新型殺螨劑β-酮腈及其衍生物的研究進展

左 巍，李 晶，董 超，張耀海，趙其陽，崔永亮，陳愛華，何 悅，王成秋，焦必寧

（西南大學柑桔研究所，重慶 400712）

植食性害螨具有繁殖能力強、生命周期短、易產生抗藥性等特點，是造成世界各地農作物減產的主要害蟲。近年來，該類害螨危害趨勢加重，并且現今使用的殺螨劑導致螨類抗藥性問題頻發，因而迫切需要研制出新型殺螨劑來取代常規殺螨劑。其中，β-酮腈及其衍生物類殺螨劑以高效低毒、作用方式新穎等優點在一眾殺螨劑中脫穎而出，受到廣泛關注。同時，因該類殺螨劑具有速效性好、藥效持久、對環境友好和對非靶標生物安全等優點，極大地促進了其在有害生物綜合治理上的應用[1-3]。

本文將以已經研發上市的丁氟螨酯（Cyflumetofen）、腈吡螨酯（Cyenopyrafen）和乙唑螨腈（Cyetpyrafen）作為此類農藥的典型代表，從研發歷程、化學結構、作用機理、生物活性、環境影響、殘留檢測和抗性等幾個方面進行綜述，并對其發展前景進行展望，旨在為β-酮腈及其衍生物類殺螨劑的后續深入研究提供參考。

1 研發歷程

日本大冢化學公司在1999年發現苯酰乙腈類化合物有殺螨活性，之后通過優化試驗研制出了新型酰基乙腈類非內吸性殺螨劑丁氟螨酯[4]，其化學名稱為(RS)-2-(4-特丁基苯基)2-氰基-3-氧代-3-(α,α,α-三氟-鄰甲苯基)丙酸-2-甲氧乙基酯，是以叔丁基苯乙腈、碳酸二甲酯、鄰三氟甲基苯甲酰氯作為原料，經過酯交換和縮合反應而成，并于2007年首次在日本獲準登記并銷售。丁氟螨酯主要用于果樹和蔬菜等作物上的植食性害螨防治[1]，尤其對幼螨的殺蟲活性最高。值得關注的是，有學者在2020年采用生物電子等排策略制成了丁氟螨酯類似物（Sila-Cyflumetofen）（圖1），該活性物質保留了較高水平的殺螨活性和良好的藥理特性[5]。日本日產化學工業株式會社于2009年推出腈吡螨酯，其化學名稱為(E)-2-(4-叔丁基苯基)-2-氰基-1-(1,3,4-三甲基吡唑-5-基)烯基-2,2-二甲基丙酸酯，同年以商品名Starmite(Nissan)和Valuestar在日本和韓國注冊登記，并于2017年在中國首次獲得臨時登記（95%腈吡螨酯和30%腈吡螨酯懸浮劑）[6]。目前針對腈吡螨酯的合成工藝已有較多報道[7-9]。在此之后，沈陽化工研究院在腈吡螨酯的結構基礎上進行結構修飾，成功研發出新型殺螨劑乙唑螨腈，其化學名為(Z)-2-(4-叔丁基苯基)-2-氰基-1-(1-乙基-3-甲基吡唑-5-基)乙烯基-2,2-二甲基丙酸酯，并于2015年在我國獲得臨時登記，2017年正式投入市場[10]。除此之外的同類殺螨劑尚處于研發中，例如SYP-10898和NC-510。其中，SYP-10898是以丁氟螨酯為基礎，使用苯基替換甲氧基進行合成[11]，而NC-510是以硫代苯甲酰胺為起始原料，經環化、取代、酰化等一系列反應合成[12]。

2 化學結構

此類殺螨劑按化學結構可分為β-酮腈類殺螨劑和β-酮腈衍生物類殺螨劑（圖1）。其中，β-酮腈類殺螨劑包括丁氟螨酯、丁氟螨酯類似物和SYP-10898。這些化合物均為含有1個手性碳原子的手性農藥，以外消旋體的形式存在。β-酮腈衍生物類殺螨劑包括NC-510、腈吡螨酯和乙唑螨腈。此類化合物中含有雙鍵，存在順反異構體，腈吡螨酯和乙唑螨腈分別為E-構型和Z-構型，而NC-510目前尚處在進一步研發中。

圖1 β-酮腈及其衍生物類殺螨劑結構式

3 作用機理

β-酮腈及其衍生物類殺螨劑的主要作用方式為觸殺和胃毒，內吸性較弱。此類殺螨劑均為前體殺螨劑，進入靶標后會在其勻漿組織內迅速代謝活化，去酰水解而產生活性物質，但丁氟螨酯可能先被酯酶催化水解后再自發脫羧活化，而腈吡螨酯則可能是直接自發水解活化[13]（圖2）。有文獻表明，丁氟螨酯的去酯化形式（丁氟螨酯在螨蟲中的代謝產物）在相當低的劑量下就會強烈抑制螨蟲線粒體蛋白復合物Ⅱ的電子傳遞運輸功能，使電子（氫）傳遞受到干擾，破壞磷酸化反應，從而達到防治卵、若螨和成螨的效果[14-15]。一方面，代謝產物顯著促進了目標部位的殺螨活性；另一方面，丁氟螨酯和去酯化代謝物對非靶標生物的復合物Ⅱ表現出非常差的電子轉移抑制活性。因此，丁氟螨酯對非靶標生物的安全性歸因于其對靶點的高選擇性[1,3]。β-酮腈及其衍生物類殺螨劑在觸殺螨蟲的同時，還能通過影響害螨的生長發育而延長藥效[16-17]，對螨蟲暴發和成災有著積極的防治意義。這不僅能降低使用殺螨劑的頻率，節約成本，達到農藥“減量增效”的效果，還能減少殘留危害，有益于環境安全。

圖2 丁氟螨酯和腈吡螨酯在植食性害螨體內的代謝過程

4 生物活性

β-酮腈及其衍生物類殺螨劑對各個生長階段的植食性害螨均能表現出良好的生物活性，其速效性好，持效性長的優點可以降低使用成本。例如，經丁氟螨酯處理過的成螨在24 h內癱瘓。同時，丁氟螨酯還具有殺卵活性[18]。通過生物電子等排方式[19]獲得的丁氟螨酯類似物在50和200μg/mL濃度下表現出與丁氟螨酯一樣好的殺螨活性。在酶抑制試驗中，其代謝物相較于丁氟螨酯代謝物表現出更強的酶抑制作用，半抑制濃度（IC50）為（0.001 6μg/mL），低于丁氟螨酯代謝產物的IC50值（0.002 5μg/mL）[5]。值得關注的是，部分β-酮腈及其衍生物類殺螨劑含有同分異構體，其生物活性在低濃度下有較大差異：在2.0 mg/L以上時，腈吡螨酯及其異構體的活性均達90%以上；在低至1.0 mg/L時，腈吡螨酯（E體）對紅爪螨的作用效果高于其異構體（Z體）30%左右[8,29]；在2.5 mg/L時，乙唑螨腈（Z體）對朱砂葉螨的活性優于其異構體（E體）[2]，推測原因是不同構型與作用位點結合的難易程度不同。

目前，關于β-酮腈及其衍生物類殺螨劑進行的藥效試驗主要集中在蔬菜上。潘林芳等[20]在大棚進行了3種藥劑（20%丁氟螨酯懸浮劑、110 g/L乙螨唑懸浮劑、5.7%甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽水分散粒劑）對黃瓜紅蜘蛛的藥效試驗，發現在施用丁氟螨酯1 d后的防效就已高達67.84%，其防效高于乙螨唑，且效果穩定。在針對山楂葉螨的藥效試驗中也發現了相似的結論[21]。王瑩等[22]在試驗點施用包含腈吡螨酯在內的5種殺螨劑以研究其防治茄子二斑葉螨的效果。結果顯示，30%腈吡螨酯懸浮劑3 000倍液的速效性和持效性最高，施藥后1 d的防效即達到93.20%，其防效遠高于螺螨酯、克螨特等；藥后3～14 d，其防效在98%以上。楊國璋[9]研究發現，當使用50 mg/L的腈吡螨酯進行田間試驗時，藥后1 d的防效在98.74%，其防效顯著優于螺螨酯，且和嘧螨酯的防效相當。

關于β-酮腈及其衍生物類殺螨劑對水果上害螨的藥效研究也有較多報道。馮聰等[23]在對柑橘全爪螨施用乙唑螨腈1～3 d后，發現其防效超過85%，持效期可達30d左右。王彥博等[24]進行了7種藥劑對柑橘全爪螨的室內毒力及田間防效研究，發現最終室內毒力（LC50）從大到小分別為乙唑螨腈（0.818 mg/L）、丁氟螨酯（4.645 mg/L）、印楝素（4.878 mg/L）、氟啶胺（16.844 mg/L）、噠螨靈（21.167 mg/L）、乙螨唑（69.834 mg/L）、螺蟲乙酯（417.089 mg/L）；在進行的田間藥效試驗中發現，20%丁氟螨酯懸浮劑和30%乙唑螨腈懸浮劑的速效性和持效性均較好，施藥后1 d的防效均在87%以上，30 d后，2種農藥的防效仍在90%以上，藥效顯著優于其余藥劑。周曉肖、張頌函、陳金翠等[15,25-26]研究結果均表明，30%乙唑螨腈懸浮劑對草莓二斑葉螨的防效優異，速效性好，在使用劑量為56.25～75 g/hm2的條件下，3～14 d的防效一直穩定在90%以上。翟浩等[27]在進行腈吡螨酯及其混劑對蘋果紅蜘蛛的田間防控試驗中發現，單獨使用100.0 mg/L的30%腈吡螨酯懸浮劑時，藥后20 d內的防效均高于96%，持效期可長達20 d。此外，由腈吡螨酯與螺蟲乙酯或乙螨唑組成的混劑對害螨的防效也十分顯著。

在其他方面，錢斌彬等[14]研究發現，在紅蜘蛛的初發期對鐵皮石斛施用丁氟螨酯進行防治即可達到較好效果，推薦使用濃度為1 500～2 000倍液（有效含量為60.0～80.0 g/hm2）。宋長貴等[28]將20%丁氟螨酯懸浮劑設置成高、中、低3個濃度梯度對桑樹上的朱砂葉螨進行防治，發現施藥后14 d內，3種濃度對害螨的防效均不斷升高，并在第14 d達到最高防效，表明該藥劑對朱砂葉螨的防治作用較強，且持效時間長。

綜上研究發現，β-酮腈及其衍生物類殺螨劑對葉螨科類害螨有良好的防效，可廣泛應用于蔬菜、水果或其他農作物。一般來說，此類藥劑對螨卵和成螨的活性低于幼螨和若螨；此類藥劑之間相比較而言，乙唑螨腈對若螨和成螨的毒性高于丁氟螨酯和腈吡螨酯，原因之一在于前者最佳防治溫度正是害螨發生的適溫范圍（15～35℃）[13,30]，而SYP-10898對成螨的活性優于同類化合物丁氟螨酯，但是對于若螨和螨卵的活性要低于丁氟螨酯[11]。

5 環境影響

5.1 環境毒理研究

趙桂玲等[31]以不同濃度梯度的丁氟螨酯對蚯蚓進行了急性染毒試驗，將蚯蚓染毒48 h后，測定了蚯蚓體內2種抗氧化酶活性的變化，發現不同濃度梯度的丁氟螨酯對蚯蚓沒有產生脅迫作用，并且對其體內抗氧化酶活性基本無影響。Feng等[32]報道了乙唑螨腈對大草蛉的存活率、生長和繁殖的影響。接觸毒性生物測定結果顯示，乙唑螨腈對大草蛉的卵孵化率、幼蟲存活率和化蛹率的影響不顯著，表明乙唑螨腈對大草蛉的接觸毒性較低，這為后續將乙唑螨腈運用在有害生物綜合治理計劃上提供了有利的支撐。蜜蜂在自然界中占有重要地位，是授粉的主力軍。Ahn等[33]研究結果表明，丁氟螨酯和腈吡螨酯對蜜蜂毒副作用均較低，可見β-酮腈及其衍生物類殺螨劑在推薦使用劑量下對非靶標生物安全性較高。高騰飛等[34]在手性對映體水平開展了丁氟螨酯對斑馬魚從胚胎發育成幼魚的影響試驗，發現丁氟螨酯外消旋體及其對映體均會對斑馬魚產生毒害作用，使其發育受損，主要毒性現象包括自主運動次數減少、卵黃囊和心包囊腫大等，并且S-CYF（丁氟螨酯）的毒性作用遠大于其對映體R-CYF。此外，有學者進行了關于丁氟螨酯對高等動物毒性的研究，如Sun等[35]研究了丁氟螨酯對人肝癌細胞的毒副作用，發現毒力強度由大到小依次為(-)-CYF、rac-CYF、(+)-CYF，說明丁氟螨酯及其對映體的毒性應受到重視，并且該研究結果為(+)-CYF作為rac-CYF的潛在替代品應用于農業生產提供了可能性。

5.2 環境行為研究

β-酮腈及其衍生物類殺螨劑是一類易降解農藥，不具有生物放大作用。目前，此類殺螨劑的環境行為研究主要集中在水、土壤介質和水-沉積物系統中。

李敏敏[36]研究發現，丁氟螨酯外消旋體在不同條件下水解速度不同。在酸性條件下和較低溫度下水解較慢，且水解速度隨著水解溫度的升高而加快，兩者呈正相關。通過觀察雙因素方差分析結果發現，pH比溫度更能影響丁氟螨酯在水中的降解速率，并且不同水質對于丁氟螨酯的降解也有影響。該研究還發現，在推薦劑量下施藥后5 d，丁氟螨酯代謝物鄰三氟甲基苯甲酰胺（B-3）達到最大值0.004 7 mg/kg；在5倍推薦劑量下施藥后3 d，B-3達到最大值0.008 1 mg/kg；在21 d時依然能檢測到B-3殘留，而土壤基質中丁氟螨酯的另一種代謝物鄰三氟甲基苯甲酸（B-1）在100 d時仍然大量存在。以上結果說明，丁氟螨酯代謝物性質較穩定，在不同生態環境條件下殘留差異不明顯，因此在農產品中進行丁氟螨酯殘留檢測分析時，對其代謝物的殘留分析也不容忽視。蘭騰芳[37]研究發現，丁氟螨酯在不同的水-沉積物系統中的降解速率由大到小依次為北京上莊水庫、東北湖泊、湖南水田，其降解速率受有機質含量的影響；在好氧條件下，B-1和B-3的生成速度快于在厭氧條件下；丁氟螨酯對映體在水體中的降解速度快于在土壤中。

6 殘留檢測

有關β-酮腈及其衍生物類殺螨劑的研究主要集中在合成及活性方面，而關于其殘留檢測的分析方法方面較少。目前主要檢測方法包括液相色譜法、液質聯用法、超高效液質聯用法等，檢測的基質以蔬菜、水果為主。Chen等[38]在2013年建立了一種簡單的手性分析方法，通過正相液相色譜法測定黃瓜、番茄和蘋果中的丁氟螨酯對映體，優化了流動相、手性色譜柱、柱溫和凈化方式。此方法線性范圍良好，適用于實際樣品的檢測。李敏敏[36]建立了水果、土壤及水中丁氟螨酯的氣相色譜串聯質譜殘留分析方法，樣品經乙腈提取，以50 mg PSA和20 mg GCB作為凈化劑。與此同時，該團隊也建立了丁氟螨酯及其2種代謝物B-1和B-3的超高效液相色譜串聯質譜殘留分析方法，使用多壁碳納米管凈化樣品。定量限在上述2種方法中分別為0.015和0.7μg/kg。趙來成[39]利用QuEChERS結合UPLC-MS/MS建立了在草莓中丁氟螨酯的檢測分析方法，該方法的回收率在72%～92%，相對標準偏差在10%以內。崔淑華等[40]使用乙腈作為提取劑，以25 mg PSA和50 mg C18作為凈化劑，利用超高效液相色譜串聯質譜法建立了蔬菜和水果中腈吡螨酯殘留量的檢測方法，并成功應用于實際樣品的檢測。Tan等[41]建立了腈吡螨酯在柑桔果皮、果肉、全果上的檢測方法，以乙腈為提取劑，比較了10 mg GCB＋150 mg MgSO4、50 mg PSA＋150 mg MgSO4、50 mg C18＋50 mg PSA＋150 mg MgSO4等不同凈化劑組合的凈化效果。此方法簡便、高效，可在5 min之內完成對柑桔不同樣品中腈吡螨酯殘留量的檢測。除以上報道的有關丁氟螨酯和腈吡螨酯的殘留檢測方法外，也有大量文獻報道了蜜柚、棉花、土壤基質中乙唑螨腈原藥和復配劑的檢測方法[42-46]。

β-酮腈及其衍生物類殺螨劑在不同作物上的殘留半衰期差別較大，如在黃瓜中的半衰期為6.90～9.62 d[47]，在草莓中的半衰期為9.36 d[48]，在柑橘中的半衰期為19.77 d[35]，而在蘋果中的半衰期為20 d以上[49]。不同環境或者處理方式均會對丁氟螨酯對映體的降解產生影響。Sun等[35]研究了丁氟螨酯在柑橘種植過程中的選擇性降解行為。結果表明，(-)-CYF在柑橘中優先降解，半衰期為16.5 d，對映體分數（EF）為0.42[35]。同樣從手性農藥角度出發，Guo等[49]發現在蘋果園中分別以5倍劑量和1.5倍劑量進行施藥，最終結果顯示(-)-CYF的降解與(+)-CYF的降解差異不顯著，這可能與田間試驗環境中缺少手性農藥的降解條件有關。同時該研究還發現，丁氟螨酯在蘋果中分布不均，主要集中在果皮，若使用丁氟螨酯時嚴格遵循規范，則食用含有丁氟螨酯殘留的蘋果將不會對人群造成健康風險。在此之后，Quan等[50]仔細研究了在蘋果產品加工過程中丁氟螨酯對映體的立體選擇性行為。結果表明，典型的幾種加工處理過程（清洗、去皮、護色、熱燙、膨化干燥、酶解、發酵）可能會對其降解速率產生不同程度的影響，所有加工環節的加工因子（PF）均小于1，說明加工過程能夠降低農藥殘留，在番茄的加工過程中也有與之類似的結論[51]。該研究還發現，在發酵過程中(+)-CYF在一定程度上優先降解，這有助于蘋果酒和蘋果醋中(-)-CYF的相對富集，為后期改進食品加工后的飲食風險評估提供了數據參考。

不同環境或者處理方式同樣會對乙唑螨腈和腈吡螨酯的降解產生影響。賴添財[43]進行了乙唑螨腈在蜜柚上的殘留行為研究，發現套袋時，乙唑螨腈在蜜柚上的殘留半衰期為3.56～4.80 d，未采用套袋時的半衰期為3.05～3.50 d。由此可見，在相同劑量下，未采用套袋處理的半衰期小于套袋的半衰期。Kabir等[52]研究了在使用推薦劑量下，腈吡螨酯在不同種植地的亞洲梨上的消解動態規律，結果證明韓國羅川和高敞的最終殘留水平低于規定的最大殘留限量（MRL），其半衰期分別為9.8和5.2 d。施藥后0 d的風險評估顯示，兩地的估計每日攝入量（EDI）分別為可接受日攝入量（ADI）的27.25%和24.52%，說明這些水果的食用安全風險較低。Li等[53]田間試驗結果表明，腈吡螨酯在草莓和柑橘中的半衰期分別為6.8和11.8 d，最終殘留量均低于規定的MRL；腈吡螨酯在草莓醬和柑橘中的加工因子（PF）分別為1.51和1.31，說明其殘留量有所增加，而在果肉中的PF值分別為0.58和0.17，說明在清洗草莓和對柑橘去皮后其殘留量有所減少。

7 抗性

二斑葉螨的抗性試驗研究表明，丁氟螨酯、腈吡螨酯和乙唑螨腈與現有藥劑丙溴磷和聯苯肼酯等之間存在較低或不存在交互抗性[54-55]，但腈吡螨酯、丁氟螨酯與呼吸鏈復合物Ⅰ抑制劑（噠螨靈和唑螨酯）以及β-酮腈殺螨劑之間存在明顯的交互抗性[56-59]。Chen等[58]研究發現，乙唑螨腈與腈吡螨酯在田間種群和實驗室選擇的菌株中均表現出顯著的交互抗性。在田間種群抗性研究中發現，浙江蕭山的二斑葉螨種群對腈吡螨酯的抗性最高，抗性倍數高達39.46，而在北京采集的所有種群都表現出相當低的抗性水平，沒有顯著差異。徐丹丹[60]進行了7種二斑葉螨田間種群雌成螨對包含丁氟螨酯、乙唑螨腈、腈吡螨酯在內的12種藥劑的抗性研究。結果表明，所有田間種群對乙唑螨腈均表現為敏感度下降或敏感水平，對腈吡螨酯表現為中等抗性水平，抗性倍數為10.15～26.07；除了北京順義和海南吉陽兩地的二斑葉螨種群外，其余五地的二斑葉螨田間種群對丁氟螨酯表現為中或高抗性水平，抗性倍數為11.91～72.62。

害螨體內對該類殺螨劑產生抗性的關鍵是不同解毒酶系的參與程度，其中最主要的3種解毒酶分別是谷胱甘肽S-轉移酶（GSTs）、多功能氧化酶（MFO，又稱細胞色素P450單氧酶）和羧酸酯酶（CarEs）[61-62]。有研究發現，miR-1可通過靶向編碼GSTs的TCGSTM4來調控朱砂葉螨對丁氟螨酯的抗性[63]，也有文獻指出CarEs可催化丁氟螨酯的分解，并促進丁氟螨酯和谷胱甘肽的結合[62-64]，從而增加朱砂葉螨的抗性。由此可見，抑制害螨體內的解毒酶活性可以減少該類殺螨劑在害螨體內的代謝分解，從而避免引起抗性問題。腈吡螨酯與丁氟螨酯被證實在實驗室條件下存在負交互抗性，推測因其在螨蟲體內受到解毒酶和激活酶之間的相互作用的方式不同而產生差異[61]。為避免此類現象的產生，此類殺螨劑可以和現有殺螨劑配合使用。有研究表明，當30%腈吡螨酯懸浮劑與110 g/L乙螨唑懸浮劑、22.4%螺蟲乙酯懸浮劑進行合理混用時，既可以防治蘋果紅蜘蛛又能節省農藥使用量[27]，但不建議β-酮腈及其衍生物類殺螨劑和堿性農藥混用[65]。

8 結論與展望

本文綜述了β-酮腈及其衍生物類殺螨劑的研發歷程、化學結構、作用機理、生物活性、環境影響、殘留檢測及抗性。作為新型殺螨劑，β-酮腈及其衍生物對螨蟲各個生長階段均有優異的防效。不同于以往眾多的殺螨劑品種，該類殺螨劑作用方式新穎，不易產生抗性，適用于螨蟲的綜合防治。

目前尚未發現此類殺螨劑對作物產生危害的報道。由于其具有高效、殺蟲譜廣，對非靶標生物安全，易降解，對環境友好等特點，因而市場前景廣闊，現已有多種產品獲得批準上市，可以作為抗藥性強、高毒農藥的良好替代品。然而，因使用同類殺螨劑會存在潛在的交互抗性[58,66]，所以在實際使用中應基于當地的用藥史，避免在同一區域使用同類藥物。推薦混合使用多種類殺螨劑，如將此類殺螨劑和作用機制不同的現有殺螨劑混合進行交替使用，以達到延緩抗性，延長藥效和保護環境的目的。此外，還可以和其他防治手段結合使用，這對于節約成本、減少抗性、保護環境具有重要意義。

此類殺螨劑的農藥殘留情況、毒性和環境行為應從多角度研究分析。例如，丁氟螨酯代謝物B-1和B-3對于某些非靶標生物的毒性大于其母體，因而此類殺螨劑在環境中的代謝物毒性和環境行為應受到重視，建議未來在進行農藥殘留檢測時將代謝物同母體殘留情況綜合考慮。同時，關于β-酮腈衍生物類殺螨劑順反異構體的生物活性、毒性和其他性質是否存在差異仍需要進一步研究。