘氨酸路线
草甘膦的甘氨酸合成法的基本过程是，以氢氰酸等原料首先合成甘氨酸，然后甘氨酸再与其它物质反应合成草甘膦。由于采用的原料和设备都有所不同，草甘膦的甘氨酸合成法被分为不同的路线，具体分类如下图所示。从合成路线上看，无论采用哪一条路线，都无法绕过甘氨酸这个中间体，因此快速大量廉价的甘氨酸合成方法成为研发的焦点。
从甘氨酸到草甘膦的合成方法
氯甲基磷酸法合成草甘膦
此方法采用甘氨酸、多聚甲醛和三氯化磷为原材料，来制备草甘膦成品，其主要的反应方程式如下。
这种方法生产工艺路线短、原料种类少。但是三氯化磷腐蚀性较强、成本高、且转化率很低（仅有40%），难以在工业上取得大规模应用，目前这种方法已经被淘汰。
亚磷酸烷基酯法合成草甘膦
亚磷酸基酯法是用甘氨酸、多聚甲醛等反应物为原料合成草甘膦的方法。这种方法可以根据亚磷酸烷基酯烷基的区别，分为亚磷酸三甲酯法、亚磷酸二乙酯法和亚磷酸二甲酯法。其中，亚磷酸三甲酯法原料成本高，工艺条件要求苛刻；亚磷酸二乙酯法产品的收率和质量均不高；而亚磷酸二甲酯法目前为草甘膦工业化生产的主要方法，反应方程式如下：
亚氨基二乙酸路线
亚氨基二乙酸路线，首先需要合成中间体亚氨基二乙酸（IDA），然后IDA与甲醛、亚磷酸等反应生成中间体双甘膦，再经氧化反应，最终得到产物草甘膦，反应基本流程如下图所示。
IDA路线是目前最先进的草甘膦生产流程，使用这种路线生产的草甘膦占据草甘膦总产量的75%以上，孟山都公司就是采用这种路线进行生产。这种路线的关键之就是IDA的合成，合成IDA可以通过氯乙酸法、氢氰酸法。
安全事宜
食品残留
下表为中国与欧盟、国际食品法典（CAC）草甘膦在植物体残留限量标准比对。
转基因
早在20世纪80年代初期，孟山都公司就开始研究抗草甘膦作物。向作物导入通过基因修饰技术，成功的获得到了草甘膦的抗性植株。目前全世界大部分转基因农作物，都是含有抗草甘膦基因片段的，所以，很多西方媒体又称草甘膦为“转基因伴侣”。从成功的获得抗草甘膦烟草以来，抗草甘膦作物的创制一直成为农业生物技术研究的重点，至今已取得了一系列抗草甘膦作物，其中以大豆、玉米、棉花与油菜发展最迅速。
相关法规
2015年世界卫生组织（WHO）下属的国际癌症研究机构（IARC）发布评估报告，将草甘膦列入“2A”类致癌物，即对人“很可能”致癌的物质，使草甘膦身陷“致癌”风波，一些国家开始质疑并禁用草甘膦。尽管FAO/WHO农药残留专家联席会议（JMPR）、欧洲化学品管理局（ECHA）、欧洲食品安全局（EFSA）、加拿大卫生部有害生物管理局(PMRA)、美国环保署（EPA）等国际组织和国家的权威机构对草甘膦评估后认为草甘膦不可能致癌，但仍有30多个国家或地区开始禁止或限制使用草甘膦，未禁用国家也在不断严格草甘膦残留限量标准。欧盟于2017年11月，即草甘膦在欧盟境内使用许可到期前，通过投票表决将草甘膦在欧盟的使用期延长至2022年12月。2019年9月，EFSA根据欧盟第396/2005号法规，对草甘膦残留量进行了审查评估，建议将茶叶等153种农产品中的草甘膦残留限量值从0.1mg/kg-50mg/kg降低至定量限0.05mg/kg。预计欧盟将接受欧洲食品安全局建议，适时调整草甘膦残留限量标准。法国、德国等欧盟成员已开始或计划采取行动禁止或限制使用草甘膦。
国际组织及各国对草甘膦的评估结论
参考资料
转基因大豆中草甘膦残留低于小麦限量标准.中华人民共和国农业农村部.2023-08-23
转基因作物使用的草甘膦除草剂并不致癌.中华人民共和国农业农村部.2023-08-23
【农产品质量安全工作简报 第33期】欧盟拟调整草甘膦残留限量标准对我国农产品出口贸易的预警分析.中华人民共和国农业农村部.2024-10-03