劉超，田慶恒

（1.山東省青島清源化合物有限公司 青島市 266000；2.海南大學(xué) 海口市 570100）

琥珀酸脫氫酶抑制劑（Succinate Dehydrogenase Inhibitors，SDHI）是繼甲氧基丙烯酸酯類和三唑類之后的第三大類殺菌劑，是可通過(guò)抑制病原菌琥珀酸到泛醌的電子傳遞，阻斷能量代謝，最終導(dǎo)致病原菌死亡的新型酰胺類殺菌劑[1]。SDHI 類殺菌劑大都具有廣譜性，對(duì)多種作物上的白粉病菌、菌核病菌和銹病菌等多種病菌都有良好的生物活性。自1966 年美國(guó)Uniroyal（現(xiàn)朗盛）公司研發(fā)地第一個(gè)SDHI類殺菌劑萎銹靈（carboxin）開(kāi)始，具有廣譜性的SDHI 類殺菌劑相繼被開(kāi)發(fā)并進(jìn)入全球市場(chǎng)[2]。2016 年，SDHI 殺菌劑的市場(chǎng)銷售額近17 億美元，占全球農(nóng)藥市場(chǎng)的3.0%，并以23.8%的復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)了傳統(tǒng)的甲氧基丙烯酸酯類和三唑類等類型的殺菌劑，成為最有前景的殺菌劑類型[3]。

吡噻菌胺（penthiopyrad）是1996 年由日本三井化學(xué)株式會(huì)社開(kāi)發(fā)的琥珀酸脫氫酶抑制劑[4-5]。與其他的SDHI類殺菌劑一樣，吡噻菌胺也是作用于病原物的線粒體，通過(guò)抑制琥珀酸脫氫酶（succinate dehydrogenase,SDH），使得病原菌的三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle）產(chǎn)生障礙，阻礙生物體的能量代謝，影響病原物的正常生長(zhǎng)，最終導(dǎo)致病原物死亡。其化學(xué)名稱為（RS）-N-[2-（1，3-二甲基丁基）-3-噻吩基]-甲基-3-（三氟甲基）-1H-吡唑-4-甲酰胺，分子式為C16H20F3N3OS，相對(duì)分子量為359.42，美國(guó)化學(xué)文摘登記號(hào)（CAS，Chemical Abstracts Service）為183675-82-3，化學(xué)結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1。外觀為白色結(jié)晶固體，純品熔點(diǎn)103 ℃~105 ℃，降解點(diǎn)381.3 ℃，熔沸點(diǎn)較高，自然狀態(tài)下較穩(wěn)定；20 ℃下水中溶解度為7.53 mg/L，水溶性低；常見(jiàn)有機(jī)溶劑甲醇、丙酮、乙酸乙酯和甲苯的溶解度分別為402 g/L、410 g/L、349 g/L、67 g/L。研究表明吡噻菌胺對(duì)哺乳動(dòng)物安全且無(wú)致癌、致突變的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)人畜安全[6]。目前，吡噻菌胺已經(jīng)在包括中國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家進(jìn)行登記使用，應(yīng)用前景廣闊。

圖1 吡噻菌胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外吡噻菌胺的相關(guān)研究進(jìn)展，對(duì)其合成工藝、生物活性、生態(tài)毒性、環(huán)境行為和農(nóng)藥抗性研究5個(gè)方面對(duì)吡噻菌胺進(jìn)行綜述，旨在為其農(nóng)業(yè)合理應(yīng)用、科學(xué)有效管理與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避提供理論支撐。

1 吡噻菌胺合成工藝研究

國(guó)內(nèi)外關(guān)于吡噻菌胺的合成方法主要有兩種：合成路線Ⅰ是中間體1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲酰氯和中間體2-（4-甲基戊基-2-）-3-氨基噻吩反應(yīng)生成吡噻菌胺[7]，該研究中的合成工藝路線總產(chǎn)率為45.3%，純度為98.8%（HPLC）；合成路線Ⅱ是中間體N-（3-噻盼）-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲酰氯，與甲基異丁基甲酮反應(yīng)后還原雙鍵得到吡噻菌胺[8]。兩種合成路徑都需要中間體1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲酰氯的參與，而該中間體目前共有6 條合成路線[9-14]，其中以三氟乙酰乙酸乙酯的合成路線工藝最簡(jiǎn)單，具有原料易得到、反應(yīng)條件相對(duì)溫和等特點(diǎn)，比較適合工業(yè)化生產(chǎn)[15]。中間體2-（4-甲基戊基-2-基）-3-氨基噻吩的合成以3-氨基噻吩-2-甲酸甲酯為原料，經(jīng)氨基保護(hù)、水解、脫羧后與甲基異丁基甲酮反應(yīng)，經(jīng)催化加氫、脫氨基步驟后得到[8]。

通過(guò)生物合成取代苯基-5-三氟甲基-1h-吡唑-4-羧酰胺所得到的吡噻菌胺的衍生物也有報(bào)道，這些衍生物相較于吡噻菌胺在某些病菌的防治效果上更具潛力；如在赤霉病菌、尖孢鐮刀菌、水曲霉和疫霉菌的防效試驗(yàn)中，抑菌活性更強(qiáng)[16]。

2 吡噻菌胺的生物活性

生物活性是評(píng)價(jià)吡噻菌胺殺菌功效的關(guān)鍵。吡噻菌胺對(duì)銹病、菌核病、灰霉病、白粉病等多種病菌的孢子萌發(fā)和菌絲生長(zhǎng)都具有明顯的抑制作用，近期發(fā)現(xiàn)在炭疽病的防治領(lǐng)域也有很好的應(yīng)用前景[17]。相較于傳統(tǒng)的SDHI 類殺菌劑，吡噻菌胺具有更強(qiáng)的滲透和內(nèi)吸性，還可以提供預(yù)防和治療的作用，可以防治蔬菜水果、觀賞作物和經(jīng)濟(jì)作物等多種作物上的多種真菌病害[18]。吡噻菌胺分子中含有酰胺和吡唑2種高活性基團(tuán)，這一點(diǎn)是使它區(qū)別于早期開(kāi)發(fā)出來(lái)的單純的酰胺類殺菌劑，具有更強(qiáng)殺菌活性的根本原因[19]，日本和法國(guó)的大田試驗(yàn)表明，葉面施用吡噻菌胺可以很好地防治蘋(píng)果黑星?。ㄋ幮c醚菌酯相當(dāng)，優(yōu)于代森錳鋅）、蘋(píng)果白粉病（藥效與己唑醇相當(dāng)，略遜于醚菌酯）、黃瓜灰霉?。ㄋ幮c異菌脲相當(dāng)）和黃瓜白粉病（藥效優(yōu)于四氟醚唑）[20]。通過(guò)大田試驗(yàn)研究不同稀釋倍數(shù)的20%吡噻菌胺懸浮劑防治葡萄灰霉病的試驗(yàn)結(jié)果表明，1 500 倍稀釋液對(duì)葡萄灰霉病的防治效果最好，為85.14%，顯著優(yōu)于稀釋2 000 和2 500 倍液的防效（分別為65.21%和52.93%）[21]。橡膠炭疽病菌中吡噻菌胺的室內(nèi)毒力測(cè)定結(jié)果顯示：吡噻菌胺對(duì)炭疽病菌的半數(shù)效應(yīng)濃度（EC50）值為1.685 mg/L。吡噻菌胺的使用導(dǎo)致橡膠炭疽病菌ATP 含量下降，影響了病菌分生孢子萌發(fā)和附著胞形成，從而提高了細(xì)胞膜的通透性，降低了菌絲數(shù)量，抑制了病菌生長(zhǎng)。進(jìn)一步的大田防效生測(cè)結(jié)果表明：吡噻菌胺對(duì)橡膠炭疽病的防治效率可達(dá)98.53%[22]。吡噻菌胺在用于防治草莓的炭疽病時(shí)，其平均EC50為2.09 μg/mL，且其他SDHI 類殺菌劑均無(wú)此藥效[23]，也進(jìn)一步說(shuō)明吡噻菌胺防效優(yōu)異，是其他SDHI類殺菌劑的優(yōu)秀替代品。

吡噻菌胺對(duì)核盤(pán)菌（Sclerotinia sclerotiorum）也有很好的防治效果，通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)：吡噻菌胺平均EC50值為0.0578 μg/mL，經(jīng)吡噻菌胺處理后的核盤(pán)菌菌株的菌絲體頂端分枝增加且更密集，細(xì)胞膜通透性顯著增加。此外，菌絲中的甘油含量、草酸（OA）和胞外多糖（EPS）含量顯著下降，菌絲呼吸受到明顯抑制[24]。吡噻菌胺與其他類的農(nóng)藥的復(fù)配使用也具有很好的生物活性，不僅可以延緩病原物抗性的產(chǎn)生，還可以擴(kuò)大殺菌譜。

吡噻菌胺的復(fù)配產(chǎn)品較多，美國(guó)杜邦公司所開(kāi)發(fā)的吡噻菌胺與百菌清的復(fù)配產(chǎn)品Treoris、日本曹達(dá)公司開(kāi)發(fā)的啶蟲(chóng)脒和吡噻菌胺復(fù)配產(chǎn)品Mytemin 等都早已進(jìn)入市場(chǎng)且都具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，吡噻菌胺與吡唑醚菌酯或環(huán)唑醇的復(fù)配產(chǎn)品更是作為美國(guó)東南部花生早期葉斑病（Passalora arachidicola）和晚期葉斑?。∟othopassalora personata）防治的首選殺菌劑，在具有較好防效的同時(shí)，還提高了經(jīng)濟(jì)效益[25]。

3 吡噻菌胺的生態(tài)毒性

對(duì)非靶標(biāo)生物的生態(tài)毒性是評(píng)價(jià)吡噻菌胺風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的重要指標(biāo)。通過(guò)急性和慢性毒性研究研究結(jié)果可得知，吡噻菌胺通過(guò)環(huán)境中的一些途徑進(jìn)入生物體時(shí)，不僅會(huì)對(duì)一些包括魚(yú)類和蟲(chóng)體在內(nèi)的非靶向生物體產(chǎn)生毒性，還可能給暴露于環(huán)境中的生物體（包括人類）帶來(lái)有害健康的風(fēng)險(xiǎn)，吡噻菌胺在進(jìn)入非靶向生物體內(nèi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些潛在的毒性，特別是對(duì)神經(jīng)發(fā)育具有重要的影響[26]。蜜蜂的吡噻菌胺日允許攝入量（ADI）為100 μg/kg.bw，通過(guò)一項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果表明，花期施用吡噻菌胺時(shí)，殺菌劑會(huì)通過(guò)花粉被蜜蜂等傳粉昆蟲(chóng)攜帶而對(duì)幼蟲(chóng)產(chǎn)生影響，蜜蜂幼蟲(chóng)中多次檢測(cè)到吡噻菌胺的存在，其中最高的檢測(cè)量達(dá)到了115.3mg/kg[27]，而神經(jīng)毒性的殺菌劑經(jīng)常被懷疑會(huì)對(duì)蜜蜂的學(xué)習(xí)和導(dǎo)航能力產(chǎn)生干擾和毒害作用，故吡噻菌胺的使用可能會(huì)對(duì)蜜蜂等攜粉昆蟲(chóng)產(chǎn)生影響[28]。吡噻菌胺對(duì)哺乳動(dòng)物的風(fēng)險(xiǎn)較低。日本將普通人群吡噻菌胺可接受的每日攝入量（ADI）為0.081 mg/kg.bw。通過(guò)大鼠的急性毒性測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，吡噻菌胺對(duì)大鼠的急性經(jīng)口LD50>2 000 mg/L，急性經(jīng)皮LD50>2 000 mg/L，急性吸入LD50>5 669 mg/L 除對(duì)兔眼睛有輕微刺激作用外，對(duì)兔皮膚無(wú)刺激性和致敏性[29]，對(duì)大鼠和兔均無(wú)致癌性、無(wú)致突變性。吡噻菌胺的使用可以通過(guò)地表徑流、雨水或灌溉等途徑進(jìn)入水體環(huán)境，對(duì)水生生物的安全產(chǎn)生影響。大量研究表明，吡噻菌胺對(duì)水生生物的急性毒性較高，且對(duì)淡水魚(yú)有劇毒，對(duì)肥頭鰷魚(yú)、虹鱒魚(yú)和鯉魚(yú)的96 h 的LC50分別為290 mg/L、386 mg/L和572 mg/L。一些水生生物如水蚤24 h 的LC50為40 mg/L，水藻72 h的EC50為2.72 mg/L[30]。通過(guò)對(duì)吡噻菌胺的斑馬魚(yú)胚胎和仔魚(yú)的急性毒性試驗(yàn)，吡噻菌胺會(huì)影響斑馬魚(yú)仔魚(yú)的脂質(zhì)代謝從而導(dǎo)致一系列的畸變作用，且會(huì)影響幼魚(yú)的生命活動(dòng)導(dǎo)致死亡[31]。

4 吡噻菌胺的環(huán)境行為

痕量追蹤生態(tài)環(huán)境介質(zhì)中吡噻菌胺及其代謝物，是對(duì)其進(jìn)行生態(tài)環(huán)境安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。農(nóng)藥的降解是農(nóng)藥學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，與農(nóng)藥的殘留緊密相關(guān)，每一種農(nóng)藥的殘留檢測(cè)與控制又是農(nóng)藥殘留領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，農(nóng)藥的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成和環(huán)境條件都會(huì)對(duì)殘留消解產(chǎn)生影響。農(nóng)藥的光解作用是大氣、水體中或植物體表面上的農(nóng)藥在光誘導(dǎo)下進(jìn)行的一種非常重要的非生物降解途徑，對(duì)農(nóng)藥的殘留、毒性或者是藥效都會(huì)產(chǎn)生特別重要的影響。吡噻菌胺的光穩(wěn)定性較強(qiáng)，無(wú)法進(jìn)行光解。作物種類的不同也會(huì)對(duì)吡噻菌胺的殘留量產(chǎn)生影響，如葉片表面覆蓋有很多纖毛，或植株上覆蓋有很多毛狀莖的作物，農(nóng)藥的殘留水平往往比那些表面光滑的作物相對(duì)較高。作物的生長(zhǎng)速度的快慢也會(huì)影響農(nóng)藥殘留量的檢測(cè)值。

吡噻菌胺作為典型的手性農(nóng)藥，其分子結(jié)構(gòu)中存在一對(duì)互為實(shí)物與鏡像的對(duì)映異構(gòu)體。對(duì)映異構(gòu)體之間雖然可能存在相似的理化性質(zhì)，但是它們的光學(xué)性質(zhì)和生物活性在不同的生物中可能截然不同，其生物富集和環(huán)境行為之間也會(huì)差異較大。所以，對(duì)吡噻菌胺的立體選擇性環(huán)境行為進(jìn)行研究，對(duì)吡噻菌胺環(huán)境安全的評(píng)估、農(nóng)藥的殘留都有著重要的理論和實(shí)際意義[6]。目前所報(bào)道的吡噻菌胺在植物源和動(dòng)物源的殘留分析方法主要為液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析[32]。相關(guān)報(bào)道所建立的吡噻菌胺對(duì)映體高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）分析方法，各土壤環(huán)境下吡噻菌胺的對(duì)映異構(gòu)體在不同土壤中的降解趨勢(shì)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，存在立體選擇性降解行為。不同pH值的土壤環(huán)境中吡噻菌胺的降解速率存在顯著差異（P<0.05）：吡噻菌胺外消旋體在酸性土壤中，降解半衰期為36.7～58.7 d；在近中性土壤中的半衰期為42.1～59.8 d；在堿性土壤中降解的半衰期為48.3～59.6 d。而在滅菌條件下3種pH值不同的土壤中，其降解均不超過(guò)15%，土壤中有機(jī)質(zhì)和土壤微生物類群的不同對(duì)吡噻菌胺的土壤降解影響較大。不同土壤條件下吡噻菌胺單體構(gòu)穩(wěn)定，均未發(fā)現(xiàn)吡噻菌胺對(duì)映體之間相互轉(zhuǎn)化[33]。

5 吡噻菌胺的抗性研究

單一農(nóng)藥的連續(xù)使用，會(huì)導(dǎo)致靶標(biāo)生物產(chǎn)生抗藥性，而對(duì)抗藥性進(jìn)行研究可以更好地了解吡噻菌胺是否還能夠能作為持續(xù)使用的殺菌劑種類，由于靶標(biāo)的作用位點(diǎn)單一[34]，殺菌劑抗性行動(dòng)委員會(huì) （Fungicides Resistance Action Committee，F(xiàn)RAC）將SDHI 殺菌劑歸為中等至高抗性風(fēng)險(xiǎn)，并開(kāi)展了一系列的抗性監(jiān)測(cè)工作[19]，且不同研究方法都已經(jīng)檢測(cè)到多個(gè)靶標(biāo)位點(diǎn)的突變。自最早于2007年報(bào)道的美國(guó)加州開(kāi)心果園的黑斑病 （Alternariaalternata）分離物對(duì)啶酰菌胺產(chǎn)生抗性開(kāi)始[35]，目前已有十多種病原菌對(duì)SDHI 殺菌劑存在抗性，吡噻菌胺作為琥珀酸脫氫酶的酰胺類殺菌劑一員，關(guān)于抗性的報(bào)道也較為廣泛。

SDHI 殺真菌劑是草莓和其他作物灰霉病防治的重要手段，通過(guò)跨越3個(gè)季節(jié)對(duì)美國(guó)東部的草莓田中灰霉病菌檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，抗吡噻菌胺的灰霉病菌株總數(shù)在3 個(gè)季度內(nèi)增加了7.4%。并對(duì)具體的突變體基因型的抗藥性進(jìn)行了報(bào)道：SdhB 亞基的突變體中突變頻率分別為0.5%、2.5%和4%的BH272L、BP225F和BN230I3 種突變體對(duì)吡噻菌胺具有較高的抗性，且與其他SDHI殺菌劑也產(chǎn)生了交互抗性。另外，吡噻菌胺致病亞基的突變體相較于普通灰霉病菌株具有更強(qiáng)的生存和與野生動(dòng)物競(jìng)爭(zhēng)的潛力[36]。而在西班牙草莓灰霉病抗性研究進(jìn)展中發(fā)現(xiàn)，灰霉菌對(duì)啶酰菌胺和吡噻菌胺的聯(lián)合抗性為13.8%，由于H272R和H272Y相關(guān)位點(diǎn)氨基酸表達(dá)的影響，并未發(fā)現(xiàn)具有高抗性的變異基因型，敏感度高[37]。

鏈格孢屬（AlternariaNees）是全球分布最廣、具有重要經(jīng)濟(jì)作用的半知菌類真菌之一，其95%以上的種類兼性寄生于植物上，引起多種植物病害，造成全球性的田間和產(chǎn)后巨大的經(jīng)濟(jì)損失，通過(guò)吡噻菌胺控制病害并延緩抗藥性的產(chǎn)生一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的巨大難題：在美國(guó)愛(ài)達(dá)荷州馬鈴薯田中早疫病所屬的鏈格孢屬菌種的抗性研究進(jìn)展中發(fā)現(xiàn)，57%的分離樣本對(duì)吡噻菌胺產(chǎn)生了耐藥性，且對(duì)一些新的SDH 抑制劑產(chǎn)生了交互抗性[38]。同樣，在美國(guó)密歇根州的敏感性試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，2011—2012 年2 a 間，21%的篩選菌株對(duì)吡噻菌胺產(chǎn)生了中度抗性，11%的篩選菌株對(duì)吡噻菌胺產(chǎn)生了高度抗性，而這些具有抗性的分離株均含有H133R突變基因，且和一些同類的SDHI殺菌劑也產(chǎn)生了交互抗性[39]。而在美國(guó)中西部地區(qū)，在對(duì)同屬鏈格孢屬的番茄早疫病菌對(duì)吡噻菌胺的抗性研究中發(fā)現(xiàn)：吡噻菌胺對(duì)番茄早疫病的鏈格孢菌的平均EC50為0.38 μg/mL，仍具有較高的敏感性[40]。在對(duì)桃樣本中鏈格孢屬對(duì)吡噻菌胺具有高抗性的基因型研究中發(fā)現(xiàn)：SDHB 的H277Y/R和SDHC的H134R突變型，還有G87位點(diǎn)的突變體，都對(duì)吡噻菌胺具有高度抗性，H134R和D123E位點(diǎn)的突變體使吡噻菌胺的EC50值提高了50%[41]。

黑星病菌（Cladosporium）作為瓜果上常見(jiàn)的真菌性病害，近年來(lái)在大棚的瓜果種植中發(fā)病越發(fā)嚴(yán)重，而吡噻菌胺常作為防治黑星病菌的常用藥劑在大田中施用，其抗藥性相關(guān)方面的報(bào)道也較為廣泛：在美國(guó)蘋(píng)果黑星病防治過(guò)程中，吡噻菌胺對(duì)黑星病菌的平均EC50值為0.086 μg/mL，在不同的生長(zhǎng)階段均具有較好的防治效果，且未發(fā)現(xiàn)抗性菌種，敏感度高[34]。而在黃瓜黑星病菌抗性研究中發(fā)現(xiàn)，SdhC位點(diǎn)上的S73P、SDHB位點(diǎn)上的1280V和H278R變異對(duì)吡噻菌胺具有低等抗性，SDHB 位點(diǎn)上的H278Y和SDHD 位點(diǎn)上的D95E變異對(duì)吡噻菌胺具有中等抗性，SDHD 位點(diǎn)上的H105R和G109V變異對(duì)吡噻菌胺具有高抗性[42]。

其他類型的真菌性病害的抗藥性現(xiàn)狀也有相關(guān)報(bào)道。如在葡萄白粉病菌抗性研究中，SDHB基因位點(diǎn)突變導(dǎo)致氨基酸H267Y被取代或攜帶SDHC（G91R或G150R）突變的分離株都對(duì)吡噻菌胺具有高抗性[43]。在甜瓜蔓枯病菌研究中發(fā)現(xiàn)，BVHR基因突變菌株對(duì)吡噻菌胺具有較強(qiáng)耐藥性[44]。

6 問(wèn)題與展望

作為新型的SDHI，吡噻菌胺在彌補(bǔ)傳統(tǒng)的SDHI日益增長(zhǎng)的抗藥性和環(huán)境問(wèn)題的同時(shí)，具有更廣泛的殺菌譜，并在世界上的多個(gè)國(guó)家獲得了登記使用，應(yīng)用前景廣闊。吡噻菌胺做為具有手性的SDHI類殺菌劑，在實(shí)際的生產(chǎn)生活中對(duì)映體之間雖然可能具有相似的理化性質(zhì)，但在不同的受體環(huán)境中可能表現(xiàn)出較大的活性、毒性等方面的差異，目前雖已有研究通過(guò)超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜開(kāi)發(fā)了吡噻菌胺對(duì)映體的檢測(cè)方法，對(duì)映體層面選擇性生物活性、生態(tài)毒性以及環(huán)境行為的差異相關(guān)方面的研究卻鮮有研究，因此，從對(duì)映體方面對(duì)吡噻菌胺的立體選擇性差異進(jìn)行研究將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。