来源：《农药科学与管理》2026,47(1)
作者：王喆超; 袁长春
含氮杂环化合物因其显著的生物活性及结构可修饰性，已成为药物化学和农业化学领域的研究热点。其中，吡唑杂环作为五元含氮杂环的重要代表，凭借其独特的电子结构和空间位阻效应，在新型农药分子设计中展现出不可替代的优势。其分子骨架的刚性平面结构可有效增强与靶标酶的π-π相互作用，这一特性在除草活性优化中具有重要应用价值。统计数据显示，近五年全球获批的除草剂品种中，吡唑类衍生物占比达17.6%。
基于吡唑骨架开发的除草剂新品种中，吡草醚因其独特的触杀作用机制备受关注。该化合物通过抑制原卟啉原氧化酶（PPO）活性，干扰叶绿素生物合成途径，对阔叶杂草表现出快速枯杀效应。
1 吡草醚的特点及作用机制
1.1 吡草醚的特点
吡草醚（Pyraflufen-ethyl，CAS:129630-19-9）是日本农药株式会社研发的第二代原卟啉原氧化酶（Protoporphyrinogen oxi⁃dase，PPO）抑制剂，其系统命名法名称为2-氯-5-（4-氯-5-二氟甲氧基-1-甲基吡唑-3-基）-4-氟苯氧基乙酸乙酯，结构式（图1）。
图1 吡草醚的化学结构
1988年获日本专利（JP 63-215603），1999年实现工业化生产，其核心专利于2008年到期，全球有20余家企业进行仿制药开发，2013年国内首次登记该农药。该药为触杀性的新型苯基吡唑类苗后除草剂，主要除草范围为播娘蒿（Descurainia so⁃phia）、荠菜（Capsella bursa-pastoris）、麦瓶草（Silene conoidea）、猪殃殃（Galium aparine）、打碗花（Calystegia hederacea）、灰菜 （Chenopodiumalbum）、萹蓄（Polygonum aviculare）、繁缕（Stellaria media）、泽漆（Euphorbia helioscopia）、阿拉伯婆婆纳 （Veronica persica）、小野芝麻（Matsumurella chinense (Benth.) Bendiksby）、淡甘菊（Matricaria chamomilla）等。
作为典型的触杀型除草剂，吡草醚通过干扰叶绿素生物合成途径产生光敏毒性，在麦田杂草防治中表现出独特优势，一是广谱除草活性，对 大部分阔叶杂草ED90为12.5～17.8 g a.i. /ha；二是作物安全性指数达 6.8；三是起效快速，在施药后 24h 内可见失绿症状。分子对接实验表明，其吡唑环 C-5位的二氟甲氧基可与 PPO酶活性腔形成关键氢键。
传统除草剂如三嗪类（triazine）和磺酰脲类（sulfonylurea）化合物存在显著局限性，非选择性作用导致作物损伤；哺乳动物急性经口LD50值普遍<500 mg/kg；土壤残留期长达60～120d，引发后茬作物药害。这些缺陷促使新型除草剂的研发向″精准靶向、环境友好″方向转型。吡草醚的出现为解决这些问题提供了一种新的选择。与传统除草剂相比，吡草醚具有更高的选择性和更低的毒性，对作物及环境的影响较小。
1.2 吡草醚的作用机制
吡草醚作为 ALS 抑制剂，通过阻断支链氨基酸生物合成实现杂草防控，其靶标选择性源于作物谷胱甘肽-S-转移酶介导的代谢解毒。长期单一施用导致ALS靶标突变风险升高，驱动了其结构优化策略。该苯基吡唑类除草剂在麦类作物中可抑制禾本科杂草光合效率，在棉花栽培中兼具脱叶功能。吡草醚的农学价值体现在其通过抑制作物-杂草资源竞争，显著提升谷物千粒重及棉纤维强度，同时具备跨作物系统适应性；相较于人工除草，该药剂可降低劳动力成本，经济回报率达360%～420%。
2 吡草醚登记及开发情况
农药信息网查询截至2025年底，吡草醚共有10 条有效登记信息，登记企业分别是日本农药株式会社、先达股份有限公司和龙灯化学有限公司。登记类别为麦田除草剂，（表1）。
根据Patsnap（智慧芽）专利数据库统计（图2），全球范围内吡草醚作为除草剂的应用专利累计达 3854 件，其技术发展呈现显著的阶段性特征。专利分布可划分为以下3个关键阶段：
一是探索萌芽期（2003～2011年），此阶段以吡草醚的早期研发与基础专利布局为主。日本农药公司作为核心创新主体，率先公开吡草醚的 分子结构、合成路径及单剂应用方案（专利公开号 JP2004359683A 等）。尽管年均申请量仅占总量12.5%，但其专利技术强度均值达9.2，涵盖吡草醚的构效关系优化与选择性除草机制等核心技术，为后续产业化奠定了理论基础。
二是迅猛发展期（2011～2018年），伴随吡草醚作用机理的解析与抗性管理需求激增，专利申请量呈指数增长，2013年与2018年分别达到 峰值 311 与 316 件。跨国农化企业通过专利交叉许可与协同研发，重点突破复配协同效应与剂型创新。典型技术包括多元复配体系：与氰氟草酯（Cyhalofop-butyl）、五氟磺草胺（Penoxsulam） 等ALS/HPPD 抑制剂的协同增效组合。此阶段高价值专利占比提升至 37.6%，推动吡草醚全球登记作物从禾本科扩展至阔叶类杂草防治领域。
三是技术稳定期（2019年至今），专利申请量趋于平稳，但技术焦点转向精细化与可持续性创新。绿色工艺开发：生物催化合成路径替代传统化学合成。2010年以来，全球吡草醚相关专利注册量呈现显著增长，年申请量大幅提升。地域分布上，中国贡献67.4%的专利申请量，但高价值专利占比低于跨国企业。开发登记方面，我国吡草醚登记品类以低毒和微毒为主，剂型集中于悬浮剂和水分散粒剂，应用场景从小麦田、玉米田向多元化扩展，混配方案使杂草谱覆盖提升至＞90%，但原药合成收率与生物合成路径仍需优化。
表1 已获登记的吡草醚农药
图2 吡草醚专利申请趋势
吡草醚的技术演进已步入产业化成熟阶段，但核心技术创新仍面临多重挑战。需加强国际合作以突破专利壁垒，并推动政策引导下的产业技 术升级，最终实现吡草醚研发从″规模扩张″向″质量引领″的战略转型。
3 吡草醚的应用性研究
我国学者针对吡草醚的毒理学特性及环境行为开展了系统性研究。裴兰洁团队证实吡草醚原药对 SD 大鼠没有明显的致癌作用，但是会导致肾脏发生明显的器质性病变，且该变化具有性别差异暴露，雌性个体对毒性的敏感性显著低于雄性。王会利等建立基于高效液相色谱-质谱联用技术检测法，揭示苹果园土壤中吡草醚半衰期为18～23 d，开发了吡草醚与烟嘧磺隆及甲基磺草酮的协同除草体系，显著拓宽了杀草谱。刘同金等通过结合气相色谱-ECD分析动态监测，解析小麦植株中吡草醚代谢符合一级动力学。戴爱梅等通过田间试验证明，在低温环境下采用无人机喷施2%吡草醚微乳剂能够有效促进棉花脱叶，且脱叶率、吐絮率等指标均达到机采棉农艺要求，为寒地棉区提供了可行的脱叶技术方案。
国际学界聚焦于吡草醚的田间药效优化及生态风险防控。Fernandez等通过剂量效应研究指出，吡草醚对豚草（Ambrosia artemisiifolia） 的防效存在显著生长期依赖性：营养生长期推荐剂量即可实现≥90%的防控率，而生殖生长期需提高至75 g a.i. /ha，揭示早期干预的关键性。Soltani团队在大豆田生态系统研究中证实，吡草醚在常规剂量下对豆科作物安全性良好，但重复施药会导致叶面吸收剂量累加，引发不可逆细胞膜损伤。Grichar等通过花生田间试验发现，吡草醚高剂量处理会显著抑制根系发育，其氧化应激效应与克阔乐（lactofen）存在协同毒性风险。当前国内研究侧重吡草醚的毒理机制解析及多介质残留行为模拟，而国际前沿更关注其分子靶标互作和抗性管理策略。未来需加强跨尺度研究整合以实现除草效能最大化与生态风险最小化的动态平衡。
4 吡草醚的除草活性及安全性分析
4.1 吡草醚的除草活性
室内控制试验证实吡草醚对日本鸢尾草（Iris japonica）、繁缕、德国洋甘菊（Matricaria recutita）、阿拉伯婆婆纳、堇菜（Viola arcuata）的鲜重抑制率呈剂量依赖性，3～6 g a.i./ha剂量下抑制率达89.3%～96.5%，但对禾本科杂草鼠尾看麦娘（Alopecurus myosuroides）抑制率仅为32.7%～41.2%。施药后麦类作物叶出现短暂性叶鞘褐变，叶绿素含量7d 恢复至对照组的92.4%±3.8%；土壤处理中12 g a.i./ha对狗尾草（Setaria faberi）防效为 78.6%，其他杂草萌发抑制率低于35%。叶茅草（Deschampsia cespitosa）试验显示控草窗口期与剂量正相关，6 g a.i./ha维持4叶期株高抑制≥85%，12 g a.i./ha 剂量扩展至 5～6 叶期，其机制与分生组织区细胞周期阻滞显著相关。法国田间验证表明，6 g a.i. /ha剂量对大穗看麦娘（Alopecurus myosuroides）、繁缕、德国洋甘菊及踊子草（Lamium album var.）30 d防效达93.2%～97.8%，与异丙隆复配协同效应显著，千粒重无统计学差异。
4.2 吡草醚作物-杂草间选择性表现机制
以6 g a.i./ha 剂量的吡草醚茎叶处理小麦（Triticumaestivum）与猪殃殃后，猪殃殃中原卟啉IX（Proto IX）显著积累，而小麦中 Proto IX 未检出残留量，且作物敏感性差异与 Proto IX 水平呈显著正相关。离体酶活实验显示两者 Protox 酶敏感性无显著差异，但叶面行为分析揭示猪殃殃药剂附着量达小麦的3～5 倍，吸收效率高13 倍。代谢研究表明，小麦通过酯酶水解生成活性中间体乙酯水解物M1，并进一步经 N-脱甲基化生成M2，最终转化为极性产物M3；而猪殃殃中未检出M1-M3 代谢物。综上，吡草醚的选择性源于两物种叶面附着效率、吸收能力及代谢速率的协同效应，而非靶标酶敏感性差异。
表2 3月下旬除草剂的除草效果
4.3 吡草醚作为非选择性除草剂的性能
为了让除草剂扩大其适用性，日本农药公司开发了非选择性除草剂。其有效成分为接触枯杀型除草剂吡草醚0.19%，吸收转移型非选择性除草剂草甘膦28.5%。为了最大限度地发挥两种作用 不同的有效成分的特性，详细研究制剂配方，结果发现了起效快、效果持续性优异，且具有宽杀草谱的除草剂。通过响应面法优化烷基酚聚氧乙烯醚/萘磺酸盐复配比例，显著提升药液铺展性与叶面滞留量。该制剂对西洋蒲公英及藜（Cheno⁃podium album）等阔叶杂草具有广谱杀灭效应，48 h 内枯斑形成率达95%，持效期延长至 42d。同时吡草醚在作物管理中可以用于黄化期调控喷施吡草醚可诱导木质素沉积加速，使茎秆水分含量大幅降低，从而优化机械化收割效率。对于收获前的处理，收获前5 日施用低剂量吡草醚可促 使叶片脱落，显著降低稻谷杂质含量。另外，着眼于吡草醚的速效枯杀作用，也可以扩大应用于水稻辅助收割。在黄化期使用浓度为 9～17 g a.i./ha的吡草醚进行茎叶处理，可促进茎叶部分的枯萎凋亡，优化商品价值。在收获前，用浓度为2～5 g a.i. /ha左右的吡草醚进行茎叶处理，可促进落叶，在收获时防止杂叶混入收获物中，提高商品品质。
4.4 吡草醚的安全性
吡草醚对哺乳动物安全性显著，大鼠/小鼠经口LD50＞5000 mg/kg，经皮LD50＞2000 mg/kg；无生殖/胚胎/遗传毒性， 且对非靶标生物具高选择性：野鸭（Anas platy⁃rhynchos） 96 h 半数致死浓度 LC50＞5000 mg/kg， 蚯蚓（Eisenia fetida）14d 半数致死浓度 LC50＞1 000 mg/kg干土，意大利蜜蜂 （Apis mellifera）LD50＞100 μg/蜂 ， 昆虫天敌黑腹狼蛛（Lycosacoelestis）致死中浓度达田间剂量 120倍，表明其安全性可控。代谢研究表明，14C 标记的吡草醚 在小鼠体内 96h 内通过粪便和尿液排出 96.2% 的放射性物质 ，其酯键水解生成羧酸代谢物I（C15H10Cl2F3N2O3），且在光照条件下光解半衰期为 2.1h。环境归趋显示其在砂质壤土中快速降解，而代谢物 I 残留期较长，证实其环境残留风 险可控。
5 总结与展望
吡草醚作为芳基吡唑类PPO抑制剂，通过阻断叶绿素生物合成，对玉米、小麦及棉花系统 单/双子叶杂草实现广谱防控，其增产可达15%～22%。其芳香骨架赋予跨作物兼容性与环境稳定性，在pH5.0～8.5 和 8～35℃条件下保持活性，较机械除草降低60%人工成本。当前制剂研发聚焦pH 响应型微胶囊-ALS抑制剂增效体系，使其施药阈值至4.5～6.3 g a.i./ha。该技术方案在农业发展中持续强化其战略价值，验证了多维度除草剂设计的可行性。
吡草醚作为一种新型除草剂，其产业化应用仍面临显著的经济性挑战：当前合成工艺中贵金属催化剂的使用及多步纯化操作导致原药价格居高不下，其中多步芳环构建反应增加了工艺复杂度，三废处理费用更占总生产成本的23%。为提升市场竞争力，通过连续流合成技术优化关 键中间体制备工艺，开发基于固体分散体的低成本剂型是未来的方向，在保持除草活性的前提下降低碳足迹，最终实现从传统化学品向绿色农药的转型升级。
