甲氧基丙烯酸酯类药剂(strobilurins)是以天然产物strobilurin A为先导化合物开发的一类新型杀菌剂,它具有与现有杀菌剂不同的作用机制,能有效控制对其他杀菌剂如苯酰胺类、二甲基亚胺类、苯并咪唑类和麦角甾醇生物合成抑制剂等产生抗性的病原菌。其中嘧菌酯(azoxvstrobin)既能抑制菌丝生长又能抑制孢子萌发,并且对真菌分生孢子的产生也有显著的抑制作用,具有铲除、保护、内吸及横向传导等特性,其杀菌活性高,杀菌谱广,内吸性强,对非靶标作物和环境安全。因此嘧菌酯在水果和蔬菜的病害控制方面扮演着重要角色,在其登记后短短十余年的时间里已经发展成为农用杀菌剂的主流产品之一。
1 嘧菌酯的开发及登记情况
1996年巴斯夫开发了第一个甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂醚菌酯(kresoxim-methyl)商品名为翠贝,随后1997年捷利康公司(现先正达)开发嘧菌酯,商品名为阿米西达,因其比醚菌酯杀菌谱更广,适用作物更广泛而迅速占领市场。现在85个国家80余种作物上均有登记,占据的市场份额始终排在前10位。
随着嘧菌酯专利到期,国内掀起了一股嘧菌酯登记热潮,截止2014年4月在我国登记的嘧菌酯原药产品已达40个。嘧菌酯制剂在18种作物32个防治对象上有登记,制剂类型有水分散粒剂和悬浮剂两种,登记企业有30家(表1)。其中登记的主要作物有黄瓜、葡萄及水稻,防治对象以白粉病、霜霉病为主,国内各公司主要是在首次登记过6年保护期之后开始大量登记。
表1 嘧菌酯制剂在我国登记情况
登记作物 |
防治对象 |
剂型 |
生产企业 |
草坪 |
褐斑病 |
50% WG |
英国先正达有限公司 |
枯萎病 |
50% WG |
河北冠龙农化有限公司 | |
大豆 |
锈病 |
250 g/L SC |
英国先正达有限公司 |
冬瓜 |
霜霉病 | ||
炭疽病 | |||
番茄 |
早疫病 | ||
叶霉病 | |||
晚疫病 |
250 g/L SC |
利尔化学股份有限公司 | |
辣椒 |
炭疽病 |
250 g/L SC |
英国先正达有限公司 |
疫病 | |||
柑橘 |
疮痂病 | ||
炭疽病 | |||
花椰菜 |
霜霉病 | ||
香蕉 |
叶斑病 | ||
观赏花卉 |
白粉病 | ||
荔枝 |
霜疫霉病 | ||
马铃薯 |
晚疫病 | ||
早疫病 | |||
黑痣病 | |||
芒果 |
炭疽病 | ||
人参 |
黑斑病 | ||
丝瓜 |
霜霉病 | ||
西瓜 |
炭疽病 | ||
黄瓜 |
黑星病 | ||
蔓枯病 | |||
白粉病 |
25% SC |
安徽华旗农化有限公司 | |
50% WG |
江苏克胜集团 股份有限公司 | ||
250 g/L SC |
浙江世佳科技有限公司 | ||
25% SC |
天津市汉邦植物 保护有限责任公司 | ||
25% SC |
安徽省四达农药 化工有限公司 | ||
250 g/L SC |
江苏龙灯化学有限公司 | ||
50% WG |
海利尔药业集团 股份有限公司 | ||
250 g/L SC |
西安北农华农作 物保护有限公司 | ||
霜霉病 |
250 g/L SC |
英国先正达有限公司 | |
250 g/L SC |
陕西上格之路 生物科学有限公司 | ||
25% SC |
河北省农药化工 有限公司 | ||
25% SC |
利民化工股份有限公司 | ||
25% SC |
浙江海正化工 股份有限公司 | ||
50% WG |
山东兆丰年生物 科技有限公司 | ||
250 g/L SC |
浙江乐吉化工 股份有限公司 | ||
250 g/L SC |
美国默赛技术公司 | ||
250 g/L SC |
上海禾本药业 有限公司 | ||
20% WG |
江阴苏利化学 股份有限公司 | ||
白腐病 |
250 g/L SC |
江苏苏滨生物 农化有限公司 | |
250 g/L SC |
英国先正达有限公司 | ||
葡萄 |
黑痘病 |
250 g/L SC |
上虞颖泰精细 化工有限公司 |
250 g/L SC |
青岛海纳生物 科技有限公司 | ||
霜霉病 |
250 g/L SC |
英国先正达有限公司 | |
250 g/L SC |
江苏绿叶农化有限公司 | ||
250 g/L SC |
利尔化学股份有限公司 | ||
25% SC |
浙江博仕达作物 科技有限公司 | ||
水稻 |
稻瘟病 |
25% SC |
江西天人生态 股份有限公司 |
250 g/L SC |
河北威远生物 化工股份有限公司 | ||
纹枯病 |
25% WG |
广东东莞市瑞德丰 生物科技有限公司 | |
25% SC |
海利尔药业集团 股份有限公司 |
2 嘧菌酯的抗性发展情况
嘧菌酯为高效杀菌剂,广泛作用于多种作物上四大菌纲病害的防治。然而,由于它作用位点单一,因此杀菌剂抗性行动委员会(FRAC)将其抗性发展归类为高风险,这也成为该杀菌剂发展的最大障碍。
自1996年甲氧基丙烯酸酯类药剂开发用于谷物市场后两年,便在德国北部的小麦白粉病上产生抗性,并在北欧地区迅速蔓延。
近几年,随着对抗性的深入研究,嘧菌酯在我国的抗性发展也十分迅速。张舒亚2002年通过紫外诱变获得水稻稻瘟病菌抗药性突变体,此突变体对嘧菌酯表现出高抗药水平。抗药突变体产孢能力、孢子萌发能力下降,毒素产生、黑色素产生能力和致病力与敏感菌株相同。嘧菌酯不能抑制抗药突变体的黑色素产生,在活体条件下嘧菌酯对突变体的控制活性较弱。
钱忠海2006年报道,从未接触过QoIs和QiIs的江苏南京和安徽和县地区随机采集分离获得48个辣椒疫霉单游动孢子囊菌株,并测定了它们不同发育阶段对嘧菌酯的敏感性。结果表明,辣椒疫霉菌丝生长阶段对嘧菌酯的敏感性最低,而且分布范围最大;游动孢子囊形成和萌发对嘧菌酯的敏感性较高;游动孢子萌发对嘧菌酯的敏感性最高。
朱志峰在室内采用自然选择、紫外诱变和化学诱变方法共获得10株抗嘧菌酯的马铃薯晚疫病菌突变体,抗性指数(RF)介于1.6~20.1之间,抗药突变体与亲本菌株相比,在离体条件下的菌丝生长速率、产孢子囊能力、致病性等方面均未发生明显变化,表明马铃薯晚疫病菌对嘧菌酯存在潜在抗性风险。
张志芳采用孢子萌发法和生长速率法测定了2000—2006年间采自浙江衢州、杭州、金华、丽水的65个柑橘绿霉病病菌菌株对嘧菌酯的敏感性。对5个自发突变体和23个紫外诱导突变体抗性的稳定性和抗性程度分析表明,每个突变体的抗药性能稳定遗传。所有突变体的最低抑制浓度(MIC)高于1,000 μg/mL,是原始菌株的1,000倍以上。比较离体条件下抗嘧菌酯突变体和原始菌株的菌丝生长能力、产孢能力发现:5个自发突变体中的2个,23个紫外光诱导突变体中的3个保持与原始菌株一致的菌丝生长能力和产孢能力。由此可以推测,柑橘绿霉病菌对嘧菌酯产生抗药性的风险很高。
张晓2006年从山东省寿光地区温室大棚中采集的106个黄瓜霜霉菌株对嘧菌酯平均EC50值为0.01955 mg/L,没有监测到抗性菌株。2007年采集的97个黄瓜霜霉菌株中,监测到57株抗性菌株,抗性菌株的EC50值为0.609~51.2 mg/L,抗性倍数达到21.5~2,618.9倍。说明当地黄瓜霜霉病菌对嘧菌酯已表现出较高的抗药性。
赵建江等采用孢子萌发法检测97株采自田间的番茄叶霉病菌菌株对嘧菌酯的敏感性。在频繁施用嘧菌酯防治番茄病害的河北定州市采集的50个菌株中低抗、中抗、高抗、特高抗菌株分别占30%、16%、18%、16%;在偶尔施用嘧菌酯的保定和寿光采集的27个菌株中,低抗和中抗菌株分别占22.2%和7.4%,未检测到中抗以上菌株;在极少施用嘧菌酯的杭州、眉山和南京采集的20个菌株,均为敏感菌株,未检测到抗性菌株。结果表明,番茄叶霉病菌已经对嘧菌酯产生了不同程度的抗药性。
皇甫运红等2010—2012年间测定的浙江省果蔬灰霉病菌对嘧菌酯的敏感性变化。3年的平均EC50值依次为(4.01±0.95)、(4.85±0.87)、(6.29±0.71)mg/L,敏感性逐年降低。而灰霉病菌群体中的低敏感性亚群体的比例呈现明显的上升趋势:EC50值≤5 mg/L菌株的比例分别为87.5%、84.2%和71.7%,而EC50值>5 mg/L菌株的比例分别为12.5%、15.8%、28.50%。说明果蔬灰霉病菌群体对嘧菌酯已表现出明显的抗药性发展趋势。
在一定试验条件下,马铃薯晚疫病菌、柑橘绿霉病菌、辣椒疫霉病菌、黄瓜霜霉病菌、番茄叶霉病菌、果蔬灰霉病菌对嘧菌酯已产生不同程度的抗性。随着使用次数的增多,使用年份的延长,抗性的表现越来越明显,并且有持续发展的趋势。由于其作用位点单一,嘧菌酯虽然表现出高效、广谱、安全等优点,但独特的作用机理使其成为极易产生抗性的农药。
3 抗性产生的机理
早期通过对嘧菌酯的抗药性评估发现该药能激活病原菌体内的交替(旁路)氧化途径(alternative oxidative pathway),从而导致抗药性的发生,该结论后来在田间得到证实。
20多年来通过对甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂作用机制的系统性研究,结合室内和田间研究的结果总结出了病原菌对该类杀菌剂产生抗药性的主导机制。本文主要从分子和生理生化两部分进行阐述。
3.1 分子机制
对甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂产生抗性的病原菌主要是细胞色素b的127~147位和256~296位氨基酸序列区内的氨基酸残基发生了单点取代突变。由G143A的取代导致的抗药性,其抗性倍数一般在100倍以上:由F129L和G137R的取代导致的抗性倍数一般在5~15倍之间,少数会>50倍。病菌细胞色素b基因中的单核苷酸多态性(SNP)是甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂产生抗性的根本原因。病原菌细胞色素b上的氨基酸残基被取代,影响了药剂与靶点的结合。
3.2 生理生化机制
已知在QoIs杀菌剂发展的早期阶段,就已经发现,植物病原菌可以通过诱导旁路氧化途经抵抗这类药剂的抑菌作用。旁路氧化作用使呼吸链绕过QoI作用靶标cyt b进行电子传递和ATP合成。该途径又可称为交替氧化途径(AP),交替氧化酶(AOX)是该过程的关键酶。甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂能诱导菌株的AOX表达,也是该类杀菌剂易产生抗药性的一个重要原因。
4 嘧菌酯的抗性治理
杀菌剂抗性治理策略的实质,就是以科学的方法,最大限度地阻止或延缓病原物对相应农药抗性的发生和抗性病原群体的形成,达到维护药剂产品的信誉,延长其使用寿命,确保化学防治效果的目的。
降低杀菌剂抗性风险一方面要从了解杀菌剂特性入手,根据嘧菌酯的作用特点,制定合理的使用方案,混配和交替用药,限制使用剂量,降低该药剂的选择压力,延长药剂的使用寿命。
另一方面,选育和利用抗病品种,强化农业防治,应用生物防治等综合治理措施,降低病害的发生,减少抗性菌株的发生几率,从而达到延缓病害抗药性的目的。