新烟碱类杀虫剂氟吡呋喃酮的研究开发现状与展望
作者:山东农业大学 李晨雨 臧传江 朱少杰 邹 楠 林 琎 慕 卫 更新时间:2018-12-18 点击量:284

    随着高毒农药在全球市场的退出,新烟碱类杀虫剂逐渐成为防治刺吸式口器害虫、小型鳞翅目和鞘翅目害虫最有效的一类杀虫剂。但近年来,研究者们发现,部分新烟碱类杀虫剂(如吡虫啉、噻虫嗪、噻虫胺、呋虫胺等)对蜜蜂的急性毒性为高毒或剧毒,且具有亚致死效应;有效成分及代谢物在花粉和花蜜中残留,导致蜜蜂种群减少,存活与繁殖能力降低;此外,吡虫啉、啶虫脒、烯啶虫胺、噻虫胺、噻虫啉等还对土壤生态系统代表生物蚯蚓高毒。鉴于此,多个国家和组织对部分新烟碱类杀虫剂的环境风险进行再评价或限制使用,甚至禁用。


    拜耳作物科学公司针对部分新烟碱类杀虫剂的高蜂毒问题,开发了一种新型新烟碱类杀虫剂——氟吡呋喃酮(flupyradifurone),该药剂可高选择性地作用于多种刺吸式口器害虫,速效性好,持效期长,且与常规新烟碱类杀虫剂无交互抗性,其最突出的特点是对蜜蜂等传粉昆虫低毒。现从理化性质、分子结构、作用机制、剂型、田间防效、对蜜蜂安全性及其分析方法等方面综述了氟吡呋喃酮的研究进展,以期指导该药剂的合理使用。


1  氟吡呋喃酮的理化性质
    氟吡呋喃酮商品名为Altus、Sivanto Prime、极显等。其CAS号为951659-40-8,ChemSpider ID为26050805,分子式为C12H11ClF2N2O2,化学结构式见图1a。氟吡呋喃酮纯品为白色至米黄色固体粉末,几乎无味,熔点72~74℃,不易燃,蒸气压为9.1×10-7 Pa(20℃),比重1.43。20℃下,氟吡呋喃酮在水中溶解度为3.2 g/L(pH值为4),3.0 g/L(pH值为7);在甲苯中溶解度为3.7 g/L;易溶于乙酸乙酯和甲醇。其最大紫外吸收波长为259 nm。水中光解半衰期DT50(pH=7)为0.35 d。

 

图1  氟吡呋喃酮的化学结构式(a)和丁烯酸内酯类化合物的活性骨架(b)


2  氟吡呋喃酮分子结构及作用机制
    氟吡呋喃酮是丁烯酸内酯类化合物,该类化合物的生物活性骨架见图1b,主要包含[R1-CH2-N]和3个不同的取代基R2、R3和R4。氟吡呋喃酮在丁烯酸内酯类化合物的结构基础上,将N-甲基与N-乙基替换为N-2,2-二氟乙基,即其结构中同时含有2个活性取代基团,即6-氯-吡啶-3-基(R1)和N-2,2-二氟乙基取代基(R4)。此外,研究人员发现,R1取代基为六元杂环(如吡啶)时,化合物对刺吸式口器昆虫活性最好;R4取代基为2-氟和2,2-二氟乙基时,化合物对桃蚜有很好活性;R4取代基为2,2-二氟乙基时,化合物对小猿叶甲的活性更好。


    氟吡呋喃酮是烟碱乙酰胆碱受体(nAChR)激动素,被国际杀虫剂抗性行动委员会(IRAC)归入烟碱乙酰胆碱受体调节剂第4组Group 4D亚组。氟吡呋喃酮可选择性地作用于昆虫中枢神经系统,键合受体蛋白,随后激活受体产生生物反应,使神经细胞处于激动状态,但氟吡呋喃酮不会被乙酰胆碱酯酶结合而失活,因此受体持续开放,导致昆虫神经系统崩溃。氟吡呋喃酮含有特殊的药效基团丁烯酸内酯,因此具有较好的内吸传导性,叶面喷施或进行种子处理后,能迅速传导至植株各部位,可有效防治叶面背部或隐蔽取食的害虫,并能通过抑制昆虫的摄食,进而减少依赖昆虫介导的病原体传播。


    田间试验证明,该药剂对烟粉虱具有快速的击倒性能。试验表明,取食氟吡呋喃酮处理的叶片,柑橘木虱蜜露排泄量显著减少,48 h内试虫在植株上的栖息行为不受该药剂影响,但72 h时成虫在处理植株上的栖息数量明显比对照少;亚致死浓度的氟吡呋喃酮处理后的柑橘木虱有一定的拒食效应,飞行频率明显增多,且产卵更多。试验表明,对常规新烟碱类杀虫剂产生抗性的生物种群,对氟吡呋喃酮无或仅有较低水平交互抗性,即氟吡呋喃酮能有效防治对其他新烟碱类杀虫剂产生抗性的刺吸式口器害虫。氟吡呋喃酮施药方式灵活,可叶面喷雾、土壤浇灌和滴灌,也可用于种子处理。


3  氟吡呋喃酮的制剂产品及田间防效
    氟吡呋喃酮可用于防治番茄、辣椒、马铃薯、黄瓜、葡萄、西瓜、咖啡、坚果、柑橘及一些大田作物中的蚜虫、粉虱、介壳虫、叶蝉、西花蓟马、潜叶蝇、粉蚧、软蚧、柑橘木虱和马铃薯甲虫等多种害虫,具有良好内吸和传导性,对幼虫、成虫等所有生长时期害虫皆有效,且药效快,持效期长。


    氟吡呋喃酮原药在区域登记的有效成分含量不同。欧盟登记该原药有效成分含量≥960 g/kg,美国登记的有效成分含量≥98.36%,中国登记的有效成分含量≥96%。目前,登记的氟吡呋喃酮制剂产品有200 g/L可溶液剂、300 g/L可溶液剂、480 g/L种子处理悬浮剂和17%可溶液剂。

 

    2014年,拜耳公司在洪都拉斯和危地马拉首先上市了氟吡呋喃酮的相关产品Sivanto Prime,其剂型为200 g/L可溶液剂,用于防治番茄、辣椒、马铃薯、黄瓜、西瓜、咖啡和柑橘等作物上的刺吸式口器害虫(如蚜虫、烟粉虱、斑潜蝇等);2015年,有效成分为氟吡呋喃酮的产品(Sivanto Prime和BYI 02960 480 FS)获得加拿大有害生物管理局(PMRA)登记,同期,该有效成分的相关产品在美国、加拿大、澳大利亚、墨西哥和尼加拉瓜分别注册上市;2016年11月14日,96%氟吡呋喃酮原药和17%氟吡呋喃酮可溶液剂在我国取得临时登记,2018年8月30日取得正式登记。其中17%氟吡呋喃酮可溶液剂登记用于防治番茄烟粉虱,制剂用药量30~40 mL/亩,喷雾施药。2017年5月1日,Altus(活性成分为氟吡呋喃酮)在美国上市,用于温室害虫治理。2018年6月,基于氟吡呋喃酮的杀虫剂Altus和BCS2960获得加拿大PMRA登记,用于防治温室蔬菜和观赏植物上蚜虫、粉虱、叶蝉以及圣诞树上蚜虫。


    另有针对17%氟吡呋喃酮可溶液剂对番茄烟粉虱和柑橘木虱的田间防治效果的研究。结果表明,该药剂对烟粉虱成虫、若虫和柑橘木虱均具有较好的防效,持效期均在14 d以上,防效和速效性优于对照药剂22.4%螺虫乙酯悬浮剂、70%吡虫啉水分散粒剂和21%噻虫嗪悬浮剂。


    氟吡呋喃酮不仅可以高效防治多种刺吸式口器害虫,还能间接降低作物上多种病害的发生和传播。如氟吡呋喃酮可用于柑橘木虱的防治,进而可有效抑制柑橘黄龙病的发生;甜瓜上粉虱可传播Crinivirus病毒,采用氟吡呋喃酮处理后,粉虱得到有效防治,病毒病发生率(例如番茄黄化曲叶病毒病)也明显降低。


4  氟吡呋喃酮的使用安全性
    氟吡呋喃酮最突出的优点是对蜜蜂等传粉昆虫低毒。虽然氟吡呋喃酮在较高剂量下依然会对蜜蜂觅食(对糖)和认知能力产生一定的影响,但是按标签推荐剂量用药,其对蜜蜂的觅食行为、觅食蜜蜂、幼蜂和蜂群发育蜜蜂健康、蜂巢和越冬蜂群等均无不良影响,因此被美国环保署定为7类园艺作物与棉花种植的安全候选药物。


    此外,氟吡呋喃酮对环境中非靶标生物毒性较低,具体见表1。氟吡呋喃酮对虹鳟鱼、蚯蚓、水蚤、海藻、大黄蜂、蜜蜂均为低毒,对鹌鹑为中等毒性。对蜜蜂的田间长期研究表明,该药剂盛花期在油菜田用量为205 g a.i./hm2时,对蜜蜂无副作用;研究表明,氟吡呋喃酮在500 μg/L质量浓度下,对河蚌幼体危害性较低;PPDB农药特性数据库中提供的数据表明,该药剂对大型溞21 d慢性毒性结果为3.2 mg/L。


表1  氟吡呋喃酮对环境非靶标生物急性毒性

试验名称

毒性数据

毒性等级

虹鳟鱼急性毒性

LC50>74.2 mg/L

低毒

蚯蚓14 d急性毒性

LC50=193 mg/kg干土

低毒

水蚤急性毒性

EC50>77.6 mg/L

低毒

海藻急性毒性

EC50>80 mg/L

低毒

大黄蜂急性毒性

LD50>100 μg/头

低毒

蜜蜂急性接触毒性

LD50>100 μg/头

低毒

蜜蜂经口毒性

LD50>1,200 ng/头

低毒

鹌鹑经口毒性

LD50>232 mg/kg

中毒

 

    拜耳作物科学公司研究资料表明,96.2%氟吡呋喃酮对大鼠口服急性毒性LD50值为2,000 mg/kg,对雄性大鼠最大无作用剂量为80 mg/L,对雌性大鼠最大无作用剂量为400 mg/L,对兔眼睛和皮肤无刺激性、无致畸、无致癌、无生殖毒性、无致突变性,大鼠口服90 d无神经毒性反应。


5  氟吡呋喃酮的最大残留限量
    欧洲食品安全局根据拜耳公司提供的评估报告,设定了该药剂在草莓中的最大残留限量值(MRL)为0.03~0.4 mg/kg,在黑莓和木莓中的MRL为0.07~1.5 mg/kg。美国和加拿大也规定了氟吡呋喃酮在蔬菜、水果、浆果和谷物中MRL值,加拿大规定氟吡呋喃酮在蔓越莓中的MRL为5.0 mg/kg,在核果中的MRL为1.5 mg/kg,在新鲜的卡瓦胡椒叶中的MRL为40 mg/kg,在藜中的MRL为3.0 mg/kg,在卡瓦胡椒根中的MRL为0.9 mg/kg。我国GB 2763—2016中尚未明确该药剂的最大残留限量。


6  结语与展望
    欧盟成员国于2018年5月通过投票,确定将于2018年年底前禁止户外施用对蜜蜂有害的3种新烟碱类杀虫剂(吡虫啉、噻虫胺和噻虫嗪),氟吡呋喃酮作为常规新烟碱类杀虫剂的潜在替代药剂,因其具有对蜜蜂低毒,田间防效好,作用谱广,速效性突出,持效期长,对作物安全无药害,与其他新烟碱类杀虫剂无交互抗性,施用方法多样等优点,故现阶段已成为最有发展前景的新烟碱类杀虫剂之一。


    由于2016年底该药剂才获得农业部临时登记,故对氟吡呋喃酮的研究尚处于起步阶段,虽然前期试验已证明该药剂对蜜蜂等环境生物低毒,但对花粉花蜜中残留量、授粉昆虫种群及其早期生命阶段影响、繁殖毒性等尚需进一步研究。    (来源:《农药》2018年第11期)

 

农药快讯, 2018 (23): 49-50.

tag: 氟吡呋喃酮  新烟碱类杀虫剂  拜耳  丁烯酸内酯  刺吸式口器害虫  吡虫啉  噻虫嗪  

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