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我国自主创制农药氟醚菌酰胺的研究进展

作者:李晶晶 等 更新时间:2019-10-29 点击量:637

我国农药生产和出口在世界农药市场占据重要地位,但由于绝大部分农药是仿制品种,自主创制农药数量有限,严重制约了我国农药工业由大变强的步伐。近年来,我国建立起以南北农药创制中心为代表的多个农药科技创新平台,出台一系列创新政策和项目,农药创制逐步形成体系并取得了一定成绩,创制农药品种接连获得农药登记。这不仅有利于调整农药产品结构,增强市场竞争能力,而且能够有效促进农药产业健康和可持续发展。

 

氟醚菌酰胺是山东中农联合生物科技股份有限公司(中农联合)与山东农业大学合作2010年创新合成的一种新型含氟苯甲酰胺类杀菌剂。氟醚菌酰胺是中农联合第一个商品化的新化合物,于2012年批准获得全国农药标准化技术委员会中文通用名,2017年获得了农业农村部农药检定所颁发的原药及相关制剂正式登记证,并通过了国际标准化组织农药通用名技术委员会的审查,确定其英文通用名fluopimomide。以氟醚菌酰胺为代表的创制农药新品种,对我国农药工业的发展具有重要意义。本文主要氟醚菌酰胺的合成、防治靶标、作用机理、抗性风险评估、残留及降解、对土壤微生态的影响以及应用前景与发展方向等方面进行探讨,以期为后续创制农药的研发提供依据或参考。

 

1  氟醚菌酰胺的理化性质及合成工艺

氟醚菌酰胺化学名称为N-(3-氯-5-(三氟甲基)吡啶-2-甲基)2,3,5,6-四氟-4-甲氧基苯甲酰胺,CAS号:1309859-39-9。氟醚菌酰胺为类白色粉末,无刺激性气味,熔点:115~118℃,蒸汽压:2.3×10-6 Pa(25℃),堆密度:0.801 g/mL,水中溶解度:4.53×10-3 g/L(20℃,pH值6.5)。

 

氟醚菌酰胺合成采用中间体衍生化法”,以氟吡菌胺作为先导化合物,对其结构修饰,并进行构效关系研究,最终得到了目标化合物——氟醚菌酰胺(图1)。

 

具体合成工艺路线如下:以五氟苯甲酸为原料,首先与甲醇钠在甲醇中回流反应生成4-甲氧基-2,3,5,6-四氟苯甲酸,该步骤反应收率高于95%,产物4-甲氧基-2,3,5,6-四氟苯甲酸的纯度达99%以上。然后4-甲氧基-2,3,5,6-四氟苯甲酸在二氯乙烷中与氯化亚回流反应,脱除溶剂后,得到4-甲氧基-2,3,5,6-四氟苯甲酰氯,该步骤反应收率达到97%,纯度高于99%。最后4-甲氧基-2,3,5,6-四氟苯甲酰氯在二氯乙烷溶剂中,在三乙胺作缚酸剂条件下,与2-甲氨基-3-氯-5-三氟甲基吡啶反应生成产品氟醚菌酰胺,反应收率高于88%,产品纯度达98%。

 

1  氟醚菌酰胺的合成工艺路线

 

2  氟醚菌酰胺的室内毒力及田间防效

氟醚菌酰胺原药及其制剂于2017年获得了农业农村部农药检定所颁发的正式杀菌剂登记证,分别为98%氟醚菌酰胺原药、50%氟醚菌酰胺水分散粒剂、40%氟醚·己唑醇悬浮剂、40%氟醚·烯酰悬浮剂1)。

 

1  氟醚菌酰胺登记情况

登记证号

农药名称

剂型

总含量/%

有效期至

防治对象

PD20170010

氟醚菌酰胺

原药

98

2022-1-3

 

PD20170009

氟醚菌酰胺

水分散粒剂

50

2022-1-3

黄瓜霜霉病

PD20170008

氟醚·己唑醇

悬浮剂

40

2022-1-3

水稻纹枯病

PD20172273

氟醚·烯酰

悬浮剂

40

2022-10-17

马铃薯晚疫病

 

氟醚菌酰胺的室内毒力结果表明:相对于杀菌谱较窄的先导化合物氟吡菌胺,氟醚菌酰胺对于辣椒疫霉病、马铃薯晚疫病、水稻纹枯病、棉花立枯病等多种植物病害都具有较高毒力,是一种广谱性杀菌剂。氟醚菌酰胺能够有效抑制多种植物病原菌菌丝生长,按照抑菌毒力大小排序为棉花立枯病病原菌<番茄灰霉病病原菌<苹果炭疽病病原菌<番茄叶霉病病原菌<苹果轮纹病病原菌<马铃薯晚疫病病原菌<黄瓜靶斑病病原菌<辣椒疫霉病病原菌<草莓枯萎病病原菌<水稻稻瘟病病原菌;对照药剂氟吡菌胺仅对辣椒疫霉病病原菌和马铃薯晚疫病病原菌具有较强的抑制毒力,但对其他病原菌的抑菌效果较差。这也与他人的研究结果基本一致。

 

大田结果显示:25%氟醚菌酰胺悬浮剂以375 g/hm2的制剂用量在黄瓜霜霉病发病初期喷雾,10 d后对该病的防效达98.29%。氟醚菌酰胺还可以和其他杀菌剂混用来防治植物病害。使用50%氟醚菌酰胺水分散粒剂与50%烯酰吗啉可湿性粉剂1∶2和1∶3桶混防治马铃薯晚疫病的防效均高于80%。

 

另有研究表明:氟醚菌酰胺和己唑醇60~90 g/hm21∶1混用对水稻纹枯病菌防效达90.67%~93.36%,者混用可以延长单剂的使用寿命,延缓水稻纹枯病抗药性的发展。氟醚菌酰胺还可以和诱抗剂或生防菌混用来防治植物病害。

 

最新研究结果表明:氟醚菌酰胺与生防菌甲基营养型芽孢杆菌TA-1相容性良好,氟醚菌酰胺50、100 g/hm2TA-1 108 cfu/mL混用对番茄灰霉病的防效分别为70.16%和69.32%,优于者单独施用。这对于番茄优质高效生产和延缓病原菌抗性发展具有重要意义。

 

3  氟醚菌酰胺的抑菌机理研究及抗性风险评估

试验表明:100 mg/L氟醚菌酰胺能显著抑制棉花立枯丝核菌菌核产生和菌丝生长量,使菌丝分支增多、变短、变粗;以6.25~100 mg/L的氟醚菌酰胺处理棉花立枯丝核菌时,其细胞膜的通透性随着药剂浓度的增加而显著增大,520 min时100 mg/L质量浓度下的相对渗率为77.01%,高于对照药剂嘧菌酯。与先导化合物氟吡菌胺相比,氟醚菌酰胺抑菌谱更广且抑菌活性更高。

 

此外,也有研究结果表明氟醚菌酰胺可使辣椒疫霉菌丝分支增多变短,出现细胞壁增厚和细胞变形现象;能够抑制辣椒疫霉病原菌能量生成,并且氟醚菌酰胺处理使得病原菌的细胞膜通透性提高,研究结果初步表明氟醚菌酰胺主要通过抑制辣椒疫霉病原菌能量生成和提高细胞膜通透性而起到抑菌作用。以上研究结果证明氟醚菌酰胺可作用于病原真菌线粒体的呼吸链,抑制琥珀酸脱氢酶的活性,从而阻断电子传递,抑制病原菌孢子萌发、芽管伸长、菌丝生长和孢子形成。

 

氟醚菌酰胺的主要防治对象为卵菌病害,包括黄瓜霜霉、马铃薯晚疫和辣椒疫霉等,但由于卵菌具有明显生理分化和快速遗传变异,使其易产生抗药性,且与其他多种类型杀菌剂存在交互抗性,因此使用氟醚菌酰胺存在一定的抗性风险。研究人员根据菌丝生长速率法明确了42株辣椒疫霉病病原菌对氟醚菌酰胺的EC50均值为2.21 mg/L,病原菌的敏感性分布频率呈单峰状态且符合正态分布,可作为敏感性基线来监测田间辣椒疫霉病菌对氟醚菌酰胺的敏感性变化。进一步通过紫外诱导和杀菌剂驯化敏感菌株,获得了4株抗性水平在57.8~237.4倍的抗氟醚菌酰胺的辣椒疫霉病菌突变体。

 

测定抗氟醚菌酰胺菌株对7种药剂的交互抗性,发现抗氟醚菌酰胺辣椒疫霉菌株对烯酰吗啉、丙森锌、代森锰锌、百菌清无交互抗性,但对氟吡菌胺、甲霜灵、霜脲氰有较高水平的交互抗性。因此,在推广中应将氟醚菌酰胺与烯酰吗啉等未产生交互抗性的杀菌剂混用或轮换使用,以延缓病原菌对氟醚菌酰胺的抗性产生和发展。另有研究明确了水稻纹枯病菌对氟醚菌酰胺的抗性风险,通过紫外诱变和药剂驯化获得了2株抗性分别为61.12、172.26倍的氟醚菌酰胺抗性菌株,其适合度测定结果表明:抗性菌株适合度略有提高,但与亲本菌株在菌丝生长速率、致病力、渗透压敏感性等方面无显著性差异。

 

4  氟醚菌酰胺的残留与降解及对土壤微生态的影响

冯义志等建立了采用QuEChERS为样品前处理方法的高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)快速检测马铃薯和土壤中氟醚菌酰胺残留的分析方法。色谱条件:Shim-pack XR-ODSⅡ色谱柱;柱温为室温;样品室温度15℃;进样体积2 µL;流速0.4 mL/min;流动相V0.1%甲酸水溶液V乙腈=15∶85。质谱条件:电喷雾离子源(ESI+);毛细管电压3.5 kV;加热块温度400℃;干燥器温度250℃;干燥气流量15 L/min;雾化气流量3 L/min;反应气(Ar)压力:230 kPa。氟醚菌酰胺保留时间0.62 min左右。

 

结果表明:在0.002~1 mg/L范围内,氟醚菌酰胺在马铃薯等基质中的质量浓度与对应的峰面积间呈良好的线性关系,其相关系数均大于0.999 9。在0.005~0.5 mg/kg添加水平下,氟醚菌酰胺在马铃薯、马铃薯植株和土壤中的日内平均回收率为81%~98%,日内相对标准偏差(RSD)为2.2%~13%(n=5);日间平均回收率为75%~106%,日间RSD为0.6%~11%(n=15)。氟醚菌酰胺在马铃薯等基质中的定量限(LOQ)(S/N=10)均为0.001 mg/kg。

 

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,在土壤有机物质分解和养分释放、能量转移等生物地化循环中起着重要作用。明确氟醚菌酰胺对土壤微生物的影响能为其安全合理使用提供理论依据。

 

姜莉莉研究了施用氟醚菌酰胺对土壤可培养微生物的影响,结果发现氟醚菌酰胺对土壤可培养微生物仅有短暂影响,其中对细菌和放线菌数量的影响持续20 d,对可培养真菌的抑制持续40 d。土壤酶活测定结果表明,氟醚菌酰胺处理土壤后对脲酶、脱氢酶、酸性磷酸酶和纤维素酶活力表现出先抑制后激活的作用;对土壤蔗糖酶活力表现出一定的激活作用;对土壤过氧化氢酶有一定的抑制作用。但与土壤可培养微生物结果一致,氟醚菌酰胺对土壤酶的影响是可恢复的,在处理后60 d,各处理的土壤酶活力恢复至对照水平。采用qPCR分析氟醚菌酰胺对土壤氮循环相关基因丰度的影响,结果表明氟醚菌酰胺施用后能够提高土壤氨氧化细菌功能基因amoA和固氮基因nifH的丰度,这表明氟醚菌酰胺土壤处理能促进土壤氮循环相关微生物的增殖,优化土壤微生态结构。

 

5  前景与展望

氟醚菌酰胺是我国具有自主知识产权的新型杀菌剂,但是也面临着一些问题。一是氟醚菌酰胺市场占有率仍然较低,宣传、推广工作还需加强,需要通过大规模试验、示范,大力推广氟醚菌酰胺,使其得到农民的认可。二是加强氟醚菌酰胺抑菌机理的研究,为其推广应用提供理论依据,也为延长其使用寿命奠定理论基础。三是需要继续加快新剂型的研发进程,尽快推出更适合我国国情的剂型,方便农民用药。有理由相信,随着我国新农药创制投入力度的加大,我国自主创制农药产品也将在国际农药市场上大放异彩。


来源:李晶晶, 李娜, 孟臻, 姬小雪, 乔康我国自主创制农药氟醚菌酰胺的研究进展农药, 2019, 58(9): 631-634

作者单位介绍:山东农业大学  植物保护学院

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