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甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂苯醚菌酯及其开发

2019-06-28谭海军

浙江化工 2019年6期
关键词:苯醚嘧菌原药

尚 雁, 黄 林, 谭海军

(1.浙江省化工研究院有限公司,浙江 杭州 310023;2.浙江禾田化工有限公司,浙江 杭州 310023;3.苏州艾科尔化工科技有限公司,江苏 昆山 215300)

苯醚菌酯是浙江化工研究院以天然抗生素Strobilurins为先导进行自主创制[1]得到的甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂,开发代号ZJ0712,其中文通用名于2005年获批,英文名Bemystrobin。

与嘧菌酯 (Azoxystrobin) 和啶氧菌酯(Pixoxystrobin)一样,苯醚菌酯也属于醌外部抑制剂(Quinone outside Inhibitor, QoI),其杀菌谱广,具有良好的保护、治疗和渗透作用,对由子囊菌、鞭毛菌和半知菌引起的植物病害均有非常高的杀菌活性。苯醚菌酯、嘧菌酯和啶氧菌酯的化学结构见图1。特别地,苯醚菌酯的化学结构与啶氧菌酯相近,生产可共用其关键中间体,具有一定的生产和使用成本优势,因而市场潜力较大。本文对苯醚菌酯的理化性质、生态毒性、作用机理、生物活性、产品合成、开发和应用等情况进行了简要的整理。

图1 苯醚菌酯、嘧菌酯与啶氧菌酯的化学结构

1 理化性质和毒性

苯醚菌酯属于甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂,其IUPAC 化学名为(E) -2-[2-(2,5-二甲基苯氧基)甲基苯基]-3-甲氧丙烯酸甲酯,CAS登录号为852369-40-5,分子式为C20H22O4,相对分子质量为326.39。

1.1 理化性质

苯醚菌酯原药为白色粉末,熔点:108.0℃~110.0 ℃,密度: 0.8266 g/cm3,油水分配系数 logPo/w=3.382×104(25 ℃)、2.659×103(40 ℃);溶解度(g/L):水 3.598×10-3,甲醇 15.563,乙醇 11.041,二甲苯24.570,丙酮143.609[2]。苯醚菌酯的半衰期DT50:黄瓜 3.89~5.63 d,土壤 5.26~6.90 d[3],属于易降解农药。

1.2 毒性

苯醚菌酯的急性毒性[2]如下:大鼠急性经口半致死量 LD50>5000 mg/kg b.w.,大鼠急性经皮LD50>2000 mg/kg b.w.,对家兔的皮肤和眼睛无刺激性,对豚鼠皮肤具有若致敏性;Ames试验呈阴性。

苯醚菌酯的生态毒性[2]如下:家蚕LC50>573.90 mg/L, 鹌鹑 LD50>2000 mg/kg b.w., 蜜 蜂LC50>100 μg/只,斑马鱼 LC50>0.026 mg/L。 苯醚菌酯对家蚕、鸟类和蜜蜂均低毒,但对鱼类等水生生物高毒,使用时须注意。

2 代谢与残留

2.1 土壤代谢

苯醚菌酯施用于土壤100 d后,88%~98% 的14C标记出现在母体化合物及其代谢产物中,其中90%以上为M1、M2和M3共3种代谢产物[4]。苯醚菌酯在土壤中的3种主要代谢产物见图2。苯醚菌酯的降解、矿化和结合残留受土壤类型和微生物群落组成的影响,其母体化合物及代谢产物在土壤中的持留性较长[5],需要注意对非靶标生物的影响。

图2 苯醚菌酯在土壤中的3种主要代谢产物

2.2 残留分析与限定

苯醚菌酯为自主创制品种,国内外尚未有其最大残留限量(MRL)。浙江省农业科学院对黄瓜和土壤中的苯醚菌酯残留样品分别用打浆机匀浆和去杂筛分(1 mm)处理后,再经丙酮提取、氯化钠5%水溶液和石油醚萃取、柱层析后,取石油醚-乙酸乙酯(体积比100∶1)的淋洗液浓缩进行定量分析,其建议在黄瓜和土壤中的最大残留限量为1 mg/kg[3]。

3 作用机理与活性抗性

3.1 作用机理

苯醚菌酯为甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂,与嘧菌酯和啶氧菌酯相同,为线粒体电子转移链复合物III抑制剂[6],也即醌外部抑制剂,通过阻断细胞色素b和细胞色素c1之间的电子转移,在泛醇氧化位点Qo抑制线粒体呼吸,破坏病菌的能量合成,在病害侵染早期具有极好的保护作用,国际杀菌剂抗性行动委员(IFAC)分类第 C3~C5组[7]。理论上与同类抑制剂一样,苯醚菌酯与甾醇合成抑制剂、苯酰胺类、二甲酰亚胺类和苯并咪唑类等杀菌剂[6,8]无交互抗性。

苯醚菌酯具有良好的保护、治疗(保护作用优于治疗作用)和渗透活性,及一定的内吸传导活性,既可抑制真菌菌丝生长,又能抑制孢子形成和萌发[9]。进一步的研究表明,苯醚菌酯对水稻稻瘟病菌和荔枝霜疫霉病菌的不同发育阶段都具有一定的影响。对于水稻稻瘟病,苯醚菌酯可明显抑制其黑色素的产生,对菌丝扩展和孢子萌发具有较高的抑制作用,对产孢量和芽管伸长具有一定的抑制作用[10];对于荔枝霜疫霉病,苯醚菌酯对菌丝扩展、孢子囊产生量、孢子囊和休止孢的萌发都表现出了优异的抑制活性,但对游动孢子释放的抑制作用较低,在一定浓度下会加速游动孢子的消解,抑制休止孢的形成[11]。

3.2 生物活性

苯醚菌酯对由子囊菌、鞭毛菌和半知菌引起的植物病害,如炭疽病(Colletotrichum capsici)、褐斑病 (Cercospora arachidicola)、 稻瘟病(Magnaporthe oryzae)、赤霉病(Gibberella fujikuroi)、红腐病 (Fusarium moniliforme)、 枝枯病(Melanconium oblangum)、全蚀病(Gaeumannomyces graminis)、轮纹病(Botryosphaeria berengriana)、灰霉病(Botrytis cinerea)、菌核病(Sclerotinia sclerotiorum)、赤星病(Alternaria alternata)、 枯萎病 (Fusarium oxysporum)、叶斑病(Cercospora musae Zimm.)、早疫病(Alternaria solani)、根腐病(Bipoloris sorokiniana)、黑痘病(Sphaceloma ampelinum)等,均有非常高的杀菌活性,且耐雨水冲刷性,使用浓度下持效期长达20 d,对黄瓜、小麦、油菜、烟草和草莓等作物安全[1,12]。苯醚菌酯对多种病菌的生物活性见表1。

表1 苯醚菌酯的杀菌谱和生物活性 (剂量30 mg·L-1)

多地田间药效试验结果[12]表明,苯醚菌酯对黄瓜和南瓜白粉病的防效远远高于同剂量下的三唑酮,对黄瓜霜霉病、葡萄霜霉病和炭疽病的防效明显优于咪鲜胺和代森锰锌64%+霜脲氰8%WP。进一步的室内生测显示[13],苯醚菌酯对草莓白粉病具有高杀菌活性,7~8 d EC50=3.17 mg/L,优于肟菌酯、吡唑醚菌酯、醚菌酯和嘧菌酯。

此外,苯醚菌酯还对柑橘黑点病(Diaporthecitri)、黑斑病(Guignardia citricarpa)和脂点黄斑病(Mycosphaerella citri)具有较高抑制活性[14],具有一定的应用前景。

3.3 抗性

甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂的作用位点单一,频繁使用会使靶标位点的突变率增加、抗性增强[15],因而须注意苯醚菌酯的抗性风险。目前已发现苯醚菌酯对黄瓜白粉[16]、小麦白粉病[17]、葡萄霜霉病[18]和荔枝霜疫霉[19-20]等病菌显示出了抗药性,这可能与靶标病菌细胞色素b基因的第143位密码子由敏感菌株的丙氨酸(GGT)突变成了甘氨酸(GCT)[16]或/和单点突变 G142A、G142S、Y131C 或F128S[19]等因素有关,因而在其使用过程中应当采取相应的抗性治理措施。

苯醚菌酯与同类的嘧菌酯、烯肟菌胺和烯肟菌酯等对荔枝霜疫霉存在交互抗性[20],而对苯醚菌酯产生抗性的2个灰霉病菌株HZ021和HZ054也对多菌灵和异菌脲产生了抗性,可能与多种药剂靶标基因突变在病菌进化过程中的逐步累积等因素有关[21]。

4 原药生产供应

4.1 合成路线

苯醚菌酯 (V)具有与啶氧菌酯相近的化学结构,其原药可使用啶氧菌酯的中间体(E)-2-(2-溴甲基苯基)-3-甲氧基丙烯酸甲酯 (III)与2,5-二氯苯酚(IV)在碱性条件下缩合得到[1,22],具有一定的生产成本优势。其中,中间体(III)可以邻甲基苯乙酸甲酯(I)为起始原料,经甲酰化、甲基化和溴化后得到。苯醚菌酯的合成路线见图3。

4.2 原药分析[23]

苯醚菌酯原药可使用带紫外可变检测器的高效液相色谱仪、以外标法来测定其含量。其中,分析条件为C18色谱柱,流动相甲醇-水溶液(体积比 70:30),流速为 1.0 mL/min,检测波长240 nm。

4.3 原药供应

目前该产品处于专利保护期,仅有浙江化工研究院的关联企业浙江禾田化工有限公司登记和生产苯醚菌酯原药,产品规格98%。

图3 苯醚菌酯的合成路线

5制剂开发与应用

苯醚菌酯可制成SC、WP、WDG和DF等多种剂型的单剂,或与其它组分复配或桶混使用。苯醚菌酯最先于2008年在中国获得单剂10%SC的登记,用于防治黄瓜白粉病,后来还有苯醚菌酯和氟啶胺的复配制剂登记上市。苯醚菌酯制剂在中国的最新登记情况见表2。目前,苯醚菌酯在东南亚的登记也正在进行中。

表2 苯醚菌酯制剂在中国的最新登记情况

5.1 单剂开发与应用

目前开发应用比较多的苯醚菌酯单剂为10%SC。室内生测和田间试验表明,该单剂于病害发生前期施用,可有效防治多种作物的病害,对作物安全且具有明显的生长促进作用。苯醚菌酯按剂量有效成分10~20 g/hm2防治黄瓜、小麦和苹果的白粉病,50~100 g/hm2可分别有效防治黄瓜和葡萄的霜霉病,同时对荔枝霜疫霉病、西瓜和芒果炭疽病等也有效,防效分别优于百菌清75%WP、三唑酮 15%WP、嘧菌酯 25%SC、腈菌唑12%EC、霜脲氰72%WP和苯醚甲环唑10%SC[3,24];稀释 1500~2000 倍可以有效防治胡麻白粉病[25]、西瓜和籽用西瓜的白粉病[26-27]和小麦赤霉病[28];稀释3000倍对甜瓜白粉病具有较好的防效[29];稀释5000倍施用对打瓜白粉病防治效果优异[30];按有效成分浓度7500 mg/L施用可有效防治积雪草漆斑病[31];按有效成分用量45 g/hm2可防治水稻早、中稻的叶瘟病和颈瘟病[32-33];还有防治雪莲果镰刀叶斑病[34]、小麦叶锈病的潜力[35]。

为确保苯醚菌酯10%SC的田间试验防效,可在制剂中加入增效剂。如加入有机硅助剂S233后具有显著的增效作用[36],加入6%抗坏血酸后具有辅助治疗葡萄霜霉病和增加口感作用[37]。

此外,还有苯醚菌酯50%DF和50%WDG的研究报道。其中,苯醚菌酯50%DF按有效成分剂量15~30 g/hm2施用,对黄瓜白粉病的防效可达83.7%~94.3%,比50%WDG的防效提高2.3%~9.5%[38]。

5.2 复配开发与应用

苯醚菌酯容易产生抗性且内吸活性较差,因而可与多种成分进行复配以实现协同增效作用和延缓抗性的效果,如与杀菌剂代森联、丙森锌、代森锌、噻氟菌胺、异菌脲、环丙唑醇、氟酰胺、二硫氰基甲烷、噻霉酮、腈苯唑、丙氧喹啉、苯氧喹啉和啶酰菌胺等,或杀虫剂噻虫嗪等复配,用于防治蔬菜、果树、观赏植物、粮油和大田作物等植物上的白粉病、霜霉病、灰霉病、褐腐病、腐烂病和菌核病等多种病害。

目前,已有复配苯醚菌酯5%+氟啶胺35%SC、苯醚甲环唑12.5%+苯醚菌酯20%SC等先后登记上市或正在试验中。研究开发中的复配制剂还有:苯醚菌酯与戊唑醇按1∶10混配,在10~40 mg/L的剂量下用于防治小麦白粉病、黄瓜白粉病和草莓白粉病[39];苯醚菌酯和霜霉威按1∶20混配,在250~1000 mg/L的剂量下用于防治黄瓜霜霉病[40]。

6小结

由浙江化工研究院创制开发的新型甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂苯醚菌酯,具有高效低毒、杀菌谱广、耐雨水冲刷、持效期长、对环境友好和作物安全等特点,与现有杀菌剂无交互抗性,可广泛用于蔬菜、果树、观赏植物、粮油和大田作物等上的多种病害防治。

苯醚菌酯的化学结构与啶氧菌酯相近,生产可共用其中间体,具有一定的成本优势。苯醚菌酯可制成多种类型的单剂或复配,应用于不同的领域,具有较大国内外市场开发潜力。苯醚菌酯因作用位点单一而容易产生抗性,应用中须注意其抗性发展情况,开发新的复配制剂和轮换使用技术,对病害进行综合防治,延缓抗性产生。

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