新型吡唑-3-甲酸酯類化合物HNNK-1對小麥全蝕病菌的毒力及防治效果

楊黨偉, 郭梅燕, 蔣水萍, 馬毅輝*

(1. 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,河南省農(nóng)作物病蟲害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華北南部作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 鄭州 450002; 2. 河南省項(xiàng)城市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所, 項(xiàng)城 466200)

小麥全蝕病是目前世界范圍內(nèi)重要的小麥根部病害之一,由禾頂囊殼小麥變種Gaeumannomycesgraminisvar.tritici侵染引起[1]。發(fā)病時(shí)幼苗表現(xiàn)為植株矮小,葉色發(fā)黃,初生根和根莖變?yōu)楹诤稚?嚴(yán)重時(shí)整個(gè)根系變黑死亡,抽穗以后提早枯死,田間出現(xiàn)大量白穗。該病一旦發(fā)生,一般病田引起減產(chǎn)20%～30%,重病田可達(dá)50%以上,甚至絕收[2]。目前,小麥品種對全蝕病菌的抗性普遍較弱[3-7],輪作在許多麥區(qū)難以實(shí)施,生防菌劑效果不夠穩(wěn)定[8-10],化學(xué)防治在小麥全蝕病防治中占主導(dǎo)地位。但目前對小麥全蝕病防治效果較好的殺菌劑較少,生產(chǎn)上主要依賴硅噻菌胺防治此病害,導(dǎo)致一些地區(qū)的病原菌已產(chǎn)生抗藥性,藥效降低[11],加之此藥劑的價(jià)格較高,因此開發(fā)和篩選安全、高效且價(jià)格便宜的新型化學(xué)藥劑勢在必行。

新型吡唑-3-甲酸酯類化合物HNNK-1是由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所合成的具有殺菌活性的吡唑-3-甲酸酯類化合物,結(jié)構(gòu)式見圖1。該化合物已經(jīng)申請中國發(fā)明專利(專利號:ZL 2016 1 0279252.1),具有結(jié)構(gòu)新穎、合成簡單、成本較低等特點(diǎn),對玉米小斑病菌Bipolarismaydis、芝麻莖點(diǎn)枯病菌Macrophominaphaseolina、西瓜枯萎病菌Fusariumoxysporumf.sp.niveum等多種病原菌有抑制作用[12]。經(jīng)浙江省醫(yī)學(xué)科學(xué)院檢驗(yàn)報(bào)告,HNNK-1的大鼠急性經(jīng)皮、經(jīng)口毒性均屬低毒級;HNNK-1對家兔皮膚無刺激性,對家兔眼有輕度至中度刺激性;HNNK-1對豚鼠的皮膚致敏強(qiáng)度屬弱致敏物。

圖1 化合物HNNK-1結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structural formula of HNNK-1

本研究以小麥全蝕病為對象,以生產(chǎn)上對小麥全蝕病防治效果較好的殺菌劑硅噻菌胺[13-16]為對照藥劑,系統(tǒng)地評價(jià)了HNNK-1對小麥全蝕病的毒力和防治效果,包括室內(nèi)毒力測定、溫室盆栽藥效試驗(yàn)、田間藥效試驗(yàn)以及對小麥生長的安全性評價(jià),旨在為該化合物進(jìn)一步研究開發(fā)和應(yīng)用推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

小麥全蝕病菌Gaeumannomycesgraminisvar.tritici,由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所病理研究室提供。小麥品種為‘鄭麥7698’,由河南秋樂種業(yè)科技股份有限公司提供。

馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA):馬鈴薯200 g,葡萄糖20 g,瓊脂20 g,水1 000 mL。

供試藥劑:HNNK-1(純度95%)和50 g/L HNNK-1懸浮劑(SC),由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所馬毅輝博士設(shè)計(jì)合成并配制。

對照藥劑:97.7%硅噻菌胺原藥和125 g/L硅噻菌胺懸浮劑(SC),由美國孟山都公司生產(chǎn)。

將一定質(zhì)量的供試藥劑HNNK-1原藥和對照藥劑硅噻菌胺原藥分別用二甲基亞砜溶劑溶解,制成1 000 mg/L的母液,再用0.1% 吐溫-80水溶液配制成所需濃度藥液用于毒力測定;將50 g/L HNNK-1 SC和125 g/L硅噻菌胺SC,分別按照藥種質(zhì)量比1∶3 000進(jìn)行拌種后進(jìn)行藥效試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1毒力測定

采用菌絲生長速率法,用移液槍吸取1 mL不同濃度的HNNK-1 加入含有100 mL PDA培養(yǎng)基的三角瓶中,混合均勻,制成HNNK-1含量為0.01、0.05、0.1、0.5、1、5、10 mg/L等7個(gè)濃度的含藥培養(yǎng)基。同時(shí)用溶劑作空白對照。每個(gè)濃度處理設(shè)5個(gè)重復(fù)。將活化后的小麥全蝕病菌用打孔器制成6 mm的菌餅放入含藥培養(yǎng)基中央,在25℃恒溫培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)。待對照菌落長至培養(yǎng)皿直徑2/3時(shí),采用十字交叉法測量菌落直徑,計(jì)算菌落平均增長直徑和菌絲生長抑制率。

1.2.2溫室盆栽藥效試驗(yàn)

將滅菌蛭石鋪入直徑12 cm的花盆中,用蒸餾水澆透,每盆均勻放入20個(gè)直徑8 mm的菌餅,將20粒小麥放置在菌餅上,覆蓋約1 cm厚蛭石,放置在玻璃溫室內(nèi)培養(yǎng),溫度15～20℃,濕度65%～70%,L∥D=12 h∥12 h。設(shè)置3個(gè)處理,分別為50 g/L HNNK-1 SC拌種(藥種質(zhì)量比1∶3 000)、125 g/L硅噻菌胺SC拌種(藥種質(zhì)量比1∶3 000)、清水拌種,每處理5個(gè)重復(fù)。播種后21 d調(diào)查發(fā)病情況和小麥生長情況。調(diào)查前將整盆植株放入清水中,小心清洗蛭石,盡量保證植株根部完整。用吸水紙吸水后,從莖基部向上測量株高,向下測量根長,并稱量單株鮮重。

1.2.3大田藥效試驗(yàn)

在河南省開封市和周口市選擇自然發(fā)病較重的地塊,各設(shè)置3個(gè)處理,分別為50 g/L HNNK-1 SC拌種(藥種質(zhì)量比1∶3 000)、125 g/L硅噻菌胺SC拌種(藥種質(zhì)量比1∶3 000)和清水拌種,每處理5個(gè)重復(fù),每個(gè)小區(qū)66.7 m2,隨機(jī)分布。在收獲前每個(gè)小區(qū)5點(diǎn)取樣,每點(diǎn)100穗,調(diào)查白穗率,計(jì)算防治效果。

1.3 病害調(diào)查和統(tǒng)計(jì)方法

小麥全蝕病分級標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 17980.109-2004[17]的方法。0級:無病;1級:根系發(fā)病面積占整個(gè)根系的1%～5%;3級:根系發(fā)病面積占整個(gè)根系的6%～20%;5級:根系發(fā)病面積占整個(gè)根系的21%～40%;7級:根系發(fā)病面積占整個(gè)根系的41%～60%;9級:根系發(fā)病面積占整個(gè)根系的60%以上。按照以下公式計(jì)算菌落增長直徑和菌絲生長抑制率:

菌落增長直徑=菌落直徑-菌餅直徑;

菌絲生長抑制率=[(對照菌落增長直徑-處理菌落增長直徑)/對照菌落增長直徑]×100%;

病情指數(shù)=[∑(某病級株數(shù)×相應(yīng)發(fā)病級別)/(調(diào)查總株數(shù)×9)]×100;

發(fā)病率=(發(fā)病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù))×100%;

盆栽防效=[(清水處理病情指數(shù)-藥劑處理病情指數(shù))/清水處理病情指數(shù)]×100%;

田間防效=[(空白對照區(qū)白穗率-藥劑處理區(qū)白穗率)/空白對照區(qū)病穗率]×100%。

利用Excel 2010并結(jié)合DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,求出EC50及95%置信限,利用Duncan氏新復(fù)極差法對處理間差異顯著性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 HNNK-1對小麥全蝕病的室內(nèi)毒力

HNNK-1對小麥全蝕病菌的室內(nèi)毒力測定結(jié)果見表1,其EC50為0.28 mg/L,而同等條件下硅噻菌胺對小麥全蝕病菌的EC50為0.58 mg/L,結(jié)果表明,HNNK-1對小麥全蝕病菌有較高的毒力。

表1 化合物HNNK-1對小麥全蝕病菌的室內(nèi)毒力Table 1 Indoor toxicity of HNNK-1 against Gaeumannomyces graminis var. tritici

2.2 HNNK-1對小麥全蝕病的盆栽防治效果

盆栽試驗(yàn)結(jié)果(表2)表明,用50 g/L HNNK-1 SC按藥種比1∶3 000拌種處理的小麥全蝕病發(fā)病率為73.33%,病情指數(shù)為15.19,顯著低于清水對照的發(fā)病率(93.16%)和病情指數(shù)(38.56)。50 g/L HNNK-1 SC對小麥全蝕病的防效為60.10%,與125 g/L硅噻菌胺SC拌種的效果相當(dāng)。HNNK-1拌種處理的小麥未出現(xiàn)變色、生長發(fā)育延緩、畸形等癥狀,對小麥株高和根長沒有顯著影響,平均單株鮮重573.46 mg,顯著高于清水對照(481.22 mg);與硅噻菌胺拌種后平均單株鮮重(599.14 mg)無顯著差異。試驗(yàn)結(jié)果表明,HNNK-1拌種防治可以降低全蝕病發(fā)病率和病情指數(shù)。

表2 50 g/L HNNK-1懸浮劑藥種比1∶3 000拌種對小麥全蝕病的盆栽防效(21 d)1)Table 2 Control efficacies of seed dressing with 50 g/L HNNK-1 SC at the fungicide/seed ratio of 1∶3 000 against Gaeumannomyces graminis var. tritici in pot experiment(21 d)

2.3 HNNK-1對小麥全蝕病的田間防治效果

小麥?zhǔn)斋@前兩周對河南省周口市和開封市小麥試驗(yàn)田進(jìn)行調(diào)查,結(jié)果(表3) 表明,125 g/L硅噻菌胺SC處理的田間白穗率為開封3.10%,周口9.10%,50 g/L HNNK-1 SC處理的田間白穗率為開封4.70%,周口10.30%。統(tǒng)計(jì)分析顯示,兩者均顯著低于清水對照區(qū)。50 g/L HNNK-1 SC的田間防效分別為開封73.13%,周口71.15%,與125 g/L硅噻菌胺SC的防效相當(dāng)。田間試驗(yàn)結(jié)果表明,50 g/L HNNK-1 SC按1∶3 000藥種比拌種可以有效控制田間小麥全蝕病的發(fā)生和危害,降低發(fā)病率。

表3 50 g/L HNNK-1 懸浮劑藥種比1∶3 000拌種對小麥全蝕病的田間防效Table 3 Field control efficacies of seed dressing with 50 g/L HNNK-1 SC at the fungicide/seed ratio of 1∶3 000 against Gaeumannomyces graminis var. tritici

3 結(jié)論與討論

吡唑類衍生物是一種具有廣泛生物活性的含氮雜環(huán)化合物,吡唑結(jié)構(gòu)已遍及醫(yī)藥、農(nóng)藥、獸藥等領(lǐng)域的化學(xué)品中。特別是其中的吡唑甲酸酯類化合物,具有高效廣譜的生物活性,包括殺蟲、殺菌和除草活性等。吡唑甲酸酯類化合物因其高效、低毒以及吡唑環(huán)上取代基的多樣化變換等特點(diǎn)在新農(nóng)藥的研發(fā)中具有越來越重要的作用[18-19]。吡唑-3-甲酸酯作為具有優(yōu)秀生物活性的合成片段,是許多殺菌劑中常見的一個(gè)重要亞結(jié)構(gòu)[20]。HNNK-1是在吡唑-3-甲酸酯骨架上進(jìn)行修飾,合成并開發(fā)的一個(gè)新的化合物。本研究結(jié)果表明,新合成化合物HNNK-1對小麥全蝕病菌有很強(qiáng)的抑制活性和較好的防治效果,HNNK-1對小麥全蝕病菌的EC50為0.28 mg/L,明顯比常用藥劑硅噻菌胺的EC50(0.58 mg/L)低,說明等量條件下,HNNK-1對小麥全蝕病菌的抑制作用更強(qiáng)。盆栽試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,50 g/L HNNK-1 SC和125 g/L硅噻菌胺SC對小麥全蝕病的防效分別為60.10%和71.16%,二者無顯著差異。在開封與周口市的田間試驗(yàn)中,50 g/L HNNK-1 SC對小麥全蝕病的防治效果分別為73.13%和71.15%,略低于125 g/L硅噻菌胺SC,但統(tǒng)計(jì)分析顯示兩種殺菌劑的平均防效沒有顯著差異。從以上試驗(yàn)結(jié)果分析,HNNK-1在小麥全蝕病的防治上有很好的開發(fā)潛力和應(yīng)用前景。

本研究中新開發(fā)化合物HNNK-1對小麥全蝕病菌在室內(nèi)表現(xiàn)很高的抑制活性,毒力高于硅噻菌胺。盆栽試驗(yàn)以及田間試驗(yàn)中的效果與硅噻菌胺基本相當(dāng),這種室內(nèi)室外試驗(yàn)結(jié)果的差異受制于各種因素,包括試驗(yàn)藥劑的加工工藝,在植物體內(nèi)的傳導(dǎo)能力,以及代謝穩(wěn)定性等等,有待于今后進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。下一步我們將對HNNK-1的作用機(jī)制、持效性和選擇性進(jìn)行深入研究,以便為HNNK-1在農(nóng)業(yè)真菌病害防治上的應(yīng)用深度和廣度提供理論依據(jù)。