綠色除草劑苯唑氟草酮的創(chuàng)制及應用

高傳杰，張耀中，金 巖，張國福，楊素梅，路興濤，彭學崗，金 濤，連 磊

(1.山東省農(nóng)藥檢定所，濟南 250000；2.青島清原作物科學有限公司，山東 青島 266000)

玉米[Zea maysLinn.]是我國第一大糧食作物，是重要的飼料來源，也是食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)不可缺少的重要原料[1]。據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的《國家統(tǒng)計局關于2021 年糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)的公告》顯示，2021 年我國全年糧食播種面積11 763 萬hm2，其中玉米種植面積4 332 萬hm2，占全年糧食播種面積的36.8%，居各類農(nóng)作物首位[2]。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)玉米田常年雜草發(fā)生面積超過2 333 萬hm2(3.5 億畝次)，因雜草為害造成的玉米損失高達950 萬t(190 億斤)[3]，使用除草劑是防除玉米田雜草最經(jīng)濟、有效的手段[4]。但隨著除草劑長期大量使用，抗除草劑雜草種類呈逐漸暴發(fā)趨勢。目前，我國玉米田主要有馬唐[Digitaria sanguinalis(L.) Scop.]、稗[Echinochloa crusgalli(L.)P.Beauv.]、虎尾草[Chloris virgataSw.]、野黍[Eriochloa villosa(Thunb.) Kunth]、野糜子(Panicum miliaceumL.)等代表性抗性雜草，為害嚴重、防除困難，抗性雜草的防除已成為我國玉米生產(chǎn)亟需解決的重大科學問題[5]，亟需創(chuàng)制綠色、高效、低風險玉米田除草劑新品種。

苯唑氟草酮(fenpyrazone)是青島清原自主創(chuàng)制的新型吡唑酮類除草劑，是玉米田第3 代HPPD 抑制劑類除草劑[6]。2020 年，苯唑氟草酮原藥、6%苯唑氟草酮以及25%苯唑·莠去津可分散油懸浮劑通過了農(nóng)業(yè)部核準，成功獲得了國家新農(nóng)藥登記，登記號分別為PD20190254、PD20190260 和PD20190261。苯唑氟草酮是我國第一個自主創(chuàng)制的玉米田綠色除草劑，也是迄今為止我國僅有幾個獲得正式登記的自主創(chuàng)制除草劑品種之一。

1 苯唑氟草酮的理化性質

苯唑氟草酮(圖1)分子式為C22H22ClF3N4O6S，相對分子質量562.95，化學名稱：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，熔點144.5 ℃，CAS 登記號：1992017556。95%苯唑氟草酮原藥外觀為黃色粉末狀固體，無刺激性氣味；6%苯唑氟草酮可分散油懸浮劑(OD)外觀為土黃色乳狀液體，有芳香氣味，密度(20 ℃)0.95 g/mL；25%苯唑氟草酮·莠去津OD 外觀為淡黃色乳狀液體，有芳香氣味，密度(20 ℃)1.00 g/mL。

圖1 苯唑氟草酮的化學結構式

2 苯唑氟草酮的作用機理

苯唑氟草酮屬于對羥基苯基丙酮酸雙氧化酶(4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase，HPPD)抑制劑，主要通過抑制植物體內(nèi)控制光合作用關鍵色素酶的活性，使其底物轉化為尿黑酸過程受阻，從而導致生育酚及質體醌無法正常合成，影響靶標體內(nèi)類胡蘿卜素合成，導致葉片發(fā)黃、發(fā)白，影響植物體內(nèi)光合作用的正常進行，最終徹底死亡[7]。圖2為空白對照、施用苯唑氟草酮前期和施用苯唑氟草酮后期的雜草葉片對比。

圖2 空白對照(a)、施用苯唑氟草酮前期(b)和施用苯唑氟草酮后期(c)的雜草葉片對比

3 苯唑氟草酮的創(chuàng)制方法及創(chuàng)制路線

3.1 創(chuàng)制方法

針對玉米田雜草抗藥性逐年加重，現(xiàn)有主流除草劑藥效降低，部分惡性雜草為害嚴重等問題，采用計算機輔助設計、中間體衍生化、藥效團連接碎片虛擬篩選等方法，設計合成骨架新穎、對環(huán)境友好、結構衍生空間大的先導化合物，并對其進行進一步改良，創(chuàng)制出結構新穎、選擇性高、抗性風險低的新有效成分——苯唑氟草酮。

3.2 創(chuàng)制路線

以除草劑環(huán)磺酮(tembotrione) 和吡唑特(pyrazolynate)為先導，在環(huán)磺酮結構基礎上，參照吡唑特的結構，采用中間體衍生化法得到新的先導化合物。在新先導的基礎上繼續(xù)進行替換、優(yōu)化和衍生，成功發(fā)明了苯唑氟草酮[8]。創(chuàng)制路線如圖3所示。

圖3 苯唑氟草酮的創(chuàng)制路線

4 苯唑氟草酮農(nóng)藥登記試驗結果分析

苯唑氟草酮嚴格按照農(nóng)藥登記的各項要求，完成了環(huán)境行為、健康風險評估、產(chǎn)品質量研究和藥效評價等試驗，經(jīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部認定的農(nóng)藥登記試驗單位檢測和評價，苯唑氟草酮屬于安全、低殘留、環(huán)境相容性好的綠色除草劑。

4.1 產(chǎn)品化學試驗

苯唑氟草酮按照《NY/T 1860—2016 農(nóng)藥理化性質測定導則》[9]要求進行了產(chǎn)品質量研究，結果顯示苯唑氟草酮與水、常見氧化劑、常見還原劑、常見滅火劑和常見溶劑化學相容；對試驗包裝材料不具有腐蝕性；不具有爆炸性；經(jīng)3 年常溫儲存最終分解率均控制在5%以內(nèi)，符合《NY/T 1427—2016農(nóng)藥常溫貯存穩(wěn)定性試驗通則》。

4.2 毒理學研究

苯唑氟草酮按照《GB/T 15670—2017 農(nóng)藥登記毒理學試驗準則》[10]要求進行了健康風險評估，結果顯示苯唑氟草酮對大鼠急性經(jīng)口半數(shù)致死量＞5 000 mg/kg、急性經(jīng)皮半數(shù)致死量＞2 000 mg/kg、急性吸入半數(shù)致死濃度＞5 000 mg/m3，無致突變性、無致畸性、無繁殖毒性、無致癌毒性；對眼中度刺激性，對皮膚無刺激性、弱致敏性。

4.3 環(huán)境行為研究

苯唑氟草酮按照《GB/T 31270—2014 化學農(nóng)藥環(huán)境安全評價試驗準則》[11]要求開展了環(huán)境安全評價試驗，結果表明苯唑氟草酮在魚體中屬低富集性，6%苯唑氟草酮OD、25%苯唑氟草酮·莠去津OD在玉米、青玉米和秸稈中殘留量均低于殘留檢測限；在土壤中易降解，在水中易光解，土壤表面難光解，在湖泊(河流)水-沉積物系統(tǒng)中易降解；對蜂、鳥、蠶、魚、蚯蚓、土壤微生物低毒。

4.4 藥效及安全性評價

經(jīng)過2 年4 地田間藥效試驗，結果表明苯唑氟草酮對靶標雜草鮮重防效均在80%以上，可有效防除玉米田馬唐、稗草、牛筋草[Eleusine indica(L.)Gaertn.]等常見禾本科雜草以及藜[Chenopodium albumL.]、苘麻[Abutilon theophrastiMedicus]、反枝莧[Amaranthus retroflexusL.]等一年生闊葉雜草，一般2～3 d 即可見效，5～8 d 即可死草，死草速度快，徹底不返青；對作物安全無藥害情況發(fā)生，在田間藥效試驗劑量范圍內(nèi)對天敵和有益生物安全；在推薦劑量下對后茬作物大豆、花生、向日葵、馬鈴薯等均安全，無藥害情況發(fā)生。圖4 為25%苯唑氟草酮·莠去津OD 用于玉米田對一年生雜草的防除效果。

圖4 25%苯唑氟草酮·莠去津OD 對玉米田一年生雜草的防除效果

苯唑氟草酮殺草譜更廣，通過與其他玉米田常用除草劑比較(表1)，苯唑氟草酮對禾本科雜草的防除效果更穩(wěn)定、均衡。

表1 苯唑氟草酮與其他除草劑對禾本科雜草除草活性比較

5 苯唑氟草酮優(yōu)勢分析

5.1 作用機理獨特，抗性風險低

苯唑氟草酮作為第3 代HPPD抑制劑類除草劑，可以通過切斷光合作用能量轉換、切斷維生素合成、破壞葉綠素保護3 個途徑導致雜草死亡，作用機理復雜，雜草很難產(chǎn)生抗性，除草劑使用生命周期長[12]；與煙嘧磺隆等ALS 抑制劑類除草劑無交互抗性，能夠有效防除對煙嘧磺隆產(chǎn)生嚴重抗性的惡性雜草；得益于其獨特的含氟化學結構，除草更徹底，且不易返青。

5.2 殺草譜廣，施藥成本低

苯唑氟草酮對馬唐、稗草、牛筋草、狗尾草[Setaria viridis(L.)Beauv.]、虎尾草、野糜子、野稷(Panicum miliaceumL.var.ruderale)、止血馬唐[Digitaria ischaemum(Schreb.)]等常見禾本科雜草高效，對藜、苘麻、反枝莧、馬齒莧(Portulaca oleraceaL.)、蒼耳(Xanthium sibiricumPatrin ex Widder)、龍葵(Solanum nigrumL.)等一年生闊葉雜草也有優(yōu)異的防除效果，能夠有效減少施藥次數(shù)及用量，在保證防效的同時，降低施藥成本。

5.3 對作物安全，環(huán)境影響小

苯唑氟草酮在水中易光解，土壤、水-沉積物中易降解，對蜂、鳥、魚、蠶、蚯蚓、土壤微生物均低毒，在魚體內(nèi)富集性低，且對非靶標植物安全。應用于玉米田后，玉米籽粒、秸稈、土壤中殘留量均低于檢測限，對環(huán)境影響小，安全風險低。

6 推廣應用情況

苯唑氟草酮原藥和制劑產(chǎn)品于2020 年1 月7 日取得農(nóng)藥登記證，2021、2022 年被全國農(nóng)技推廣中心分別列入《2021 年農(nóng)田雜草科學防控技術方案》《2022 年農(nóng)田雜草科學防除技術方案》，同時被河南、河北、吉林、黑龍江、湖南、湖北等多個省份列入本省植保產(chǎn)品推薦目錄。截至2023 年1 月，苯唑氟草酮相關產(chǎn)品已在山東、河南、河北、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)、陜西、山西、寧夏回族自治區(qū)、江蘇、安徽、湖南、四川等省區(qū)大面積應用，累計推廣約333 萬hm2(5 000 萬畝)。

7 結論與討論

我國玉米田常用禾闊雙防的除草劑有煙嘧磺隆、硝磺草酮、苯唑草酮等，平均上市時間已超20年，部分雜草已經(jīng)產(chǎn)生嚴重抗藥性。為殺滅雜草，農(nóng)民加大劑量使用除草劑，使得玉米及后茬作物藥害問題頻發(fā)[13]。苯唑氟草酮作為玉米田全新HPPD抑制劑類除草劑，與目前國內(nèi)市場主流玉米田除草劑無交互抗性，對玉米田稗草、馬唐、狗尾草、野黍、野糜子、虎尾草等雜草防除效果達80%以上，能夠高效防除玉米田一年生雜草，為作物增產(chǎn)豐收和質量安全等提供重要保障，也為我國綠色農(nóng)業(yè)投入品創(chuàng)新與發(fā)展提供技術和產(chǎn)品支撐。苯唑氟草酮相關產(chǎn)品已推廣應用3 年，累計新增效益20 億元左右，有效幫助農(nóng)民增產(chǎn)增收，推動農(nóng)業(yè)高質量發(fā)展。