三唑類殺菌劑作用機理和殘留檢測技術(shù)分析研究

楊 森

(畢節(jié)職業(yè)技術(shù)學院,貴州 畢節(jié) 551700)

殺菌劑的出現(xiàn)要比殺蟲劑、除草劑晚很多年，1934年法國波爾多城的農(nóng)民使用硫酸銅的堿性溶液防治葡萄灰霉病時產(chǎn)生了第一個非商品化的無機殺菌劑—波爾多液。后來隨著化學合成農(nóng)藥的不斷發(fā)展，尤其是有機化學的發(fā)展為農(nóng)藥的合成開辟了“康莊大道”，在1998年開發(fā)合成了福美雙，實現(xiàn)了無機殺菌劑到有機殺菌劑的過渡，為各類殺菌劑的發(fā)展開拓了美好的市場前景[1-2]。20世紀70年代以前使用的基本上都是傳統(tǒng)型保護性殺菌劑，該類殺菌劑只表現(xiàn)為殺菌作用，后來隨著抗性的發(fā)展，在防治植物病害方面效果不明顯[3-4]，因此，研發(fā)高效、廣譜、毒性低的綠色農(nóng)用殺菌劑已成為未來發(fā)展的趨勢。

近年來，開發(fā)出來的殺菌劑按照化學結(jié)構(gòu)的分類主要有三唑類、甲氧基丙烯酯類、苯胺基嘧啶類、酰胺類、氨基酸衍生物、咪唑啉酮類八大類殺菌劑，這些殺菌劑都有著活性高、作用機理獨特，對于難以防治的病害如稻瘟病、立枯病等有特效[5]。對于三唑類殺菌劑而言，不僅具有上述殺菌劑共有的特性，而且能起到治療和保護的作用，對植物無害，使用方便，施用時可葉面噴霧，也可拌種施用，用量低，因具有內(nèi)吸、廣譜、作用機理獨特等優(yōu)點使其在農(nóng)藥分子設(shè)計領(lǐng)域受到人們廣泛關(guān)注。由于三唑類農(nóng)藥屬于N-1-取代-1.2.4三唑類化合物，是一類有機含氮雜環(huán)類農(nóng)藥，在防病方面主要是發(fā)揮內(nèi)吸功能，通過植物的根部吸收，隨蒸騰作用運輸?shù)街参矬w的各個部分。因此，研究討論三唑類殺菌劑的作用機理、生物活性、殘留分析以及應用等有其現(xiàn)實意義，為開發(fā)綠色環(huán)保、高效低毒的三唑類殺菌劑梳理主線，可供研究開發(fā)新穎三唑類殺菌劑尋找研究線索。

1 三唑類殺菌劑的種類

近30年以來，相繼開發(fā)出來的三唑類殺菌劑有三唑酮、三環(huán)唑、腈菌唑、環(huán)唑醇、環(huán)氧菌唑、四氟醚唑、己唑醇、環(huán)唑醇、葉菌唑等，這些殺菌劑大多數(shù)為美國杜邦公司、日本住友和德國拜耳公司研制開發(fā)[6]。該類殺菌劑的用藥劑量、適用于何種作物、主要可以防治的病害以及特點(表1)。

表1 三唑類殺菌劑信息介紹

續(xù)表

2 三唑類殺菌劑的作用機理

三唑類化合物含有含氮雜環(huán)，該氮原子可以與細胞色素P-450的鐵離子精密結(jié)合，對植物能起到抗菌活性和植物生長調(diào)節(jié)的功能，而三唑類殺菌劑就是基于三唑類化合物的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上通過化合合成而來，有研究表明：三唑類化合物與細胞色素P-450的結(jié)合程度與殺菌活性和抑制脫甲基活性一致，另外該類化合物還具有降低植物體中赤霉素的活性功能，如在植物體中添加赤霉素可恢復其抑制生長作用，因此，該類化合物具有阻礙植物體中赤霉素的生物合成作用，從而抑制其生長發(fā)育。其作用機理可以總的歸納為四種類型(圖1)。

圖1 三唑類殺菌劑的作用機理

2.1 破壞細胞的功能和結(jié)構(gòu) 三唑類化合物中赤霉素可作用于真菌細胞壁，使細胞壁變薄而功能缺失，最終導致細胞膜裸露后滲透壓滲漏，除此以外，該類化合物還會影響真菌質(zhì)膜的生物合成，例如氟喹唑、腈菌唑和硅氟唑是一種脫甲基化抑制劑，破壞和阻止病菌的細胞膜重要組成成分麥角甾醇的生物合成，導致細胞膜不能形成，己唑醇可破壞和阻止病菌的細胞膜重要組成成分麥角甾醇的合成，徐崢等[7]研究納他霉素時發(fā)現(xiàn)，該種殺菌劑可作用于質(zhì)膜中的麥角甾醇，破壞細胞質(zhì)膜后造成滲漏現(xiàn)象，因而起到殺菌的作用，因此，多數(shù)三唑類殺菌劑是破壞細胞膜的組成成分麥角甾醇的合成而發(fā)揮作用。

2.2 影響細胞能量的產(chǎn)生 三唑類殺菌劑的活動場所最終是在線粒體中產(chǎn)生分解代謝，而細胞的高能量(ATP)的合成場所受到“競爭”，能量的合成不能正常進行，從而導致能量合成受阻，最終菌體耐以生存的糖類、蛋白質(zhì)的能量供應不足而導致細胞生長發(fā)育遲緩或死亡。

2.3 影響真菌體內(nèi)酶的合成和活性 酶是一種特殊催化劑，能控制或影響大多數(shù)生化反應的發(fā)生，如果酶失去活性，則反應效率會降低。例如三環(huán)唑是一種黑色素合成還原酶抑制劑，可用來防止水稻稻瘟病，該類病害中的病原菌黑色素是細胞的一種必須結(jié)構(gòu)，當受到三環(huán)唑作用后可抑制其合成，從而產(chǎn)生作用[8]。

2.4 對作物生長的調(diào)節(jié)作用 三唑類殺菌劑具有一種獨特的性質(zhì)—對作物的生長具有誘導調(diào)節(jié)生長作用，這是其他類別的殺菌劑不具有的特殊性質(zhì)，可以提高植物體對不良環(huán)境的生理適應能力，該類藥劑可抑制赤霉素的生物合成，誘導細胞分裂，從而控制植物的生長發(fā)育、矮化了植物，因而可以增加植物的抗倒伏能力。李偉龍使用戊唑醇作用于番茄上前期表現(xiàn)為抑制作用，后期發(fā)現(xiàn)該藥劑的抑制作用還表現(xiàn)在根上，能促進根的生長，同時能保護組織中的綠色色素，番茄葉片的含水量會增加[9-10]。

3 三唑類殺菌劑的檢測分析

目前，對于三唑類殺菌劑的檢測方法很多，主要有高效液相色譜法[11-12]、氣相色譜法[13-17]、HPLC-MS/MS 法[18]、GC- MS/MS 法[19]、分子印跡技術(shù)[20-21]等分析方法，表2列舉出了幾種常用的檢測方法，并對10余種三唑類殺菌劑常用檢測方法進行了信息匯總，以供檢測三唑類殺菌劑查詢使用。

表2 三唑類殺菌劑殘留的檢測方法、回收率、檢出限及相對標準偏差

續(xù)表

除了上述主要檢測方法以外，目前對于三唑類殺菌劑的檢測方法還有中空纖維膜液相微萃取-GC -MS 法、分散液—液微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法、氣相色譜-負化學離子源質(zhì)譜法等分析方法。其中液相色譜法具有準確度高、操作方法簡單、線性范圍寬等優(yōu)點；氣相色譜法具有檢測成本低、樣品檢測周期短、可對批量樣品快速檢測等優(yōu)點；HPLC-MS/MS具有前處理簡單、靈敏度高、多種三唑類殺菌劑同時殘留測量的優(yōu)點；GC- MS/MS具有準確性和精密度高、選擇性強、檢出限低，能有效降低基質(zhì)的干擾等優(yōu)點；分子印跡磁性固相GC- MS具有重現(xiàn)性好、多殘留同時測定、結(jié)果準確等優(yōu)點；MI-MDSPE-LC- MS/MS具有制備印跡材料簡單、適用于三唑類多殘留檢測的優(yōu)點?，F(xiàn)在對于三唑類殺菌劑的檢測技術(shù)主要是氣相色譜法，但聯(lián)用技術(shù)的使用可以滿足多殘留進行分析檢測的要求。

4 應用前景

從三唑類殺菌劑的開發(fā)以及用途上可知，雖然三唑類殺菌劑的運用已有30余年的歷史，或者部分藥劑具有抗性問題，但是該類殺菌劑還具有巨大的潛在開發(fā)價值，因此，在開發(fā)該類化合物的研究中，要瞄準國際前沿，可思考在藥物新靶標和分子設(shè)計以及RNAi新農(nóng)藥干擾技術(shù)來達到阻止病害入侵，切斷信息傳遞的途徑，基于這一思想，貴州大學校長宋寶安院士提出的要多學科交叉融合、新技術(shù)之間交叉集成，秉承生態(tài)為根、農(nóng)藝為本的新植保理念，在結(jié)構(gòu)式上進一步優(yōu)化，可在三唑類殺菌劑制備成金屬配合物的合成路線上進行深入研究，則新穎三唑類殺菌劑將不斷誕生。而且由上述可見，在檢測三唑類殺菌劑方法上多用氣相色譜法和液相色譜法，但綜合聯(lián)用技術(shù)能滿足多組分同時分析的要求，對三唑類殺菌劑如何提高植物抗逆性分子機制的研究具有潛在的市場前景。在作用機理上主要體現(xiàn)在影響細胞的結(jié)構(gòu)和功能，從而導致細胞的組成物質(zhì)合成受阻，能量缺失、酶的活性不能體現(xiàn)。雖然三唑類殺菌劑對多種病害有很好的防治效果，但也存在抗性問題，對于該類藥物的環(huán)境行為的研究力度不夠、對三唑類殺菌劑的微生物代謝途徑、微生物對手性三唑類殺菌劑的對映體降解過程中其關(guān)鍵作用酶的機理研究存在片面性[22]，在作物上的篩選應用有待加強。