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可靠的抗性管理工具:二硫代氨基甲酸酯的亚类EBDC杀菌剂

时间:2018-09-19   编辑:中国农药网  浏览次数:

  作者:张翼翾上海市农药研究所

 

  硫代氨基甲酸酯为一类农药,其中一些为杀菌剂,一些为除草剂。已知二硫代氨基甲酸酯的硫代氨基甲酸酯杀菌剂在20世纪40年代开发,是一重大突破,成为最受欢迎和广泛使用的防治多种作物真菌病害的有机化学杀菌剂类别。二硫代氨基甲酸酯包括二烷基二硫代氨基甲酸酯(例如福美双、福美锌、福美铁)和亚烷基双二硫代氨基甲酸酯(例如代森锰、代森锌、代森锰锌、代森联、甲基代森锌)。后者也被称为乙撑双二硫代氨基甲酸酯(EBDC),是首类广谱叶用杀菌剂。EBDC为老的可靠的产品,在引入后被用于防治植物病害50多年,且继续被使用。这些杀菌剂作用于多个位点,常与许多单作用位点杀菌剂混用管理抗性。本文介绍了二硫代氨基甲酸酯在管理作用于特异位点现代杀菌剂抗性发展方面的潜在作用,特别是广泛使用的二硫代氨基甲酸酯的亚类EBDC杀菌剂和其未来发展前景。

 

  1发展和特点

 

  1.1发展

 

  在20世纪40年代抗真菌的二硫代氨基甲酸酯类化合物的开发被认为开启了新杀菌剂合成的活跃时期。二硫代氨基甲酸酯杀菌剂的第一个专利是在1934年授予福美双(乙撑双二硫代氨基甲酸酯(EBDC),此产品在1940年主要以种衣剂商业化。不久以后,福美铁(二甲基氨荒酸铁)和与其紧密相关的福美锌(二甲基二硫代氨基甲酸锌)在1942年开发。开发的第一个EBDC类化合物为代森钠(亚乙基双二硫代氨基甲酸钠),在1943年商业化,之后在1945年,代森锌被商业化。代森锌是代森钠和硫酸锌(亚乙基双二硫代氨基甲酸锌)的反应产品,被广泛用于防治马铃薯早和晚疫病,后来也用于其他蔬菜和水果作物。在不断的研究和开发下,在1950年另一EBDC杀菌剂(亚乙基双-二硫代氨基甲酸锰)被授予专利,此物质比代森锌更有效。在1962年,锌离子和锰的复合体,即代森锰锌(亚乙基双-二硫代氨基甲酸锰和2%锌离子)被登记,成为最重要和广泛使用的二硫代氨基甲酸酯杀菌剂。分别在1958和1963年开发了2个EBDC化合物,即代森联(聚合化合物,tris[ammine[ethylenebis(dithiocarbamato)]zinc(2+)][tetrahydro-1,2,4,7-dithiadiazocine-3,8-dithione]和甲基代森锌(丙烯基双二硫代氨基甲酸锌,),为叶面和水果保护剂。

 

  1.2作用机制和特点

 

  二硫代氨基甲酸酯杀菌剂遇水分解释放EBIS(ethylene-bis-isothiocyanatesulfide),此物质会干扰真菌细胞质和线粒体中的不同生化过程。EBIS是硫醇抑制剂,能使酶的氨基酸的巯基失活,也可和含金属酶形成络合物。所以,其会扰乱不同的代谢过程,如脂质代谢、真菌呼吸和三磷酸腺苷(ATP)的产生。

 

  二硫代氨基甲酸酯具有许多重要特性,可被开发为植物病害化学管理的重要工具。与无机铜和硫制剂产品相比,对作物有很高的安全性,在环境中可通过水解、氧化和光解而快速降解。二硫代氨基甲酸酯与最常用的杀菌剂、杀虫剂和杀螨剂相容,但与乳油制剂混用前需要核实二者的相容性。此类产品和波尔多混合液、铜化合物(fixedcoppercompound)或石硫合剂不相容。

 

  二硫代氨基甲酸酯只具有预防作用,此类杀菌剂保留在植物表面,不能渗透表皮,无内吸性,没有治疗作用。由于降解、光解和雨水冲刷,二硫代氨基甲酸酯在叶表面不能残留较长时间,故必须要重复使用,常一周施用一次能很好地保护植物老的和新生部分。通过抑制真菌孢子的萌发,阻止孢子芽管进入寄主组织而保护寄主植物。然而,室内研究表明EBDC杀菌剂代森锰锌对侵入叶组织中的致病疫霉(Phytophthorainfestans)菌丝体和病害的扩展作用较小,但在实际病害防治中能阻止孢子囊的形成和游动孢子的萌发。

 

  1.3毒性

 

  二硫代氨基甲酸酯杀菌剂的使用也存在副作用。在实验室研究中,代森锰、代森锰锌和代森锌等EBDC干扰动物的繁殖和内分泌。代森锰、代森锌和代森锰锌减弱甲状腺功能和抗水螅作用与其代谢物亚乙基硫脲(ETU)有关。ETU具有引起实验室动物出生缺陷和癌的潜力,已被美国环保局列为人类致癌物质。因为EBDC能转化为ETU(甲基代森锌例外),因此一些国家已经考虑限制这些杀菌剂的应用,但是到目前为止,没有直接证据表明二硫代氨基甲酸酯杀菌剂的使用导致人类癌症。代森锰锌对大鼠、小鼠、仓鼠、猫和羊有中到低的急性毒性,而代森联急性经口、经皮和吸入对大鼠无毒。世界卫生组织认为按标签进行操作的话,代森联和代森锰锌不可能有急性风险。

 

  1.4病害防治

 

  全球叶面应用二硫代氨基甲酸酯杀菌剂防治100多种作物的约400种真菌病原菌。它们主要被用于马铃薯、葡萄、柑橘、苹果、石榴、番茄、甜瓜和香蕉树,对防治谷物、玉米、花生、芸苔属、洋葱、甜菜、芦笋、坚果、草坪和花卉病害也重要。二烷基二硫代氨基甲酸酯类福美双主要用于种子处理,而福美铁和福美锌主要用于水果、蔬菜和花卉进行叶面处理。二硫代氨基甲酸酯对所有主要类别真菌病原菌有效,例如子囊菌类、担子菌类和半知菌和卵菌。这些杀菌剂的使用可显著增加作物产量。一般,EBDCs比氨基甲酸酯的二烷基亚类更有效。

 

  2病原菌对二硫代氨基甲酸酯的敏感性不变

 

  二硫代氨基甲酸酯杀菌剂在全球常规使用了50多年后,到目前为止仍没有任何有关抗性事例的记载。杀菌剂抗性行动委员会把二硫代氨基甲酸酯的作用机制归为M类(多位点作用),这表明其抗性发展风险低/可忽略。二硫代氨基甲酸酯作用于靶标真菌细胞中的多个位点,故需要靶标基因的数个突变或1个解毒代谢途径才能促使抗性的出现。有趣的是,这些低抗性风险特点也适用于硫代氨基甲酸酯类(类别N)除草剂。在实验室,通过不断增加杀菌剂浓度,或把杀菌剂暴露于紫外线,对真菌进行化学诱变,研究一些真菌对代森联、代森锰锌和代森锌的抗性。试验中在一些情况下抗性发展了,但不稳定,在用不含杀菌剂的培养基继续培养后已有抗性的品系又恢复到最初的敏感性,因此在加强的田间试验中靶标病原菌不可能很快对二硫代氨基甲酸酯发展抗性。数个报告表明常规使用EBDC防治不同作物的不同真菌和卵菌病原菌数年,杀菌剂的敏感性没有下降。

 

  3管理其他杀菌剂的抗性

 

  杀菌剂抗性是管理许多重要真菌病害的挑战,威胁着一些作用强的单作用位点杀菌剂的商业化潜力。不同真菌病原菌对苯并咪唑、二甲酰亚胺、苯酰胺、去甲基化抑制剂、苯氨基嘧啶、QoIs杀菌剂、羧酸酰胺和琥珀酸脱氢酶抑制剂等主要类别的单作用位点抑制剂已发展了抗性。在一些情况下,由于病害防治的失败,造成重大的作物损失。在引入单作用位点化合物前种植者一般应用二硫代氨基甲酸酯和其他保护性杀菌剂阻止病害的发展,没有遭遇抗性问题。虽然单作用位点抑制剂一般防治效果更好,具有部分治疗作用的优势,但二硫代氨基甲酸酯仍被广泛用于防治数种病害。这些多位点杀菌剂是抗性管理策略的重要组成部分,它们能够延缓混剂中单作用位点杀菌剂抗性的发展。

 

  3.1用于混剂或轮用

 

  杀菌剂常混用,既为了拓宽防治谱,也为了延缓对病原菌种群中抗性个体的选择。二硫代氨基甲酸酯杀菌剂和单作用位点杀菌剂混用以延缓对作物造成重大损失的多种病原菌抗性发展。在混用的二硫代氨基甲酸酯中,代森锰锌是最受欢迎的和苯酰胺、苯并咪唑、去甲基化抑制剂和甲氧基丙烯酸酯等化学类别的特异性位点杀菌剂混用的杀菌剂。其他的EBDC,如代森锰、甲基代森锌、代森锌和代森联也常用于和许多单作用位点杀菌剂混用。从这些杀菌剂引入开始,苯酰胺和其他抗卵菌杀菌剂与EBDC杀菌剂在包装前混合来延缓抗性菌株的发展就成为一项规则。这已成为管理疫霉属、单轴霉属、霜霉属、盘梗霉属、腐霉属和相似真菌病原菌等高风险病原菌抗性发展的有效而实用策略。含有锌和/或锰的EBDC杀菌剂,如代森锰锌、代森锰、代森联和甲基代森锌,在法国主要与作用于单位点杀菌剂混用作为管理葡萄霜霉病菌抗性的策略。二硫代氨基甲酸酯对抗性和敏感病原菌都有效,混用不仅能降低病原菌对有风险的混用成分抗性进化速率,而且在不降低防效的同时减少推荐使用剂量。这个策略有助于延长许多单作用位点杀菌剂有效使用的时间。

 

  二硫代氨基甲酸酯也与单作用位点杀菌剂轮用以延缓病原菌种群抗性的进化。混用和轮用都被认为是延缓有风险杀菌剂抗性发展的有效策略,虽然对它们效力的看法有差异。大部分试验表明混用抗性发展要比轮用慢。即使实质水平的抗性已出现,混用也常常有好的效果,能减少作物的损失。

 

  在高的病害压力下二硫代氨基甲酸酯的防效较低,但认为所获得的防效令人满意,因为二硫代氨基甲酸酯降低了单作用位点杀菌剂抗性发展的风险。许多单作用位点杀菌剂和二硫代氨基甲酸酯预混剂已商业化。

 

  3.2与配伍杀菌剂的增效作用

 

  虽然区分混剂配伍成分间的相加和增效作用有时较困难,但有含有代森锰锌和甲基代森锌等EBDC杀菌剂的混剂防治病害增效的例子。在混剂中1个配伍成分已产生抗性的情况下,增效作用的优势特别明显,能够减少使用剂量。

 

  在数个病害防治研究中发现苯酰胺与代森锰锌间具有增效作用。在防治葡萄和黄瓜霜霉病,马铃薯和番茄晚疫病中混剂比相对应浓度各单剂的防效高。但增效程度取决于混剂中二硫代氨基甲酸酯化合物的浓度。嘧菌酯和甲基代森锌以1:6的混剂比其他比例混剂对辣椒疫霉(Phytophthoracapsica)的防效高,说明此比例的增效作用较强。

 

  4未来展望

 

  新作用机制杀菌剂的发现和开发有助于管理现有杀菌剂的抗性,但由于大部分新化合物作用于单位点,故具有一定水平的抗性风险。二硫代氨基甲酸酯和其他多位点广谱杀菌剂,例如邻苯二甲酰亚胺(灭菌单)和氯化腈(百菌清)是防治真菌病害保护植物和管理单作用位点杀菌剂抗性的重要手段。EBDC在全球仍具有重要的用途,特别是在发展中国家由于价格低廉使用更多,单用或与单作用位点杀菌剂混用能更好地防治病害。然而,二硫代氨基甲酸酯降解形成的ETU所具有的潜在风险可能限制其使用。用二硫代氨基甲酸酯有效防治病害和进行抗性管理的挑战是要最大程度地降低对使用者、消费者和环境的影响。

 

  4.1综合使用

 

  抗性管理策略的目的不仅仅是减慢靶标病原菌抗性进化进程,而且也要防治病害,减少作物产量损失。综合病害管理(IDM)能够延缓甚至避免有风险杀菌剂抗性的产生。杀菌剂、抗性作物品种、栽培方法和生物防治剂都为IDM的组成部分,而杀菌剂在每个生长季可能被使用的次数很少,故选择压力低。杀菌剂用于IDM策略对抗性已经产生的情况也有益。

 

  二硫代氨基甲酸酯、有风险杀菌剂和抗性基因型植物被一起用于IDM,更好地防治病害和管理杀菌剂的抗性。已对此进行过试验并取得较好的结果。种植对晚疫病具有多基因抗性的马铃薯品种,再施用减量的代森锰锌,能更好地防治病害,降低马铃薯晚疫病菌对甲霜灵抗性发展风险。同样,种植具有多种抗性基因型的向日葵,施用代森锰锌、甲霜灵和嘧菌酯或代森锰锌和嘧菌酯混剂比只施用甲霜灵和代森锰锌混剂能更好地阻止Plasmoparahalstedi对甲霜灵抗性的发展。在IDM策略中,二硫代氨基甲酸酯和位点特异性杀菌剂的用量减少了,因此它们在环境中的残留风险降低了。

 

  4.2活性成分的缓慢释放

 

  目前正在开发二硫代氨基甲酸酯纳米制剂,此制剂能够控制释放活性成分,进一步提高其生物活性和传递性,降低所需用量,而且能以更大效率杀死萌发的孢子。以聚乙二醇为“封端剂”,已开发了代森锰锌的纳米制剂,此制剂对靶标病原菌具有好的防效,比传统制剂对环境的影响小。把化合物微胶囊化于超支化聚柠檬酸中开发了代森锌纳米制剂。目前正在开发其他EBDC的相似纳米制剂,如果商业化成功的化,这将降低使用率,和对环境和人类有害的影响。

 

  5总结

 

  几十年来二硫代氨基甲酸酯一直被用于全球防治许多经济重要性植物病害。此类杀菌剂具有广谱活性,作用位点多,靶标病原菌抗性发展风险低。二硫代氨基甲酸酯成功用作混剂配伍成分,延缓单作用位点杀菌剂抗性的选择和出现。这为混剂策略奠定了基础,是抗-抗性策略的基石。如果它们能保持经济有效,可能会继续用于防止作物产量的损失。

 

  然而,EBDC杀菌剂广泛的使用引起人们对其职业和生态毒理危害的关注。主要的管理挑战为一些二硫代氨基甲酸酯的主要代谢物ETU被认为干扰哺乳动物的内分泌。在2005年,由于此问题,人们呼吁禁用代森锰锌,但美国农业部认为如按标签推荐量使用,实际风险非常低,而且此杀菌剂是抗-抗性策略的重要组成部分,故拒绝了此要求。世界贸易组织保留了毒性类别为U的代森锰锌、代森锌、代森锰、甲基代森锌和其他二硫代氨基甲酸酯,这表明这些杀菌剂在常规应用中不可能造成急性危害。其纳米制剂的开发成功将有助于减少使用剂量,使对动物和人类的有毒影响降到最低。

 

  大多数新化合物虽然对不同作物的真菌病原菌有高的活性,但对真菌细胞特定靶标位点具有单作用位点作用机制,因此,较易发展抗性。二硫代氨基甲酸酯将可能继续在抗-抗性策略中发挥重要作用,能延长高活性和新颖作用机制杀菌剂的使用寿命。综合应用二硫代氨基甲酸酯、有风险杀菌剂和中等抗性植物品种将进一步有助于持续管理病害,降低抗性风险和生态毒理效应。

 

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  (来源:世界农化网)

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