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小麦赤霉病防治药剂研究进展
http://date4affiliate.com   发布日期:2022-5-26 9:57:47   来源:《现代农药》2022年第1期

    

    小麦赤霉病(Fusarium head blight)是最具有破坏性的小麦病害之一,被视为小麦的“癌症”。在我国赤霉病主要发生在长江中下游和华南冬麦区及东北春麦区东部,黄河流域及其他地区也有发生。小麦赤霉病严重影响产量,而且影响小麦品质,造成麦粒积累大量脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON),3-乙酰基脱氧雪腐镰刀菌烯醇(3-AcDON)等毒素,不仅会影响麦粒的萌发,而且会导致人畜中毒,严重时会导致胎儿畸形,致孕妇流产,致癌,甚至致死。

    目前,在有关小麦赤霉病防治报道中,培育抗病品种,农业防治和化学农药防治等措施为常见的防治手段。选育抗性品种虽然可以从根本上解决赤霉病的危害,但是育种周期长,成本高,且转基因品种还存在很大争议。目前赤霉病的防治主要还是依赖于化学农药,其见效快,成本低。然而,长期大量使用单一农药品种,导致不少地区已经有关于赤霉病抗药性报道。因此,对小麦赤霉病的防治一方面需要开发新型,高效,低残留的农药;另一方面加强混配制剂的研究,配制合理,高效,延缓产品抗性并能扩大杀菌谱的混剂产品。因此,本文对我国登记用于小麦赤霉病防治的药剂及具有潜在开发价值的部分活性化合物结构进行综述,为小麦赤霉病防治工作和产品研发提供参考。

    01,防治小麦赤霉病药剂登记现状

    截至2021年12月2日,我国登记注册并且仍在有效使用期限内防治小麦赤霉病的农药共有368种,其中单剂有153种,混剂有215种,单剂有效成分仅有22种(表1)。按结构类型划分有三唑类,苯并咪唑类,氰基丙烯酸酯类等8类农药。

小麦赤霉病防治药剂研究进展

    1.1  三唑类

    三唑类杀菌剂为C14-脱甲基化抑制剂,通过阻止麦角甾醇的生物合成,破坏菌体细胞膜功能,达到抑菌作用。目前登记用于小麦赤霉病上的三唑类农药有戊唑醇,丙硫菌唑,叶菌唑,三唑酮,氟环唑,丙环唑,己唑醇,苯醚甲环唑,烯唑醇,粉唑醇,其中三唑酮,丙环唑,苯醚甲环唑,烯唑醇仅以复配形式登记。三唑类杀菌剂机制独特并有较好的防效功能,以及具有广谱,内吸,低毒等优良特性。国内外已经有几十年有关三唑类农药防治小麦赤霉病的研究的历史,虽然已经有报道显示三唑类杀菌剂防效降低现象,甚至产生抗药性,但其复配药剂仍然能有效防治小麦赤霉病。王平山等对粉唑醇,环丙唑醇,氟环唑和戊唑醇混用防治小麦赤霉病进行了田间药效试验,发现粉唑醇与戊唑醇,氟环唑与戊唑醇混用对赤霉病具有一定的防效,并且环丙唑醇与戊唑醇复配对赤霉病的防效较好。相关研究表明,室内毒力和田间药效高的杀菌剂有戊唑醇,丙硫菌唑,叶菌唑等。

    (1)戊唑醇

    戊唑醇英文通用名:Tebuconazole,分子式:C16H22ClN3O,由拜耳公司于1986年开发,是市面上防治小麦赤霉病常见药剂,在我国主要以混剂形式登记,与其复配的有咪鲜胺,甲基硫菌灵,肟菌酯,吡唑醚菌酯,醚菌酯等17种有效成分。张海燕等研究发现戊唑醇单剂或复配剂1次用药既能高效控制小麦赤霉病,又能有效控制小麦籽粒DON毒素不超标。2021年,陈莉等报道戊唑醇对采集自河南省北部和中部地区的小麦赤霉病菌有较高的抑菌效果,EC50值分别为0.332 4和0.351 2 mg/L。朱保平等研究表明戊唑醇与咪鲜胺的复配能够极好的防治小麦赤霉病,显著提高小麦产量。宋阳阳等研究了湖北省小麦赤霉病菌对戊唑醇等的敏感性,发现戊唑醇对湖北省小麦赤霉病菌依然具有较高的敏感性,EC50平均值为0.181 μg/mL。2020年,周华飞等报道,利用LAMP-PCR技术检测江苏盐城市,溧阳市和南通市通州区小麦赤霉病原菌的优势种群,发现亚细亚镰孢为优势小种,占比100%,禾谷镰孢占比仅为11.33%,并且未发现戊唑醇产生抗药性。但相关研究表明河南省等已经出现了对戊唑醇敏感性下降的小麦赤霉病菌亚群体。

    (2)丙硫菌唑

    丙硫菌唑的英文通用名:Prothioconazole,分子式:C14H15Cl2N3OS,由拜耳公司研发,并于2004年在英国和德国上市,2018年才在我国获得登记。截至2021年12月,仅有3个产品登记用于防治小麦赤霉病,其中有2个混剂,分别与多菌灵和戊唑醇复配。2021年王栓等报道了丙硫菌唑对禾谷镰孢菌具有较好的抑制效果,EC50值为1.747 0 μg/mL,与氰烯菌酯,咯菌腈和氟唑菌酰羟胺等作用机制不同的杀菌剂复配对小麦赤霉病均表现为增效或者相加作用,与上述3种药剂进行交替或者复配使用,延缓药剂抗性产生。2021年,殷毅凡等报道用植保无人飞机喷施丙硫菌唑纳米水性化制剂对小麦赤霉病的防效优异,显著优于多菌灵,甲基硫菌灵等不同有效成分,并且在减量前提下还优于有效成分相同的常规农药。目前丙硫菌唑在我国登记用于小麦赤霉颊骨防治的剂为悬浮剂和可分散油悬浮剂,因此新型剂型的研发可以在提高防治防盗的同时,适用于新型植保机械。虽然丙硫菌唑在我国登记时间较短,但是由于其与戊唑醇等药剂作用机制相同等因素,不少地区已有抗药性报道记录。2021年,李梦婷报道了不同地区菌株对丙硫菌唑敏感性差异较大,其中安徽定远,寿县和芜湖等地的菌株已经对丙硫菌唑产生了抗药性,并且发现因长期使用丙硫菌唑药剂而对小麦赤霉病产生抗性的菌株会导致菌株DON毒素含量上升,应与其无交互抗性的氰烯菌酯和咪鲜胺交替使用。

    (3)叶菌唑

    叶菌唑的英文通用名:Metconazole,分子式C17H22ClN3O。1986年首次合成成功,由壳牌和日本吴羽于1993年上市,2005年被巴斯夫收购。目前,仅安道麦辉丰(江苏)有限公司的8%叶菌唑悬浮剂登记用于防治小麦赤霉病。2020年,李永平等报道了安徽凤台,江苏宜兴地区利用叶菌唑防治小麦赤霉病取得优异防效,平均防效大于85%,均有保产增产效果。2020年,刘程程等报道了叶菌唑对禾谷镰孢菌有较好的抑制效果,EC50值为0.016 3~0.038 3 μg/mL,与戊唑醇,咪鲜胺,丙硫菌唑和氟啶胺混配表现出相加及增效作用,与上述药剂混配可以延缓抗药性。2018年王长青等报道克菌丹与叶菌唑复配对小麦赤霉病有一定防效,防效在86%以上,并且对小麦没有药害,使用安全,增产明显。叶菌唑防治谱广,并对小麦赤霉病防效优异,其专利已经过保护期,近年来其与戊唑醇等药剂复配在麦区的市场前景进一步凸显,但我国暂无混配制剂登记,因此应加强对混剂登记,以扩大防治谱及延缓抗药性。

    1.2  苯并咪唑类

    苯并咪唑类农药是一类以具有杀菌活性的苯并咪唑环为母体的有机杀菌剂,其作用机制是与真菌β-微管蛋白结合,阻止细胞纺锤丝的形成,进而干扰有丝分裂,达到杀死小麦赤霉病原菌的目的。目前登记用于防治小麦赤霉病的苯并咪唑类农药有多菌灵,甲基硫菌灵,丙硫唑,共有201个产品登记。

    (1)多菌灵

    多菌灵英文通用名:Carbendazim,分子:为C9H9N3O2。多菌灵为目前登记用于防治小麦赤霉病最多的药剂,其中混剂有83个,主要与三唑酮,福美双,戊唑醇,咪鲜胺锰盐等14种有效成分复配。此类药剂抗性问题比较突出,王晋丽测定了2018—2020年采自河南,安徽和江苏等省份的赤霉病原菌对多菌灵等常用药剂的抗药性,发现江苏省的多菌灵抗性菌株比例平均值为38.07%;安徽省均值为12.50%;河南省平均值为4.95%。2020年,周华飞等报道了江苏地区小麦赤霉病原菌种群对传统药剂的抗性结果,发现江苏地区已经对多菌灵产生了严重抗性,抗性频率为26.3%~54.5%。张穗等研究了2013—2015年上海小麦赤霉病对多菌灵抗性水平,虽然对多菌灵敏感的小麦赤霉病菌株的平均EC50值呈逐年递减趋势,但是对于抗性病株EC50值的抗性呈递增趋势,2015年达到高抗水平,且抗药性菌株出现的频率增高,遗传性稳定。出现多菌灵抗性病株EC50值与秸秆还田年限增加呈现出正相关性的现象,建议秸秆还田历史较长的地区应该尽量少用多菌灵。相关研究表明,多菌灵的使用会引起小麦籽粒DON毒素增加,主要原因是多菌灵可以促进禾谷镰刀菌体内乙酰辅酶A产生,上调DON毒素合成。

    (2)甲基硫菌灵

    甲基硫菌灵英文通用名:Thiophanate-methyl,分子式:C12H14N4O4S2。其内吸性和持效性比多菌灵好,防效也高于多菌灵,常与戊唑醇,己唑醇,福美双等药剂复配。2015年,黄世广等研究发现高剂量的甲基硫菌灵对小麦赤霉病防效优异,防效达90%以上,优于多菌灵。其与多菌灵存在交互抗性,一般在生产上不要混配使用。

    1.3  咪唑类

    目前,登记用于小麦赤霉病的咪唑类农药主要为咪鲜胺及其盐类。截至2021年12月,共有60个产品登记,其中混剂49个,主要与戊唑醇,噻霉酮,吡唑醚菌酯,嘧菌酯,丙环唑,福美双,甲硫灵等复配。

    (1)咪鲜胺英文通用名:Prochloraz,分子式:C15H16Cl3N3O2。其为麦角甾醇脱甲基化抑制剂,通过抑制14a-脱甲基酶的活性而阻止麦角甾醇的生物合成,导致细胞膜功能异常,达到抑菌杀菌目的。目前小麦赤霉病病原菌对咪鲜胺的敏感性依然较高,鲜有关于产生抗药性的报道。马雪莉等研究表明禾谷镰刀菌对咪鲜胺非常敏感,其EC50值为0.058 mg/L,比多菌灵和己唑醇的杀菌活性更好,当其与嘧菌酯按4∶2混配时,具有增效作用,杀菌活性比咪鲜胺单剂更高,可以用于防治对多菌灵产生抗性的禾谷镰刀菌。张春梅等利用戊唑·咪鲜胺防治小麦赤霉病,发现其防效较好,在江苏睢宁试验点防效达87.62%~91.36%,江苏里下河地区试验点达87.4%~91.4%。尹军良等利用咪鲜胺与氰烯菌酯复配防治小麦赤霉病原菌,发现其抑菌水平远远大于单剂,两者增效系数也大于7,EC50值为0.018 46 μg/L。

    (2)咪鲜胺锰盐,咪鲜胺铜盐不仅具有优异的杀菌功能,而且对小麦安全,对环境影响小。2018年,亢晓丽报道了40%咪鲜胺铜盐·氟环唑悬浮剂对小麦赤霉病的防效达90.95%,优于45%戊唑·咪鲜胺水乳剂。蒋志新等63.5%咪鲜胺锰盐·多菌灵WP对小麦赤霉病有较好的防效,一次用药即有较好的效果,可达84%左右,且对小麦安全。

    1.4  丙烯酸酯类

    丙烯酸酯类杀菌剂分为两类,一类为甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂,是目前全球销售额较大的杀菌剂,其通过抑制电子在细胞色素间传递,进而阻止了ATP的形成,抑制细胞线粒体呼吸,达到杀菌的目的。目前登记用于防治小麦赤霉病的甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂有烯肟菌酯,吡唑醚菌酯,嘧菌酯,醚菌酯,肟菌酯。登记有效期内共有49个农药产品,主要为混剂,占比85.7%。登记条数最多的为吡唑醚菌酯,其次为肟菌酯,烯肟菌酯登记最少,仅有1个产品,为烯肟·多菌灵。另一类为氰基丙烯酸酯类,仅有氰烯菌酯,登记产品共4个,混剂主要与戊唑醇剂己唑醇复配。

    (1)吡唑醚菌酯

    吡唑醚菌酯的通用名:Pyraclostrobin,分子式:C19H18N3O4Cl。由巴斯夫公司于1993年研发成功,2002年上市。吡唑醚菌酯具有广阔的杀菌谱,保护作物及提高产量等作用,对小麦赤霉病也有较好的防效。刘同金等于2019年报道了吡唑醚菌酯在安徽和山东地区小麦上的防效,发现两地防效均在78.33%以上,但在山东地区吡唑醚菌酯的防效低于多菌灵,而安徽则高于多菌灵。由于其抗性是非可逆性,且复配药剂对小麦赤霉病的防效比单剂更高,复配药剂还可以延缓抗药性,因此推荐其与戊唑醇,氟环唑,咪鲜胺,多菌灵等复配防治小麦赤霉病。有研究表明,吡唑醚菌酯单剂与戊唑醇等复配对小麦赤霉病有一定防效,但其不能有效控制小麦籽粒DON毒素,远差于氰烯菌酯和戊唑醇等。

    (2)氰烯菌酯

    氰烯菌酯英文通用名:Phenamacril,分子式:C12H12N2O2,是由江苏省农药研究所于1998年发现的高效,低毒,对环境友好的肌球蛋白抑制剂。与甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂能刺激赤霉病菌产生毒素不同,氰烯菌酯则通过抑制DON毒素小体的形成,显著降低毒素的合成。相关研究表明,其对小麦赤霉病的防效比目前生产上广泛应用的多菌灵和戊唑醇更好,并且即使麦粒受到禾谷镰刀菌侵染,依然能够有效地控制DON毒素积累。2020年,丰越研究发现,氰烯菌酯与丙硫菌唑和戊唑醇复配对小麦赤霉病的防效分别达91.43%和83.39%,其处理小区的小麦籽粒中真菌毒素含量均在0.02 mg/kg以下。2019年,张春云等报道了氰烯·戊唑醇,氰烯菌酯对小麦赤霉病的防效分别达98.47%,97.45%,优于戊唑·咪鲜胺等药剂防效,同时能较好地控制真菌毒素。由于其独特的作用机理,氰烯菌酯已成为各省植保站及政府防治赤霉病的首推药剂。值得注意的是,氰烯菌酯与目前现有的杀菌剂无交互抗性,建议生产上不要单用,可以选择复配药剂,增强效果,延缓抗药性。

    1.5  酰胺类

    酰胺类杀菌剂已经有50多年的应用历史,主要通过干扰病原菌的呼吸链电子传递从而达到杀菌的效果。目前登记防治小麦赤霉病的酰胺类杀菌剂仅有3个产品,为萎锈灵与戊唑醇复配及氟唑菌酰羟胺单剂。

    氟唑菌酰羟胺英文通用名:Pydiflumetofen,分子式:C16H16Cl3F2N3O2,是先正达开发的新型琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHI)类杀菌剂,于2017年上市,2019年在我国获得登记。它对小麦赤霉病原菌抑制效果及DON毒素防效均非常优异。2021年,陈宏州等发现其对禾谷镰刀菌菌丝生长抑制活性要高于咪鲜胺,戊唑醇,丙硫菌唑,多菌灵等药剂。然而,氟唑菌酰羟胺作用位点比较单一,其抗性发展水平较高,建议与不同作用机理的药剂复配使用或者轮换使用,如丙环唑,戊唑醇等。2021年,杨健等发现氟唑菌酰羟胺与丙环唑防效优异,1次防效达90.6%。

    1.6  其他

    除上述农药类别外,登记用于防治小麦赤霉病的还有生物农药和多靶标位点类农药等。登记期内的生物农药共有38个产品,主要涉及低聚糖素,氨基寡糖素,多抗霉素,申嗪霉素,四霉素,枯草芽孢杆菌,蜡质芽孢杆菌,多粘类芽孢杆菌KN-03及井冈霉素及其复配等。多靶标位点类有福美双,百菌清,在登记有效期内共有39个产品,由于此类杀菌剂对小麦赤霉病的毒力不强,一般与戊唑醇,咪鲜胺,多菌灵等复配使用。

    02,文献报道的部分活性化合物结构

    2.1  国外报道

    2021年4月先正达在专利WO2021074309,WO2021074311分别公布了1-(3-喹啉基)-3,4-二氢异喹啉衍生物和1-(3-喹啉基)-1,2,3,4-四氢异喹啉衍生物。专利WO2021074309包含187个化合物,结构通式见图1。当衍生物处理浓度为20 mg/L,24℃下处理3~4 d后,其中的131个化合物对黄色镰刀菌(Fusarium culmorum)的抑制率超过80%;当浓度为200 mg/kg时,温度为20℃,相对湿度为60%条件下处理6~8 d,其中的20个化合物同时对Fusariumculmorum,禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)的抑制率超过80%。专利WO2021074311中,化合物1和化合物2(图2)对Fusarium graminearum的抑制率超过80%,并且化合物1同时对Fusarium culmorum有优异的抑制率。

小麦赤霉病防治药剂研究进展

    2.2  国内报道

    华中师范大学专利CN107372496A公布了苯肼基酮类化合物3和4,当浓度为20 mg/L时,对小麦赤霉病的抑制率分别达85.4%和93.9%。兰州大学专利CN109717198B和CN110447651B分别公布了新白叶藤碱衍生物和喹唑啉酮类化合物。专利CN109717198B中的化合物5,化合物6,化合物7,化合物8和化合物9对小麦赤霉病有优异的抑制率,显著优于嘧菌酯,当浓度为50 mg/L时,对小麦赤霉病菌的抑制率分别为95.98%,100.66%,99.98%,91.27%和90.46%;当浓度为25 mg/L时,对小麦赤霉病的抑制率分别为87.74%,99.98%,95.75%,84.68%和88.06%。专利CN110447651B中的化合物10和11在浓度为50 mg/L时,对小麦赤霉病抑制率超过85%。江苏省农药股份有限公司报道了(Z)-3-亚氨基-1-丙烯醇类化合物12对小麦赤霉病菌的抑制率达100%,田间病指防效达89.62%,显著优于常规药剂多·酮可湿性粉剂,而且显著降低小麦籽粒中DON毒素。

小麦赤霉病防治药剂研究进展

    李安邦等将噻吩环引入吡唑酰胺类杀菌剂的骨架中,设计并合成了24个吡唑联噻吩甲酰胺类衍生物(图4),并对其抑菌活性进行研究。生物活性测试结果表明化合物13对小麦赤霉病菌的EC50为28.9 μmol/L,对小麦赤霉病病菌抑制率为88.7%,并且对草莓灰霉病,水稻纹枯病和马铃薯早疫病病菌有较好的抑制率。王维等基于活性亚结构拼接原理,将1,3,4-二唑与2,2-二氟-1,3-苯并二茂结合,合成了9个结构新颖的2,2-二氟-1,3-苯并二茂类衍生物,其中化合物14在100 mg/L下对小麦赤霉病菌,苹果树腐烂病菌和番茄灰霉病菌的抑制活性为100%。左怀龙等将二苯醚结构单元引入3,4-二氢异喹啉母核中,设计合成了15个新型的异喹啉衍生物,其中化合物15对小麦赤霉病菌的抑菌率为83.3%,远优于血根碱(64.2%)和百菌清(57.7%)。同时对油菜菌核病菌,水稻纹枯病菌等有较好的抑制作用。

小麦赤霉病防治药剂研究进展

    03,小结与展望

    小麦赤霉病是世界性病害,主要高发于我国长江中下游和黄淮小麦产区,年发病面积超过1亿亩,对小麦的产量和品质产生严重影响的同时还造成籽粒积累DON毒素,危害人类健康。化学防治依然是赤霉病防治的主要措施,目前登记在小麦赤霉病上的农药产品共有368种,其中混剂占比58.4%,主要包括三唑类,苯并咪唑类,甲氧基丙烯酸酯类和氰基丙烯酸酯类等。在登记农药中,老品种农药登记占比较高,如多菌灵,共有118个产品在登记有效期;甲基硫菌灵,共有82个产品,而近年来登记的新有效成分氟唑菌酰羟胺,叶菌唑,丙硫菌唑占比少,分别登记了2,1,3个产品。部分地区已经出现小麦赤霉病对多菌灵,丙硫菌唑等药剂产生抗药性,并且对小麦赤霉病产生抗性的菌株会导致菌株DON毒素含量上升,严重影响小麦产量和品质。

    小麦赤霉病的防治要遵循“主动出击,科学用药”。这不仅要注意不同作用机制的药剂混用和轮换使用来延长农药产品的使用寿命,同时要选择对降低毒素作用较强的农药。在对多菌灵和丙硫菌唑等产生抗性的地区,建议选择氰烯菌酯,戊唑醇,咪鲜胺,氟唑菌酰羟胺等及其复配进行防治。此外,不断开发高效,低残留,新型作用机制的产品是解决小麦赤霉病抗性问题的有效途径,也是未来防治小麦赤霉病的一个重要研究方向。


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  关键词:小麦   

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