Integrative theory of the mode of action of Quinclorac : literature review

Abstract

Quinclorac is a systemic herbicide absorbed by germinating seeds, roots and leaves of seedlings. It is a selective compound for crops such as rice, canola, barley, corn, sorghum, and pasture. Quinclorac can be used to control various monocots and dicotyledonous weed species. The biochemical function of this herbicide in the plant has intrigued scientists for nearly four decades. The objectives of this review are to present evidence of three hypotheses on the biochemical functioning of quinclorac and to propose an integrative mode of action. The first theory on the mode of action of quinclorac is supported by evidence of inhibition of incorporation of C14-glucose into cellulose and hemicellulose, thus, affecting the cell wall synthesis. The second hypothesis suggests that quinclorac acts as an auxin in broadleaved weed species. In grass species, however, this herbicide appears to stimulate the activity of the 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase enzyme and, subsequently, to increase the ethylene production; also, it seems to increase the cyanide acid content to phytotoxic levels. A third hypothesis to explain the harmful effect in some plant species is the formation of reactive oxygen species (ROS). Apparently, these processes are not mutually exclusive; therefore, an integrative theory for the action of quinclorac is suggested. It is theorized that the aforementioned biochemical activities are interconnected and can be the phytotoxic backbone to explain the herbicidal effect depending on the plant species and the plant growth stage, among other factors.

O quinclorac é um herbicida sistêmico absorvido por sementes em germinação, raízes e folhas de plântulas. Ele é um produto seletivo para as culturas de arroz, canola, cevada, milho, pastagens e sorgo. Ele pode ser utilizado no controle de diversas plantas daninhas dicotiledôneas e monocotiledôneas. O funcionamento bioquímico desse herbicida na planta tem intrigado os cientistas por quase duas décadas. Os objetivos desta revisão foram apresentar evidências de três hipóteses sobre o funcionamento bioquímico do quinclorac e, a partir das evidências existentes, propor um modo de ação integrador. A primeira teoria sobre o modo de ação do quinclorac é apoiada por evidências de inibição da incorporação de glicose em celulose e em hemiceluloses, afetando assim a síntese de parede celular. A segunda hipótese sugere que o quinclorac atua como auxina sintética em espécies dicotiledôneas. Em espécies gramíneas, todavia, sua ação parece envolver o estímulo da atividade da enzima ácido 1-carboxílico-1-aminociclopropano sintase e o aumento posterior da produção de etileno e, principalmente, cianeto em níveis fitotóxicos. Uma terceira hipótese evidencia que a ação do quinclorac em algumas espécies depende da formação de espécies reativas de oxigênio (ROS). Aparentemente esses processos não são excludentes, por isso é proposta uma teoria integradora para ação do quinclorac. Teoriza-se que as atividades bioquímicas citadas constituem o fundamento da ação desse herbicida e que a manifestação de determinada rota depende das espécies vegetais e dos estágios de desenvolvimento da planta, entre outros fatores.