丙烷脒属烷基脒类化合物,该类物质在医药上早有应用和研究。在一次偶然事件中,美国NZYM公司发现了该类化合物中的戊烷脒对草莓灰霉病菌(Botrytis cirerea)的抑菌活性,并通过一系列的室内试验,戊烷脒的抑菌活性得到了确证。自1999年起,西北农林科技大学无公害农药研究服务中心(以下简称“中心”)与NZYM公司合作,开始致力于将该类化合物开发成为农用杀菌剂的研究。
经过较为系统的化学合成、生物活性测定及初步的结构活性分析研究,在对所合成的110种化合物生物活性测定结果详细分析的基础上,确定了只有丙烷脒同系物对番茄灰霉病菌具有实用价值的生物活性。该同系物种具明显生物活性的,基本上集中表现在乙烷脒、丙烷脒、丁烷脒和戊烷脒4种化合物上:对番茄灰霉病菌菌丝生长的抑制中浓度(EC50)分别为44.74、2.16、0.68和0.37mg/L,对病菌孢子萌发的EC50分别为1.26、2.75、5.73和2.07mg/L。后采用黄瓜真叶法测定了各化合物对供试病菌的药效,试验表明,各化合物对灰霉病菌均有一定的治疗和保护作用,其中丙烷脒和丁烷脒农现出较高的保护和治疗效果,在100mg/L试验剂量下,3d和6d的保护效果均达65%以上,3d的治疗效果分别为76.01%和47.07%。
结合我国化工产品生产现状,特别是丙烷脒和丁烷脒合成原料的成本因素,并结合盆栽、田间小区药效试验及大田防治效果,最后确定对丙烷脒作进一步的开发研究。“中心”对丙烷脒的合成工艺、制剂形态、原药及制剂对环境生物的安全性、丙烷脒生产质量控制指标以及丙烷脒的杀菌机理进行了较为系统的研究。在此基础上,由“中心”和有关公司进行合作,曾成功地完成了“丙烷脒原药”和“2%丙烷脒水剂”的农药产品临时登记,并申请了国家农药发明专利,使丙烷脒成为在我国有自主知识产权的一种新型农药品种。由于公司发展和规划及这一全新产品在工艺技术等方面的原因,致丙烷脒产品的临时登记已过期,丙烷脒的生产处于停滞状态。为了让这一优秀的杀菌剂产品能有效地服务于现代农业生产,“中心”作为丙烷脒产品研发技术的持有者,正积极探索各种途径,并寻求合作,旨在将丙烷脒再次进行全新登记。
l 理化性质
丙烷脒系该药的中文通用名称,代号为NZ-1012。化学名称为4,4'-(l,3-丙烷二氧基)二苯甲脒盐酸盐,其结构式如下:
其分子式为C17H20N4O2·2HCl,相对分子质量为385。
丙烷脒原药(>95%)为白色或淡黄色固体,熔点188~189℃,酸度<0.04%(以硫酸计),相对密度1.352g/cm2。其溶解度为:水:100g/L(20℃);甲醇:150 g/L(20℃),不溶于苯、甲苯。该剂在酸性条件下稳定,对光、热稳定,在碱性(pH9)条件下不稳定。
2 制剂
丙烷脒的制剂有2%水剂。另有新型丙烷脒4%水剂在登记中。
3 安全性
该药剂对高等动物毒性低微(原药大鼠急性经口毒性为1470mg/kg(雄),制剂急性经口毒性大于5000mg/kg);原药对家兔眼睛、皮肤无刺激作用。Ames试验表现为阴性。微核或骨髓细胞染色体畸变试验表现为阴性。最大无作用剂量:12mg/(kg体重·d),无致畸、致突变、致癌作用。丙烷脒对鲤鱼LC50为72.4mg/L;蜜蜂LD50为58.9µg/蜂;家蚕LD50为114.4mg/kg(桑叶):鸟LD50为131.8 mg/kg。对供试植物非常安全;防治效果优良,是目前防治黄瓜、番茄灰霉病单位面积使用剂量最低的杀菌剂品种。
4 作用机理
丙烷脒是通过影响病原菌线粒体呼吸链复合酶Ⅲ相关基因的转录、翻译、蛋白延伸或肽链的折叠,进而造成呼吸链复合酶Ⅲ组成、空间构象的变化,使复合酶Ⅲ无法正常运转,导致泛醌的氧化受阻,使电子传递链质子势差无法正常生产,造成ATP合成过程中缺乏质子动力,使得ATP合成受阻,最终导致菌体因缺乏能量而死亡。
5 生物活性
5.1 杀菌谱
丙烷脒的杀菌谱很广,经离体试验表明,其对番茄灰霉病菌、黄瓜灰霉病菌、草莓灰霉病菌、香蕉叶斑病、小麦禾谷镰孢菌、玉米大斑病、辣椒疫病、棉花枯萎病和黄萎病等真菌病害均有良好的抑菌活性(见表1)
表1 丙烷脒原药的杀菌谱
作物 |
真菌病害 |
EC50(mg·L-1) |
苹果 |
Glomerlla cingulata |
93.8338 |
辣椒 |
Phytophthora capsici |
47.4419 |
玉米 |
Exserohilum turcicum |
5.7226 |
小麦 |
Fusarium graminearum |
16.9259 |
番茄 |
Botrytis cirerea (spore) |
2.1599 |
黄瓜 |
Botrytis cirerea (hypha) |
2.7510 |
草莓 |
Botrytis cirerea |
2.6301 |
香蕉 |
Septoria ampelina |
10.2312 |
棉花 |
Fusarium oxysporium f. sp. vasinfectum |
16.8922 |
5.2 田间活性
经陕西、湖北、湖南、宁夏和河南等地的研究结果表明,丙烷脒在6~12(a.i.)g/667m2用量时,可有效防治番茄、黄瓜和草莓等作物上的灰霉病菌,防效达83%以上;其对香蕉叶斑病、小麦禾谷镰孢菌、玉米大斑病和辣椒疫病等病害也表现出优良的防治效果,防效达80%以上。特别值得一提的是,该剂通过喷施或灌根,对棉花枯萎病和黄萎病等系统侵染病害也具有明显疗效。
6 结语
近几年来,“中心”不断改进丙烷脒的合成工艺路线,降低丙烷脒的生产成本,优化丙烷脒的制剂配方,补充丙烷脒制剂新配方在其他病害上的防治效果,完善丙烷脒制剂新配方的田间药效试验。目前丙烷脒产品生产周期明显缩短,产品收率显著提高;特别是在丙烷脒制剂配方研究中,在原有制剂的基础上,加入了特殊的植物保健、防护液,研制成功了新配方产品水剂制剂。
丙烷脒新制剂具有高效、低毒、环境相容性好、经济实用等诸多优点。具体表现在:(1)丙烷脒新制剂不仅能有效防治作物病害,而且能够显著地促进作物生长,增强植株整体的免疫力和抗逆性能;(2)丙烷脒在6~12(a.i.)g/667m2用量时,可有效防治番茄、黄瓜和草莓等作物上的灰霉病菌,并且对香蕉叶斑病、小麦禾谷镰孢霉、玉米大斑病和辣椒疫病等诸多病害均表现出优良的防治效果;(3)在推荐剂量下,对作物高度安全;(4)丙烷脒制剂环境相容性良好,尤其适合于温室大棚等用药强度大、环境相对封闭场合的病害防治;(5)产品使用方便,价格低廉,制剂的生产贮运高度安全:(6)药效高,单位面积有效成分用量少,而且能在植物体内、土壤和水中很快降解,所以其对环境的化学污染程度很低;(7)丙烷脒兼具有保护、治疗、渗透及内吸传导作用,与其他杀菌剂没有交互抗性。
目前,丙烷脒原药和新制剂的有关登记资料基本准备就绪,正向农业部药检所提交临时登记材料。丙烷脒产品的登记使用,将以其显著的综合优势服务于现代农业,为农业的增产增收尤其是瓜果蔬菜灰霉病、叶霉病、叶斑病和疫病等病害的高效防治提供保障,也为安全农产品的种植和加工提供有力的防护武器。