植物寄生線蟲(以下簡稱“線蟲”)具有隱蔽不可見、生活周期短、繁殖系數(shù)大、種類繁多、分布傳播廣和危害難以辨識等特點,是植物侵染性病害的主要病因之一。線蟲通過侵染和取食寄生的植物、分泌生物化學(xué)毒素和傳播病害等過程,每年給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了極大的損失。人們對線蟲的認識始于1743年的小麥粒線蟲(Auguina tritci),但其危害卻直到20世紀早中期氯化苦、二氯丙烯和二氯丙烷等熏蒸劑大面積用于農(nóng)業(yè)線蟲防治后才得以確認。從1869年第1個熏蒸劑二硫化碳在法國上市用于根瘤蚜控制,到1957年第1個非熏蒸殺線蟲劑除線磷上市,到2014年第1個專型殺線蟲劑氟烯線砜在美國上市,化學(xué)合成殺線蟲劑(以下簡稱“殺線蟲劑”)作為一個重要的農(nóng)藥品類得到了關(guān)注,其研究、開發(fā)和應(yīng)用對保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮了重要的作用。

至今研究開發(fā)的殺線蟲劑有多個,按其作用方式和化學(xué)結(jié)構(gòu)可分成不同類別。表1列述了殺線蟲劑的主要品種及其分類,部分新型殺線蟲劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1。其中,在中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部登記的殺線蟲劑品種有21個,而基于噻唑膦開發(fā)的單劑或復(fù)配產(chǎn)品占總數(shù)的近70%。

表1  殺線蟲劑的主要品種及其分類

       注：*截止2021年4月8日在中國登記使用的殺線蟲劑；#季酮酸和特拉姆酸衍生物。

圖1  部分新型殺線蟲劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1  熏蒸殺線蟲劑

熏蒸類殺線蟲劑是最早開發(fā)和應(yīng)用的殺線蟲劑類型,也可稱為土壤消毒劑,對土壤線蟲具有廣譜、高效、低殘留和低使用成本等優(yōu)點。該類殺線蟲劑一般在播種或移栽前通過灌溉系統(tǒng)或土壤注入設(shè)備施用,在土壤中直接或分解后揮發(fā)擴散,可殺滅植物寄生線蟲、土傳病害、地下害蟲、老鼠和雜草等多種有害生物。熏蒸殺線蟲劑為線蟲多作用位點抑制劑,一般認為其作用機制主要涉及以下兩個方面：一是通過與線蟲體表或體內(nèi)蛋白質(zhì)上的巰基、氨基和羥基等基團發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使酶受到抑制,細胞和組織的功能受阻或喪失；二是使線蟲的呼吸作用因細胞色素介導(dǎo)的電子傳遞鏈的亞鐵離子被氧化等受阻。超過最低致死濃度后,線蟲對該類殺線蟲劑的敏感度與藥劑濃度和暴露時間的乘積呈正相關(guān)。雖然多數(shù)品種因環(huán)境和健康問題已被禁用或限用,但熏蒸類殺線蟲劑仍是線蟲化學(xué)防治最主要的工具。硫酰氟、氯化苦、棉隆、威百畝和氰氨化鈣等品種在我國也被廣泛使用。

2  非熏蒸殺線蟲劑

非熏蒸殺線蟲劑以非氣態(tài)分子被線蟲接觸、攝入或吸入后發(fā)揮作用。與熏蒸殺線蟲劑相比較,非熏蒸殺線蟲劑的可施用期更寬泛、用法相對簡單且用量更低,對非靶標(biāo)生物和作物的安全性也相對較高。目前,包括氟烯線砜、tioxazafen和三氟咪啶酰胺等專型殺線蟲劑在內(nèi)的多個非熏蒸殺線蟲劑得到了開發(fā)應(yīng)用,中國自主創(chuàng)制的三氟殺線酯、氟醚菌酰胺、噁線硫醚和氯氟氰蟲酰胺等也在研究開發(fā)之中。

2.1  有機磷和氨基甲酸酯類

有機磷和氨基甲酸酯類殺線蟲劑通常被稱為“線蟲抑制劑”,進入線蟲體內(nèi)后與乙酰膽堿酯酶進行可逆性的結(jié)合,破壞神經(jīng)元突觸間隙乙酰膽堿的水解,干擾并阻斷突觸傳導(dǎo),造成神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂,使線蟲麻痹、活動和取食減少、發(fā)育和繁殖受阻,從而控制線蟲侵染和為害。不同濃度藥劑對線蟲的作用不同,一般低濃度破壞線蟲對寄主植物根部的感應(yīng)和定位能力,高濃度干擾線蟲的活動、發(fā)育、繁殖和卵孵化。多個有機磷和氨基甲酸酯類殺線蟲劑還具備內(nèi)吸傳導(dǎo)活性,莖葉處理也能實現(xiàn)對植物組織內(nèi)的線蟲控制。雖然苯線磷、滅線磷、克百威、涕滅威、滅多威和丁硫克百威等品種因高毒性及環(huán)境風(fēng)險等問題在中國等國被禁用和限用,但由于在土壤中易降解,噻唑膦、imicyafos、殺線威和硫雙威等品種得以保留使用。但需要注意的是,堿性土壤、高溫環(huán)境和微生物等可能會加速其降解而使其藥效降低。

2.2  季酮酸和特拉姆酸衍生物

螺蟲乙酯是第一個作為殺線蟲劑進行商業(yè)化開發(fā)的季酮酸和特拉姆酸衍生物,也是唯一具有全內(nèi)吸活性的殺(線)蟲劑,莖葉處理即可同時實現(xiàn)對地上、地下的線蟲及靶標(biāo)昆蟲的控制。螺蟲乙酯在植物體內(nèi)水解為烯醇式結(jié)構(gòu),分別通過維管束的木質(zhì)部和韌皮部向上和向下傳導(dǎo)而對線蟲發(fā)揮作用。線蟲在攝入螺蟲乙酯后,乙酰輔酶A羧化酶的活性受到抑制,脂質(zhì)合成和生長發(fā)育也受到影響。可能與線蟲種類、大小、表皮結(jié)構(gòu)和解毒作用等因素有關(guān),螺蟲乙酯對不同線蟲的作用效果不同。研究表明,螺蟲乙酯可使異盤中環(huán)線蟲(Mesocriconema xenoplax)的活動減少,但南方根結(jié)線蟲(Meloidogyne incognita)活動和腎形線蟲(Rotylenchulus reniformis)的卵孵化都沒有受到抑制。然而,異盤中環(huán)線蟲的種群密度沒有發(fā)生變化,但南方根結(jié)線蟲的種群密度卻減半。無論如何,為獲得最佳的防治效果,螺蟲乙酯應(yīng)在線蟲侵染早期施用。此外,由拜耳公司開發(fā)的季酮酸和特拉姆酸衍生物spidoxamat在20 mg/L時對南方根結(jié)線蟲的活性達到95%,也具有很好的開發(fā)潛力。

2.3  芳基甲酰胺類

芳基甲酰胺類殺線蟲劑通過阻礙線蟲細胞線粒體呼吸鏈呼吸鏈復(fù)合體Ⅱ(即琥珀酸-泛醌還原酶或琥珀酸脫氫酶)的電子轉(zhuǎn)移,抑制其呼吸作用而破壞能量供給,使線蟲最終因能量耗盡而死亡,同時通過相同作用機制控制土傳病害,進而減少線蟲侵染的幾率。與氟烯線砜相比較,該類殺蟲劑一般用量較低而作用速度更快,但對線蟲活動的抑制作用還是與暴露的時間和濃度有關(guān)。高濃度和長時間的暴露可使芳基甲酰胺類殺線蟲劑對線蟲的抑制作用變得不可逆。氟吡菌酰胺是第一個開發(fā)上市的芳基甲酰胺類殺線蟲劑,具有向頂傳導(dǎo)活性,土壤處理還可實現(xiàn)對地上線蟲和病害的控制。研究表明,氟吡菌酰胺對腎形線蟲的殺蟲活性約為南方根結(jié)線蟲的2倍,而對南方根結(jié)線蟲的抑制作用可部分恢復(fù)。由于具有部分殺卵作用,氟吡菌酰胺仍可顯著地減少線蟲的繁殖。氟醚菌酰胺對南方根結(jié)線蟲的室內(nèi)活性和溫室防效(土壤澆灌)與阿維菌素和氟吡菌酰胺的大致相當(dāng),同時可改善土壤微生物結(jié)構(gòu)而使有益微生物增殖、促進植物生長,對土壤酶的影響也可恢復(fù)。氟唑菌酰羥胺可減少線蟲的繁殖和卵孵化,種子處理對大豆孢囊線蟲(Heterodera glycines)、腎形線蟲、南方根結(jié)線蟲、根腐線蟲(Pratylenchus spp.)和矛線蟲(Dorylaimus spp.)的防效與氟吡菌酰胺相近。Cyclobutrifluram直接土壤施用或種子處理可使根結(jié)線蟲、甜菜孢囊線蟲(H. schachtii)和玉米根腐線蟲(P. zea)等線蟲幼蟲麻痹并抑制蟲卵孵化。

2.4  三氟丁烯類

三氟丁烯類殺線蟲劑使線蟲在接觸后出現(xiàn)不可逆的麻痹,對作物的定位和侵染、產(chǎn)卵、卵孵化和發(fā)育受到影響,同時活動減少、進食停止,并在1～2 d內(nèi)死亡。該類殺線蟲劑可使馬鈴薯胞囊線蟲(Globodera pallida)的脂質(zhì)增加、細胞活力喪失而出現(xiàn)口針侵襲減少和身體卷曲,與有機磷、氨基甲酸酯、大環(huán)內(nèi)酯和雜環(huán)酰胺類殺線蟲劑無交互抗性,推測其作用機制與二氟丁烯類殺蟲劑的作用機制相似,即通過抑制細胞線粒體中的脂肪酸代謝的β-氧化,使線蟲逐漸因能量供應(yīng)不足而受到抑制或死亡。一般南方根結(jié)線蟲、北方根結(jié)線蟲(M. hapla)和爪哇根結(jié)線蟲(M. javanica)等定棲性線蟲比半穿刺線蟲(Tylenchulus semipenetrans)、異盤中環(huán)線蟲、莖線蟲(Ditylenchus dipsaci)、松材線蟲(Bursaphelenchus xylophilus)和葉芽線蟲(Aphelenchoides spp.)等遷移性線蟲對氟烯線砜要更敏感,且南方和北方根結(jié)線蟲又比爪哇根結(jié)線蟲更敏感。氟烯線砜具有內(nèi)吸活性和一定的殺卵作用,可莖葉處理施用,但用量過高可能會對作物產(chǎn)生藥害。三氟殺線酯對南方根結(jié)線蟲卵和二齡幼蟲的毒力與噻唑膦、氟烯線砜和tioxazafen相當(dāng),田間防效與噻唑膦相當(dāng)且優(yōu)于阿維菌素和氟吡菌酰胺,同時具有持效期長、對哺乳動物和土壤生物安全的特點。

2.5  噁二唑硫醚類

噁二唑硫醚類殺線蟲劑具有全新化學(xué)結(jié)構(gòu)和獨特的作用機制,通過干擾線蟲體內(nèi)核糖體的正常功能,影響其代謝和壽命,使線蟲不可逆地麻痹和死亡。該類線蟲劑對大環(huán)內(nèi)酯類和苯并咪唑類等殺線蟲劑無交互抗性,可直接殺死南方根結(jié)線蟲和大豆胞囊線蟲。1,2,4-噁二唑硫醚類殺線蟲劑tioxazafen的內(nèi)吸活性較強,被作物吸收后主要分布在根部區(qū)域,對大豆、玉米和棉花等行栽作物的胞囊線蟲、根結(jié)線蟲、腎形線蟲、根腐線蟲和長針線蟲等多類別的線蟲具有卓越的防效,同時還可增強作物根系活力、增加作物產(chǎn)量。由于對土壤半衰期較長且水生生物高毒而對水體有長期危害風(fēng)險,tioxazafen一般只用作種子處理劑,而長達75 d的持效期使其可有效控制2代線蟲。噁線硫醚為1,3,4-噁二唑硫醚類殺線蟲劑,對半穿刺線蟲和南方根結(jié)線蟲具有較高的室內(nèi)殺滅活性,優(yōu)于噻唑膦、滅線磷和阿維菌素。

2.6  稠環(huán)類

與氟烯線砜相同,含吡啶并咪唑磺胺結(jié)構(gòu)的三氟咪啶酰胺也是專型殺線蟲劑,對根結(jié)線蟲的作用也是不可逆的。高濃度的三氟咪啶酰胺對煙堿乙酰膽堿酯酶、琥珀酸脫氫酶、煙堿乙酰膽堿受體和γ-氨基丁酸門控氯離子通道等已知靶標(biāo)位點均無作用,同時對非靶標(biāo)線蟲相對安全,推測該殺線蟲劑應(yīng)具有全新的作用機制。三氟咪啶酰胺易降解且半衰期短,通過土壤空隙水接觸線蟲而發(fā)揮作用,但沒有內(nèi)吸活性,也沒有明顯的殺卵活性和卵孵化抑制作用。一般在低濃度時減少靶標(biāo)線蟲的活動和侵染,高濃度時快速將其殺死。研究表明,三氟咪啶酰胺對南方根結(jié)線蟲二齡幼蟲活動的抑制活性不到氟烯線砜的一半和氟吡菌酰胺的1/200,對線蟲的擊倒作用也比有機磷和氨基甲酸酯類殺線蟲劑慢。含苯并噻二唑結(jié)構(gòu)的活化酯通過誘導(dǎo)作物產(chǎn)生對線蟲的獲得性抗性誘導(dǎo)劑而發(fā)揮作用,在美國用作棉花種子處理的殺線蟲劑。含苯并異噻唑結(jié)構(gòu)的benclothiaz對南方根結(jié)線蟲和大豆胞囊線蟲具有高活性,按0.0006%的土壤量灌根處理幾乎可完全抑制南方根結(jié)線蟲,同時還具有生根作用,但后續(xù)沒有得到開發(fā)。

2.7  其他非熏蒸類

除了上述類別的殺線蟲劑以外,還有一些作為殺線蟲劑開發(fā)的兼職品種,如γ-氨基丁酸等門控氯離子通道拮抗劑氟蟲腈和乙蟲腈、煙堿乙酰膽堿受體通道阻斷劑殺螟丹、魚尼丁受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑氯氟氰蟲酰胺、通過干擾質(zhì)子梯度影響氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑蟲螨腈等。乙蟲腈按質(zhì)量濃度10 mg/L進行土壤處理,可有效防治番茄南方根結(jié)線蟲。蟲螨腈對溫室觀賞植物上的葉線蟲具有一定的防治作用,但用到葉片較厚的馬纓丹上則防效較差。氯氟氰蟲酰胺具有一定的脂溶性,對松材線蟲的毒力優(yōu)于阿維菌素和甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽,于樹干基部注射可向上傳導(dǎo)至樹梢頂部,有效控制松材線蟲。異菌脲通過抑制線蟲的活動、使其麻痹和迷失方向,從而喪失對作物的定位和取食能力,雖其防效不如苯線磷、噻唑膦和殺線威,但對非靶標(biāo)生物和作物友好安全。由于對地下水和水生生物存在風(fēng)險,歐盟委員會已于2018年撤銷了異菌脲的相關(guān)登記。

3  總結(jié)與展望

線蟲對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了較大的損失,使用殺線蟲劑可有效控制線蟲及其危害。然而,線蟲及其危害常常難以被發(fā)現(xiàn)和評估,且殺線蟲劑的市場又相對較小,殺線蟲劑幾乎是在消毒劑或熏蒸劑(如溴甲烷、二硫化碳和氰氨化鈣),殺蟲劑(如噻唑膦、殺線威和氟蟲腈)和殺菌劑(如氟吡菌酰胺)的應(yīng)用中被發(fā)現(xiàn)并逐漸發(fā)展起來的。

非選擇性的熏蒸殺線蟲劑可一次性殺死線蟲及其他土壤生物,其作用效果快且防效顯著、不易誘發(fā)抗性,但也存在高毒,施用條件要求高(設(shè)備、時間、濕度和溫度等),用量大,對非靶標(biāo)生物和環(huán)境存在負面影響等缺點。非熏蒸類殺線蟲劑在線蟲攝入后通過使其麻痹,影響其定位、活動和取食直至死亡,同時抑制線蟲蟲卵的孵化和幼蟲的生長、發(fā)育和繁殖而最終控制其種群密度,延遲線蟲對作物的侵染時間和為害峰期,減少線蟲侵染以實現(xiàn)作物增產(chǎn)。非熏蒸殺線蟲劑具有熏蒸殺線蟲劑眾多無法比擬的優(yōu)點而更受農(nóng)民青睞,但當(dāng)前可供選用的殺線蟲劑商品并不多。

隨著社會關(guān)注度和法規(guī)壓力的增加,有不少熏蒸類、有機磷和氨基甲酸酯類殺線蟲劑因安全和環(huán)境風(fēng)險問題先后被禁用或限用。對靶標(biāo)線蟲高效但對有益生物和作物等非靶標(biāo)生物低毒,且易于施用,對使用者、環(huán)境和生態(tài)安全的新型非熏蒸類殺線蟲劑的研發(fā)和應(yīng)用無疑會成為未來發(fā)展的趨勢。繼有機磷和氨基甲酸酯之后,季酮酸和特拉姆酸衍生物、芳基甲酰胺類、三氟丁烯類、噁二唑硫醚類和稠環(huán)類等系列殺線蟲劑也隨之得以開發(fā)和應(yīng)用。這些非熏蒸殺線蟲劑大多對定棲類線蟲比遷徙類線蟲顯示出了更好的防治作用,但對線蟲蟲卵的作用較弱或沒有殺卵作用,對不同種屬靶標(biāo)和非靶標(biāo)線蟲的生物活性也存在差異,田間防治效果和產(chǎn)品適應(yīng)性需要深入的探索研究,使用的成本和收益也值得評估。此外,用于松材線蟲等侵染葉子和塊莖的地上定棲類線蟲控制的殺線蟲劑還有待于進一步的研究和開發(fā)。

隨著熏蒸殺線蟲劑的陸續(xù)退出和選擇性殺線蟲劑的不斷開發(fā)應(yīng)用,線蟲抗性管理也必將成為未來發(fā)展的方向。國際殺蟲劑抗性行動委員會也在2019年成立了線蟲工作小組,對殺線蟲劑的作用機制分類和抗性風(fēng)險識別提供指導(dǎo)。未來,應(yīng)加強對殺線蟲劑作用機制和線蟲抗性機制的研究,推動新型殺線蟲劑的研發(fā)、應(yīng)用和推廣,根據(jù)線蟲種類、作物、土壤條件、施用時間和方法等確定合適的混用和輪用技術(shù)以降低抗性風(fēng)險。同時,結(jié)合抗性品種選育、實行作物輪耕、土壤物理處理、引入生物天敵和作物營養(yǎng)管理等措施實現(xiàn)對線蟲有效的綜合治理。

信息來源：《農(nóng)藥科學(xué)與管理》2021年第11期 

作者：蘇州艾科爾化工科技有限公司 譚海軍