殺線蟲劑Tioxazafen應(yīng)用研究與開發(fā)進(jìn)展

陳 晨

（江蘇省農(nóng)藥研究所股份有限公司，南京 210046）

植物寄生線蟲是重要的植物病原物之一，具有隱蔽性、多寄主性、頑固性和易傳播等特點(diǎn)。其種群增長(zhǎng)迅速、防治困難，對(duì)我國(guó)糧食、蔬菜、經(jīng)濟(jì)作物等產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益造成嚴(yán)重影響[1]。其主要寄主作物包括大豆、馬鈴薯、棉花、玉米、番茄、胡蘿卜和甜菜等[2]。

目前線蟲危害日趨嚴(yán)重，對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。全球每年由線蟲危害導(dǎo)致的作物減產(chǎn)可達(dá)14%，造成經(jīng)濟(jì)損失800億～1 000億美元[3]。我國(guó)每年因線蟲侵害導(dǎo)致的作物減產(chǎn)高達(dá)12%，單由線蟲引起的大豆年產(chǎn)量損失在5%～80%之間[1]。寄生線蟲破壞植物根部，侵染后易引發(fā)病原真菌感染，加劇細(xì)菌、真菌和病毒的侵害，破壞植物生長(zhǎng)，降低農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)[4]。

長(zhǎng)期以來，生產(chǎn)上植物線蟲通常使用化學(xué)殺線蟲劑進(jìn)行防治。熏蒸劑溴甲烷禁用后，常用殺線蟲劑有氨基甲酸酯和有機(jī)磷類殺線蟲劑，如涕滅威和噻唑磷，生物殺線蟲劑阿維菌素等。其中多種殺線蟲劑存在高毒、高殘留、抗性和殘效期長(zhǎng)等問題，被禁用或限用[5-6]。

Tioxazafen（NemaStrikeTM）為孟山都公司最新研發(fā)的一種廣譜殺線蟲劑，其作用機(jī)理新穎，對(duì)孢囊線蟲、根結(jié)線蟲和腎形線蟲等表現(xiàn)出卓越防效。

1 理化性質(zhì)與毒理學(xué)

1.1 理化性質(zhì)[7-8]

Tioxazafen常用商品名為：MON 102133 SC、NemaStrike、Acceleron N-364、Acceleron NemaStrike ST、Acceleron NemaStrike ST Soybean等。分子式：C12H8N2OS；相對(duì)分子質(zhì)量：228.27；CAS登錄號(hào)：330459-31-9；化學(xué)名稱：3-苯基-5-(噻吩-2-基)-1,2,4-二唑。其化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：

Tioxazafen純品為淺灰色固體，有芳香氣味，熔點(diǎn)為109℃，沸點(diǎn)為（390.8±34.0）℃，蒸氣壓7.76×10-5Pa（25℃）。溶解度：Tioxazafen在水中的溶解度為1.24 mg/L，在正己烷中為6.64 g/L，在甲醇中為11.1 g/L，在正辛醇中為13.3 g/L，在丙酮中為100 g/L，在乙酸乙酯中為106 g/L，在甲苯中為121 g/L，在二氯甲烷中為284 g/L（20℃）。

1.2 毒理學(xué)[7,9]

Tioxazafen低毒，大鼠急性經(jīng)口、經(jīng)皮LD50值均大于5 000 mg/kg，繁殖NOEL值60 mg/kg，急性吸入LC50值≥5.06 mg/mL。山齒鶉急性經(jīng)口LD50值為4 500 mg/kg。金絲雀急性經(jīng)口LD50值315 mg/kg。蜜蜂：急性經(jīng)口LC50值（48 h）＞0.41 μg/蜂，急性接觸LC50值（48 h）＞100 μg/蜂。魚類：虹鱒急性LC50值（96 h）值0.091 1 mg/L；羊頭魚（Cyprinodon variegates）急性LC50值（96 h）＞0.084 mg/L。水生無脊椎動(dòng)物：大型溞（Daphnia magna）EC50值（48 h，急性）＞1.2 mg/L；NOEC值（21 d，慢性）為0.005 9 mg/L。藻類：月牙藻（Pseudokirchneriella subcapitata）EbC50值0.711 4 mg/L。其他水生生物：膨脹浮萍（Lemna gibba）IC50值（7 d）＞0.954 mg/L。赤子愛蚯蚓（Eisenia andrei）慢性NOEC值為1 000 mg/kg。

1.3 環(huán)境歸趨[9]

Tioxazafen在土壤中的DT50值為48～303 d（有氧條件）、28～505 d（厭氧條件）。Koc值為2 996～10 318 mL/g。土壤中光解DT50值為26.9～220 d。在水中，DT50值為4.4～5.9 d（有氧環(huán)境）、4.4～6.0 d（厭氧環(huán)境）。水中水解DT50值為985～2 289 d，水中光解DT50值為0.19 d。

Tioxazafen揮發(fā)性較低，在土壤中通過徑流作用流入地下水中，還可以通過徑流淋溶、吸附方式殘留在地表水中。Tioxazafen主要降解物有亞氨基酰胺、苯甲脒和噻吩酸等，其中部分降解產(chǎn)物對(duì)水生植物毒性大于tioxazafen。

2 作用機(jī)理

Tioxazafen作為新型、廣譜、內(nèi)吸性種子處理非熏蒸性殺線蟲劑，擁有全新的作用機(jī)理，通過干擾線蟲核糖體的活性，引起靶標(biāo)線蟲體內(nèi)基因突變[7]，進(jìn)而發(fā)揮藥效。Tioxazafen只影響為害寄生線蟲，對(duì)非靶標(biāo)線蟲無影響[10]。

Tioxazafen懸浮劑可長(zhǎng)時(shí)間滯留在植物根部，能夠提供長(zhǎng)達(dá)75 d的持效作用，有效控制2代線蟲[7]。因tioxazafen對(duì)地下水存在污染問題，禁止在地下水位高的地區(qū)使用[10]。

另外，tioxazafen處理過的種子可能對(duì)野生動(dòng)物有害，因此播種時(shí)不能直接將處理過的種子撒播到土壤表面，且處理后的玉米和大豆種子應(yīng)播種到2.5 cm深的土壤中。Tioxazafen僅登記用于擁有全自動(dòng)種子處理裝備的工廠，使用密封的傳送和應(yīng)用裝置，禁止用于現(xiàn)場(chǎng)種子處理。種子處理和播種等相關(guān)工作人員需要適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)設(shè)備[9]。

3 應(yīng)用

Tioxazafen具有高效、廣譜的殺線蟲活性，對(duì)大豆上的大豆孢囊線蟲、根結(jié)線蟲和腎形線蟲等，玉米根腐線蟲、根結(jié)線蟲和針線蟲等，棉花腎形線蟲和根結(jié)線蟲等都具有卓越的防效[3]。Tioxazafen為內(nèi)吸性種子處理殺線蟲劑，不僅擁有全新作用機(jī)理，能夠有效防治線蟲侵害，而且能夠增強(qiáng)作物根系活力，顯著增加作物產(chǎn)量。

M.S.South等[2]2012—2014年研究發(fā)現(xiàn)，tioxazafen主要分布在作物根部區(qū)域，不會(huì)上移到營(yíng)養(yǎng)組織，tioxazafen的根部保留特性是線蟲管理的最佳選擇。大量田間試驗(yàn)研究結(jié)果表明，tioxazafen對(duì)常見大田作物的孢囊線蟲、根結(jié)線蟲和腎形線蟲引起的病害具有良好抑制效果，且優(yōu)于目前商品化產(chǎn)品。在被腎形線蟲侵染的大豆田間試驗(yàn)中，tioxazafen懸浮劑有效增強(qiáng)根系活力，作物產(chǎn)量增加468.76～535.72 kg/hm2，增產(chǎn)效果顯著優(yōu)于商品化產(chǎn)品[2]。

L.U.Elvio等[2]研究表明，tioxazafen懸浮劑防治線蟲的效果優(yōu)于常規(guī)商品化殺線蟲劑（吡蟲啉＋硫雙威），且每顆種子最佳有效成分用量分別為大豆爪哇根結(jié)線蟲（M.javanica）和最短尾短體線蟲（P.brachyurus）0.250 mg、大豆孢囊線蟲（H.glycines）和玉米南方根結(jié)線蟲（M.incognita）0.500 mg，棉花南方根結(jié)線蟲（M.incognita）0.750 mg，玉米根結(jié)線蟲（P.zeae）1.000 mg。Tioxazafen處理對(duì)作物無藥害，與對(duì)照處理相比，并未造成作物減產(chǎn)。上述結(jié)果表明，tioxazafen主要作用對(duì)象為大豆、玉米和棉花田中的線蟲，且沒有藥害風(fēng)險(xiǎn)。

2015—2017年，孟山都公司3年的田間試驗(yàn)結(jié)果表明，tioxazafen在保護(hù)作物產(chǎn)量方面表現(xiàn)優(yōu)異[5]。與對(duì)照組相比，tioxazafen處理的作物產(chǎn)量顯著增加，其中，玉米平均增產(chǎn)438 kg/hm2（n=100），大豆增產(chǎn)205.5 kg/hm2（n=113），棉花增產(chǎn)90 kg/hm2（n=51）。因各地線蟲侵染情況不同，不同試驗(yàn)地點(diǎn)測(cè)試結(jié)果略有差異[10]。

4 開發(fā)進(jìn)程

2013年，孟山都開發(fā)了tioxazafen。Tioxazafen為二取代二唑類化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎，作用機(jī)理獨(dú)特。

2015年，孟山都申請(qǐng)了tioxazafen在北美自由貿(mào)易區(qū)（NAFTA）的聯(lián)合評(píng)審。

2017年5月1日，美國(guó)環(huán)保署（EPA）批準(zhǔn)登記了82.5%tioxazafen原藥[11]和45.9%（或541g/L）tioxazafen懸浮劑[12]。作為新有效成分，其10年期的登記資料保護(hù)權(quán)將終止于2027年4月30日[3]。

EPA批準(zhǔn)登記的tioxazafen懸浮劑（NemaS-trike），用于玉米、大豆和棉花等三大作物，基于EPA登記，NemaStrike現(xiàn)已獲得美國(guó)45個(gè)州登記，將于2018年種植季上市。

NemaStrike配方組成為：tioxazafen 45.88%，表面活性劑≤3%，有機(jī)烴溶劑（CAS登錄號(hào)64742-47-8）≤3%，其它助劑≤3%，水及小分子加工成分≤46%[3]。

2017年5月1日，EPA發(fā)布tioxazafen的最大殘留限量（MRLs），其在玉米飼料、糧食、干草中MRLs值為0.02 mg/kg，棉花軋棉副產(chǎn)品、毛籽中MRLs值為0.02 mg/kg，大豆飼料、干草、豆粕和種子中MRLs值分別為0.15 mg/kg、0.30 mg/kg、0.05 mg/kg和0.04 mg/kg[13]。

Tioxazafen作為種子處理劑在大豆、玉米、棉花種子上的有效成分用量分別為0.25～0.5 mg、0.5～1.0 mg和0.5～1.0 mg，登記的最大年有效成分使用量分別為0.998 kg/hm2、0.314 kg/hm2和0.213 kg/hm2[3]。

截至2017年12月，tioxazafen未獲得歐盟和我國(guó)登記。

5 專利

Tioxazafen相關(guān)的化合物專利最初由丹麥的一家醫(yī)藥公司于2005年4月26日申請(qǐng)，作為醫(yī)藥用途，已獲美國(guó)和歐洲專利授權(quán)。因此，該專利與殺線蟲劑無實(shí)質(zhì)性知識(shí)產(chǎn)權(quán)關(guān)系。

此后，孟山都公司發(fā)現(xiàn)了包括tioxazafen在內(nèi)的一系列唑、二唑和噻二唑類化合物的殺線蟲活性，遂于2007年8月13日申請(qǐng)了相關(guān)防治線蟲的組合物專利；2008年8月13日進(jìn)一步申請(qǐng)PCT專利，并已獲多國(guó)專利授權(quán)，包括中國(guó)、美國(guó)、歐洲、加拿大、澳大利亞、日本、韓國(guó)等。由于有丹麥公司的化合物專利在先，故孟山都的專利僅為組合物專利。

Tioxazafen組合物專利：控制線蟲的組合物和方法（Compositions and methods for controlling nematodes），WO2009023721，PCT申請(qǐng)日2008年8月13日。其同族專利包括：AP2942A、AR068193A1、AU2008286879A1、AU2008266879B1、CA2699980C、BRPI0815407A2、CA2699980A1、CA2884347A1、CA2952986A1、CL2008002382A1等，共53個(gè)。中國(guó)專利有：CN101820761B、CN104054719B。美國(guó)專利為US 8435999B2[14]。

2017年3月31日，巴斯夫股份公司和巴斯夫中國(guó)有限公司對(duì)tioxazafen混合物提出PCT申請(qǐng)。專利申請(qǐng)?zhí)枺篧O2017178917；專利名稱：tioxazafen混合物的殺線蟲劑活性（Pesticidally active mixtures of tioxazafen）[15]。

6 合成化學(xué)

Tioxazafen的合成以苯腈為起始原料，經(jīng)與鹽酸羥胺反應(yīng)得N-羥基苯甲脒，再與2-噻吩甲酸甲酯經(jīng)過?；?、脫水環(huán)化后，生成3-苯基-5-(噻吩-2-基)-1,2,4-二唑，即目標(biāo)產(chǎn)物。其合成路線如下[2,16]。

劉安昌等[17]采用2-噻吩甲酰氯代替上述過程中的2-噻吩甲酸甲酯，與N-羥基苯甲脒反應(yīng)制備了tioxazafen。其合成路線如右：

7 小結(jié)

Tioxazafen作為孟山都公司最新研發(fā)的內(nèi)吸性種子處理殺線蟲劑，主要用于大豆、玉米和棉花三大作物，將成為有害生物綜合治理和線蟲抗性管理的重要工具。Tioxazafen以其全新的化學(xué)結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理，不僅能夠廣譜防治植物寄生線蟲，還可以長(zhǎng)時(shí)間滯留在作物根部，提供長(zhǎng)達(dá)75 d的持效作用，防治2代線蟲，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

[1]張楠.我國(guó)殺線蟲劑登記現(xiàn)狀及問題分析 [J].農(nóng)藥科學(xué)與管理,2017,38(7)：23-30.

[2]Slomczynska U,South M S,Bunkers G J,et al.Tioxazafen：A New Broad-Spectrum Seed Treatment Nematicide[C]//Bunkers G J.Development of Tioxazafen as a Next-generation Seed treatment Nematicide.Washington：Phytopathology,2015：129-147.

[3]柏亞羅.最新殺線蟲劑、全新化學(xué)結(jié)構(gòu)——孟山都tioxazafen全球首發(fā) [DB/OL].[2017-12-18].http：//www.agroinfo.com.cn/other_detail_4529.html.

[4]Dong L Q,Zhang K Q.Microbial Control of Plant-parasitic Nematodes：A Five-party Interaction[J].Plant&Soil,2006,288(1/2)：31-45.

[5]PR Newswire.孟山都公司Nemastrike Technology獲美環(huán)保署批準(zhǔn) [DB/OL].[2017-12-18].http：//www.prnasia.com/story/177107-1.shtml.

[6]江緒文,李賀勤.植物內(nèi)生菌防治植物寄生線蟲的研究進(jìn)展[J].生物技術(shù)通報(bào),2014(9)：7-12.

[7]Royal Society of Chenmistry.Tioxazafen[DB/OL].[2017-12-19].http：//www.chemspider.com/Chemical-Structure.606158.html.

[8]EPADepartmentofAgriculture.NewActiveIngredientReview：Tioxazafen[DB/OL].[2017-12-19].http：//www.mda.state.mn.us/chemicals/pesticides/regs/～/media/Files/chemicals/reviews/nair-tioazafen.pdf.

[9]Health Canada Pest Management Regulatory Agency.Tioxazafen and MON 102133 SC Nematicide Seed Treatment[FB/OL].[2017-07-06].http：//publications.gc.ca/collections/collection_2017/sc-hc/H113-9/H113-9-2017-10-eng.pdf.

[10]Monsanto Company.New Technology to Manage Nematodes[DB/OL].(2017-07-06).[2017-12-19].http：//www.channel.com/agronomics/Pages/New%20Technology%20to%20Manage%20Nematodes-170525070413.aspx.

[11]US EPA.Pesticide Product Label,Tioxazafen Technical(Wetcake)[EB/OL].[2017-12-18].https：//www3.epa.gov/pesticides/chem search/ppls/000524-00623-20170501.pdf.

[12]US EPA.Pesticide Product Label,MON 102133 SC;Nematicide Seed Treatment[EB/OL].[2017-12-18].https：//www3.epa.gov/pesticides/chem_search/ppls/000524-00624-20170501.pdf.

[13]Environmental Protection Agency.Tioxazafen;Pesticide Tolerances[J].Federal Register,2017,82：20279-20284.

[14]Williams D J,Dimmic M W,Haakenson J R,et al,Compositions and Menthods for Controlling Nematodes：US,8435999B2[P].2009-02-19.

[15]Bas E,Edgington T,Wilhelm R,et al.Pesticidally Active Mixtures of Tioxazafen：WO,2017178917A1[P].2017-10-19.

[16]Dahl B H,Peters D,Olsen A M,et al.Novel Oxadizaole Derivatives and Their Medical Use：US,2009312347A1[P].2009-12-17.

[17]劉安昌,馮佳麗,賀曉露,等.新型殺線蟲劑Tioxazafen的合成[J].農(nóng)藥,2014,53(8)：561-563.