绿色除草剂苯唑氟草酮的创制及应用_高传杰.pdf

第 45 卷第 4 期世 界 农 药2023 年 4 月World Pesticide作者简介：高传杰(1967)，男，山东昌邑人，正高级农艺师，研究方向：新农药创制及推广应用与农产品质量安全。E-mail：。通信作者：连磊(1984)，男，山东临朐人，高级农艺师，研究方向：新农药创制及推广应用。E-mail：。收稿日期：2023-03-01。27绿色除草剂苯唑氟草酮的创制及应用绿色除草剂苯唑氟草酮的创制及应用高传杰1，张耀中1，金 岩1，张国福1，杨素梅1，路兴涛2，彭学岗2，金 涛2，连 磊2(1.山东省农药检定所，济南 250000；2.青岛清原作物科学有限公司，山东 青岛 266000)摘要：苯唑氟草酮是一种高效、低毒绿色除草剂。介绍了苯唑氟草酮的理化性质、作用机理、创制路线、毒性、环境影响、药效研究结果和推广应用情况。研究表明：苯唑氟草酮为低毒农药且对环境安全，高效、杀草谱广、无致突变性、无致癌作用。在玉米、青玉米和秸秆中残留量均低于残留检测限，在土壤中易降解、水中易光解，对作物安全无药害，在田间药效试验剂量范围内对天敌和有益生物安全，对后茬作物安全。在推荐剂量下，可有效防除玉米田绝大多数一年生杂草。该除草剂为 HPPD 抑制剂，与烟嘧磺隆等 ALS 抑制剂无交互抗性，对马唐、稗草、牛筋草等常见禾本科杂草以及藜、苘麻、反枝苋等一年生阔叶杂草具优异的防除效果。关键词：新农药创制；除草剂；苯唑氟草酮；高效低风险；HPPD 抑制剂中图分类号：TQ457；S482.4文献标志码：A文章编号：1009-6485(2023)04-0027-05DOI：10.16201/10-1660/tq.2023.04.05Discovery and application of green herbicide fenpyrazoneGAO Chuanjie1,ZHANG Yaozhong1,JIN Yan1,ZHANG Guofu1,YANG Sumei1,LU Xingtao2,PENG Xuegang2,JIN Tao2,LIAN Lei2(1.Shandong Pesticide Control Institute,Jinan 250000,China;2.Qingdao KingAgroot CropScience Co.,Ltd.,Qingdao 266000,Shandong,China)Abstract:Fenpyrazone is a high-effective green herbicide with low toxicity.This paper introduces the physicochemicalproperties,mechanism of action,synthetic route,toxicity,environmental impacts,control efficacy and application offenpyrazone in detail.The results show that fenpyrazone is a low toxic pesticide and safe to the environment,which ishighly effective,with a wide herbicidal spectrum,non-mutagenic,and non-carcinogenic.The residues in corn,green cornand straw are all below the limit of residue detection.It can be easily degraded in soil and photolyzed in water.It is safeand has no phytotoxicity to crops.Within the dosage range of field efficacy test,it is safe to natural enemies and beneficialorganisms and safe to succession crops.Most annual weeds in cornfields can be effectively controlled with therecommended dose.The herbicide is HPPD inhibitor and has no cross resistance to ALS inhibitors,such as nicosulfuron,and has excellent control effects on common grass weeds such as crabgrass,barnyard grass,and goosegrass,as well asannual broad-leaved weeds such as lambsquarters,abutilon and redroot pigweed.Keywords:novel pesticide discovery;herbicide;fenpyrazone;high efficiency and low risk;HPPD inhibitor技术创新世 界 农 药第 45 卷28玉米Zea mays Linn.是我国第一大粮食作物，是重要的饲料来源，也是食品、医药、化工等行业不可缺少的重要原料1。据国家统计局发布的国家统计局关于 2021 年粮食产量数据的公告显示，2021 年我国全年粮食播种面积 11 763 万 hm2，其中玉米种植面积 4 332 万 hm2，占全年粮食播种面积的36.8%，居各类农作物首位2。据统计，国内玉米田常年杂草发生面积超过 2 333 万 hm2(3.5 亿亩次)，因杂草为害造成的玉米损失高达950 万t(190亿斤)3，使用除草剂是防除玉米田杂草最经济、有效的手段4。但随着除草剂长期大量使用，抗除草剂杂草种类呈逐渐暴发趋势。目前，我国玉米田主要有马唐Digitaria sanguinalis(L.)Scop.、稗 Echinochloacrusgalli(L.)P.Beauv.、虎尾草Chloris virgata Sw.、野 黍 Eriochloa villosa(Thunb.)Kunth、野 糜 子(Panicum miliaceum L.)等代表性抗性杂草，为害严重、防除困难，抗性杂草的防除已成为我国玉米生产亟需解决的重大科学问题5，亟需创制绿色、高效、低风险玉米田除草剂新品种。苯唑氟草酮(fenpyrazone)是青岛清原自主创制的新型吡唑酮类除草剂，是玉米田第 3 代 HPPD 抑制剂类除草剂6。2020 年，苯唑氟草酮原药、6%苯唑氟草酮以及 25%苯唑莠去津可分散油悬浮剂通过了农业部核准，成功获得了国家新农药登记，登记号分别为 PD20190254、PD20190260 和 PD20190261。苯唑氟草酮是我国第一个自主创制的玉米田绿色除草剂，也是迄今为止我国仅有几个获得正式登记的自主创制除草剂品种之一。1 1 苯唑氟草酮的理化性质苯唑氟草酮的理化性质苯唑氟草酮(图 1)分子式为 C22H22ClF3N4O6S，相对分子质量 562.95，化学名称：4-(2-氯-4-(甲磺酰基)-3-(2,2,2-三氟乙氧基)甲基)苯甲酰基)-1-乙基-1H-吡唑-5-基-1,3-二甲基-1H-吡唑-4-甲酸酯，熔点 144.5，CAS 登记号：1992017556。95%苯唑氟草酮原药外观为黄色粉末状固体，无刺激性气味；6%苯唑氟草酮可分散油悬浮剂(OD)外观为土黄色乳状液体，有芳香气味，密度(20)0.95 g/mL；25%苯唑氟草酮莠去津 OD 外观为淡黄色乳状液体，有芳香气味，密度(20)1.00 g/mL。图 1苯唑氟草酮的化学结构式2 2 苯唑氟草酮的作用机理苯唑氟草酮的作用机理苯唑氟草酮属于对羟基苯基丙酮酸双氧化酶(4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase，HPPD)抑制剂，主要通过抑制植物体内控制光合作用关键色素酶的活性，使其底物转化为尿黑酸过程受阻，从而导致生育酚及质体醌无法正常合成，影响靶标体内类胡萝卜素合成，导致叶片发黄、发白，影响植物体内光合作用的正常进行，最终彻底死亡7。图 2为空白对照、施用苯唑氟草酮前期和施用苯唑氟草酮后期的杂草叶片对比。3 3 苯唑氟草酮的创制方法及创制路线苯唑氟草酮的创制方法及创制路线3.13.1 创制方法创制方法针对玉米田杂草抗药性逐年加重，现有主流除草剂药效降低，部分恶性杂草为害严重等问题，采用计算机辅助设计、中间体衍生化、药效团连接碎片虚拟筛选等方法，设计合成骨架新颖、对环境友好、结构衍生空间大的先导化合物，并对其进行进一步改良，创制出结构新颖、选择性高、抗性风险低的新有效成分苯唑氟草酮。第 4 期高传杰等：绿色除草剂苯唑氟草酮的创制及应用29(a)(b)(c)图 2空白对照(a)、施用苯唑氟草酮前期(b)和施用苯唑氟草酮后期(c)的杂草叶片对比3.23.2 创制路线创制路线以 除 草 剂 环 磺 酮(tembotrione)和 吡 唑 特(pyrazolynate)为先导，在环磺酮结构基础上，参照吡唑特的结构，采用中间体衍生化法得到新的先导化合物。在新先导的基础上继续进行替换、优化和衍生，成功发明了苯唑氟草酮8。创制路线如图 3所示。图 3苯唑氟草酮的创制路线4 4 苯唑氟草酮农药登记试验结果分析苯唑氟草酮农药登记试验结果分析苯唑氟草酮严格按照农药登记的各项要求，完成了环境行为、健康风险评估、产品质量研究和药效评价等试验，经农业农村部认定的农药登记试验单位检测和评价，苯唑氟草酮属于安全、低残留、环境相容性好的绿色除草剂。4.14.1 产品化学试验产品化学试验苯唑氟草酮按照NY/T 18602016 农药理化性质测定导则9要求进行了产品质量研究，结果显示苯唑氟草酮与水、常见氧化剂、常见还原剂、常见灭火剂和常见溶剂化学相容；对试验包装材料不具有腐蚀性；不具有爆炸性；经 3 年常温储存最终分解率均控制在 5%以内，符合 NY/T 14272016农药常温贮存稳定性试验通则。4.24.2 毒理学研究毒理学研究苯唑氟草酮按照 GB/T 156702017 农药登记毒理学试验准则10要求进行了健康风险评估，结果显示苯唑氟草酮对大鼠急性经口半数致死量5 000 mg/kg、急性经皮半数致死量2 000 mg/kg、急性吸入半数致死浓度5 000 mg/m3，无致突变性、无致畸性、无繁殖毒性、无致癌毒性；对眼中度刺激性，对皮肤无刺激性、弱致敏性。4.34.3 环境行为研究环境行为研究苯唑氟草酮按照 GB/T 312702014 化学农药世 界 农 药第 45 卷30环境安全评价试验准则11要求开展了环境安全评价试验，结果表明苯唑氟草酮在鱼体中属低富集性，6%苯唑氟草酮 OD、25%苯唑氟草酮莠去津 OD在玉米、青玉米和秸秆中残留量均低于残留检测限；在土壤中易降解，在水中易光解，土壤表面难光解，在湖泊(河流)水-沉积物系统中易降解；对蜂、鸟、蚕、鱼、蚯蚓、土壤微生物低毒。4.44.4 药效及安全性评价药效及安全性评价经过 2 年 4 地田间药效试验，结果表明苯唑氟草酮对靶标杂草鲜重防效均在 80%以上，可有效防除玉米田马唐、稗草、牛筋草Eleusine indica(L.)Gaertn.等常见禾本科杂草以及藜Chenopodiumalbum L.、苘麻Abutilon theophrasti Medicus、反枝苋Amaranthus retroflexus L.等一年生阔叶杂草，一般 23 d 即可见效，58 d 即可死草，死草速度快，彻底不返青；对作物安全无药害情况发生，在田间药效试验剂量范围内对天敌和有益生物安全；在推荐剂量下对后茬作物大豆、花生、向日葵