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氟吡菌胺:经典杀菌剂,全新作用机理

 

       2006年,拜耳上市了氟吡菌胺;2012年,拜耳上市了氟吡菌酰胺。两者名称中仅差一个“酰”字,但分子中都不缺“酰胺”。究其结构,除苯环上的取代基不同外,它们的区别莫过于酰胺键连接的烃基有甲乙之别。基于此,两化合物在作用机理和产品性能上大相径庭,并在不同的赛道上各自精彩。

       氟吡菌酰胺是琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHI)类杀菌剂中的杰出代表,同时,又是首款拥有全新作用机理的杀线虫剂。氟吡菌胺为优秀的杀卵菌剂,最新的研究表明,该产品靶向液泡型ATP酶的a亚基,不仅与其他杀菌剂无交互抗性,而且病原菌的抗性突变体生存适合度显著下降,是抗性治理的重要利器,是拥有全新作用机理的经典杀菌剂。

化学结构相似,分属不同赛道

       氟吡菌胺或为氟吡菌酰胺的先导化合物,两者的化学结构非常相似,分子中都含有吡啶、酰胺、苯环,只是酰胺键桥链长度不一(仅差一个C原子),且苯环上的取代基不同,从而赋予产品迥异的性能。

       1997年,拜耳科学家成功发现全新化合物氟吡菌胺,2006年上市。氟吡菌胺是吡啶甲基苯甲酰胺类化合物,为优秀的杀卵菌剂。其英文通用名:fluopicolide;IUPAC化学名称:2,6-二氯-N-{[3-氯-5-(三氟甲基)-2-吡啶基]甲基}苯甲酰胺;CAS登录号:239110-15-7;分子式:C14H8Cl3F3N2O;相对分子质量:383.580;结构式:如图1。

氟吡菌胺:经典杀菌剂,全新作用机理

图1  氟吡菌胺的结构式

       氟吡菌酰胺是由拜耳发现并开发、2009年首次报道的吡啶乙基苯甲酰胺类杀菌、杀线虫剂,2012年上市,现已在全球60多个国家和地区登记和上市,年销售额突破2.00亿美元。其英文通用名:fluopyram;IUPAC化学名称:N-{2-[3-氯-5-(三氟甲基)-2-吡啶基]乙基}-2-(三氟甲基)苯甲酰胺;CAS登录号:658066-35-4;分子式:C16H11ClF6N2O;相对分子质量:396.715;结构式:如图2。

氟吡菌胺:经典杀菌剂,全新作用机理

图2  氟吡菌酰胺的结构式

       氟吡菌酰胺为琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHI),通过干扰呼吸电子传递链复合体Ⅱ上的三羧酸循环来抑制线粒体的功能,阻止其产生能量,抑制病原菌生长,最终导致其死亡。国际杀菌剂抗性行动委员会(FRAC)将其归类为C2组(或第7组)。

       氟吡菌酰胺为首个新型桥链杂环酰胺结构的SDHI类杀菌剂(stretch heterocycle amide SDHIs),与大多数SDHI类杀菌剂不同,其酰胺基团上的N原子不是直接与芳基相连,而是首先与含2个C原子的烃基相连,形成了一个延长的桥链。正是这一“柔性链”的存在,使得氟吡菌酰胺突破了与琥珀酸脱氢酶固有的结合模式,而且,当靶标位点发生突变时,其空间构象能随之调整,并结合上去,仍然显示活性。因此,氟吡菌酰胺不仅与其他类型的杀菌剂无交互抗性,而且针对病原菌的某些突变基因型,其与啶酰菌胺等其他SDHI类杀菌剂也无交互抗性,非常适用于病害的抗性治理。

       氟吡菌酰胺广谱、高效,提供保护、治疗作用,具有内吸、渗透性,可向顶传导,用药量低,持效期长。氟吡菌酰胺可用于70多种作物,不仅防治灰霉病、白粉病、菌核病、大豆猝死综合症等许多病害,而且可有效防治根结线虫、根腐线虫、穿孔线虫、毛刺线虫、刺线虫等许多线虫,是SDHI类杀菌剂中首个提供杀线虫活性的化合物。其毒性低,对环境友好。

全新作用机理,抗性治理利器

       像氟吡菌酰胺一样,氟吡菌胺分子中也有标志性的酰胺结构,所以最初被归类为SDHI类杀菌剂,然而后续研究表明,其与其他SDHI类杀菌剂无交互抗性,因此,其靶标备受争议。

       Toquin等用氟吡菌胺处理马铃薯晚疫病菌(Phytophthora Infestans)后发现,一种与细胞骨架相关的蛋白质——类血影蛋白(spectrin-like proteins)在孢子和菌丝中的分布发生了显著变化,这种蛋白在维持卵菌和子囊菌细胞膜完整性方面发挥重要作用。据此,FRAC将氟吡菌胺的作用机制编码为B5(B:细胞骨架和马达蛋白),抗性编码为#43,具有类血影蛋白的去定位(或离域)作用(delocalisation of spectrin-like proteins),属于苯甲酰胺结构类型。目前该组中只有2个有效成分,另一产品为国内自主研发的氟醚菌酰胺(fluopimomide)。

       然而,近期Dai等研究发现,氟吡菌胺能与辣椒疫霉(Phytophthora capsici)液泡H+-ATP酶亚基a蛋白特异性结合并抑制其活性,因此,氟吡菌胺的核心机制被修正为靶向液泡型ATP酶(V-ATPase)的a亚基(VHA-a)。

       V-ATPase(也称液泡型质子ATP酶,Vacuolar-type H⁺-ATPase)是一种广泛存在于真核细胞内膜系统和某些细胞表面的质子泵,它利用ATP水解产生的能量,将细胞质中的H+逆浓度梯度泵入细胞器或细胞外空间‌,从而实现膜区室的酸化和跨膜电化学梯度的建立。

       氟吡菌胺为质子平衡抑制剂,通过与V-ATPase作用,干扰质子跨膜转运,破坏胞外环境和细胞器腔内pH稳定性,影响内体、溶酶体、其他细胞内细胞器酸化和功能,引起病原菌的一系列损伤。其作用范围更广、更具系统性,且与其他作用机理药剂无交互抗性,是抗性管理的重要利器。

       中国农业大学刘西莉课题组测定了我国不同地区141株烟草疫霉对氟吡菌胺的敏感性,敏感性频率呈单峰分布,未发现田间自然抗性菌株,平均EC50为(0.12±0.06)μg/mL,可作为后续烟草疫霉对氟吡菌胺田间抗性监测的标准。生存适合度研究结果表明,室内药剂驯化获得的抗性突变体的生存适合度均显著低于其亲本菌株。克隆并测序比对了氟吡菌胺抗、感烟草疫霉的PpVHA-a基因,发现PpVHA-a蛋白上存在G765E和N769Y点突变。研究表明,这两个点突变是烟草疫霉对氟吡菌胺产生抗性的主要原因。

       氟吡菌胺具有优秀的保护作用,并有一定的治疗活性和抑制产孢活性,具有优异的薄层传导特性和向顶性内吸传导活性,能从叶片上表面向下渗透,从叶基向叶尖方向传导,保护新生组织。此外,氟吡菌胺还可从根部沿植株的木质部向整株作物分布。氟吡菌胺对疫霉、霜霉、腐霉等植物病原卵菌具有优异的抑菌活性,对各类作物卵菌病害都有较好的防治效果,包括各种葫芦科蔬菜霜霉病和疫病、茄科蔬菜晚疫病和疫病、马铃薯晚疫病、叶用蔬菜霜霉病、各类蔬菜苗期疫病和猝倒病等。此外,氟吡菌胺分别与霜霉威盐酸盐、三乙膦酸铝、丙森锌、烯酰吗啉等复配,不仅可以扩大防治谱,还可有效延缓抗性的产生和发展。氟吡菌胺对环境友好,可用于有害生物的综合防治。

登记产品众多,复配制剂占主导

       2005年9月14日,拜耳股份公司在我国临时登记了97%氟吡菌胺原药,2009年1月4日取得正式登记。

       2006年3月9日,拜耳作物科学(中国)有限公司在我国取得了687.5克/升氟菌·霜霉威悬浮剂(62.5克/升氟吡菌胺+625克/升霜霉威盐酸盐;商品名:银法利®)的临时分装登记,2009年5月11日取得临时登记,2012年2月24日正式登记。 

       2007年5月21日,拜耳股份公司在我国临时登记了687.5克/升氟菌·霜霉威悬浮剂(62.5克/升氟吡菌胺+625克/升霜霉威盐酸盐),2009年1月4日获准正式登记。该产品通过叶面喷雾,防治番茄晚疫病、黄瓜霜霉病。

       2018年8月21日,拜耳股份公司在我国登记了71%乙铝·氟吡胺水分散粒剂(66.6%三乙膦酸铝+4.4%氟吡菌胺;商品名:法利无霜®)。

       时至2026年4月底,我国登记的氟吡菌胺产品达150个,其中,原药6个,单剂1个,复配制剂143个。拜耳股份公司、拜耳作物科学(中国)有限公司登记了4个产品,澳大利亚新澳农业发展有限公司登记了1个产品,其他产品皆由国内企业登记。

       除拜耳股份公司外,登记氟吡菌胺原药的企业还包括:德州绿霸精细化工有限公司、盐城联合伟业化工有限公司、陕西诺正生物科技有限公司、陕西泰合利华工业有限公司、青岛润农化工有限公司。

       在我国登记的144个氟吡菌胺制剂产品中,仅有1个单剂,复配产品高达143个,可见复配产品在氟吡菌胺产品开发中的重要性。与氟吡菌胺复配的有效成分包括:霜霉威盐酸盐、三乙膦酸铝、吡唑醚菌酯、嘧菌酯、精甲霜灵、烯酰吗啉、氰霜唑、噻霉酮、氟吗啉、噁唑菌酮、霜脲氰、喹啉铜、代森联、氟啶胺、甲霜灵、唑嘧菌胺、噁霜灵、代森锰锌等。

       银法利®是拜耳研发的687.5克/升氟菌·霜霉威悬浮剂,两种有效成分以1︰10的黄金配比科学复配,协同增效。银法利®作用机理独特,与其他药剂无交互抗性。双元混配增加了作用位点,降低了抗性风险。研究表明,黄瓜和葡萄霜霉病菌、马铃薯晚疫病菌、辣椒和瓜类疫霉病菌、烟草黑胫病菌等对氟吡菌胺抗性水平较低,甚至未发现抗性报道;而且,至今尚未发现同时对氟吡菌胺、霜霉威产生抗性的双抗菌株。

       银法利®作用于卵菌各生长发育阶段,安全高效,具有优秀的内吸传导性,善守能攻,兼具保护和治疗作用,耐雨水冲刷,持效期长。2006年,银法利®在中国正式上市。20年来,银法利®以卓越的防治效果、较低的抗性风险、较高的作物安全性及耐雨水冲刷性,赢得了市场的广泛认可。时至目前,银法利®在我国登记用于16种作物,包括三七、人参、洋葱、芋头、西瓜、辣椒(防治疫病),叶用莴苣、大白菜、小白菜、油麦菜、甜瓜、茼蒿、黄瓜(防治霜霉病),烟草(防治黑胫病),番茄、马铃薯(防治晚疫病)。随着应用场景日益丰富,银法利®销售额不断攀升,现已成为中国市场抗击卵菌病害的“刚需产品”。

       银法利®对哺乳动物低毒,对使用者、消费者安全;具有优良的环境友好特性,对蜜蜂、鸟类、鱼、蚕、水生生物、蚯蚓等均为低毒。银法利®因此获得绿色生资认证。

       法利无霜®是拜耳研发的71%乙铝·氟吡胺水分散粒剂,由氟吡菌胺和兼具向基、向顶双向传导活性的三乙膦酸铝复配而成,具有治疗作用,尽早施用更对植株及新生组织提供优异保护作用。对卵菌引起的果蔬病害具有稳定和良好的防治效果。该产品具有活性高、内吸性强、持效期长的特点。目前,该产品在我国登记防治荔枝霜疫霉病、葡萄霜霉病、黄瓜霜霉病,叶面喷雾使用。2020年,法利无霜®在我国正式上市。

       法利无霜®也已在全球很多国家上市,经过多国、多年的试验证明,法利无霜®防治霜霉病效果稳定,可以满足不同温湿度条件下的防治要求;同时耐雨水冲刷,持效期长达15天以上;基于其优异的传导特性,可以全面保护葡萄的花、果、叶免受霜霉病的侵害,花期使用可最大程度地发挥其保护效果,降低霜霉病带来的风险以及极端天气造成的影响。而且,法利无霜®具有很好的植物免疫作用。

杀卵菌刚需产品,市场前景广阔

       卵菌并非真菌,其因有性繁殖产生卵孢子而得名。卵菌种类繁多、寄主范围广、繁殖速度快、传播途径多、侵染周期短、隐蔽性强、暴发几率高、抗性发展快、防治难度大,严重危害农业生产,甚至造成毁灭性打击,每年可导致数十亿美元的损失。

       据统计,全球卵菌有700余种,我国有植物病原卵菌34种,分属霜霉目、水霉目、指梗霉目,常见卵菌病害有:霜霉病、晚疫病、霜疫霉病、腐霉病、猝倒病、黑胫病、根腐病等。

       在生产上,危害最严重的3种卵菌病害分别由霜霉菌、疫霉菌、腐霉菌引起。腐霉菌生于潮湿且有机质含量高的土壤中,蔬菜上的幼苗猝倒病以及瓜果腐烂病等多是由腐霉菌引起;而常引起蔬菜严重损失的瓜类疫病都是由疫霉菌引起;霜霉菌属于蔬菜上的活体寄生菌,主要引起蔬菜上的霜霉病。

       化学防治见效快,防效高,长期以来,在卵菌病害防治中占据主导地位。卵菌药剂约占杀菌剂市场份额的21%。我国卵菌病害防治市场达27亿~28亿元,未来还将稳步增长。因此,卵菌病害防治市场巨大,前景广阔。

       然而,卵菌病害很容易产生抗性,往往一个新产品上市2~3年后防效即会下降。因此,卵菌病害防治药剂更新换代较快,全新作用机理的化合物及抗性风险低的药剂一直是市场的迫切需求。

       杀卵菌剂的发展历史悠久,经历了从1885年上市的波尔多液、2006年上市的氟吡菌胺、2015年上市的氟噻唑吡乙酮,到2022年拜耳最新上市的氟噁菌磺酯(fluoxapiprolin)等的长期过程。目前,防治病原卵菌的药剂主要包括保护性杀菌剂(如百菌清、代森锰锌、一些铜制剂等)、内吸性杀菌剂。在内吸性杀菌剂中,有氨基甲酸酯类的霜霉威,脂肪族类的霜脲氰,苯酰胺类的甲霜灵等,有机磷类的三乙膦酸铝,甲氧基丙烯酸酯类的嘧菌酯等,羧酸酰胺类的氟吗啉、烯酰吗啉、苯噻菌胺、双炔酰菌胺等,苯甲酰胺类的苯酰菌胺,氧化固醇结合蛋白抑制剂(OSBPI)类杀菌剂氟噻唑吡乙酮、氟噁菌磺酯等。

       作为经典杀菌剂,氟吡菌胺拥有全新作用机理,独特靶向液泡型ATP酶的a亚基,且病原菌的抗性突变体生存适合度显著下降,具有抗性风险低且与其他常规杀卵菌剂无交互抗性的优势,是杀卵菌市场的“刚需产品”,上市20年经久不衰。随着应用场景的不断拓展,氟吡菌胺的市场潜力将得到更大程度的释放。

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