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  • [资讯] 灭蝇胺在莴笋和油麦菜中残留消解及膳食风险评估
    灭蝇胺(cyromazine)(图1),又名环丙氨嗪,是一种选择性昆虫生长调节剂,具有内吸传导作用,对双翅目昆虫的卵及幼虫有特殊生物活性,可使幼虫在形态上发生畸变,不能正常化蛹。目前,主要用于防治黄瓜、菜豆、姜、韭菜、食用菌和花卉上的双翅目害虫,也可用于控制动物厩舍内的苍蝇。毒理学研究表明,灭蝇胺可导致老鼠乳腺癌的发生,进一步研究发现其与其他产生乳腺肿瘤的类似物在结构上有一些相似之处。因此,灭蝇胺被美国环境保护署(EPA)列为C类致癌物(潜在致癌物)。为保证食品安全,许多国家和组织已先后制定了灭蝇胺在农产品中的最大残留限量(MRL)标准。我国GB 2763—2019《食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》已经制定了灭蝇胺在黄瓜、葱等农产品中20余项限量标准。 目前,有关灭蝇胺在农作物中的残留消解及其膳食风险评估研究较少。张锋锋等研究了灭蝇胺在菜豆上的残留及消解规律,结果表明灭蝇胺在菜豆中消解较快,半衰期为3.2~6.1 d,推荐剂量下使用,安全间隔期为7 d。陈丽萍研究表明灭蝇胺在菜用大豆上的半衰期为5.6~6.1 d,在末次施药后15 d,菜用大豆最终残留量低于我国规定的豆类的MRL值(0.5 mg/kg)要求。毛江胜等对灭蝇胺在韭菜中的残留量进行了检测并对灭蝇胺在韭菜中的膳食风险进行了评估。Zhao等采用液质联用测定了双孢菇中灭蝇胺的残留量并进行了膳食风险评估,结果表明虽然灭蝇胺在双孢菇培养基中降解较慢(半衰期为38.5~53.3 d),但膳食风险结果表明双孢菇中灭蝇胺残留量不会对人体健康产生影响。魏茂琼等研究了两种浓度的灭蝇胺在平菇培养料中的消解动态规律,结果表明灭蝇胺在培养料中的消解半衰期为22.5~24.2 d。蔡春平等研究表明灭蝇胺在银耳中的降解半衰期为5.6 d,银耳采收时灭蝇胺的残留量符合日本肯定列表制度要求。 目前,中国正在开展灭蝇胺在莴笋和油麦菜中的限量制定工作,而有关灭蝇胺在莴笋和油麦菜中的残留消解及对我国居民的膳食风险研究均未报道。本研究通过1年两地的田间试验,研究了灭蝇胺在莴笋和油麦菜中的残留消解及残留量,结合灭蝇胺在我国登记情况和我国居民的人均膳食结构,对普通人群的膳食风险进行了评估。 1 材料与方法 1.1 材料和试剂 99 . 2%灭蝇胺标准品,德国Dr . Ehrenstorfer公司;氯化钠(分析纯)、乙酸铵(分析纯)、甲酸(色谱纯),国药集团化学试剂有限公司;乙腈(色谱纯),美国赛默飞世尔科技公司;C18填料(40~60μm),天津博纳艾杰尔科技有限公司;有机滤器(0.22 μm),美瑞泰克科技有限公司;纯净水,广州屈臣氏食品饮料有限公司。 1.2 仪器 LCMS-8030高效液相色谱串联质谱仪,日本岛津公司;MTV-100多管漩涡混合仪,杭州奥盛仪器有限公司;Sorvall ST16台式通风型离心机,美国Thermo Fisher公司;艾柯Exceed-Cd-08实验室超纯水机,成都唐氏康宁科技发展有限公司;AL204电子天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。 1.3 分析方法 LCMS-8030液相色谱质谱联用仪;色谱柱:ACCL RSLCPA2色谱柱(100 mm×2.1 mm,2.2μm);样品室温度:15℃;进样体积:2 μL;流动相:0.1%甲酸水溶液+乙腈(体积比95∶5);流速:0.4mL/min;质谱条件:电喷雾离子源(ESI);加热块温度:400℃;干燥气温度:250℃;干燥气流量:15L/min;雾化气流量:3 L/min;反应气(Ar)压力:230kPa;采集方式:多反应监测模式;灭蝇胺母离子:167.10 m/z;子离子:125.10 m/z(定量)、108.10 m/z(定性),碰撞能量20 eV。 1.4 田间试验设计 按照NY/T 788—2004《农药残留试验准则》和《农药登记残留田间试验标准操作规程》要求设试验小区,小区面积30 m2,重复3次,随机排列,小区间设保护带,另设对照小区。50%灭蝇胺可溶性粉剂在莴笋和油麦菜上防治斑潜蝇的推荐使用剂量为112.50~168.75 g/hm2,在斑潜蝇发生初期使用,施药1~2次。 1.4.1 消解动态试验 在消解动态试验中,按有效成分253.125 g/hm2(推荐最高剂量的1.5倍)的用量施药于作物生长期,喷雾1次。分别于施药后当天,1、3、5、7、10、14、21 d采集莴笋和油麦菜样品。在试验小区内用随机的方式采样,每次在每小区选择10个以上采样点采集2 kg以上生长正常的莴笋和油麦菜样品(所有地上部分),去除明显腐坏、萎蔫、枯老部分的茎叶,装入样本容器中包扎妥当。将田间采集的样本用不锈钢刀切成1~2 cm大小的碎块,并于不锈钢盆中充分混匀。用四分法缩分样品,分取两份150 g的样品,分别装入封口袋中,并贴好标签,放入-20℃低温冰柜中贮存。 1.4.2 最终残留试验 设2个施药剂量:低剂量按有效成分为168.75g/hm2(推荐最高剂量)的用量,高剂量按有效成分为253.125 g/hm2(推荐最高剂量的1.5倍)的用量,各设2次和3次施药,施药间隔7 d。末次施药后间隔3、5、7 d采集莴笋(莴笋叶、莴笋茎)和油麦菜样品。样品采集及制备同动态样品。 1.5 样品处理 将样品用食品调理仪进行粉碎,准确称取样品10.0 g至50 mL具塞塑料离心管内,加入10 mL乙酸铵-乙腈(体积比1∶4)混合溶液,2 500 r/min涡旋5 min,4 000 r/min离心5 min,取全部上清液转移至容量瓶中;再加入7 mL乙酸铵-乙腈(体积比1∶4)混合溶液,重复上述操作,再次收集全部上清液至容量瓶中,并用乙酸铵-乙腈(体积比1∶4)混合溶液定容至25 mL,摇匀;静置后,取上清液过0.22 μm有机系滤膜,待检测。 1.6 风险评估 膳食暴露和风险评估采用以下公式计算: 式中:NEDI为国家估算每日摄入量,mg/(kg bw);Fi为食物摄入量,kg;STMRi为第i类初级食用农产品的;bw为中国居民的平均体重,kg;RQ为风险商,%;ADI为每日允许摄入量,mg/(kg bw)。RQ值越高表示接触农药的风险越高;RQ>1表示对人类健康的风险不能接受。 1.7 方法验证 取适量灭蝇胺母液,用乙腈稀释配得100 mg/L标准混合溶液。分别用乙腈和莴笋叶、莴笋茎和油麦菜空白基质梯度稀释配得10、1、0.5、0.1、0.02mg/L,在1.3节色谱条件下进行测定。在空白莴笋叶、莴笋茎中添加0.05、0.2、4、10 mg/kg灭蝇胺标准品;在空白油麦菜中添加0.05、0.2、4、20 mg/kg灭蝇胺标准品,每个质量分数5次平行试验。按1.5节方法进行提取、净化,按1.3节色谱条件进行检测,测定回收率及相对标准偏差。 2 结果和讨论 2.1 提取方法选择 灭蝇胺微溶于水,稍溶于甲醇,属于极性化合物,水溶液呈弱碱性,因此提取溶剂一般都选用极性较强的有机溶剂或缓冲溶液。本试验比较了甲醇-水、乙腈-水、乙酸-乙腈和乙酸铵-乙腈等不同种类和混合比例的提取溶剂的提取效果,最终选择乙酸铵-乙腈水溶液(体积比1∶4)为提取溶剂,回收率和相对标准偏差均能得到预期的结果。 2.2 方法线性范围及基质效应 结果表明(表1),在0.02~10 mg/L范围内,灭蝇胺在乙腈和样品空白基质溶液中定量离子峰面积与进样质量浓度间均呈良好的线性关系,相关系数(r)都大于0.998 4。灭蝇胺在莴笋和油麦菜各基质中方法定量限均为0.05 mg/kg。 采用基质标准曲线斜率和溶剂标准曲线斜率之比(k)来评价基质效应:当k>1.1时为基质增强效应;k<0.9为基质减弱效应,而当k在0.9~1.1之间时为基质效应不明显。由表1可知,灭蝇胺在在油麦菜中基质效应不明显,而在莴笋叶和莴笋茎基质中基质效应为基质减弱。为保证方法的通用性和适用性,莴笋叶和茎采用在基质匹配标准溶液校正消除基质效应影响。 2.3 添加回收试验 本试验通过在莴笋和油麦菜中添加灭蝇胺的回收率试验来评断方法的准确度和精密度(表2)。试验结果表明,灭蝇胺在各基质中平均回收率为90%~104%,相对标准偏差为1%~11%,符合SANTE/11813/2017欧盟指导方针要求平均回收率在70%~120%、相对标准偏差小于20%的要求。 2.4 灭蝇胺在莴笋和油麦菜中的消解试验 图2、图3显示了在田间条件下灭蝇胺在莴笋和油麦菜中的消解曲线。消解试验结果表明(表3),按照有效成分为253.125 g/hm2(推荐最高剂量的1.5倍)剂量施药,灭蝇胺在山东保护地和浙江露地莴笋中原始沉积量分别为3.89 mg/kg和8.51 mg/kg;在油麦菜中分别为5.57 mg/kg和9.73 mg/kg。两地莴笋和油麦菜中灭蝇胺原始沉积量差异较大。分析原因,可能与施药时不同栽培品种的生长条件及各地种植习惯有关。灭蝇胺在两地莴笋和油麦菜中半衰期为分别为6.9~7.7 d和6.1~9.6 d,且差异不大。张锋锋等和陈丽萍等研究表明,灭蝇胺在菜豆和菜用大豆中半衰期分别为3.2~6.1 d和5.6~6.1 d,与本试验结果相近,说明灭蝇胺在蔬菜中降解较快。 2.5 灭蝇胺在莴笋和油麦菜中的最终残留量及膳食风险评估 灭蝇胺在莴笋和油麦菜中最终残留量如表4所示,灭蝇胺在莴笋叶和油麦菜菜种残留量较高,而在莴笋茎中残留较少,这可能与叶类蔬菜表面积较大,着药量比较高有关。考虑到莴笋和油麦菜等属于生长较快的蔬菜,本研究根据采收间隔3 d采样品中灭蝇胺残留数据来评估灭蝇胺的长期膳食风险。灭蝇胺在莴笋叶、莴笋茎和油麦菜3 d采收间隔的残留中值分别3.92、0.187、4.67 mg/kg。莴笋和油麦菜同属深色蔬菜,本次评估选用最大的残留中值4.67mg/kg进行评估。根据中国健康与营养调查总结报告,中国成年人每天所有深色蔬菜的摄入量为0.091 5kg。参考我国GB2763—2019《食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》,灭蝇胺ADI值为0.06mg/(kg bw)。中国居民的平均体重为63 kg。根据1.6中公式(1)计算普通人群灭蝇胺的国家估算ADI值为0.007 mg/(kg bw)。因此,灭蝇胺的RQ值为0.113,远低于1。基于风险评估最大化原则,本次评估不仅考虑莴笋和油麦菜两种蔬菜,而且对灭蝇胺所有登记作物均进行膳食风险评估。查询中国农药信息网可知,灭蝇胺在中国已登记韭菜、黄瓜、菜豆、姜等4种作物。将所有登记作物进行膳食分类和限量查询后,结果汇总于表5。灭蝇胺在所有登记作物中RQ值为0.162,低于1。因此,灭蝇胺在菜薹中的残留量对我国一般人群健康的影响是在一个可接受的风险水平。 3 结论与讨论 本文建立了灭蝇胺在莴笋和油麦菜中的残留分析方法。方法线性,准确度、精密度均满足残留检测要求。应用此方法对两地莴笋和油麦菜样品中灭蝇胺进行了检测,并对灭蝇胺的膳食风险进行了评估。膳食风险评估结果表明,莴笋和油麦菜中灭蝇胺的残留量不会对我国一般人群健康产生影响。目前,我国GB2763—2019《食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》未制定莴笋和油麦菜中灭蝇胺的最大残留限量,其他国家或组织亦未制定灭蝇胺在莴笋和油麦菜中的最大残留限量。本试验结果为我国制定灭蝇胺在莴笋和油麦菜中最大残留限量提供了数据参考。 灭蝇胺在莴笋和油麦菜中的残留消解符合一级动力学方程,其在莴笋和油麦菜中的半衰期为分别为6.9~7.7 d和6.1~9.6 d。鉴于农药在作物中的降解趋势受多种因素影响,降雨、光、热、pH、湿度等物理化学因素都会对农药在植物体内的降解起着重要作用,而本试验只进行一年两地的消解试验,结果有一定的局限性,后期需要做更深入研究。
  • [资讯] 杀螨剂的现状及研究进展
    农业害螨是一类植食性的节肢动物,属节肢动物门(Arthropoda)、蛛形纲(Arachnida)、蜱螨目(Arachnoidea)。其具有形体微小、活动范围广、繁殖快、世代周期短、强耐药性等特点。农业害螨是世界上公认的难以防治生物类群之一。在我国农业害螨有40余种,其中较为常见的螨害主要有叶螨和瘿螨,其对果树、蔬菜、花卉等经济作物有极强的破坏能力。每年用于防治植食性害螨的农用杀螨剂数量与销售额在农用杀虫杀螨剂中仅次于鳞翅目(Lepidoptera)和同翅目(Homoptera)居第三位。 杀螨剂是现代农业防治害螨的主要手段。但是近年来杀螨剂新品种上市少,很多品种已使用多年并且多种杀螨剂品种存有交互抗性,并且由于人为使用不当等原因,农业害螨抗药性问题日趋严重。因此开发结构新颖、作用机制独特的新型高效杀螨剂,合理使用杀螨剂,成为农业害螨的防治关键。本文将就现有的杀螨剂及正在研发中的杀螨剂做相关综述,为相关研发人员提供参考。 1 现有杀螨剂 根据中国农药信息网杀螨剂登记信息显示,我国已登记的现有杀螨剂在结构上主要有:有机锡类、甲脒类、氨基甲酸酯类、有机硫代磷酸脂类、苯甲酰基类、吡啶类、噻唑类、噻嗪类、四嗪类、吡唑类、吡咯类、喹唑啉类、恶唑啉类、侨联二苯类等。其中按来源分类又可分为人工合成产物及天然产物两大类,共计40余种化合物。 1.1 人工合成类杀螨剂 1.1.1 有机锡类 已登记的有机锡类杀螨剂有苯丁锡和三唑锡两种(图1),其分子式分别为C60H78OSn2和C20H35N3Sn。苯丁锡及三唑锡为长效感温型杀螨剂,均具有良好的触杀作用及胃毒作用。此外,苯丁锡还具备内吸及渗透作用。其主要通过所含的锡元素来破坏害螨神经系统来达到防治效果。在防效方面,三唑锡对防治螨卵、幼螨、若螨和成螨均表现良好且抗药性仍处于低抗性水平。苯丁锡的杀螨能力及害螨抗性与三唑锡类似,但对螨卵效果不佳。根据登记信息得知三唑锡主要用于防治柑橙树、山楂树、梨树等作物上的红蜘蛛、白蜘蛛、全抓螨及绣壁虱等植食性害螨。苯丁锡主要用于柑橘树红蜘蛛、柑橘树绣壁虱、苹果树红蜘蛛的防治。三唑锡25%可湿性粉剂1 000倍液及苯丁锡50%可湿性粉剂2 000倍液在适当的时间后防效可达98%以上。目前,有机锡类杀螨剂的施药方式均为喷雾,在使用苯丁锡或三唑锡时还应注意与碱性农药混用会使药效下降,并对蜜蜂、家蚕、赤眼蜂、鱼类等有益生物有毒。苯丁锡和三唑锡最长登记有效期均至2024年12月左右。 1.1.2 甲脒类 已登记的甲脒类杀螨剂有单甲脒和双甲脒两种(图2),其分子式分别为C10H14N2和C19H23N3。单甲脒和双甲脒为中低毒、广谱、高效、感温型杀虫杀螨剂,具有触杀、熏蒸、胃毒等多种杀螨作用,但在20℃以下时杀螨效果较差。单甲脒和双甲脒对螨卵、幼螨、若螨和成螨均有良好的防治效果,25%单甲脒水剂及200 g/L双甲脒乳油的1 000倍液防效均可在90%以上。双甲脒的杀螨机制主要通过抑制害螨单胺氧化酶活性,激活腺苷酸环化酶,引起神经的强兴奋,最终使害螨麻痹死亡来达到防治效果。登记信息显示,单甲脒和双甲脒的施药方式均为喷雾,并且不能与碱性农药混合使用。此外,双甲脒在与对硫磷一起混合施用时还可能产生药害。单甲脒及双甲脒最新登记有效期分别至2024年7月和2024年9月。 1.1.3 氨基甲酸酯类 已登记的氨基甲酸酯类杀螨剂有联苯肼酯、异丙威、硫双威、甲萘威(图3),分子式依次为:C17H20N2O3、C11H15NO2、C10H18N4O4S3、C12H11NO2。联苯肼酯、异丙威、硫双威、甲奈威均为杀虫杀螨剂,具有触杀及胃毒作用,同时异丙威还具有植物内吸传导性。在杀螨机制方面,除联苯肼酯是以抑制γ-氨基丁酸(GABA)受体以及抑制线粒体的呼吸作用为主外,其他的均以抑制乙酰胆碱酯酶(AchE)为主要杀虫杀螨机制。联苯肼酯对害螨的各个生活阶段均具有防治效果,但对成螨致死速度较慢。登记信息显示,联苯肼酯以防治草莓、木瓜的二斑叶螨,玫瑰、辣椒的茶黄螨,以及苹果树、柑橘树红蜘蛛等为主要功能,其43%悬浮剂3 000倍液防效可在94%以上。异丙威、硫双威、甲奈威虽具有杀螨活性,但登记信息以杀虫剂为主。在施用方法上,氨基甲酸酯类杀虫杀螨剂均可采用喷雾的方式施药。此外,异丙威还可以喷粉、点燃放烟,甲萘威还可以撒施。联苯肼酯最新登记日期至2024年9月21日。 1.1.4 有机硫代磷酸酯类 已登记的有机硫代磷酸酯类杀螨剂共有10种,即二嗪磷、喹硫磷、乐果、伏杀硫磷、水胺硫磷、氧乐果、甲拌磷、三唑磷、马拉硫磷、丙溴磷(图4)。其分子式依次是:C12H21N2O3PS、C12H15N2O3PS、C5H12NO3PS2、C12H15ClNO4PS2、C11H16NO4PS、C5H12NO4PS、C7H17O2PS3、C12H16N3O3PS、C10H19O6PS2、C11H15BrClO3PS。以上10种有机硫代磷酸酯类杀虫杀螨剂均具有触杀及胃毒作用,部分如二嗪磷、马拉硫磷,具有熏蒸作用。二嗪磷、乐果、氧乐果、甲拌磷具备程度不等的内吸性,喹硫磷、水胺硫磷、丙溴磷具有良好的渗透作用。在杀虫杀螨机制方面,以上10种杀虫杀螨剂均通过抑制乙酰胆碱酯酶活性实现防治效果。登记信息显示,目前除部分有机硫代磷酸酯类杀虫杀螨剂主要用于棉花上害螨的防治外,其他均以杀虫为主要功效。在施用方法上除甲拌磷以拌种、浸种外,其他杀螨剂均可采用喷雾方式施药。此外,乐果还可以喷粉施药,二嗪磷和丙溴磷还可进行沟施。在施用有机硫代磷酸酯类杀螨剂时还应注意该类农药对蜜蜂、鱼类、家蚕均有毒,并且不能与碱性物质同时施用。 1.1.5 其他含杂环类 除以上登记的各型杀螨剂外,还有其他15种性能各异的含杂环的杀螨剂,即氟啶胺、啶虫脒、噻螨酮、噻虫胺、四螨嗪、噻嗪酮、喹螨醚、乙螨唑、虫螨腈、唑螨酯、乙唑螨腈、腈吡螨酯、螺虫乙酯、螺螨酯、哒螨灵。 (1)氟啶胺。其分子式为C13H4Cl2F6N4O4,其化学结构式见图5(1),是最初由日本石原株式会社在1990年开发的吡啶类广谱保护性杀菌剂。氟啶胺具有保护性,略微带有治疗及内吸性。进一步研究发现氟啶胺具有杀螨卵和杀幼螨能力。从机制上,氟啶胺实为解偶联试剂通过分子中氨基的质子化与去质子化来改变线粒体内膜对质子的通透性并提高sod2转录水平干扰线粒体呼吸作用,最终造成害螨死亡。氟啶胺作为杀螨剂时对叶螨及绣壁虱均有良好效果。其500 g/L悬浮剂防治效果在95%以上,但气温小于20℃时效果较差。中国农药信息网显示,氟啶胺作杀菌杀螨剂登记持有人为柳州惠农农化工有限公司,施药方式为喷雾,并且该药对鱼类有毒。其最新登记有效期至2021年8月30日。 (2)啶虫脒。其分子式为C10H11ClN4,其化学结构式见图5(2),属于吡啶甲胺新烟碱类低毒杀虫剂,并具有一定的杀螨活性。啶虫脒具有触杀作用及植物内吸传导性。在杀虫杀螨机制方面,啶虫脒分子可与乙酰胆碱受体特异结合,使其神经过度兴奋,最终使害虫害螨麻痹死亡。啶虫脒田间施药主要以喷雾进行。另外,在使用时应注意啶虫脒不能与碱性农药一起施用,并且啶虫脒对蜜蜂及家蚕有毒。其最新登记有效期至2024年。 (3)噻螨酮。其分子式为C17H21ClN2O2S,化学结构式见图5(3),是由日本曹达公司通过化合物筛选研究得到的一种噻唑类高效广谱低毒杀螨剂。噻螨酮具有良好的植物表皮穿透性,但不具有内吸传导性。噻螨酮对螨卵、幼螨及若螨均有良好的防治效果,但对成螨无效,并且环境温度对噻螨酮的杀螨活性影响不大。其对全抓螨和叶螨有良好的杀螨效果。中国农药信息网数据显示,噻螨酮登记防治对象主要为柑橙树、棉花、苹果树、山楂树红蜘蛛,其5%乳油1 500倍液防效可达94%以上,主要以喷雾方式进行施药,同时在使用时应注意不能与碱性农药一起施用,并且噻螨酮对蜜蜂及家蚕有毒。噻螨酮最新登记有效期至2024年12月。 (4)噻虫胺。其分子式为C6H8ClN5O2S,化学结构式见图5(4),属于噻唑类低毒杀虫剂,其本身具有一定的杀螨能力。噻虫胺具有触杀作用及胃毒作用,并具有渗透性及植物内吸传导性。从机制上,噻虫胺为神经系统激动剂,作用在烟碱型乙酰胆碱受体,造成神经过度兴奋,最终使害虫害螨麻痹死亡,并且与常规农药均无交互抗性。噻虫胺以拌种、撒施等方式进行施药。此外,使用时应注意噻虫胺对蜜蜂及家蚕有毒。 (5)四螨嗪。其分子式为C14H8Cl2N4,化学结构式见图5(5),由沈阳化工研究院与南通第三化工厂研制。四螨嗪是一种四嗪类、非内吸性、高效且长效、低毒的杀螨剂,具有触杀作用及较强的亲酯渗透力。从机制上,四螨嗪是一种接触性杀螨卵剂,可造成其蛹期不正常发育。四螨嗪对螨卵、幼螨及若螨均有防治效果。中国农药信息网信息显示,四螨嗪的主要防治对象为苹果树、柑橘树、梨树等作物上的红蜘蛛和全抓螨,其20%悬浮剂2 000倍液的防效在80%以上。四螨嗪的施药方式为喷雾。此外,在施用时应注意四螨嗪不能与碱性农药一起使用,并且与唑螨酮存有交互抗性,对家蚕、蜜蜂、鱼类有毒。四螨嗪最新登记有效期至2024年11月。 (6)噻嗪酮。其分子式为C16H23N3OS,化学结构式见图5(6),为噻嗪类低毒杀虫剂,具备一定的杀螨能力。噻嗪酮具有触杀作用及胃毒作用,主要通过干扰害虫、害螨新陈代谢,同时抑制几丁质合成酶类甲壳素的合成达到防治作用。噻嗪酮的施药方式为喷雾,同时不能与碱性农药一起使用,对家蚕有毒。 (7)喹螨醚。其分子式为C20H22N2O,化学结构式见图5(7),是美国陶氏益农公司于1990年开发的一种喹唑啉类杀螨剂。喹螨醚是一种长效、低毒、非内吸性杀螨剂。喹螨醚具有触杀作用和胃毒作用,对害螨螨卵、幼螨、若螨、成螨均有良好防治效果。从机制上,该药主要作用于害螨的线粒体及染色体。中国农药信息网数据显示,喹螨醚登记公司只有一家,为英国高文作物保护有限公司。目前,喹螨醚主要用于对苹果树叶螨的防治,其18%悬浮剂1 000倍液防效可在90%以上。其施药方式为喷雾。此外,喹螨醚对家蚕、蜜蜂、鱼类有毒。其最新登记有效期至2021年2月7日。 (8)乙螨唑。其分子式为C21H23F2NO2,化学结构式见图5(8),是日本亚西玛公司研究开发的二苯基唑啉类杀螨剂。其杀螨机制主要为通过抑制螨卵的胚胎形成及其幼螨和蚜虫的蜕皮过程以及对雌性成螨具有不育作用来达到防治效果。乙螨唑对螨卵及其幼螨具有很好的长期防治作用,但速杀效果较差。中国农药信息网显示,乙螨唑主要用于对柑橙树红蜘蛛的防治,其11%悬浮剂5 000倍液防效最高可达99%。其施药方式为喷雾。乙螨唑在使用时还应注意不可与碱性波尔多液混用。最新登记有效期至2023年8月。 (9)虫螨腈。其分子式为C15H11BrClF3N2O,化学结构式见表5(9),是美国氰胺公司开发的一种新型吡咯类、低毒、长效、广谱性杀虫杀螨剂。虫螨腈具有胃毒及触杀作用,并有选择性内吸活性,对植物叶面有很强的渗透作用。虫螨腈本身为一种前药,在害虫害螨体内多功能氧化酶的作用下转变为具有杀虫杀螨活性的4-溴-2-(4-氯苯基)-5-(三氟甲基)-1H-吡咯-3-腈,进而抑制ADP向ATP转化,从而达到杀虫杀螨效果。中国农药信息网显示,虫螨腈的施药方式为喷雾,在使用时应注意不能与碱性物质一起使用,其具有较长的残留时间。虫螨腈最新登记有效期登记至2024年。 (10)唑螨酯。其分子式为C24H27N3O4,化学结构式见图5(10),是日本农药株式会社研制的一种吡唑类杀螨剂。其主要杀螨机制为通过抑制氧化呼吸链复合体Ⅰ,即NADH辅酶Q氧化还原酶复合体,从而使害螨ATP合成受阻。唑螨酯具有触杀及胃毒作用,对害螨击倒速度快并可抑制若螨蜕皮,因此对成螨及若螨具有良好防治效果。中国农药信息网显示,唑螨酯的施药方式为喷雾,主要用于对柑橙树红蜘蛛、锈壁虱和苹果树红蜘蛛的防治,其5%悬浮剂1 500倍液防效最高可达90%以上。最新登记有效期至2025年6月。 (11)乙唑螨腈。其分子式为C24H31N3O2,化学结构式见图5(11),属于丙烯腈类低毒杀螨剂,2008年由沈阳中化农药化工研发有限公司研发。乙唑螨腈主要通过抑制氧化呼吸链(电子传递链)的复合体Ⅱ活性,即琥珀酸脱氢酶的活性,使害螨无法利用能量而麻痹死亡。乙唑螨腈具有触杀及胃毒作用,对柑橘树红蜘蛛,棉花叶螨,以及苹果树叶螨的卵、幼螨、若螨、成螨均有较好防效且无交叉抗性,其30%悬浮剂5 000倍液防效最高可达99%以上。目前登记公司为沈阳科创化学品有限公司。施药方式为喷雾。登记有效期至2023年4月。 (12)腈吡螨酯。其分子式为C24H31N3O2,化学结构式见图5(12),是日本日产化学株式会社开发的一种丙烯腈类杀螨剂。该杀螨剂与现有药剂无交互抗性。腈吡螨酯具有触杀作用,且无生物富集作用,在动植物体内短时间即能完全降解。腈吡螨酯本身为一种前药,在害螨体内通过代谢形成羟基形式来获得杀螨活性。其活化产物主要通过抑制害螨的氧化呼吸链(电子传递链)的复合体Ⅱ,使琥珀酸到辅酶Q的电子流受阻,从而扰乱害螨呼吸作用,促其死亡。中国农药信息网显示,腈吡螨酯首次批准登记日期为2019年1月,有效期至2024年1月,登记公司均为日产化学株式会社。目前,根据登记信息,腈吡螨酯主要防治对象为苹果树红蜘蛛及二斑叶螨,其30%悬浮剂2 000倍液防效最高可达99%以上。腈吡螨酯施药方式为喷雾。此外,使用时应注意腈吡螨酯不能与波尔多液混合使用,并且对水生生物有毒。 (13)螺虫乙酯。其分子式为C21H27NO5,化学结构式见图5(13),是德国拜耳公司研制的一种高效、低毒、广谱性杀虫杀螨剂。螺虫乙酯具有双向内吸传导性,可在整株植物内上下移动。螺虫乙酯主要通过抑制害虫、害螨脂质的合成,破坏其能量代谢,最终使其死亡。由于这种新颖的机制,使得螺虫乙酯与其他杀虫杀螨剂暂无交互抗性。中国农药信息网显示,螺虫乙酯作杀螨剂时主要用于防治柑橙树红蜘蛛,其22.4%悬浮剂4 000倍液最高防效可达96%。螺虫乙酯的施药方式为喷雾,对家蚕、鱼类、藻类有毒。最新登记有效期至2023年8月。 (14)螺螨酯。其分子式为C21H24Cl2O4,化学结构式见图5(14),是由德国拜耳公司研发的非内吸性、长效、低毒、高效、广谱性杀虫杀螨剂,具有触杀及胃毒作用。其杀螨机制主要为通过抑制害螨脂肪合成,阻断其能量供应,从而使害螨饥饿死亡。螺螨酯对螨卵、若螨具有很好的防治效果。螺螨酯虽对成螨无效,但对雌螨产卵孵化率有抑制作用。中国农药信息网显示,目前螺螨酯主要用于防治柑橘树、樱桃、棉花、蔬菜等作物上的叶螨及粉虱等,其240 g/L悬浮剂2 000倍液防效最高可达94.5%左右。螺螨酯施药方式为喷雾,对水生生物有毒。其最新登记有效期至2025年6月。 (15)哒螨灵。其分子式为C19H25ClN2OS,化学结构式见图5(15),是一种长效、低毒、广谱性杀螨剂,其主要通过抑制呼吸作用来达到杀螨的作用。哒螨灵具有触杀作用,但不具有植物内吸传导性,对螨卵、幼螨、若螨、成螨均有良好的防治效果,并且防治效果不受温度影响。中国农药信息网数据显示,哒螨灵制剂主要用于棉花、柑橘树、苹果树上红蜘蛛的防治,其15%乳油2 000倍液防效最高可达94%以上。哒螨灵施药方法为喷雾。同时使用时应注意哒螨灵不能与碱性农药如波尔多液混用,并且对蜜蜂、家蚕、鱼类有毒。目前最新登记有效期至2025年3月。 1.1.6 其他不含杂环杀螨剂 除以上登记的各型杀螨剂外,还有其他5种性能各异的不含杂环的杀螨剂,即溴螨酯、甲氰菊酯、炔螨特、丁氟螨酯、虱螨脲。 (1)溴螨酯。其分子式为C17H16Br2O3,属于侨联二苯基类化合物,其化学结构式见图6(1),是由瑞士汽巴嘉吉公司在1965年左右研制的一种长效、低毒、非内吸性、广谱性杀螨剂。溴螨酯具有较强触杀作用,对害螨的螨卵、若螨、成螨有良好的防治效果,并且环境温度对溴螨酯的杀螨活性影响不大。中国农药信息网数据显示,溴螨主要用于对柑橙树、苹果树叶螨的防治,其500 g/L乳油2 000倍液防效最高可达90%。溴螨酯的施药方式为喷雾。此外,在施用时应注意害螨对溴螨酯和三氯杀螨醇有交互抗性。溴螨酯对鱼类有毒,在水产养殖区禁用;溴螨酯在化学上不能与碱性试剂混合使用等。其最新登记有效期至2024年11月。 (2)甲氰菊酯。其分子式为C22H22NO3,化学结构式见图6(2),是一种拟除虫菊酯类中等毒性杀虫杀螨剂,属于神经毒剂。其通过作用在害螨的神经系统,阻碍Na通道的关闭,使害虫害螨因神经兴奋过度而死亡。甲腈菊酯具有触杀、胃毒及熏蒸作用,但不具有内吸传导性。中国农药信息网数据显示,甲氰菊酯作杀螨剂主要用于防治柑橘树红蜘蛛、苹果树红蜘蛛、山楂红蜘蛛、棉花红蜘蛛等。其施药方式为喷雾,使用时应注意不能与碱性农药混合使用。其最新登记有效期至2025年1月。 (3)炔螨特。其分子式为C19H26O4S,化学结构式见图6(3),炔螨特对害螨具有胃毒、触杀、熏蒸、麻痹作用,但不具有内吸性及渗透传导作用,与其他杀螨剂联用时无交互抗性。炔螨特的杀螨机制可能与抑制害螨的Na-KATP及MgATP酶的活性有关。农业害螨在接触药剂后主要表现为立即停止进食并减少产卵,一般2~4 d内死亡。中国农药信息网数据显示,炔螨特主要用于防治柑橘树、棉花、苹果树等作物上的叶螨,其73%炔螨特乳油2 000倍液防效在94%以上。炔螨特施药方式为喷雾。此外,使用炔螨特时应注意其对鱼类、蜜蜂及家蚕有程度不等的毒性。在高温高湿状态下使用炔螨特时会对幼苗及嫩叶造成药害。其最新登记有效期至2024年7月。 (4)丁氟螨酯。其分子式为C24H24F3NO4,化学结构式见图6(4),是由日本大冢化学公司开发的新型酰基乙腈类低毒、广谱性杀螨剂。丁氟螨酯具有触杀及胃毒作用,但不具备植物内吸传导性,其对害螨螨卵、幼螨、若螨和成螨均有防治效果。丁氟螨酯通过体内去酯化,形成羟基结构进而干扰抑制线粒体蛋白复合体Ⅱ,阻碍电子(氢)传递,破坏磷酸化反应,使害螨麻痹死亡。中国农药信息网显示,丁氟螨酯主要用于防治柑橘树红蜘蛛,其20%乳油5 000倍液最高防效可达90%以上。丁氟螨酯施药方式为喷雾。在使用时应注意其对家蚕有毒。其最新登记有效期至2023年3月。 (5)虱螨脲。其分子式为C17H8Cl2F8N2O3,化学结构式见图6(5),虱螨脲具有触杀及胃毒作用,属于苯甲酰基脲类低毒杀虫杀螨剂,对苹果锈螨等农业害螨具有一定的防治效果,但对蜜蜂、家蚕、鱼类有毒。其杀虫杀螨机制可能与抑制几丁质合成有关。虱螨脲的施药方式主要为喷雾。其最新登记有效期至2023年8月。 1.2 天然产物类 除以上人工合成杀螨剂外,还有一些杀螨剂是通过提取手段从植物或微生物中得到的具有杀螨活性的天然成分,如:阿维菌素、苦参碱、鱼藤酮、松脂酸钠。 (1)阿维菌素。阿维菌素分子式为C48H22O14,其化学结构式见图7(1),是一种通过阿维链霉菌发酵产生的大环内酯抗生素类杀菌杀虫杀螨剂,最初由日本科学家大村智和美国默克公司合作开发。阿维菌素杀虫杀螨机制为通过刺激产生γ-氨基丁酸阻断传出神经信息传递,干扰其神经活动,使其麻痹、拒食、缓动或不动而后死亡。阿维菌素具有触杀、胃毒、轻微熏蒸及叶片渗透作用,但不具备内吸传导作用。中国农药信息网数据显示,阿维菌素制剂可用于防治柑橙树红蜘蛛、苹果树红蜘蛛及山楂红蜘蛛等。阿维菌素的施药方式为喷雾。此外,在使用时还应注意阿维菌素对家蚕、蜜蜂、鱼类有毒。阿维菌素最新登记有效期至2024年12月。然而,现在相关研究表明,二斑叶螨对阿维菌素的抗药性已普遍达到极高抗水平,其防效下降严重。因此,降低害虫害螨对阿维菌素的抗性水平是亟待解决的问题。 (2)苦参碱。苦参碱分子式为C15H24N2O,其化学结构式见图7(2),是一种苦参植物内源物质,属于生物碱类低毒杀虫杀螨剂,其具有触杀及胃毒作用。中国农药信息网显示,苦参碱主要用于苹果红蜘蛛的防治。苦参碱施药方式为喷雾。此外,在使用时应注意苦参碱对家蚕、鱼类、蜜蜂有毒。苦参碱最新登记有效期至2025年5月。 (3)鱼藤酮。鱼藤酮分子式为C23H22O6,其化学结构式见图7(3),是一种植物内源物质,遇光分解,具有杀虫杀螨活性,其原药高毒。鱼藤酮具有触杀及胃毒作用,主要通过抑制电子呼吸链使害虫害螨ATP合成受阻,最终使其死亡。中国农药信息网显示,鱼藤酮的使用方式主要为喷雾,其最新登记有效期至2024年9月。 (4)松脂酸钠。松脂酸钠分子式为C20H29NaO2,其化学结构式见图7(4),是一种天然活性成分。松脂酸钠是良好的天然杀虫剂,同时又具有一定的杀螨能力,对红蜘蛛有良好的防治效果。其主要有触杀作用,并具有黏着、窒息、腐蚀害虫表皮蜡质层作用。中国农药信息网显示,松脂酸钠的施药方式为喷雾。松脂酸钠最新登记有效期至2024年12月。 2 正在开发的新型杀螨剂 除以上在中国农药信息网上登记的现有杀螨剂外,还有通过查阅相关文献得知的部分已在国外登记上市或即将上市的杀螨剂新品种,以及一些相关专利中提到的具有杀螨活性的相关化合物。如Pyflubumide、Flometoquin、Acynonapyr、硫醚类化合物、3-(2,6-二氟苯基)-1,2,4 二唑类化合物、吡唑类化合物。具体性能如下。 2.1 Pyflubumide Pyflubumide是一种甲酰苯胺类新型杀螨剂,其分子式为C25H31F6N3O3,化学结构式见图8。由日本农药株式会社研发。目前,Pyflubumide已在日本和韩国登记上市,但在我国未见登记。Pyflubumide为呼吸链抑制剂,主要通过抑制琥珀酸脱氢酶使琥珀酸无法氧化为延胡索酸,从而使害螨线粒体呼吸链受到抑制而致其死亡。Pyflubumide对叶螨、全抓螨有良好的防治效果,但对跗线螨和瘿螨活性较差。同时,Pyflubumide对害螨天敌及其他益虫毒性极低。 2.2 Flometoquin Flometoquin是一种喹啉类中毒杀虫杀螨剂,其分子式为C22H20F3NO5,化学结构式见图9,由明治制果制药公司与日本化药有限公司共同开发。Flometoquin已于2018年在日本登记上市,但在我国未见登记。Flometoquin具有触杀及胃毒作用,但不具有植物内吸传导性。Flometoquin为线粒体呼吸链复合物III(细胞色素C氧化还原酶)抑制剂,作用于线粒体内膜还原Qi位点,从而抑制害虫害螨线粒体电子传递及呼吸作用,使能量转换受阻最终使其死亡。Flometoquin在用做杀螨剂时对蜱螨目害虫有良好的杀螨活性,并且对有益生物安全。 2.3 Acynonapyr Acynonapyr是一种氮杂环类杀螨剂,其分子式为C24H26F6N2O3,化学结构式见图10,由日本曹达株式会社研制,Acynonapyr未见上市报道。Acynonapyr为谷氨酸受体抑制剂,通过抑制谷氨酸受体可使神经信号传导受阻,害螨表现为行动失调最终死亡。Acynonapyr对柑橙树红蜘蛛、苹果树红蜘蛛等农业害螨均有良好防治效果,并且与现有杀螨剂无交互抗性。 2.4 硫醚类化合物 2019年,德国拜耳股份有限公司在专利(WO2019/076749A)中公开了化合物Ⅰ结构式(图11),其中交叉双键表示该化合物可能存在E-,Z-同分异构体即五元环存在不同方向。化合物Ⅰ具有杀虫、杀螨、杀线虫活性。对柑橙、蔬菜、棉花、菠萝、坚果等作物上的蜱螨均有良好防治效果。 根据沈阳中化农药化工研发有限公司专利(CN105541682A),通式Ⅰ(图12)具有优异的杀螨活性,可用于防治各种螨害。其中化合物1、2、3(图12)在药液质量浓度为100 mg/L时对朱砂叶螨的致死率均为100%;化合物1在药液质量浓度为5 mg/L时,对朱砂叶螨的致死率为100%。 2.5 3-(2,6-二氟苯基)-1,2,4 二唑类化合物 青岛科技大学专利(CN109320471A)中公开了3-(2,6-二氟苯基)-1,2,4 二唑类化合物具有杀虫杀螨活性。通式Ⅰ见图13,其一系列化合物设计主要由美国孟山都技术有限责任公司专利(CN104054719A)中提及的活性化合物KC(图13)和乙螨唑进行活性结构拼接及修饰得到。根据专利得知,通式Ⅰ实施例主要针对小菜蛾幼虫及螨卵具有良好的致死活性,但对其他种类害虫害螨及形态并未提及。同时通式Ⅰ实施例还具有对人畜及有益生物低毒性、易降解、环境相容性好的特点。 2.6 吡唑类化合物 西安近代化学研究所专利(CN109553577A)公开了含吡唑结构的一些化合物具有杀螨活性,通式见图14。其主要利用活性亚结构拼接原理,将吡唑与活性亚结构进行有效拼接,从而筛选出具有高杀螨活性的化合物。通过专利得知该类化合物对朱砂叶螨成螨具有良好杀螨活性。同时该类化合物还具有用量低、安全性高等特点。 此外,南开大学也公开了一系列吡唑类化合物专利如CN110041260A、CN109970650A、CN109970651A、CN109970653A。这些专利通式(图14)具有杀菌杀螨杀虫活性,主要通过对琥珀酸脱氢酶的抑制作用使琥珀酸无法氧化为延胡索酸,从而使线粒体呼吸链无法完成来达到杀菌、杀螨、杀虫的目的。 3 总结与讨论 总结杀螨剂的机制、结构、剂型、防效的相关信息发现,目前杀螨剂在机制上主要可分为神经毒剂、呼吸毒剂、生长调剂等几类,其中神经毒剂与呼吸毒剂的机制研究相对较透澈。在剂型上则以分散性、稳定性较好的乳油与水分散粒剂为主要剂型,而在重要的田间防治效果方面,杀螨剂在防治未发生抗药性的农业害螨时,其防效普遍可达到90%以上。 但农业害螨抗性的发展是十分迅速的,一些杀螨剂比如阿维菌素、噻螨酮、四螨嗪、联苯肼酯、丙溴磷、哒螨灵、乙唑螨腈、腈吡螨酯、虫螨腈、丁氟螨酯、甲氰菊酯、炔螨特、氨基甲酸酯类及一些传统有机磷类,在使用时间及频次增加后其防效下降严重。此外,人为不当使用杀螨剂也造成了害螨抗性在种间及区域上的极不平衡,比如物种方面,二斑叶螨对阿维菌素的抗性已普遍到达高抗水平,但朱砂叶螨对阿维菌素的抗性却在低抗水平;地区方面,两个地区的二斑叶螨对丁氟螨酯的抗性出现了一个高抗水平,一个低抗水平。所以以上的种种现象会使得现有杀螨剂在未来将越来越难以防治害螨。 为此,研究高效低毒的新型杀螨剂及培养正确的杀螨剂使用习惯是十分必要的。在对于新型杀螨剂的开发上目前主要有两个方向,一个是基于现有杀螨剂进行相关化合物衍生物的研究,比如乙螨唑类、β-酮腈类、四嗪类、季酮酸内酯类等,其中β-酮腈及其衍生物的代表为丁氟螨酯、乙唑螨腈、腈吡螨酯、SYP-10898等;四嗪类及其衍生物的代表为四螨嗪与氟螨嗪等;季酮酸内酯类及其衍生物的代表为螺螨酯、螺甲螨酯和螺虫乙酯等,而乙螨唑类未见高活性衍生物报道。另一个是基于机理研发的具有全新结构的杀螨剂,但由于目前对杀螨机制及农业害螨的抗性机制研究的不够深入,短时间内很大可能是基于研究较透澈的神经毒剂及呼吸毒剂展开相关研发工作。这一点在未上市的相关杀螨剂上得到了印证,而剂型上,笔者认为变化的可能性不大,短时间内仍将以乳油和水分散粒剂为主。 此外,放眼我国农药的发展,目前杀螨剂的需求仅次于杀虫剂,位列第二位。同时,绿色农业的不断发展也会使一些虽然防效较好但对环境威胁较大的杀螨剂面临退役,比如有机磷类、有机锡类等,以及在专利层面上一些国内登记或未登记的杀螨剂专利面临或已经到期,比如丁氟螨酯2023年到期;联苯肼酯、氟螨嗪、乙螨唑、螺螨酯、螺甲螨酯、螺虫乙酯等专利均已到期。以上这些都会刺激杀螨剂的不断进步与发展。因此,杀螨剂的开发具有广阔的前景。
  • [资讯] 化合物HBERC1684可溶粉剂的制备及杀虫活性评价
    蚜虫是世界性的农业害虫,它寄主范围广、繁殖快、危害严重,常聚集在植株的芽、花蕾、嫩叶或嫩枝上,以尖利的口器刺吸植物汁液。蚜虫危害轻者引起植物营养恶化、生长缓慢、生长畸形、落叶、萎蔫,严重危害时导致植物枯死,同时还传播多种病毒病。蚜虫的防治历来是全世界农林业虫害防治的重要内容,因此开发高效、低毒、广谱的新型化学杀蚜剂,也是当务之急。 化学农药作为害虫综合治理过程的重要手段,在农业生产中起着不可替代的作用。此外,化学农药还被广泛用于林业、水产、畜牧业、卫生害虫及传染病的防控等领域。随着国家环保力度的加强,在害虫综合治理过程中更倾向于采用生物防治方法,但在今后相当长的一个时期内化学防治仍是害虫防控的重要手段。农业的可持续发展、环境保护、抗性治理和知识产权保护等均从不同的方面要求不断加强新农药的创新研究,开发具有自主知识产权的高效和环境友好型“绿色生态农药”。鉴于此,为了寻求适合用于害虫综合治理的绿色生态型农用化学品,笔者通过化学生物信息学等分子合理设计方法,获得了含双酰胺单元的杂环亚胺衍生物,部分化合物具有显著的杀蚜虫活性。为了进一步提高该类化合物的生物利用度,降低其实际用量,笔者对高活性化合物HBERC1684进行了相应的剂型探索,并对其进行了系统的活性评价及比较,确定其较佳的应用方法,以期为该类化合物的开发提供支撑。 1 材料与方法 1.1 仪器和试剂 液相色谱分析采用Waters ACQUITY UPLCH-CLASS PDA(Waters )及Waters 2695HPLC分析仪(Waters , Milford, MA, USA);所用试剂甲醇、醋酸、三氟乙酸、磷酸、盐酸等均为市售分析纯,上海国药集团;化合物HBERC1684的制备参考文献进行;供试害虫为实验室常规饲养的东方豆蚜,将蚜虫置于温度为25℃、相对湿度为40%~60%的养虫室饲养,测试前一天,将蚜虫转接到1.5 cm高的新豆苗上,每颗豆苗上的接虫量约30~40头。 1.2 目标化合物盐的制备 将5 mmol HBERC1684溶于30 mL无水甲醇中,冰水浴条件下缓慢滴加2 当量的酸(醋酸、三氟乙酸、磷酸、盐酸),然后低温搅拌约10~15 min,撤去冰浴,约30 min后,体系析出大量白色固体,继续搅拌约2~4 h,减压抽滤,真空干燥得产物。 1.3 目标化合物可溶粉剂制备 将5 g原药在70~80℃的条件下溶解于约少量的甲醇溶液中,直至完全溶解为黄色透明溶液。将45 g聚乙二醇6000加入蒸发皿中,在水浴条件下加热至完全熔化为无色透明液体。将原药溶解完全的甲醇溶液趁热加入聚乙二醇液体中,并迅速搅拌均匀。在水浴上继续加热至混合物体积不再改变为止,立即放入冰过的白瓷盘中均匀平铺,并迅速放入冰箱冷冻保存24 h。取出后放入30℃恒温烘箱中干燥,研磨,在60目下过筛得到白色粉末状物质。 1.4 可溶粉剂含量测定 称取一定量的样品,用少量甲醇溶解后,定容到10 mL容量瓶。在295 nm波长下测定吸光度,以相同质量的空白制剂作为空白对照。另取一定量对照药品,用甲醇溶解后,定容到10 mL容量瓶,在295nm波长下测定吸光度。按式(1)计算样品质量浓度。 式中:A样品、A空白、A标样、A甲醇分别为样品、空白对照、标样及甲醇的吸光度值;C样品为样品的质量浓度,mg/mL。 1.5 可溶粉剂的性能测试 参考剂型性能测试标准方法对所制备的可溶粉剂进行了相关性能的测试,主要包括细度、全溶解时间及热贮稳定性等。 1.5.1 细度测定 采用干筛法,详细操作步骤按照GB/T 16150—1995《农药粉剂、可湿性粉的细度测定方法》进行。 1.5.2 全溶解时间测定 称取5.0 g样品于1 000 mL烧杯中,放置在25±1℃恒温槽中,加入25℃蒸馏水500 mL(相当于稀释100倍),立即打开秒表,同时开启搅拌器,以60~70r/min的速度搅拌,分别于2 min、3 min、4 min、……吸取上层液10 mL,至分析溶液中有效成分的含量不再增加,所用时长即为全溶解时间。 1.5.3 热贮稳定性测定 参照GB/T 19136—2003《热贮稳定性测定方法》。将20 g试样放入烧杯,不加任何压力,使其铺成等厚度平滑均匀层。将圆盘压在试样上面,置烧杯于烘箱中,在恒温箱(54±2℃)中放置14 d。取出烧杯,拿出圆盘,放入干燥器中,使试样冷却至室温。于24 h之内检测有效成分含量。根据贮存前含量和贮存后含量求出分解率,有效成分分解率按式(2)计算。 1.6 活性评价 参照NY/T 1154.14—2008《农药室内生物测定试验准则杀虫剂第14部分:浸叶法》[9-10],对目标化合物HBERC1684及其剂型进行了杀虫活性的系统评价。 2 结果与分析 2.1 HBERC1684盐的制备及液相色谱分析 为了增加化合物HBERC1684的溶解性,提高其生物利用度,结合其结构特征,考虑制备其相应的盐。选择醋酸、三氟乙酸、磷酸、盐酸等进行了成盐反应探索。从图1可以发现,在三氟乙酸和盐酸等强酸的作用下,化合物很快水解,保留时间分别为1.17、1.18 min;而在醋酸及磷酸条件下,化合物能够稳定存在,保留时间分别为1.82、1.83 min。 2.2 HBERC1684可溶粉剂的制备及含量测定 化合物HBERC1684为脂溶性化合物,可溶于甲醇,微溶于乙醇、乙酸乙酯、氯仿、石油醚等,难溶于水。由于其在水中溶解度差,严重影响其在生产实践中的应用,很容易导致药效不稳定。在化合物的剂型优化过程中,采用常规固体分散剂如环糊精、聚乙二醇4000及聚乙二醇6000等进行了试验探索,但结果表明环糊精和聚乙二醇4000对化合物HBERC1684的分散效果很差。因此,采用聚乙二醇6000为分散剂,经过多次配方和制备过程优化,成功研制化合物HBERC1684的可溶粉剂(10%含量),该制剂在质量浓度为1 g/L时,溶液澄清透明,放置长时间无析出,表明该制剂大大提高化合物在水中溶解度,为进一步应用研究打下良好基础。 采用紫外分光光度法对该制剂进行了含量的测定。通过紫外扫描图谱选取295 nm作为含量测定波长(图2)。配制一系列不同浓度的HBERC1684溶液,测定紫外吸收度,发现在1~6 μg/mL质量浓度范围内,浓度与吸光度呈良好的线性关系,其线性回归线方程为y=0.131 3 x+0.069 7,R2=0.999 5,满足含量测定要求,结果见图3。 平行称取3份样品,用所述方法测定紫外吸收度并计算含量,所制备的可溶粉剂的实际含量为8.96%,标准偏差为3.5%,表明所制备的可湿性粉剂的含量稳定,均一性较好。另外制剂回收率为89.6%,可能是在制备过程中样品残留导致。 2.3 HBERC1684可溶粉剂的性能测试 在上述制备的剂型基础上,对所制备的可溶粉剂进行了细度、全溶解时间及热贮稳定性等基本性能测试。结果表明,采用干筛法进行HBERC1684可溶粉剂的细度测定,实测值为100%通过80目;全溶解时间测试表明所制备的粉剂全溶解时间为3 min;热贮稳定性测试表明,所制备的剂型产品在54±2℃温度下贮存14 d后的分解率为3%~8%,均不超过10%,根据FAO标准规定,在54±2℃温度下贮存14d后,有效成分的含量下降率小于10%,一般能保证产品生产后两年期间的热贮稳定性,因此,该制剂符合可溶粉剂热贮稳定性要求。 2.4 杀虫活性分析 化合物HBERC1684的内吸活性较差,且溶解性较差,为了达到提高化合物内吸活性及增加其溶解性的目的,将化合物分别制备成相应的磷酸盐(HBERC1684-H3PO4)及醋酸盐(HBERC1684-HAc)。母体化合物及其相应盐的杀虫活性测试结果见表1。针对东方豆蚜的测试结果表明,化合物HBERC1684具有显著的杀蚜虫活性,与对照药物吡虫啉的活性相当;从表1也可知,HBERC1684的磷酸盐活性与母体化合物HBERC168相当,而HBERC1684的醋酸盐的活性优于母体化合物,可能由于磷酸盐分子量相对较大,导致其同等摩尔质量的化合物量较大,溶解度相对低于其醋酸盐,因而活性略低于醋酸盐。 化合物HBERC1684为脂溶性化合物,由于其在水中溶解度差,严重影响其在生产实践中的应用。经过多次剂型优化,成功研制化合物HBERC1684的可溶粉剂(含量10%)。为了探讨该剂型的进一步应用,我们测试了其相关的杀虫活性,测试结果见表2。 从表2可见,10% HBERC1684可溶粉剂呈现出明显优于原药及对照药物吡虫啉的杀虫活性,该可溶粉剂在0.312 5 μg/mL的较低浓度下,仍具有较好的杀虫活性(50%~70%)。在10、5、2.5、1.25、0.625 μg/mL的较高测试浓度下,豆芽生长状态明显较好,而在较低浓度下,由于蚜虫的危害导致豆芽生长较矮。 通过上述活性数据分析可知,化合物的剂型对于化合物活性的影响较大,剂型的不断优化改进有望提高药效。 3 小结及讨论 本文以具有自主知识产权的化合物HBERC1684为基础,进行了化合物的剂型优化及杀虫活性探讨。通过试验研究,成功制备化合物HBERC1684的10%可溶粉剂,活性测试结果表明,该剂型能够明显提高药剂的生物活性,从而降低实际用量,并且其杀虫活性要明显优于对照药剂吡虫啉,为该化合物的进一步应用开发研究打下了良好基础。 蚜虫是当前最常见的农林业害虫之一,每年对多种农作物、蔬菜、果树及园林植物危害严重,针对此类害虫的防治仍然离不开化学防治。而新化合物HBERC1684能够在较低剂量下杀灭蚜虫,具有较好的应用前景,可作为有效成分应用于农林业害虫的综合防控。
  • [资讯] 羟乙基纤维素改性聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)保水剂的性能及应用研究
    0 引 言 干旱缺水一直是我国农业面临的一个重大问题,保水剂的研究为解决这一问题提供了有效的途径.被誉为“分子水库”的保水剂(SAP),可以实现水分的重新吸收和释放,改善土壤的理化性质,减缓土壤的养分流失,并减少农作物的灌溉需求。目前,大多保水剂是由丙烯酸、丙烯酰胺等以石油为基础的乙烯基单体聚合而成的,降解性能差,会造成一系列土壤污染问题,这限制了该类保水剂在农业方面的应用,而可生物降解保水剂可以解决这些问题。可生物降解保水剂通常以可降解的天然亲水性聚合物为原料,通过与乙烯基单体交联制备而成,具有比较好的降解性能和保水性能,且原料来源广泛、价格低廉,符合可持续发展的要求。因此,可生物降解保水剂在农业方面的研究和应用具有深远的意义。 可生物降解保水剂分为淀粉类和纤维素类,淀粉类保水剂的缺点是易发霉,不易储存,而纤维素类保水剂在这一点上表现出优越之处,因此在农业方面应用更为广泛。羟乙基纤维素(HEC)作为纤维素衍生物的一种,其大分子链上含有丰富的羟基,相比于天然纤维素更容易被改性,且能够提高保水剂的吸水倍率。虽然大多学者利用HEC改性聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)制备保水剂(SAPHEC),并取得良好的效果,但将SAPHEC实际应用于农业方面的研究很少,且HEC的添加量会对保水剂的性能产生影响,进而影响其在农业方面的应用。为此,本文通过番茄盆栽实验研究了不同羟乙基纤维素含量的保水剂的吸水性能和降解特点,以及对土壤含水量、微生物学性状、理化性质和番茄植株产量的影响,为其在农业方面的应用提供参考。 1 材料与方法 1.1 试验材料 1.1.1 供试土壤 盆栽实验的土壤样品来源于山西省太原市尖草坪区上兰村0~20cm的耕土地,自然风干后经2mm 过筛使用。土壤基本的理化性质为砂粒38%,粉粒50%,粘粒12%,pH 为7.50,电导率为450.23μs/cm。 1.1.2 供试作物 盆栽实验所用的作物为番茄(晋番茄一号)。 1.1.3 供试材料 丙烯酸(AA),丙烯酰胺(AM)、氢氧化钾(KOH)和过硫酸铵(APS)均购自天津大茂化学试剂厂,所有试剂为分析纯。HEC购自上海马克林生化有限公司。 SAPHEC制备工艺是将5.0g的AA,2.0g的AM 和一定量的HEC 加入圆底烧瓶中,加入20% KOH 溶液调节AA 的中和度为80%。将0.021g 的APS 加入烧瓶中,在冰水中搅拌30min。将烧瓶置于55℃的水浴中,混合溶液在氮气气氛下反应4h,得到粘稠的产物。 1.2 试验方法 番茄盆栽试验于2019年5~9月在山西省太原市中北大学山西省高分子复合材料工程技术研究中心进行。将45kg的土壤装入规格为60cm×38cm×28cm的塑料箱中,加入保水剂并与土壤均匀混合(其中6g保水剂装在尼龙网袋中并放置于土壤下15cm,方便取样),将土壤铺平并用自来水浇透,于傍晚进行番茄的种植。选取长势无差别的幼苗种植,每个塑料盆中栽种一株,根据当地的气候及种植经验定时浇水并进行管理。 实验共设计五个处理:CK(空白处理),SAPHEC-0,SAPHEC-1,SAPHEC-2和SAPHEC-3。每个处理进行12个重复。不同保水剂的施入量占干土重量的0.3%,SAPHEC-0,SAPHEC-1,SAPHEC-2和SAPHEC-3中m(HEC)/(m(AA)+m(AM)分别为0,0.1,0.2和0.3。 分别选取番茄植株发育过程中的4个节点(苗期、开花期、结果期和成熟期),对材料、土壤和植株进行取样,每次取3个重复样品。 1.3 测定项目及方法 1.3.1 保水剂吸水倍率的测定 将保水剂烘干后用粉碎机粉碎至粉末状备用。在25℃下,称取粉末状的保水剂1g装入过滤纱布袋中,再置于装有500ml的蒸馏水中,直到保水剂溶胀平衡,然后将过滤纱布袋取出沥干,称重。材料吸水倍率的计算公式为 式中:M和M 分别为吸水前和溶胀平衡后保水剂的质量。 1.3.2 保水剂失重率的测定 将装有保水剂的尼龙网袋从土壤中取出来,用无水乙醇将保水剂清洗干净,并在30℃下烘干至恒重,称量。 保水剂失重率的计算公式为 式中:W是从尼龙网袋中取出并烘干的保水剂的质量;t为取样时间点,分别为10d,40d,70d和100d。 1.3.3 土壤性质的测定 采用五点取样法对盆栽土壤进行取样并做两种处理:一是立即进行土壤含水量和土壤微生物碳、脲酶活性的测定,二是烘干后测量土壤pH 和电导率。土壤微生物量碳(MBC)采用氯仿熏蒸法,有机碳分析仪测定,脲酶活性采用比色法测定。pH 测定采用pH 计法;土壤电导率用DJS-1C电导仪测定。 称取每个时期的盆栽土壤100g,并在80℃烘干至恒重,称重(M),计算土壤含水量为 1.3.4 番茄产量的测定 采摘成熟的果实并称重。 1.4 数据处理 数据分析采用SPSS23, 作图采用Origin 2017。 2 结果与分析 2.1 HEC含量对SAPHEC吸水倍率的影响 HEC含量对SAPHEC吸水倍率的影响如图1所示。 由图1 可知,SAPHEC-0,SAPHEC-1,SAPHEC-2和SAPHEC-3的吸水倍率分别为355.34,385.33,412.50和326.83g/g。随着HEC添加量的增加,SAP的吸水倍率先增加后降低,当HEC含量为20%时,SAPHEC的吸水倍率达到最大值,表明添加适量的HEC可以增加SAPHEC的吸水倍率,添加过量的HEC会降低SAPHEC的吸水倍率。原因在于:当HEC含量低于20%时,其表面的活性官能团与SAP中未被交联的分子链交联,导致SAPHEC的吸水倍率增加;而当HEC的含量大于20%时,过量的HEC使保水剂内部形成过多的交联点,抑制分子链的舒展,而且过量的HEC易发生团聚,填充在网络结构的孔洞中,阻碍水分子的进入,因此,SAPHEC的吸水倍率降低。 2.2 HEC含量对SAPHEC失重率的影响 失重率体现了HEC的添加量对SAPHEC降解性能的影响。图2显示,不同保水剂的失重率存在显著性差异, 整体表现为SAPHEC-0 <SAPHEC-1< SAPHEC-2 < SAPHEC-3。 苗期时,SAPHEC-1 的失重率略微高于SAPHEC-0 的,SAPHEC-2 和SAPHEC-3 的失重率显著高于SAPHEC-0 的;苗期后,SAPHEC-1、SAPHEC-2 和SAPHEC-3的失重率都显著高于SAPHEC-0的。表明添加HEC可以促进保水剂的降解,随着HEC含量的增加保水剂的降解性能也逐渐提高。其原因是HEC易被土壤微生物降解,且SAPHEC中的HEC降解后,会在SAPHEC的表面留下空穴,增加SAPHEC与土壤微生物的接触面积,促进SAPHEC的降解。 2.3 不同处理对土壤含水量的影响 由图3可知,不同处理的土壤含水量在番茄整个生育期内的变化规律相同,即随着植株的生长,土壤含水量不断下降。这主要是因为从苗期到成熟期,植株根系的生长对土壤水分的吸收增加,温度上升导致土壤水分的蒸腾作用增强。同一生育期,不同处理的土壤含水量均存在显著性差异,表现为施加保水剂的土壤含水量均显著大于CK处理的,由于保水剂SAPHEC-1和SAPHEC-2的吸水倍率大于SAPHEC-0,而SAPHEC-3的吸水倍率小于SAPHEC-0, 因此导致SAPHEC-1 和SAPHEC-2处理的土壤含水量大于SAPHEC-0处理的,SAPHEC-3处理的土壤含水量低于SAPHEC-0处理的。表明土壤中施加保水剂能够抑制土壤水分流失,并且抑制作用随保水剂吸水倍率的增大而增加。 2.4 不同处理对土壤微生物学性状的影响 2.4.1 对土壤微生物量碳的影响 土壤微生物量碳是土壤有机质中最活跃的成分,与土壤中C、N、P等元素的循环息息相关,对土壤肥力和植株的生长起着至关重要的作用。由图4可知,不同处理的土壤微生物量碳在番茄植株的整个生育期呈现相同的规律,即在开花期达到峰值,结果期和成熟期下降。同一生育期内,施加保水剂的土壤微生物量碳均显著高于CK 处理的,不同保水剂处理的土壤微生物量碳的排序是:SAPHEC-0<SAPHEC-1<SAPHEC-2<SAPHEC-3。可以看出,施加保水剂能够提高土壤微生物量碳的含量,并且土壤微生物量碳随着保水剂中HEC含量的增加而增大。这主要是由于SAPHEC中的HEC不仅可以直接给微生物提供碳源,而且还可以通过为植株提供营养物质促进植株根系分泌物给微生物提供碳源,促进微生物的生长和繁殖,进而提高土壤微生物量碳的含量。 2.4.2 对土壤脲酶活性的影响 土壤脲酶能够催化尿素水解,与土壤氮的转换有极其密切的关系,从而对植株生长产生影响。 由图5可知,在整个生育期,不同处理的土壤脲酶活性均在开花期达到峰值,在结果期和成熟期降低。施加保水剂的土壤脲酶活性均显著大于CK处理的,不同保水剂的土壤脲酶活性均存在显著性差异, 其排序是:SAPHEC-0 < SAPHEC-1 <SAPHEC-2<SAPHEC-3,与土壤微生物量碳的规律相同。说明施加保水剂增强了土壤脲酶活性,其中SAPHEC-3对土壤脲酶活性的增强作用更明显。这主要是因为土壤酶活性与土壤微生物的数量、土壤的水分密切相关。与CK 处理相比,SAPHEC一方面可以通过保持土壤的水分来提高土壤脲酶活性,另一方面可以在降解过程中给土壤微生物提供碳源,使土壤微生物的数量增加,从而增强土壤脲酶活性,因此,SAPHEC处理的土壤脲酶活性更高。此外,SAPHEC的降解性能越好,给微生物提供的碳源就越多,对土壤脲酶活性的增强作用也越明显。 2.5 不同处理对土壤理化性质的影响 2.5.1 对土壤pH 的影响 由图6可知,所有处理的土壤pH 从苗期到开花期微弱上升,之后,由于植株对土壤中铵根等离子的吸收利用,植株根系分泌有机酸和微生物分解土壤有机碳释放的二氧化碳、有机酸的增多,导致土壤pH 降低。对比不同处理的土壤pH,发现施加SAPHEC-0与CK处理的土壤pH 差距很小,但SAPHEC-3与CK处理的差距最大,其次是SAPHEC-2、SAPHEC-1,说明含有HEC的保水剂对土壤pH 有调节作用。 2.5.2 对土壤电导率的影响 电导率是反映土壤盐渍化的一个重要参数。由图7可知,各处理的土壤电导率在整个生育期呈下降趋势,这是由于植株在生长过程中对土壤里各种离子的吸收利用而导致的。同一生育期,对比不同处理的土壤电导率,发现空白处理的土壤电导率显著高于其他处理的,不同保水剂与空白处理相比,差距大小的排序为:SAPHEC-0<SAPHEC-3<SAPHEC-1<SAPHEC-2。说明在土壤里施入保水剂,可以降低土壤电导率,改善土壤的盐渍化程度。产生这种现象的原因是保水剂具有较强的吸附能力,且分子链中的羧基和羟基可以通过离子交换的方式置换土壤阳离子,减少土壤中可溶性阳离子的含量,因此,土壤电导率降低。此外,保水剂的吸水倍率越强,在土壤中吸附的阳离子数量就越多,对土壤电导率的影响越大。 2.6 不同处理对植株产量的影响 由图8 可知,CK、SAPHEC-0、SAPHEC-1、SAPHEC-2和SAPHEC-3 处理的植株产量分别为2.27,3.15,3.41,3.67和3.51kg。不同处理的植株产量存在显著性差异,施加保水剂处理的番茄产量均高于空白处理,不同处理的保水剂以SAPHEC-2最优,SAPHEC-1次之,SAPHEC-3稍差,SAPHEC-0最低。说明土壤中施加保水剂,可以提高番茄产量,且添加HEC的保水剂可以进一步提高番茄产量。 3 结 论 番茄盆栽实验条件下,羟乙基纤维素改性聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)保水剂不仅能够提高材料的吸水倍率和降解性能,还能进一步增加土壤含水量,改善土壤微生物学性状和理化性质,增加番茄的产量。不同保水剂处理的番茄产量排序为SAPHEC-2> SAPHEC-3 >SAPHEC-1 >SAPHEC-0,其中,HEC的添加量为20%时,番茄的经济性状最优,可作为保水剂中添加HEC的最佳量。当HEC的添加量为20%时,与SAPHEC-0相比,其他SAPHEC材料的吸水倍率增加16.09%,失重率提高172.70%,土壤含水量增加39.57%,土壤微生物量碳增提高21.11%,脲酶活性增加25.56%,土壤pH 和电导率适当降低,产量增加16.49%。
  • [资讯] 食品中有机锡农药残留及重金属含量测定
    1 前言 比重大于5 的金属被称为重金属。人们了解的重金属大部分具有毒性,如铅(Pb)、铬(Cr)、汞(Hg)等重金属,生物毒性明显;镍(Ni)、钴(Co)、锌(Zn)、铜(Cu)等,具有一定毒性;砷(As)不属于重金属,但其危害性与重金属高度相似,因此也归属于重金属范畴。 2 重金属的危害 As:以“砒霜”为人们熟知,毒性极强,也是当前公认的致癌物,可引起肾癌、膀胱癌、肺癌以及皮肤癌。 锡(Sn):吸入过多会引起口干舌燥、呼吸困难、胸闷、腹泻、恶心、头晕等症状,还会降低血钙含量,症状严重时会引起肠胃炎。Sn 中毒会对患者的肝脏功能与神经系统造成严重损害。 钒(V):对人的呼吸道、咽、鼻、眼均具有刺激,容易引起咳嗽,还会与钙(Ca)竞争,降低血钙含量。V 经吸收后可进入全身,累及心脏、肠胃以及神经系统等。 Ni:硬度高,耐碱、酸,流行病学发现,Ni 化合物是引起Ni 冶炼工人肺癌、鼻癌的重要原因。 Co:Co 的同位素中,除了59Co 是稳定同位素无放射性以外,其余的4 种同位素均具有放射性。60Co 的辐射性极强,对血液细胞组织损害极大,会造成白细胞计数降低,引发血液系统疾病,严重时罹患白血病。 Cr:毒性与价态关系密切,Cr6+极易被人体吸收,其毒性是Cr3+的100 倍。Cr6+可通过黏膜、呼吸道、皮肤、消化等进入人体。由消化道侵入时,常引起腹痛、呕吐;经呼吸道侵入可引起支气管炎、咽炎、鼻炎等;经皮肤侵入常引起湿疹、皮炎等。Cr6+还有致突变、致癌、致畸的危害。 Hg:俗名水银,容易转化为甲基汞(CH3Hg),CH3Hg毒性极强,进入人体会侵犯神经系统,导致动作迟缓、肌肉震颤、手脚麻木、头晕头痛等。Hg 中毒可引起尿毒症、血尿、肝炎以及肾炎。 Pb:对骨骼造血功能、男性生殖系统、消化系统以及神经系统均有危害。 3 食品有机锡农药残留的测定 3.1 背景 三唑锡(C20H35N3Sn)与毒菌锡(C18H16OSn)都是广泛使用的有机锡农药。前者为广谱杀螨剂,在花卉、蔬菜、水果的螨害防治应用广泛;后者为广谱杀菌剂,在水稻、马铃薯瘟病防治中应用广泛,对果树、蔬菜的真菌性、细菌性病害防治效果明显。 2 种农药均具 有一定毒性,会明显蓄积,因此,必须对食品中的农药残留量进行严格检测。 2 种农药均为有机锡化合物,国内外常用液相色谱法(LC)、气相色谱法(GC)检测。有机锡化合物挥发性差,GC 分析需要对样品进行处理,操作烦琐;LC 处理简单,能避免试剂干扰、衍生反应副反应以及衍生物稳定性差的问题;电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析速度快、选择性高、灵敏度高,联合高效液相色谱(HPLC)测定海产品中的有机锡化合物,效果理想。本文以梨果为例进行探索,旨在建立一种快速、灵敏、重现性好的方法测定食品中的有机锡农药残留。 3.2 仪器与试剂 仪器:HPLC 仪;ICP-MS 仪;振荡器;旋转蒸发仪;超纯水装置。 试剂:C20H35N3Sn、C18H16OSn标准品;甲醇(CH3OH);三乙胺((C2H53N);乙酸(CH3COOH);丙酮(CH3COCH3);正己烷(C6H14);新疆酥梨;水晶梨;酥梨。 3.3 实验方法 3.3.1 制备标准储备液 准确称取适量C20H35N3Sn 和C18H16OSn,分别放置于25 mL 棕色容量瓶内,用CH3OH 溶解定容,配制为100 μg/mL 的C20H35N3Sn、C18H16OSn 标准储备液,在4℃冰箱中保存,每次使用前逐级稀释至目标浓度。 3.3.2 仪器条件 色谱条件:色谱柱为Pursuit 5μ-C18;流速为1mL/min;进样量20μL;分流比1∶1;流动相为CH3OHCH3COOH-(C2H5)3N盐缓冲溶液,pH为3.5;柱温30℃;波长210 nm。 ICP-MS 参数:雾化室0℃;角镜-222 V;第一、第二、第三离子透镜分别为-1 V、-186 V、-193 V;采样深度为7 mm;壳气0.18 L/min;辅助气1.8 L/min;等离子体气18 L/min;雾化气0.92 L/min;RF 功率1 400W。 3.3.3 样品前处理 制备样品:从当地市场购买新鲜梨,用自来水和二次水冲洗,晾干去皮,用榨汁机分别将梨皮与果肉榨汁,转移入样品袋密封,4℃条件下保存备用。 处理样品:称取样品5 g,放入50mL 离心管中,加入CH3COCH3-CH3COOH(99∶1)提取液,以2500 r/min速度振荡10 min,以4 000 r/min 速度离心15 min,将上清液转入烧瓶管,重复提取残渣2 次,合并所有提取液,在40℃水浴减压浓缩10 min。取10 mL C6H14萃取3 次,每次5 min,合并萃取液,浓缩至1 mL,等待净化。 净化:分别采用10 mL C6H14 与水活化硅胶固相小柱,将萃取液加入小柱,并把1 mL C6H14分为2 次洗涤浓缩加入柱中,用20 mL C6H14 以1 mL/min 速度洗脱,收集洗脱液,以40℃水浴浓缩至干,取10 mLCH3OH溶解残渣,用0.45 μm 滤膜过滤,取20 μL 滤液在色谱柱条件下测定。 3.4 结果 3.4.1 工作曲线与检测限 取标准储备液(100 μg/mL),依次稀释为50、20、10、5、2、0.5 mg/mL 混合标准工作液,进行HPLC-ICPMS分析,线性拟合。结果显示,C20H35N3Sn和C18H16O OSn浓度范围在0.5~50 mg 时线性关系良好。C20H35N3Sn线性方程Y=1991.3X-574.82,相关性系数r=0.999;C18H16O OSn 线性方程Y=2164.33X-703.64,r=0.999。标准溶液逐级稀释,信噪比为3∶1 时,C20H35N3Sn和C18H16O OSn 的检测限为0.47 ng/mL 和0.24 ng/mL。 3.4.2 稳定性试验 取混合标准溶液10 ng/mL,连续进样,测定6 次,对所得C20H35N3Sn和C18H16O OSn 的峰面积进行积分,由峰面积与相对标准偏差(RSD)结果可知,精密度良好,详见表1。 3.4.3 加样回收 取标准储备液适量,配制为1 000 ng/mL 的混合标准溶液,分别在50、250、500 μL 混合标准溶液加入5 g 梨肉样本,放置一段时间以便于农药深入组织。按照实验条件进行检测,结果显示,C20H35N3Sn 和C18H16OSn 的平均回收率为83%~109%,RSD 为1.5%~6.3%。该方法准确可靠,可同时应用于测定梨中的C20H35N3Sn、C18H16OSn。 3.4.4 样品分析 根据建立的实验方法分析新疆香梨、水晶梨以及酥梨的果皮与果肉,详见表2。 3.5 结论 联合使用HPLC-ICP-MS分析手段与振荡法提取-固相萃取技术对梨品的C20H35N3Sn、C18H16OSn 进行测定。浓度范围为0.5~50 ng/mL 时线性关系良好,检测限分别为0.47 ng/mL 和0.24 ng/mL,平均回收率83%~109%,RSD 为1.5%~6.3%。与HPLC 法比较,该方法的灵敏度明显较高。 4 ICP-AES 测定蜂蜜中的金属元素 4.1 背景 蜂蜜中含有脂肪酸、氨基酸、维生素、多种酶、糖类物质以及许多人体必需微量元素,具有较高的保健功能与营养价值。近年来,工业发展迅速,地表水、地下水、土壤以及空气都不可避免地受到“三废”中无机元素的污染,农用化肥也是重金属污染的重要来源之一。 电化学法可测出的重金属元素种类较少;原子吸收光谱法只能测定单个元素,效率不高;ICP-MS 仪器昂贵,推广难度较大;电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)法的灵敏度高,用时少,可同时测量微量元素与痕量元素,线性范围广,综合优势较明显。 样品前处理是蜂蜜中无机元素测定中不可或缺的步骤,湿法消解操作烦琐,试剂消耗量大,速度慢;微波消解效果彻底,但样本稀释倍数大,增加了测定超痕量元素难度。本文试以硝酸(HNO3)溶解,在短时间内完成消解,明显缩短样品前处理时间,建立了ICP-AES 法同时测定蜂蜜中多种金属元素的方法。 4.2 仪器与试剂 仪器:超纯水器;Scott 雾室;宝石喷嘴十字交叉雾化器;分段式电感耦合检测器;电感耦合等离子体发射光谱仪。 试剂:多元素混合标准溶液储备液;HNO3;蜂蜜;试验用纯水。 4.3 样品处理 汪氏蜂蜜、洋槐蜜、桂花蜜、野生蜂蜜来源于当地市场。将有结晶的蜂蜜,在密闭条件下,放置于50℃~60℃水浴中加热振荡,待其融化后用玻璃棒搅拌均匀,迅速冷却;对无结晶的蜂蜜,玻璃棒搅拌均匀即可。取样品0.5 kg 作为试样备用。准确称取2 g,放置于50 mL 烧杯中,加5 mL HNO3,电炉微热溶解,溶液颜色转为浅黄色后转入25 mL 容量瓶中,纯水定容,用同样方法制备空白试剂。 4.4 检测条件 等离子气流量为18mL/min,冷却气流量为18L/min,辅助气流量为0.2 L/min,雾化气流量0.8 L/min,射频功率1 400 W,样品提升量1.5 mL/min。 4.5 检测结果 4.5.1 检测限 在仪器测定条件下对空白溶液重复测定10 次,计算标准偏差及各种重金属元素的仪器检测限,以样品处理方法为依据对方法检测限进行计算,结果显示,锶(Sr)、铋(Bi)、As、Cd、Co、Cr、V、Li、Ni、Se 的检测限分别为0.005 0、0.067、0.20、0.007 4、0.007 4、0.11、0.025、0.003 7、0.037、0.29 ng/mL。 4.5.2 加样回收率与精密度 取处理好的野生蜂蜜样品,进行加样回收试验,除Bi 的回收率为76.8%外,其余元素的加样回收率均较高,RSD<7.00%,详见表3。 4.5.3 样品测定 取4 种处理好的蜂蜜,仪器条件下测定金属元素含量,共测定3 次,以均数(x)±标准差(s)的形式表示,详见表4。 从表4 可见,不同蜂蜜的重金属元素含量不同,4 种蜂蜜的重金属含量较低,Bi、As、Cd、Cr、V 未检出。 4.6 结论 ICP-AES 法同时测定蜂蜜中10 种元素,采用稀HNO3 将蜂蜜样品直接稀释,加样回收率理想,RSD<7.0%,该方法操作简单,明显缩短测定时间,精密度、准确度良好。4 种蜂蜜的金属元素含量存在差异,重金属含量均比较低。 5 结语 经实验证实,建立的方法灵敏度高、准确且快速,可应用于食品中有机锡农药残留以及重金属含量的测定。
  • [资讯] 东北地区稻稗对五氟磺草胺的抗药性机制
    稻稗Echinochloa oryzicola(Vasing.)Vasing为一年生禾本科稗属杂草,与水稻有相近的生活习性,对逆境的适应能力又强于水稻,是稗草在稻田的一种适应类型。属世界性恶性杂草,也是我国稻区常发性的一种杂草。 乙酰乳酸合成酶(ALS)是植物体内3种重要支链氨基酸合成过程中的首要酶,目前,ALS抑制剂类除草剂是用于水稻田防除稻稗的主要药剂。自超高效除草剂氯磺隆成功开发以来,具备活性高、选择性强以及低毒、低残留等优点的ALS抑制剂类除草剂,在全世界范围内大规模生产及应用。但是,由于作用位点单一,ALS抑制剂类除草剂极易产生抗药性,研究表明连续重复使用ALS抑制剂3~5年,该地区杂草极可能产生抗药性。 五氟磺草胺(penoxsulam)是磺酰脲类除草剂的主要品种,该药剂对水稻安全性极好,应用适期广,能有效防除各种稗草。近年来,我国东北地区利用五氟磺草胺防除稻稗的效果明显下降,施用量不断增加。早在2009年,在希腊南部首次发现2个稻稗种群对五氟磺草胺产生了抗药性;2015年,李俭等研究发现吉林省稻区已存在对五氟磺草胺产生抗性的稻稗生物型,但其抗药性机制尚不明确。 杂草抗药性机制主要分为两大类:一类是由靶标酶基因突变和靶标酶的过量表达引发的靶标抗药性(TSR);另一类是由除草剂吸收转运的减弱、隔离屏蔽以及代谢和解毒作用增强等引发的非靶标抗药性(NTSR),现已研究证明细胞色素单加氧酶(P450s)、谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)的活性与抗药性密切相关。目前,有关除草剂代谢抗药性的研究,通常采用P450s抑制剂与除草剂混用的方法,通过整株生物测定杂草抗药性水平变化,推断P450s是否参与抗药性形成。马拉硫磷(malathion)是目前最常用的一种P450s酶系竞争性抑制剂,可以减缓P450s酶对除草剂的解毒作用,对除草剂具有增效作用。 目前有关稻稗对ALS抑制剂抗药性的研究主要停留在敏感性测定,有关稻稗对五氟磺草胺抗药性机制的研究尚未见报道。因此,试验对采自东北地区3个水稻产区的疑似抗药性稻稗种群进行整株生物测定,ALS基因突变分析,细胞色素P450单加氧化酶活性研究,明确稻稗种群对五氟磺草胺的抗性水平及其抗药性机制,旨在为抗ALS抑制剂稻稗抗药性机制研究提供分子生物学基础,为延缓其抗性种群发展提供一定的理论依据。 1 材料与方法 1.1 供试材料 供试种子:供试稻稗种子均采集于2018年9月,具体地点见表1。 药剂:25 g/L五氟磺草胺可分散油悬浮剂,陶氏益农农业科技有限公司;45%马拉硫磷乳油,深圳诺普信农化股份有限公司。 主要仪器:CAI HUI TC-108/118小型空气压缩机,型号为F-470;SQP天平(精确度0.0001 g),赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;-80 ℃冰箱,美国Thermo Forma公司;制冰机,日本Sanyo公司;梯度PCR仪、凝胶成像系统,美国Bio-Rad公司;高速冷冻离心机(CF 16RXII型),日本Hitachi公司;DYY-12型电脑三恒多用电泳仪,北京市六一仪器厂。 主要试剂:植物基因组DNA抽提试剂盒,北京天根生化技术有限公司;PCR扩增相关酶与试剂等,上海Sangon公司。 1.2 试验方法 1.2.1 不同稻稗种群对五氟磺草胺抗药性指数测定及P450s活性差异 将低温干燥储藏5个月后的稻稗种子,取适量放于装有2层滤纸的直径为9 cm的培养皿中,于30 ℃恒温光照培养箱(光暗比为14∶10)中催芽3 d,分别取15颗,种植于直径7 cm×高6 cm塑料花盆内,种植深度1 cm,放置于温室内,生长条件:昼间温度(25±5) ℃,夜间温度(14±5) ℃,昼夜比为14 h∶10 h,相对湿度(75±5)%,待出苗后每盆保留10株长势基本一致的植株。待其长到2~3叶期,进行施药。 试验参照Yu等的方法,采用整株生物测定法,测定不同稻稗种群对五氟磺草胺抗药性指数以及马拉硫磷对五氟磺草胺的增效作用,预试验表明,在1000 g a.i./hm2剂量下,马拉硫磷对稻稗的生长发育无明显影响,因此试验中喷施马拉硫磷的剂量为1000 g a.i./hm2,在五氟磺草胺处理前的30 min喷施。试验中各处理五氟磺草胺剂量设定见表2,每个处理重复3次,试验整体重复2次。施药21 d后剪取每盆稗草的地上部分称重,记录数据。整株生物测定结果按照Logistic模型进行非线性回归分析。 式中:C为剂量反应下限,D为剂量反应上限,ED50为鲜重抑制中量(GR50),x为五氟磺草胺用量,b为斜率,y为特定除草剂用量下杂草鲜重抑制率(%)。抗性程度根据抗性指数判定,抗性指数(resistance index,RI)计算公式(2)。用SigmaPlot 12.5绘制标准回归剂量曲线。 1.2.2 稻稗ALS基因片段的扩增和克隆 待稻稗生长至3叶期后,分别在液氮中快速研磨抗药性种群和敏感性种群单株植物叶片组织200 mg,利用植物基因组DNA提取试剂盒(北京天根生化技术有限公司)提取总DNA。根据NCBI上GenBank登记的稻稗ALS序列(KY071209.1、KY071210.1),利用Primer premier 5和Oligo6.0程序设计了3对引物(见表3),包含了已报道的ALS基因保守区域8个可导致杂草抗药性的突变位点,引物由上海Sangon公司合成,并用梯度PCR仪确定每对引物的最佳退火温度。PCR扩增反应体系总体积为25 μL,包括:17.8 μL ddH2O,2.5 μL 10 ×PCR Buffer,0.5 μLdNTP Mixture(10 mmol/L),1 μL MgCl2(50 mmol/L),1 μLPrimer F(10 μmol/L),1 μL Primer R(10 μmol/L),0.2 μL TaqDNA Polymerase(5 U/μL),1 μL DNA模板。反应程序如下。 F1&R1:95 ℃预变性3 min;95 ℃变性30 s,65 ℃退火30 s,72 ℃延伸30 s,30 个循环;72 ℃终延伸5 min。 F2&R2:95 ℃预变性3 min;95 ℃变性30 s,60 ℃退火60 s,72 ℃延伸30 s,30 个循环;72 ℃终延伸5 min。 F3&R3:95 ℃预变性3 min;95 ℃变性30 s,60 ℃退火30 s,72 ℃ 延伸30 s,30 个循环;72 ℃终延伸5 min。 待PCR反应完成后,取5 μL反应产物,进行1.0%琼脂糖凝胶电泳检测,将检测成功的PCR扩增产物送至Sangon(上海)股份有限公司测序。将测序结果在NCBI上进行BLAST比对,用DNAMAN5.2.2软件对抗性和敏感种群稻稗ALS基因片段序列进行比对分析。 2 结果和分析 2.1 不同稻稗种群对五氟磺草胺抗药性指数测定及P450s活性差异研究 由图1、2可见:随着五氟磺草胺浓度的增大,单独喷施五氟磺草胺和喷施五氟磺草胺+马拉硫磷的2组处理,相对鲜重均呈现出下降的趋势,4个种群在叠加喷施马拉硫磷后相对鲜重下降速率更快。试验结果(见表4)表明:辽宁省开原市采集到的稻稗抗药性种群R-2抗性指数最高为25.67,GR50值为58.27 g a.i./hm2,表明该地区稻稗对五氟磺草胺已产生较高水平的抗药性,R-1,R-32个抗性种群对五氟磺草胺的抗性指数分别为3.64、8.66,呈现低水平和中等水平抗药性。疑似敏感性种群S喷施马拉硫磷+五氟磺草胺后的GR50值为1.79 g a.i./hm2,较单独喷施五氟磺草胺时下降了21%;而种群R-1、R-2、R-3在喷施马拉硫磷+五氟磺草胺时的GR50值分别为4.32、8.48、9.72 g a.i./hm2,抗性指数分别为2.41、4.74、5.43,与单独喷施五氟磺草胺相比,抗性指数比分别为1.99、5.42、1.60。 2.2 稻稗种群ALS基因差异分析 以抗敏稻稗种群单株基因组DNA为模板,用引物和F1&R1、F2&R2和F3&R3对ALS基因片段进行扩增,分别得到长度为247、712、417 bp的片段,与NCBI上稻稗ALS序列(KY071209.1、KY071210.1)的同源性均达99%,证明扩增的序列即为目的序列,扩增的ALS基因片段包含已报道的8个突变位点。如表5所示,将稻稗抗敏种群ALS序列片段进行比对,3个抗性稻稗种群中均未检测到突变。 3 结论与讨论 在同一区域内,长期连续使用单一品种或同一作用机制的除草剂,易加快抗药性杂草的发展,加大杂草的防治难度。本试验初步认证了这一点,3个抗性种群采集地ALS抑制剂用药历史均超过10年,均出现了不同程度的抗药性,抗药性指数R-2>R-3>R-1。其中,从开原市采集到的R-2种群抗性倍数高达25.67倍,因而导致该地区五氟磺草胺在常规用量下已达不到良好的防治效果。 ALS酶是ALS抑制剂类除草剂的作用靶标,其基因编码区域发生突变是公认的杂草产生抗药性的主要机制。在ALS编码区域内,现已发现8个可导致杂草对ALS抑制剂类除草剂产生抗药性的突变位点,且这8个位点可发生29种不同形式的氨基酸取代,是现已发现突变类型最多的除草剂作用靶标。靶标酶基因位点发生变化可导致杂草靶标酶对除草剂结合能力减弱甚至丧失,从而导致杂草对该类除草剂产生抗药性。通过将抗性基因克隆并转入拟南芥验证发现,基因突变而引发的抗性能够稳定遗传,其遗传方式遵循孟德尔遗传规律,这将对杂草防治带来严重影响。因此,基因测序现已成为对杂草抗药性机制研究的主要环节。随着杂草抗药性机制研究日渐深入,非靶标抗药性机制也被人们意识到是杂草产生抗药性更为复杂的重要机制,通过对多抗性杂草研究发现,由非靶标机制导致的杂草抗药性水平会更高,远远超过由靶标基因突变导致的抗药性水平。已有大量研究表明P450s参与多种除草剂的抗药性形成,Li等在研究菵草对精恶唑禾草灵和甲基二磺隆的多抗性时发现抗药性种群,在2种靶标酶ALS和ACCase保守区域均未检测到靶标位点突变,经验证其抗药性与P450s有关;Zhao等在研究我国东北地区野慈姑对苄嘧磺隆的抗药性时发现2个抗药性种群的抗药性与P450s有关,且靶标酶未检测到突变。本试验通过对ALS基因片段测序分析,未发现靶标位点突变;通过整株生物测定试验测定不同稻稗种群体内P450s活性的差异,发现3个疑似抗药性种群的抗药性与细胞色素P450单加氧酶活性的增强有关,这与以上研究结论一致。 试验采用整株剂量测定法明确了东北地区3个稻稗种群对五氟磺草胺抗药性水平和细胞色素P450单加氧酶活性差异研究,又通过基因测序法对抗抗敏种群ALS基因序列进行比对,从靶标和非靶标2方面抗药性机制进行探究,为抗ALS抑制剂稻稗抗药性研究提供了分子生物学基础,为稻田恶性杂草稻稗抗药性的监测与治理工作提供了理论依据。
  • [资讯] 助剂对30%苯唑草酮悬浮剂湿润性能及药效的影响
    使用除草剂是玉米稳产的重要措施之一,杂草防治不及时,会通过竞争作用和异株克生作用抑制玉米生长。苯唑草酮(topramezone)是由巴斯夫(中国)有限公司推出的玉米田茎叶处理除草剂,对一年生杂草防治效果优良,持效期可达35 d,对作物安全。除草剂在杂草上的沉积、渗透、展着效果直接影响药效。农药使用中,大部分有效成分流失进入环境,农药有效利用率不足30%。助剂可改善药剂性能,有效提高药效和利用率。GYT1602是新型多功能桶混增效剂,可降低药液表面张力,促进渗透吸收,增强黏附性。GY-Tmax是天然植物油为原材料开发的专用增效剂,能改进药液润湿、渗透性,提高农药覆盖率。乙基和甲基化植物油助剂是由乙基和甲基化植物油和非离子表面活性剂为主要成分的助剂,可降低药液表面张力,提高靶标药液沉积量。杂草叶表结构对药滴沉积、展着、渗透有一定影响,其中稗草等杂草叶表疏水结构对药效有严重影响,这是杂草难以防治的原因之一。选择性能优良的助剂可有效提高农药在靶标上的沉积、展着、渗透效果。试验主要研究了4种玉米田杂草叶面临界张力和农药药液表面张力,评价了药液在杂草叶片上的湿润性能;通过药液在杂草叶片上的动态接触角和静态接触角反映药液在叶片上的展布效果。温室盆栽试验进一步探讨了3种助剂对30%苯唑草酮SC的增效作用,为合理选用农药喷雾助剂提供参考。 1 材料与方法 1.1 供试材料及主要仪器 30%苯唑草酮悬浮剂、乙基和甲基化植物油[巴斯夫(中国)有限公司];GY-T1602(主要成分为顺式十八碳烯酸甲酯、乙氧基化植物油和协同增效因子)、GY-Tmax(主要成分为天然植物油),中国化工有限公司;乙二醇、甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺(均为分析纯),去离子水。稗草、苘麻、狗尾草、藜,采自吉林省长春市吉林农业大学实验基地。SL200KB型接触角测量仪(美国科诺有限公司)、ZL-3型全自动界面张力仪(博山同业仪器分析厂)、3WBD-16型喷雾器(临沂市益晨机械有限公司)。 1.2 实验方法 1.2.1 杂草叶片临界张力值测定 根据Zisman提出的测定植物临界表面张力方法,选取新鲜稗草、狗尾草、苘麻、藜叶片,剪取长2.5 cm,宽1 cm的叶片,避开叶脉,选取平整部分,用双面胶固定在盖玻片上,保持表面平整,用微量注射器将已知表面张力的液体:乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺、甲酰胺和去离子水,分别吸取2 μL滴在叶片表面,使用接触角测量仪测定接触角θ,并计算Cosθ值,以Cosθ值对4种试剂的表面张力做图,直线外延至Cosθ=1(即接触角为0)处,得到相应的液体表面张力值即为叶面的临界张力值。 1.2.2 药液表面张力的测定 将30%苯唑草酮悬浮剂用去离子水稀释成浓度为0.2%、0.1%、0.05%的稀释液,分别加入体积分数分别为0.1%、0.2%、0.5%的GY-T1602、GY-Tmax和乙基和甲基化植物油,用全自动界面张力仪测定其表面张力。重复以上步骤,每个处理重复3次,取平均值。 1.2.3 静态接触角和0~60 s动态接触角测定 选取新鲜稗草、狗尾草、苘麻、藜叶片,剪取长2.5 cm,宽1 cm的叶片,避开叶脉,选取平整部分,用双面胶固定在盖玻片上,保持表面平整。将不同稀释倍数的30%苯唑草酮悬浮剂及加入推荐使用剂量的3种助剂,使用微量注射器取2 μL分别滴在4种杂草叶片上,使用接触角测量仪记录0~60 s动态接触角变化情况,取30 s时的接触角为静态接触角,每个处理重复3次,取平均值。 1.2.4 助剂对30%苯唑草酮增效作用 分别在直径15 cm花盆中播种稗草、狗尾草、苘麻和藜,待杂草长至3~4叶期,每盆保留长势一致的杂草20株。将有效含量分别为15.12、30.24 g/hm2的苯唑草酮及混用了体积分数为0.1% GY-T1602、0.2% GY-Tmax和0.5%乙基和甲基化植物油3种助剂后喷洒在杂草上。20 d后,调查杂草株防效和鲜重防效,每个处理重复3次,取平均值。 2 结果与分析 2.1 4种杂草临界表面张力 植物表面微观形貌的特征决定其具有亲水性或疏水性。由于叶片具有不同的微观结构,所以具有不同的临界表面张力。亲水性植物叶表形貌的典型特征是具有分布密度均匀的200~400 μm长的针状毛刺,依其刺破水膜导致水滴在叶表迅速铺展而形成亲水效果。苘麻叶片属于典型的亲水结构,疏水叶片表现为:叶表有颗粒大小为10~20 μm,间距为5~20 μm的排布疏密不等纤维。稗草叶片表面具有很多沿着纤维方向串珠状排列的突起,狗尾草叶表微观结构与稗草相近,只是突起的串珠的大小、密度不同。藜叶片表面会形成粉状颗粒结构的突起的疏水结构。苘麻叶片表面粗糙呈蜂窝状,其表面分布直径为20~30 μm之间, 凹坑深度5~10 μm的凹陷结构,同时分布着长度为200~400 μm不等,密度约为50根/mm的细长毛刺,为典型的亲水结构。杂草临界表面张力测定结果见图1。 狗尾草近轴面的临界表面张力为16.05 mN/m;远轴面临界张力为23.61 mN/m,同样方法测得稗草、苘麻、藜临界张力值结果见表1:近轴面分别为15.21、32.25、13.37mN/m。远轴面临界张力分别为14.94、27.82、30.32mN/m,试验结果表明:狗尾草、稗草、藜叶片临界张力值较小,表现出疏水性,一般药液很难达到良好的湿润效果。苘麻表面为亲水性,叶表容易润湿。 2.2 药液的表面张力 药液表面张力接近或小于杂草叶表的临界张力,其在叶片上才能发挥较好的润湿效果[11-12]。不同稀释倍数条件下,30%苯唑草酮悬浮剂及加入助剂表面张力测定结果见表2。 30%苯唑草酮悬浮剂分别稀释成浓度为0.2%、0.1%和0.05%的稀释液后的表面张力分别为41.65、43.86、44.13 mN/m,由于狗尾草、稗草、藜等杂草叶表的疏水微观结构导致其近轴面临界张力值较低,仅为16.05、15.21、13.37 mN/m,未加助剂的30%苯唑草酮悬浮剂经过不同倍数稀释后表面张力均大于40 mN/m,与叶片临界表面张力相差较大,所以很难在叶片上达到良好的展布效果。分别加入体积分数为0.1%的GY-T1602、0.2%的GY-Tmax和0.5%的乙基和甲基化植物油助剂后,药液的表面张力相对于未加入助剂的药液而言都更加接近叶片的临界表面张力,其中效果最好的是GY-T1602,可以将药液不同倍数稀释液的表面张力降低到22.15~24.80 mN/m之间;其次效果较好的是GY-Tmax,将药液的表面张力降低至26.46~29.72 mN/m之间,乙基和甲基化植物油效果不如前2种助剂,将药液的表面张力降低到30.20~34.76 mN/m之间。随着农药稀释倍数的增大,由于表面活性剂浓度的降低,表面张力不断增大。所有处理中,浓度为0.2%稀释处理的药液的表面张力最低,在杂草叶片上能达到最好的润湿效果,建议将药液稀释到浓度为0.2%后使用。 2.3 药液的动态接触角和静态接触角 30%苯唑草酮悬浮剂浓度为0.2%的稀释液及其加入助剂后测定动态接触角和静态接触角结果见图2。 由图2a~2d可以看出:加入助剂后,药液在不同杂草叶面的0 s处接触角均有降低,说明了药液在接触到叶片的瞬间,助剂就能发挥作用,这可以有效避免由于叶片疏水结构导致的农药喷雾液滴在刚接触到叶片的一瞬间无法润湿叶片而被弹出流失到土壤中的现象。由图2a、2b和2d可以看出:未加入助剂的药液在狗尾草、稗草、藜叶表的动态接触角始终大于100°,且接触角几乎没有下降趋势,说明药液很难润湿叶片,这是由于以上3种杂草叶表微观疏水结构和药液表面张力较大导致。加入助剂后药液润湿性能的到提升,其中GY-T1602和GY-Tmax效果相近,且效果要优于乙基和甲基化植物油。由图3c可以看出:未加入助剂的药液对苘麻叶片有一定润湿效果但并不理想,加入以上3种助剂后的药液在20~30 s内均可完全润湿苘麻叶片,3种助剂效果均理想。 30 s静态接触角试验结果见表3,随着药液稀释倍数的不断增加,药液在4种杂草30 s静态接触角呈逐渐扩大趋势,GY-T1602和GY-Tmax对30%苯唑草酮悬浮剂在狗尾草、稗草、藜3种杂草叶片上的30 s静态接触角降低幅度较大,说明这2种助剂对药液润湿性能提升明显。由表3可知,以上3种助剂均可使30%苯唑草酮悬浮剂在30 s之内完全润湿苘麻叶片。 2.4 助剂对30%苯唑草酮SC除草效果的影响 3种助剂对30%苯唑草酮SC的防效影响见表4、5。由表4可知:有效含量为15.12 g/hm2的苯唑草酮对狗尾草、稗草、苘麻和藜的杂草株防效为66.7%~80.0%,30.24 g/hm2的苯唑草酮在4种杂草上的株防效为81.7%~100.0%。由表5可知:有效含量为15.12 g/hm2的苯唑草酮对狗尾草、稗草、苘麻和藜的杂草鲜重防效为72.24%~79.56%,有效含量为30.24 g/hm2的苯唑草酮在4种杂草上的鲜重防效为84.17%~100.0%。由表4、5可以看出:在有效含量为15.12 g/hm2的苯唑草酮中加入助剂GY-T1602、GY-Tmax和乙基和甲基化植物油后,药液对4种杂草株防效以及鲜重防效均得到提升,其中,加入助剂GY-T1602的处理对杂草的株防效和鲜重防效分别达到93.3%~100.0%和92.66%~100.0%,对狗尾草、稗草、苘麻和藜的株防效分别提升了21.7%、13.3%、23.3%和26.6%,鲜重防效分别提升了22.33%、13.1%、26.86%和22.63%。加入助剂GY-Tmax的处理对杂草的株防效和鲜重防效分别达到86.7%~93.3%和85.32%~90.15%,对狗尾草、稗草、苘麻和藜的株防效分别提升了13.4%、10.0%、16.6%和21.6%,鲜重防效分别提升了13.08%、7.95%、17.01%和15.51%。加入助剂乙基和甲基化植物油的处理对杂草的株防效和鲜重防效分别达到81.7%~86.7%和79.34%~87.64%,对狗尾草、稗草、苘麻和藜的株防效分别提升了8.4%、6.7%、10%和15.0%,鲜重防效分别提升了11.01%、4.67%、14.5%和5.16%。3种助剂中,GY-T1602对有效含量为15.12 g/hm2苯唑草酮药效提升最大,药效几乎可以达到有效含量为30.24 g/hm2苯唑草酮的药效,能够有效达到减量增效的目的。其次效果较好的是助剂GY-Tmax、乙基和甲基化植物油。 3 结论与讨论 试验通过测定4种已知表面张力试剂在杂草叶片上的接触角计算出了狗尾草、稗草、苘麻、藜的叶面的临界张力值,通过全自动界面张力仪测定了30%苯唑草酮悬浮剂的表面张力,分析了30%苯唑草酮农药液滴在杂草叶片上的湿润性能,同时测定了药液中加入助剂后的表面张力,分析了3种助剂对药液不同稀释倍数药液表面张力的影响,通过测定未加入助剂药液及加入助剂药液在4种杂草叶片上的静态接触角和动态接触角,直观的分析了助剂对农药在杂草叶片上湿润性能的影响。农药液滴在叶片表面的湿润性能受多方面因素影响,不仅与靶标叶片的微观形貌有关,还与农药液滴的表面张力有关。试验通过测定30%苯唑草酮不同稀释倍数稀释液的表面张力发现:农药稀释倍数越大,表面活性剂浓度越低,润湿效果越不理想,因此表面张力呈现不断增大趋势。未加入助剂的30%苯唑草酮悬浮剂表面张力远大于狗尾草、稗草、藜的临界表面张力,所以不能达到良好的润湿效果,加入GY-T1602、GY-Tmax、乙基和甲基化植物油助剂后30%苯唑草酮悬浮剂稀释液的表面张力均有所降低。其中GY-T1602对表面张力降幅最大,效果最明显。加入助剂后的农药液滴表面张力更加接近杂草叶片临界张力值,所以润湿效果更理想,通过静态接触角和动态接触角变化可以看出:加入助剂后,农药液滴在4种杂草叶片上的0 s接触角均有不同程度减低,且润湿速度有所加快,说明喷雾助剂在接触到叶片的瞬间便会发挥作用。所以,在田间使用农药防治难防治的疏水杂草仕应该适当加入助剂来降低药液的表面张力,喷雾助剂的使用不仅可以降低农药使用量,节省成本,还能够减少环境污染、保证药效。 通过温室盆栽试验结果可知:苯唑草酮对一年生杂草有良好的防治效果。在本试验中选用的3种助剂,GY-T1602的效果最理想,对30%苯唑草酮SC的防效提升最显著,能有效达到减量增效的目的。其次效果较好的为GY-Tmax、乙基和甲基化植物油。推荐使用GYT1602与30%苯唑草酮SC混用达到提高药效、减量增效的目的。
  • [资讯] 草甘膦母液定向转换焚烧系统
    草甘膦(glyphosate),化学名称为N-甲基磷酸甘氨酸(C3H8NO5P),是美国孟山都公司于1974年商品化的有机磷类除草剂。草甘膦具有高效、低毒、低残留、与环境相容性好的性能,且成本低,成为世界上使用最广、产量最大的除草剂。目前,国内外草甘膦工艺主要有2种工艺路线:甘氨酸法(GLY法)、亚氨基二乙酸法(IDA法)。不同的合成工艺产生母液成分差别较大,主要包括三乙胺、草甘膦、甘氨酸、亚磷酸、增甘膦及高浓度钠盐等物质。高浓度含盐废液的处理方法有膜法过滤技术、生化处理技术、焚烧法等。焚烧法处理技术优势在于高效的废液减量化、无害化,并且可以进行热量回收。针对草甘膦母液的焚烧法处理技术,还可以定向转换生产出高浓度焦磷酸钠固体盐,提高企业利润,满足国家环保排放要求。 1 草甘膦母液定向转换焚烧系统流程介绍 1.1 草甘膦母液特点 草甘膦母液成分复杂,分离和氧化困难,本文针对国内某农药公司的草甘膦母液设计一套定向转换焚烧系统,该系统的草甘膦母液处理量为6 t/h,设计负荷范围30%~110%。 该公司草甘膦母液具体组分见表1。 1.2 草甘膦母液定向转换焚烧系统流程介绍 草甘膦母液从液体储罐泵送到恒温炉上的母液喷枪,经过热蒸汽雾化后喷射到恒温炉内,恒温炉温度维持在700~750 ℃;草甘膦母液被破碎到一定粒径,经过恒温炉加热、水蒸发、可燃物燃烧后,产物中大部分固体颗粒沉降到炉排炉,从炉排炉前端随炉排向后移动,移动过程中,固体颗粒进一步燃烧直至燃尽,然后进入到除渣破碎机,破碎后的固体颗粒经过输送机进入包装系统,包装系统出来的产品主要就是焦磷酸钠,纯度高于85%;草甘膦母液焚烧后产生的烟气进入到旋风分离器,烟气中固体颗粒物经过旋风分离器部分除尘后,除掉的固体颗粒进入返料器,返回到恒温炉底部,与恒温炉上部产生的固体颗粒一同进入炉排炉;经过旋风分离器的烟气中还有未燃尽的可燃组分,经过再燃炉900~1100 ℃高温燃烧,被彻底分解、氧化,生成较小分子的CO2、H2O、少量氮氧化物等无害物质;离开再燃炉的高温烟气,在废热锅炉中取热,产生蒸汽,供给厂用;被取热后烟气降温到200 ℃以内,通过布袋除尘器将烟气中固体颗粒物降至不大于50 mg/Nm3,满足国家环保标准GB 18484—2001《危险废弃物焚烧污染控制标准》要求;除尘后的烟气经过引风机送入烟囱,直排大气即可。草甘膦母液定向转换焚烧系统流程图见图1。 1.3 主要工艺设备 1.3.1 恒温炉 恒温炉主要作用是为草甘膦母液提供一个合适的焚烧温度和一个足够的燃烧空间,确保草甘膦母液水蒸发、可燃物组分燃烧,产生的烟气进入后系统,产生的固体颗粒沉降到炉排炉。为保证草甘膦母液能够完全燃烧,恒温炉有效内壁尺寸:3960 mm×3960 mm,高度:20 000 mm,燃烧空间313 m3。恒温炉在左右墙设计有5排燃料气燃烧器,维持恒温炉炉温在700~750 ℃,每2排燃烧器之间设计2支草甘膦母液喷枪,共计8支。母液喷枪选用内混式介质雾化喷枪,采用过热蒸汽雾化,雾化粒径在50~150 μm范围内。在恒温炉前后墙垂直方向设置12支热电偶,用来监测炉膛温度。恒温炉设有耐火层、隔热层和保温层3层衬里结构,其中耐火层衬里材料选用铬刚玉砖,此材料对盐组分有很强的抗腐蚀性。恒温炉设有4处人孔和12处手孔,用以恒温炉检修和在线清理炉膛使用。 1.3.2 炉排炉 炉排炉主要接收恒温炉沉降的固体颗粒和部分旋风分离器除尘下的固体颗粒,这2部分固体颗粒随炉排运转逐渐燃尽,燃尽时间不低于30 min。炉排炉的温度控制在(700±30) ℃,炉温主要是由8台燃料气燃烧器调控。排出炉排炉的固体颗粒主要是焦磷酸钠,质量含量不低于85%,最高时可达到95%。炉排炉选用横梁式链条炉排,是一种机械化、结构精巧、技术先进的层燃设备。由支架、上下导轨、炉链、前轴总成及后轴总成、侧密封、放灰装置、加煤斗、前挡风门、风管组成。 1.3.3 旋风分离器 旋风分离器主要功能是将烟气中固体颗粒分离出来,送入炉排炉,进行初步除尘。旋风分离器包含旋风分离器主体、中心筒和返料器,分离器主体内侧衬06Cr25Ni20不锈钢至返料器内筒与恒温炉结合处,以确保焦磷酸钠等固体能可靠返回到恒温炉内,同时有效减少含尘烟气对分离器主体的磨损。返料器松料风、送料风配风采用压缩空气。返料风作用是尽可能将旋风分离器分离的固态尘粒收集通过料腿进入返料器中,再通过松料风对料腿松料,防止高温含盐尘粒在料腿部位沉积结实,通过送料风把返料器中高温含盐尘粒送回恒温炉中,尽可能减少固态含盐尘粒被烟气携带进入再燃炉高温燃烧,确保整个燃烧烟气系统流畅、通顺。 1.3.4 再燃炉 再燃炉主要功能是将烟气中未燃尽的可燃组分彻底分解、氧化,生成小分子的CO2、H2O、少量的氮氧化物等无害物质,排放烟气满足国家环保标准GB 18484—2001《危险废弃物焚烧污染控制标准》。再燃炉入口附近布置4台燃烧器,维持再燃炉温度在900~1100 ℃,烟气的停留时间不少于0.5s,耐火层衬里材料选用低含铬的刚玉砖,隔热层衬里材料选用普通高铝隔热砖,保温层选用硅酸铝纤维毡。 1.3.5 废热锅炉 废热锅炉主要是回收再燃炉高温烟气热量,产生具有使用价值的过热蒸汽。废热锅炉是单锅筒、自然循环水管锅炉。依次布置冷却室、蒸发器Ⅰ、蒸发器Ⅱ、蒸发器Ⅲ和省煤器。废热锅炉设计成多级多段布置,各段受热面之间设置足够大的检修空间,并设有漏灰装置,同时在冷却室区域布置了8个打焦孔,有利于清除积灰和零部件检修;各段受热面前后设有吹灰装置,共12台固定旋转式吹灰器,提高废热锅炉运行周期和减少检修频率;各受热面下部布置落灰斗,落灰斗通过管道与输送机相连。 1.3.6 布袋除尘器 布袋除尘器主要是将烟气中的含盐飞灰捕集,确保烟囱出口处粉尘浓度达到国家环保要求。除尘器的最主要技术性能指标是除尘效率和除尘器压损。要求布袋除尘器的压力损失不高于1500 Pa,出口气体含尘浓度<50 mg/Nm3 1.3.7 输送机 输送机主要功能是将炉排炉处产生的熔融态钠盐冷却到100℃左右,实现熔融钠盐干法收集。输送机选用双轴螺旋冷却输送装备,由夹套外壳、螺旋冷却输送轴、驱动机构等系统组成。夹套外壳和冷却输送轴内通入冷却介质。物料从冷却机设在顶盖上的加料口加入冷却机内,在转动的冷却输送轴推动下不断翻滚前进,物料在前进过程中热量被冷却主轴及叶片冷却,热量由循环水置换并带走。双轴冷却机卧式工作,冷却完成后由双轴冷却机另一端的底部出料口排出。 1.3.8 烟囱 烟囱为自立式碳钢烟囱,根据GB 18484—2001《危险废弃物焚烧污染控制标准》规定,烟囱最高端距离地面50 m。排烟温度为200 ℃,外壳材料为碳钢。 1.4 草甘膦母液定向转换焚烧系统主要技术特点 1)恒温炉以及炉排炉的温度控制由自动燃气燃烧机控制,温度变化范围±20 ℃,实际操控时,可以控制在±10 ℃的变化范围,炉温特别稳定。 2)整套定向转换焚烧系统不产生废水,产生蒸汽,焦磷酸钠产品品质高,产品平均质量含量在90%以上。 3)系统流程简单,布置紧凑,操作弹性大。 4)系统设计多处打焦孔,可在线进行积灰等颗粒堆积的清理,系统运行时间延长。 2 调试优化及灰样分析 2.1 调试优化 本套草甘膦母液定向转换焚烧系统建设完成后,在调试阶段陆续出现一些问题,主要反应在以下几个方面: 1)草甘膦母液喷枪在启动、停运环节会有堵塞现象存在。 2)旋风分离器、返料器处堆积固体颗粒量大,返料器会出现堵死,无法将固体颗粒返料送回恒温炉底部。 3)再燃炉温度不足900 ℃。 4)废热锅炉出力随着运行时间增加,出力减小,出口温度升高。 5)恒温炉中炉壁固体颗粒积聚严重,偶尔会有大体积颗粒物掉落到炉排炉,对炉排安全运行有影响。同时,由于颗粒大,在炉排炉内也会燃烧不完全,焦磷酸钠产品的品质会降低。 6)烟气中含盐,对布袋除尘器中布袋有一定腐蚀性。 调试中出现的问题,针对性做出了一定改造优化,具体如下: 1)改进草甘膦母液喷枪结构,采用外混式、蒸汽雾化喷枪结构,雾化粒径范围在100~200 μm范围内。同时,在操作时,要求喷枪开启时先开雾化蒸汽,2~3 min后投入草甘膦母液,停运时,先关闭草甘膦母液,2~3 min后再关掉雾化蒸汽。此项改进基本杜绝喷枪堵塞现象。 2)去除返料器到恒温炉下部的部件,将返料器出口扩大1.5倍,增加1处打焦孔,并直接与输送机相连。同时,要求运行班组,每间隔6~8 h,在打焦孔处进行一次清理。此项改进提高了整套系统的运行周期。 3)再燃炉入口处,增加2台燃烧器,确保再燃炉温度不低于900 ℃。 4)废热锅炉出力下降,主要是因为烟气中固体颗粒在换热管受热面上有结焦挂壁现象,影响换热效率,形成出口温度过高。由于废热锅炉设计有打焦孔,并分区设计布置的换热面,可以在线清理积灰和结焦。要求运行班组,每间隔6~8 h,在打焦孔处进行一次清理工作,此项工作与返料器处的清理工作同时进行。 5)由于烟气中含有钠盐,对布袋的腐蚀难以避免。只能从运行上尽可能降低烟气中含盐量,比如提升旋风除尘器效率或增加二级旋风除尘器等手段。同时,系统运行中,注意监控布袋除尘器前后压差,一旦压力有大幅度变化,注意停车检修布袋除尘器,更换损坏的布袋。 2.2 灰样组分分析 为分析烟气中固体颗粒组成,在焚烧系统的烟气流程中选取6处取样,进行组分分析,具体见图1。 灰样组分分析采用的技术是X射线荧光光谱分析(XRF)技术。 XRF是通过X射线管产生入射X射线(一次X射线),激发被测样品,受激发样品中每种元素会放射出二次X射线,并且不同元素所放出的二次X射线具有特定的能力特性或波长特性。探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能力及数量可以确定元素的种类及含量。利用X射线荧光光谱分析仪,可以有效探测出渣样在Na-U范围内的金属元素以及其平均含量。其中O元素均以氧化物形式出现,C元素由于测试强度太低,无法通过XRF测试。仪器型号:Thermo ESCALAB 250型X射线光电子能谱仪。具体分析结果见表4。 分析结果中,灰渣样品1、2、3、4中,主要元素有Na、P、O,还存在Ca、Si、Al、K、Fe、Cl、Zn等少量或者微量元素。灰渣样品5、6中,主要元素有Na、P、O、Cl,另外还存在Ca、Si、Al、K、Fe、Cl、K等少量或者微量元素。根据分析结果,推测出灰渣样品1、2、3、4中主要成分为Na4P2O7盐,灰渣样品5、6中主要成分为Na4P2O7盐和NaCl盐。后委托第三方检测机构采用X射线衍射分析(XRD)方法,利用Bruker D8 Advance仪器对灰渣样品进行测定,测定结果证实推测结果准确。 3 结论 针对某公司草甘膦母液理化性能指标特点,设计投建一套定向转换焚烧系统,有效处理草甘膦母液6 t/h,投运调试过程中,发现影响整套焚烧系统长周期运行的主要因素就是固体颗粒在整个焚烧系统流程中的堵塞问题。取样分析结果表明:在进入废热锅炉前的系统中固体颗粒主要是Na4P2O7盐,废热锅炉后的系统中固体颗粒主要成分是NaCl和Na4P2O7盐。在保证布袋除尘器出口气体含尘浓度<50 mg/Nm3时,排烟各项指标满足国家环保标准GB 18484—2001《危险废弃物焚烧污染控制标准》要求,实际运行中,需要密切注意布袋除尘器的运行参数波动。
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    吡唑类农药具有结构多变、选择性高、活性高、低毒等优点,与现代绿色农药发展理念和要求相符合。因此,在当前所开发农药新品种当中,涌现出越来越多的吡唑类杀虫剂、杀螨剂、除草剂和杀菌剂。本文对吡唑类部分农药品种及近5年报道的合成路线进行了综述。 1 吡唑类杀虫剂和杀螨剂 吡唑类杀虫剂和杀螨剂具有安全高效、作用机制独特、无交互抗性等优点。商品化的吡唑类杀虫、杀螨剂可分为6类,分别是氨基甲酸酯吡唑类、磷酸酯吡唑类、芳基吡唑类、吡唑双酰胺类、肟醚吡唑类、丙烯腈类。其中,氨基甲酸酯吡唑类、磷酸酯吡唑类杀虫剂毒性大,安全性差。近年来对这2类杀虫剂的研究和报道较少,故本文对其不再赘述。以下主要介绍芳基吡唑类、吡唑双酰胺类、肟醚吡唑类、丙烯腈类4类杀虫剂和杀螨剂。 1.1 芳基吡唑类杀虫剂和杀螨剂 芳基吡唑类杀虫剂属于广谱性杀虫剂,该类药物通过作用于γ-氨基丁酸调节的氯通道干扰氯离子的通路,破坏中枢神经系统的功能,最终造成昆虫个体死亡,而且对作物安全,代表品种有氟虫腈(fipronil)和乙虫腈(ethiprole)。 氟虫腈,又名锐劲特,化学名称为5-氨基-3-腈基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-三氟甲基亚磺酰基吡唑,是由拜耳公司开发的一类苯基吡唑类广谱杀虫剂,对半翅目蚜虫、叶蝉、飞虱,鳞翅目的幼虫,蝇类和鞘翅目类等害虫均有良好的防治效果。 2017年,徐恒涛等提出一种制备氟虫腈的方法,以3,4-二氯三氟甲苯为起始原料,通过二甲胺、氯气与化合物母体发生亲核加成反应制备2,6-二氯-4-(三氟甲基)苯胺。然后,以浓硫酸和亚硝酸钠为原料,在冰醋酸溶剂中反应生成亚硝酰硫酸,继而与芳胺进行重氮化反应生成芳胺重氮盐,再与二氰基丙酸酯进行缩合反应,然后在氨水中关环生成吡唑;最后以二甲胺为缚酸剂,用三氟甲基磺酰氯对制备的吡唑产物进行酰化反应得到氟虫腈。与先前的合成路线相比,该路线步骤更少,产品收率更高,路线见图1。 包如胜等提出了乙虫腈新合成路线,以5-氨基-3-氰基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-乙基亚硫酰基吡唑为原料,在乙酸、双氧水参与下发生氧化反应,再以氢氧化钠溶液调整体系酸碱度;升温回流后,再冷却结晶抽滤得到乙虫腈,路线见图2。 1.2 吡唑双酰胺类杀虫剂和杀螨剂 吡唑双酰胺类杀虫剂的代表品种有环丙虫酰胺(cyclaniliprole)等。该类化合物为鱼尼汀受体变构体抑制剂,作用方式是胃毒作用,化合物渗透性强且结构稳定,在植物体中可以起到长久保护的作用,适用于咀嚼式和刺吸式口器害虫。其中环丙虫酰胺是由日本石原产业公司开发创制的,可用于防治危害梨果类果树、核果类果树、葡萄、马铃薯等大田作物以及番茄、辣椒、茄子等温室栽培作物的多种害虫。于海波、Liu等提出环丙虫酰胺的制备路线:以3-氯-2-肼基吡啶与马来酸二乙酯为原料,反应得到1-(3-氯-2-吡啶基)-3-吡唑烷酮-5-甲酸乙酯,进一步在三溴氧化磷作用下进行卤化,以及氢氧化钠碱性条件下水解得到3-卤代-1-吡啶基吡唑-5-羧酸,与取代苯胺发生酰化反应得到化合物环丙虫酰胺。路线见图3。 1.3 肟醚吡唑类杀虫剂和杀螨剂 肟醚吡唑类的代表品种是唑螨酯(fenpyroximate),该类药物的作用机理是抑制NADH-辅酶Q还原酶,减少ATP的生成,还可以抑制螨卵发育以及幼虫向成虫的转化。其中,唑螨酯主要用于防治小菜蛾、稻飞虱对作物的危害。 姚志牛等提出唑螨酯的制备路线,该路线以乙酰乙酸乙酯和甲基肼为起始原料,在乙醇中进行环合反应,得到中间体1,3-二甲基-1H-吡唑-5-酮,再与三氯氧化磷和N,N-二甲基甲酰胺制备的维尔斯-迈尔试剂反应,生成5-氯-1,3-二甲基-1H-吡唑-4-醛,然后与苯酚进行醚化反应得到1,3-二甲基-5-苯氧基-1H-吡唑-4-醛,在碱性条件下与盐酸羟胺反应得到1,3-二甲基-5-苯氧基-1H-吡唑-4-醛肟,最后与对氯甲基苯甲酸叔丁酯进行缩合反应得到唑螨酯,路线见图4。 1.4 丙烯腈类杀虫剂和杀螨剂 乙唑螨腈(cyetpyrafen)是一种新型杀螨剂,其作用方式主要是触杀和胃毒,对螨卵、幼螨、若螨、成螨均有较好的防治效果,且与常规杀螨剂无交互抗性。 2016年,Yu等提出乙唑螨腈的制备路线,以草酸二乙酯为原料,在甲醇钠碱性作用下与丙酮发生亲核反应,所得中间体与水合肼关环反应得到5-甲基-1H-吡唑-3-羧酸甲酯;在硫酸二乙酯参与下,发生烷基化反应得到1-乙基-3-甲基-1H-吡唑-5-羧酸甲酯;所得中间体在甲醇钠碱性条件下被对叔丁基苯乙腈亲核进攻得到中间体(Z)-2-(4-(叔丁基)苯基)-3-(1-乙基-3-甲基-1H-吡唑)-3-羟基丙烯腈,再与新戊酰氯反应即得到产物乙唑螨腈,路线见图5。 2 吡唑类杀菌剂 吡唑类化合物作为杀菌剂的种类较少,主要分为硫代磷酸酯类、芳基吡唑类和酰胺吡唑类三类杀菌剂。 2.1 硫代磷酸酯类杀菌剂 硫代磷酸酯杀菌剂主要为有机磷农药,药物利用率普遍较低,易挥发散失到空气中或流入水体,通过沉降或聚集在土壤中,污染农畜渔果产品,并通过食物链的富集作用转移到人体,对人体产生积累性中毒。近年来对硫代磷酸酯杀菌剂的研究开展较少,在此不再进行叙述。 2.2 芳基吡唑类杀菌剂 芳基吡唑类化合物大多属于甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂,其中代表性品种是吡唑醚菌酯和住友化学开发的新杀菌剂metyltetraprole。作用机制是通过作用细胞色素b的Qo中心,阻止电子在细胞色素b到细胞色素c之间的电子传递,阻碍ATP的合成而影响真菌的能量循环,从而抑制其线粒体呼吸而发挥抑菌作用。 吡唑醚菌酯(pyraclostrobin)由德国巴斯夫公司研发上市,能防治由子囊纲、担子菌纲、半知菌类和卵菌纲等几乎所有类型的真菌病原体引起的植物病害,同时它又是一种激素型杀菌剂,能使作物吸收更多的氮元素,促进作物的生长。李清等提出制备吡唑醚菌酯的路线,以邻硝基甲苯为原料,经过还原、酰化、烷基化、溴化后再与1-(4-氯苯基)-3-吡唑醇反应生成目标化合物吡唑醚菌酯,路线见图6。 Metyltetraprole由日本住友公司研发,用于防治壳针孢属引起的病害。反应以1,2-二甲基-3-硝基苯为原料,经氧化得2-(甲氧甲基)-1-甲基-3-硝基苯,所得产物经过还原得2-(甲氧甲基)-3-甲基苯胺,所得苯胺产物在光气作用下生成异氰酸酯,在叠氮化钠作用下发生环化反应得到产物1-(2-(甲氧基甲基)-3-甲基苯基)-1,4-二氢-5H-四唑-5-酮,环化产物在硫酸二酯的参与下发生甲基化反应,得到1-(2-(甲氧基甲基)-3-甲基苯基)-4-甲基-1,4-二氢-5H-四唑-5-酮,甲基化产物与氢溴酸发生溴代反应,溴代产物与1-(4-氯苯基)-1,2-二氢-3H-吡唑-3-酮反应得到产物metyltetraprole,路线见图7。 2.3 酰胺吡唑类杀菌剂 吡唑酰胺类杀菌剂为琥珀酸脱氢酶(SDH)抑制剂,主要作用于呼吸链电子传递复合体Ⅱ,阻断能量代谢,使病原菌的生长受到抑制,导致其死亡。其代表性药物有氟唑环菌胺(sedaxane)、苯并烯氟菌唑(benzovidiflupyr)、联苯吡菌胺(bixafen)、isoflucypram、氟唑菌酰胺(fluxapyroxad)、氟茚唑菌胺(fluindapyr)、pyrapropoyne、吡噻菌胺(penthiopyrad)等。这类含氟化合物在细胞中普遍具有稳定性好、代谢快、脂溶性高的特点。 2017年,Wassmann等提出氟唑环菌胺的制备路线,以二甲胺、(E)-1,1,1-三氯-4-甲氧基-3-烯-2-酮为初始原料,反应得到(E)-1,1,1-三氯-4-(甲氨基)-3-烯-2-酮。在硫酸氢钠存在下,与2,2-二氟乙酰氯发生酰化反应,得到(Z)-1,1,1-三氯-3-((二甲氨基)亚甲基)-5,5-二氟戊烷-2,4-二酮,再与(E)-1-亚苄基-2-甲基肼发生关环反应,得到的关环产物与1-([1,1′-二(环丙烷)])-2-苯胺反应即可得到氟唑环菌胺,反应路线见图8。 苯并烯氟菌唑是由先正达公司开发的吡唑酰胺类杀菌剂,该化合物对小麦白粉病和玉米小斑病有特效,可以和多种杀菌剂复配使用。 2017年姜正金等提出制备苯并烯氟菌唑的合成路线,以2-氨基-6-硝基苯甲酸、1,3-环戊二烯为原料通过狄尔斯–阿尔德反应,得到5-硝基-1,4-二氢-1,4-桥亚甲基萘,在间氯过氧苯甲酸氧化下得到[2,3]-环氧-5-硝基-1,2,3,4-四氢-1,4-桥亚甲基萘,再通过氢溴酸溴代、氢气还原,得到5-氨基1,2,3,4-四氢-1,4-甲基萘-9-醇,接着与邻苯二甲酸酐反应得到2-(9-羟基-1,2,3,4-四氢-1,4-甲萘-5-基)异吲哚啉-1,3-二酮,然后羟基经氧化得羰基,在三苯基磷催化下进行氯代反应,然后在水合肼作用下去除保护基团,得到中间体9-(二氯甲烯基)-1,2,3,4-四氢-5-氨基萘,将其与3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-4-酰氯进行酰化反应,得到产物苯并烯氟菌胺,路线见图9。 联苯吡菌胺是目前发展最迅速的一类吡唑酰胺类化合物,对人、畜安全。联苯吡菌胺为内吸、广谱杀菌剂,主要用于防治叶枯病、锈病等植物病害,同时可以增强植物的抗逆性,提高作物产量。 2019年, Jaunzems提出了联苯吡菌胺制备路线,以(E)-1,1,1-三氯-4-乙氧基3-丁烯-2-酮为起始原料,与二甲胺反应得到(E)-1,1,1-三氯-4-(二甲基氨基)-3-烯-2-酮,所得烯胺在碱性条件下与2,2-二氟乙酰氯发生酰化反应,生成(Z)-1,1,1-三氯-3-((二甲氨基)亚甲基)-5,5-二氟戊烷-2,4-二酮再与(E)-1-亚苄基-2-甲基肼发生取代反应,之后在浓硫酸的作用下发生关环反应生成吡唑环产物,经水解、酰化反应得到联苯吡菌胺,路线见图10。2017年,Wassmann、Britton等提出联苯吡菌胺制备路线与氟唑环菌胺的制备路线相似,只有最后一步酰化反应所需的胺基中间体不同,在此不再赘述。 Isoflucypram是由拜耳公司开发的吡唑酰胺类杀菌剂,该化合物对菌核病表现出良好的杀菌活性,特别是抗核盘菌。 Ceciliano、Dahmen、Coqueron等提出了相似的isoflucypram路线,以环丙烷胺、5-氯-2-异丙基苯甲醛为中间体,卤代物与胺基反应得N-(2-异丙基-5-甲基苄基)环丙烷胺,所得仲胺中间体与3-(二氟甲基)-5-氟-1-甲基-1H-吡唑-4-酰氯反应即得产品,路线见图11。 氟唑菌酰胺是由巴斯夫公司开发的羧酰胺类杀菌剂,是近几年发展迅速的优异杀菌剂,该化合物具有广谱、高效的优点,可以通过种子处理和叶面处理来防治谷物、果树、蔬菜等作物的主要病害,对由白粉菌、丝核菌、核腔菌引发的病害有较好的防治效果。 Heinrich、Zhang等提出了相似的氟唑菌酰胺制备路线,以(E)-2-(2-硝基乙烯基)呋喃、2-(二氮烯基)乙腈为初始原料在碳酸铯催化下发生关环反应,再通过氢化铝还原氰基得到羰基,在N,N-二乙基-1,1,1-三氟甲基胺亲电进攻下得到3-(二氟甲基)-4-(呋喃-2-基)-1-甲基-1H-吡唑,在高碘化钠氧化下将呋喃基团被氧化成羧基,通过五氯化磷发生氯代反应,所得氯代物与3′,4′,5′-三氟-[1,1′-联苯]-3-胺反应即得产物氟唑菌酰胺,路线见图12。 Fluindapyr是由意赛格公司和美国富美实公司联合开发的吡唑甲酰胺类杀菌剂。可用于大豆、谷物、甘蔗等多种作物,而且对作物具有增产的效果。Bellandi等提出氟茚唑菌胺制备路线,以对氟苯胺为起始原料,在氟硼酸作用下与丙酮发生环化反应,得到产物6-氟-2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉,所得产物通过催化氢化还原为6-氟-2,2,4-三甲基-1,2,3,4-四氢喹啉,还原产物中的亚氨基与醋酸酐发生酰化反应,生成1-(6-氟-2,2,4-三甲基-3,4-二氢喹啉)乙酮,该产物在硫酸催化下发生重排反应,通过氢氧化钠调节pH值,得到中间体游离胺,所得游离胺与3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-4-酰氯发生酰化反应,得到产品氟茚唑菌胺,路线见图13。 Pyrapropoyne是由日本日产化学工业株式会社开发的吡唑甲酰胺类杀菌剂,可用于防治由灰葡萄孢菌引起的园艺植物灰霉病以及草莓果腐病。Iwasa等提出pyrapropoyne的制备路线:以3,5-二氯吡啶腈、乙炔基环丙烷为中间体,三乙胺为缚酸剂,在碘化亚铜、三苯基膦氯化钯催化下发生偶联反应得3-氯-5-(环丙基炔基)吡啶腈;在格氏试剂参与下,由吡啶腈得到吡啶乙酮。然后通过溴代反应所得中间体进攻异丙氧基氨基甲酸叔丁酯,得到(Z)-1-(3-氯-5-(环丙基炔基)吡啶-1-酮氧异丙基肟,然后与邻苯二甲酰胺反应得到(Z)-2-(2-(3-氯-5-(环丙基炔基)吡啶)-2-(异丙氧基亚胺基)乙基)异吲哚啉-1,3-二酮,在水合肼的还原下得到伯胺中间体,最后在草酰氯参与下与3-(二氟甲基)-1-甲基-1H-吡唑-4-羧酸发生酰化反应,得到产品pyrapropoyne,路线见图14。 吡噻菌胺由日本三井化学公司所研发,作用于琥珀酸脱氢酶,通过影响致病菌线粒体呼吸链的电子传递,阻碍其能量代谢,抑制病原菌的生长,最终真菌死亡,从而达到防治目的。吡噻菌胺对锈病、白粉病、菌核病、灰霉病和苹果黑星病等均显示出很好的杀菌活性,杀菌谱广,且与其他杀菌剂无交互抗性。Chen等提出制备吡噻菌胺的路线:以三氟甲基乙胺和(E)-3-硝基丙烯酸乙酯为原料,通过关环反应得到重要中间体3-(三氟甲基)-1H-吡唑-4-羧酸乙酯,与碘甲烷反应得到甲基化中间体,再与2-(4-甲基戊烷基)噻吩-3-胺和五氯化磷在哌啶催化下进行酰化反应得到吡噻菌胺,路线见图15。 氟唑菌苯胺主要用于种子处理,对多种植物病原真菌具有良好活性。2018年,Levchenko等提出氟唑菌苯胺的制备路线,以1,3-二甲基吡唑为初始原料,经溴代得4-溴-5-氟-1,3-二甲基-1H-吡唑,在二氧化碳和丁基锂的参与下得到5-氟-1,3-二甲基-1H-吡唑-4-羧酸,最终与2-(2,3-二甲基丁基)苯胺经酰化反应得到氟唑菌苯胺,路线见图16。 3 吡唑类除草剂 目前市场常用吡唑类除草剂从化学结构上分为3类:芳基吡唑类、芳酰基吡唑类、磺酰脲吡唑类。 3.1 芳基吡唑类除草剂 芳基吡唑类除草剂是通过增强原卟啉原IX积累,通过抑制原卟啉原氧化酶活性阻碍蛋白质的合成,从而达到抑制细胞生长的目的,该类药物代表品种是吡草醚(pyraflufen-ethyl),用于防治猪殃殃及其他阔叶杂草。 2017年,Kubota[29]提出了吡草醚的合成路线,以5-溴-2-氯-4-氟苯基碳酸甲酯、1-氯丁-2-酮为原料,经过缩合、溴代、消除、水解、环化、成醚、酯化等反应,最终得到吡草醚,路线见图17。 3.2 芳酰基吡唑类除草剂 芳酰基吡唑类除草剂属于羟苯基丙酮酸酯双氧化酶(HPPD)抑制剂,具有活性高、残留低、对环境友好等优点。其中代表品种有环吡氟草酮(cypyrafluone),对禾本科杂草具有良好的除草效果,广泛用于防除小麦和玉米田间杂草。 最近,连磊等提出了环吡氟草酮的汇聚式合成路线,分别从2条路线出发得到吡唑中间体和苯甲酸中间体,2者再进行酰化反应对接得到最终产物。路线a:制备3-环丙基-1-甲基-1H-吡唑-5-醇,以碳酸二乙酯为起始原料制备3-环丙基-3-氧代丙酸乙酯,所得产物与甲基肼发生环化反应,得到中间体3-环丙基-1-甲基-1H-吡唑-5-醇;路线b:制备目标产物环吡氟草酮,以2-氯-3-氟-4-(三氟甲基)苯甲酸为原料,与氯化亚砜反应生成酰氯,再与路线a得到的中间体3-环丙基-1-甲基-1H-吡唑-5-醇发生酰化反应,得到(2-氯-3-甲基-4-(三氟甲基) 苯基)(3-环丙基-5-羟基-1-甲基-1H-吡唑-4-基)甲酮,最终在氢化钠作用下与哌啶酮反应得到产物环吡氟草酮,路线见图18。 3.3 磺酰脲吡唑类除草剂 磺酰脲吡唑类除草剂通过抑制植物体内的乙酰乳酸合成酶(ALS)活性,干扰植物体内支链氨基酸、蛋白质和DNA的合成,以及抑制细胞分裂与生长,从而达到抑制杂草生长的作用。其中,四唑嘧磺隆(azimsulfuron)主要用于防除水稻田阔叶杂草和莎草,氯吡嘧磺隆(halosulfuron methyl)用于防治玉米田中的阔叶杂草和莎草。 2017年,Gilbile等提出制备氯吡嘧磺隆的汇聚式合成路线,分别由2条路线得到关键中间体后,在通过中间体的酰化对接得到产物。路线a:由4,6-二甲氧基-2-嘧啶胺、氯甲酸苯基酯为原料,三乙胺为缚酸剂,得到2-苯氧羰基氨基-4,6-二甲氧基嘧啶;路线b:由初始原料1-甲基吡唑-4-羧酸甲酯与二氯亚砜反应得到二氯取代中间体,然后通过与硫氢化钠反应得到巯基取代中间体,与1-氯-2,5-吡咯烷二酮反应得到3-氯-1-甲基-5-氨磺酰基-1H-吡唑-4-羧酸甲酯,再与2-苯氧羰基氨基-4,6-二甲氧基嘧啶发生酰化反应得到氯吡嘧磺隆,路线见图19。 2016年,范恩荣等提出制备四唑嘧磺隆路线,以丙二腈、原甲酸三甲酯为起始原料,经过缩合反应得到2-(甲氧基亚甲基)丙二腈,再与甲基肼在乙醇钠的作用下关环得到5-氨基-1-甲基-1H-吡唑-4-腈,与叠氮化钠发生[3+2]环加成反应得到1-甲基-5-氨基-4-(四氮唑-5-基)吡唑,然后在缚酸剂存在下,与硫酸二甲酯反应得到2-甲基-5-(1-甲基-5-氨基-1H-吡唑-4-基)-2H-四氮唑;再经过重氮化后,与亚硫酸钠、氯化铜、乙酸混合物反应得到磺酰氯,然后通氨气反应得到磺酰胺,最后与2-苯氧羰基氨基-4,6-二甲氧基嘧啶反应得到目标产物四唑嘧磺隆,路线见图20。 4 结语 新农药开发与创制是关系到农业生产健康发展和环境生态可持续发展的重要环节,在当前农药产业绿色发展的新形势下,进行自主知识产权农药新品种的创制具有重要的现实意义。吡唑类农药以其高活性、高选择性、低毒性,与绿色农药发展的要求相适应,而且吡唑母环中1,3,4,5-4个位置均可以进行取代和官能团转换。综上所述,基于吡唑类结构的新型农药创制和生产工艺路线的创新仍有巨大的潜力和发展空间。
  • [资讯] 4-羟基- 3-甲氧基肉桂酸衍生物的除草活性测定
    微生物源除草剂是开发新型除草剂的重要组成部分。目前,微生物源除草剂主要利用微生物代谢过程中产生的多肽类、萜类、大环酯类和酚醛树脂类等作为先导化合物,通过改造、修饰其活性基团,获得药理活性更强、环境更为友好、可降解的低毒除草剂。强胜等从链格孢菌中提取的除草活性物质3-乙酰基-4-羟基-5-仲丁基吡咯啉-2-酮,对其结构进行改造修饰,得到了除草活性更好的衍生物N-烷基/苯基-3-酰基-4-羟基吡咯啉-2-酮;Michael等以具有除草活性的氟喹诺酮环丙沙星1为先导化合物,合成了对除草靶标更具选择性的一系列除草衍生物。 4-羟基-3-甲氧基肉桂酸是从瓜果腐霉菌(Pythiumaphanidermatum)的代谢产物中分离得到的一种具有除草活性的化合物。该化合物广泛存在于植物细胞壁与微生物代谢产物中,因其具有杀菌、抗氧化、抗病毒等广谱的生物活性而被人们关注并应用于食品、医药、农业等领域。研究报道4-羟基-3-甲氧基肉桂酸对鬼针草种子萌发和根尖细胞有丝分裂存在较强的抑制作用,会造成植物根部细胞木质化,限制植物根系的生长。实验室研究发现4-羟基-3-甲氧基肉桂酸对马唐、反枝苋、马齿苋等杂草的根有明显的抑制活性,在此基础上,合成了4-羟基-3-甲氧基肉桂酸乙酯,并利用茎叶喷雾法测定了其除草活性,发现对拟南芥茎叶的IC50值为23.72 mg/L,且喷施该化合物24 h后拟南芥叶片失绿黄化;同时,利用小杯法测定除草活性结果发现4-羟基-3-甲氧基肉桂酸乙酯对马齿苋、播娘蒿和反枝苋胚根的IC50值分别为155.86、281.53、155.86 mg/L。 试验基于以上研究结果,以拟南芥作为供试材料,采用平皿法测定了4-羟基-3-甲氧基肉桂酸的26种衍生物的除草活性,以期为新型除草剂的开发和研究作用方式提供新的思路。 1 材料与方法 1.1 材料 供试植物:拟南芥(Arabidopsis thaliana),哥伦比亚野生型拟南芥(Columbia,Col-0生态型)。 供试化合物(26种4-羟基-3-甲氧基肉桂酸衍生物均由本实验室合成):4-羟基-3-甲氧基肉桂酸甲酯(化合物1);3-硝基-4-羟基-5-甲氧基肉桂酸(化合物2);4-(4-羟基-3-甲氧苯基)-3-丁烯-2-酮(化合物3);双-2,4-(2-乙氧基羰基-1-乙烯基)-2,2′-甲氧基苯氧基甲烷(化合物4);(4-羟基-3-甲氧基苯基)-5,7-二甲基苯并二氢吡喃-2-酮(化合物5);4-羟基-3-甲氧基肉桂酸乙烯酯(化合物6);2,3-二羟基丙基3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)丙烯酸酯(化合物7);2-(4-羟基-3-甲氧基亚苄基)丙二酸二乙酯(化合物8);4-羟基-3-甲氧基肉桂酸正丙酯(化合物9);4-羟基-3-甲氧基肉桂酸异丙酯(化合物10);3-溴-4-羟基-5-甲氧基肉桂酸(化合物11);4-羟基-3,5-二甲氧基肉桂酸(化合物12);4-羟基-3-甲氧基肉桂醛(化合物13);3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-N,N-二甲基丙烯酰胺(化合物14);3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-丙烯腈(化合物15);3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-N-苯基丙烯酰胺(化合物16);3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-N-(2-羟基苯基)-丙烯酰胺(化合物17);3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-N-(3-羟基苯基)丙烯酰胺(化合物18);3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-N-(4-羟基苯基)丙烯酰胺(化合物19);3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-N-(2-甲氧基苯基)丙烯酰胺(化合物20);3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-N-(3-甲氧基苯基) 丙烯酰胺(化合物21);3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-N-(4-甲氧基苯基)丙烯酰胺(化合物22);N-(2-氟苯基)-3-(4-羟基-3-甲氧基苯基) 丙烯酰胺(化合物23);N-(3-氟苯基)-3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)丙烯酰胺(化合物24);N-(4-氟苯基)-3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)丙烯酰胺(化合物25);4-羟基-3-甲氧基肉桂酸乙酯(化合物26)。 对照药剂:89%乙草胺乳油,山东滨农科技有限公司。 1.2 方法 1.2.1 药剂配制 分别准确称取各化合物0.10 g(精确至0.0001 g),用2.0 mL甲醇(分析纯)配制成母液,备用。将母液分别稀释成5000.0、2500.0、1250.0、625.0、312.5 mg/L的溶液。同时将乙草胺乳油按照有效成分含量配制成相同浓度溶液,作为阳性对照药剂。 1.2.2 除草活性测定 在适量的野生型拟南芥种子中加入1.0 mL 75%酒精,振荡冲洗1 min,无菌超纯水清洗3~4次,再加入1.0 mL 0.1%的NaClO振荡7~8 min,最后用无菌超纯水清洗3~4次。吸取200.0 μL不同质量浓度的化合物至20.0 mL MS培养基中,使各化合物的终质量浓度梯度均为50.0、25.0、12.5、6.25、3.125 mg/L,水平静置培养皿至培养基凝固,每个质量浓度3次重复。 使用灭菌后的竹签从空白培养皿中挑取清洗后的拟南芥种子,由低质量浓度至高质量浓度顺序进行点种,封膜,置于4 ℃环境中春化24 h后放于温室中培养,温度控制在21~25 ℃,空气相对湿度保持在30%~40%,7 d后,观察拟南芥的生长情况,计算26种4-羟基-3-甲氧基肉桂酸衍生物对拟南芥根部的抑制率,比较其除草活性。 1.2.3 拟南芥根部染色 在20.0 mL 30%盐酸中加入0.3 g间苯三酚,超声波溶解。取经除草活性高的化合物处理过的拟南芥根尖部分置于载玻片上,滴入染色液,静置15 s后于显微镜下观察拟南芥根部变化情况。 1.2.4 数据分析 采用SPSS 19.0对试验数据进行线性回归分析,计算抑制中浓度IC50并得到各处理的毒力回归方程y=a+bx和相关系数R2等。 2 结果与分析 2.1 4- 羟基- 3- 甲氧基肉桂酸26种衍生物对拟南芥根部的抑制活性测定 以乙草胺为阳性对照,测定26种化合物在50.0、25.0、12.5、6.25、3.125 mg/L等5种不同质量浓度下对拟南芥根部的抑制率,使用SPSS 19.0软件计算其IC50值,结果见表1~2。 由表2可知:化合物对拟南芥的抑制活性与化合物的浓度呈正相关,随着化合物的质量浓度增加,对拟南芥的抑制活性增强。除化合物4、7、24外,其余均表现出稳定的抑制作用;在质量浓度为3.125 mg/L时,化合物18抑制率最高,为51.67%±1.47%,但仍低于阳性对照;在质量浓度为50 mg/L时,有14种化合物的抑制率在60%以上,5种化合物的抑制率达80%以上,且化合物8、化合物24的抑制率高于阳性对照。 表2结果表明:除草活性最好的化合物有化合物8、化合物11、化合物25,这3种化合物的IC50值在0~10 mg/L之间;除草活性次之的化合物有化合物1、化合物2、化合物6、化合物15、化合物17、化合物22、化合物23、化合物26,这8种化合物的IC50值在10~30 mg/L之间;除草活性较差的化合物有6种,分别是化合物3、化合物9、化合物10、化合物13、化合物14和化合物16,其IC50值均在30~70 mg/L之间。化合物8、化合物11和化合物25这3种化合物的IC50值小于10 mg/L,接近于对照药剂乙草胺的除草效果,说明这3种化合物有望被开发成为土壤封闭除草剂。 2.2 4- 羟基- 3- 甲氧基肉桂酸3种衍生物处理后拟南芥根部的生长情况 根据2.1结果,为了进一步探究4-羟基-3-甲氧基肉桂酸衍生物的除草活性,选取对除草活性较好的化合物8、化合物11和化合物25进行了进一步研究。利用1.2.1的方法处理拟南芥,7 d后在显微镜下观察分析拟南芥根部的生长情况。结果显示(见图1):随着化合物浓度的增加,拟南芥根长逐渐变短,侧根数量增多,主根弯曲变形。在50 mg/L处理质量浓度下,化合物25、化合物8处理后的拟南芥部分种子停留在萌发状态,化合物11处理的植株仅茎叶发育,根部不再伸长。并且,拟南芥根尖部分木质化明显,根毛增多增长,根部顶端卷曲变形,根冠部分有脱落现象。出现这种现象的原因可能是这些化合物影响了拟南芥的某些抗逆途径:化合物胁迫影响拟南芥体内生长素水平导致侧根增多;化合物造成植物体内脯氨酸的累积,过量脯氨酸对植物根长有明显抑制作用,使处理后的拟南芥的根长明显变短。 近日有研究证明根冠部分细胞的分裂与脱落受小肽IDL1及其受体HSL2介导的信号传导途径的调节。因此,可以推断:4-羟基-3-甲氧基肉桂酸衍生物除了影响拟南芥的抗逆途径外还影响拟南芥的信号传导途径,具体的机理研究仍需进一步确定。 3 结论与讨论 当对除草活性物质进行组织或器官水平的生物测定时,一般是选用发芽率和发芽势良好的种子作靶标,通过观察除草活性物质对靶标生物的生长发育、形态特征、生理生化等方面的反应来判断其除草活性。试验采用平皿法测定了4-羟基-3-甲氧基肉桂酸的26种衍生物对拟南芥的抑制活性,并分析了其根部的具体形态特征,推测化合物在拟南芥体内潜在的作用位点参与拟南芥的抗逆反应途径和信号传导途径。毒力回归方程显示,2-(4-羟基-3-甲氧基亚苄基)丙二酸二乙酯(化合物8),3-溴-4-羟基-5-甲氧基肉桂酸(化合物11)和N-(4-氟苯基)-3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)丙烯酰胺(化合物25)3种化合物具有较好的除草活性。试验表明,4-羟基-3-甲氧基肉桂酸衍生物为新型除草剂的开发和作用方式研究提供了新的思路与启示。 相较传统的除草活性测定方法——小杯法而言,平皿法不仅更易于植物对化合物的吸收,而且能够更加准确的获得化合物对植物的具体作用部位和作用时期,有利于下一步对化合物作用机制及作用位点进行研究。本试验中,26种化合物对拟南芥根长的IC50值远低于小杯法,说明相较于小杯法将化合物吸附于滤纸中,平皿法将化合物溶于培养基中更易于植物吸收;另外,由于受到向地性的影响,平皿法中的植株根部呈直线型生长,而小杯中的植株根部卷曲生长,平皿法能够更加直观的看出根部受到抑制后的症状与症状发生时期。需要注意的是,试验仍存在一定的局限性:拟南芥对于4-羟基-3-甲氧基肉桂酸及其衍生物更为敏感,可能与该类化合物的作用机制有关,其处理拟南芥根部后的症状仍需在其他杂草中验证及重复;试验所用化合物均不溶于水,其在培养基中的溶解性远不如阳性对照,试验测得的IC50值大于其理论值,后续试验将在此次基础之上对化合物剂型进行优化。 以微生物次生代谢产物为平台的新型除草剂的研究过程中,主要有次生代谢产物的直接利用、次生代谢产物的结构修饰、从天然产物中筛选先导化合物、以天然产物为探针发现新靶标几种途径。实验室多年来致力于天然产物及其衍生物的除草活性的研究,探究4-羟基-3-甲氧基肉桂酸衍生物的除草活性及其作用机制始终都是实验室研究的重点,旨在发掘一种具有高效除草活性的化合物并明确其除草作用靶标,为现有除草剂产品的更新与现有除草作用靶标的更迭做出贡献。试验测定了微生物次级代谢产物4-羟基-3-甲氧基肉桂酸的26种衍生物对拟南芥根部的除草活性,得到了3个具有良好除草活性的化合物,并通过分析拟南芥根部的症状,对其影响拟南芥的抗逆途径和信号传导途径的可能性进行了分析。由于试验中的拟南芥根长变短、根部细胞分裂受到抑制、木质化明显,因此第一种可能是该类化合物影响了拟南芥体内脯氨酸的积累。当脯氨酸过量积累时,不仅会影响拟南芥体内生长素的梯度分布抑制根部的生长发育,而且会诱导水杨酸信号途径从而抑制植株的生长发育。但是,脯氨酸过量积累的原因既与拟南芥的渗透胁迫有关,又与P5CS酶(脯氨酸合成关键酶)有关,所以该化合物在拟南芥内的具体作用途径仍待探究;另外,基于拟南芥根毛增多增长、主根弯曲、根冠部分脱落的现象,推测第2种可能性是该类化合物影响了拟南芥体内激素信号传导途径中的生长素响应因子相关基因和脂肪氧合酶相关基因。未来将会对4-羟基-3-甲氧基肉桂酸及其衍生物的作用机制进一步研究,完善并确定其具体作用途径及作用位点,为除草剂新型靶标的研究奠定基础。
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