三唑類殺菌劑作用機(jī)理和殘留檢測(cè)技術(shù)分析研究

楊 森

(畢節(jié)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(guó)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(shí)產(chǎn)生了第一個(gè)非商品化的無(wú)機(jī)殺菌劑—波爾多液。后來(lái)隨著化學(xué)合成農(nóng)藥的不斷發(fā)展，尤其是有機(jī)化學(xué)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(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)殺菌劑到有機(jī)殺菌劑的過(guò)渡，為各類殺菌劑的發(fā)展開拓了美好的市場(chǎng)前景[1-2]。20世紀(jì)70年代以前使用的基本上都是傳統(tǒng)型保護(hù)性殺菌劑，該類殺菌劑只表現(xiàn)為殺菌作用，后來(lái)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(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

近年來(lái)，開發(fā)出來(lái)的殺菌劑按照化學(xué)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(jī)理獨(dú)特，對(duì)于難以防治的病害如稻瘟病、立枯病等有特效[5]。對(duì)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(hù)的作用，對(duì)植物無(wú)害，使用方便，施用時(shí)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(jī)理獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn)使其在農(nóng)藥分子設(shè)計(jì)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(jī)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(guò)植物的根部吸收，隨蒸騰作用運(yùn)輸?shù)街参矬w的各個(gè)部分。因此，研究討論三唑類殺菌劑的作用機(jī)理、生物活性、殘留分析以及應(yīng)用等有其現(xiàn)實(shí)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(lái)，相繼開發(fā)出來(lái)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(guó)杜邦公司、日本住友和德國(guó)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(diǎn)(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(jī)理

三唑類化合物含有含氮雜環(huán)，該氮原子可以與細(xì)胞色素P-450的鐵離子精密結(jié)合，對(duì)植物能起到抗菌活性和植物生長(zhǎng)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(guò)化合合成而來(lái)，有研究表明：三唑類化合物與細(xì)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(fù)其抑制生長(zhǎng)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(zhǎng)發(fā)育。其作用機(jī)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(jī)理

2.1 破壞細(xì)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(xì)胞壁，使細(xì)胞壁變薄而功能缺失，最終導(dǎo)致細(xì)胞膜裸露后滲透壓滲漏，除此以外，該類化合物還會(huì)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(xì)胞膜重要組成成分麥角甾醇的生物合成，導(dǎo)致細(xì)胞膜不能形成，己唑醇可破壞和阻止病菌的細(xì)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(shí)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(xì)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(xì)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(xì)胞能量的產(chǎn)生 三唑類殺菌劑的活動(dòng)場(chǎng)所最終是在線粒體中產(chǎn)生分解代謝，而細(xì)胞的高能量(ATP)的合成場(chǎng)所受到“競(jìng)爭(zhēng)”，能量的合成不能正常進(jìn)行，從而導(dǎo)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(yīng)不足而導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)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(yīng)的發(fā)生，如果酶失去活性，則反應(yīng)效率會(huì)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(lái)防止水稻稻瘟病，該類病害中的病原菌黑色素是細(xì)胞的一種必須結(jié)構(gòu)，當(dāng)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(duì)作物生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)作用 三唑類殺菌劑具有一種獨(dú)特的性質(zhì)—對(duì)作物的生長(zhǎng)具有誘導(dǎo)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)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(duì)不良環(huán)境的生理適應(yīng)能力，該類藥劑可抑制赤霉素的生物合成，誘導(dǎo)細(xì)胞分裂，從而控制植物的生長(zhǎng)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(jìn)根的生長(zhǎng)，同時(shí)能保護(hù)組織中的綠色色素，番茄葉片的含水量會(huì)增加[9-10]。

3 三唑類殺菌劑的檢測(cè)分析

目前，對(duì)于三唑類殺菌劑的檢測(cè)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(cè)方法，并對(duì)10余種三唑類殺菌劑常用檢測(cè)方法進(jìn)行了信息匯總，以供檢測(cè)三唑類殺菌劑查詢使用。

表2 三唑類殺菌劑殘留的檢測(cè)方法、回收率、檢出限及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

續(xù)表

除了上述主要檢測(cè)方法以外，目前對(duì)于三唑類殺菌劑的檢測(cè)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(fù)化學(xué)離子源質(zhì)譜法等分析方法。其中液相色譜法具有準(zhǔn)確度高、操作方法簡(jiǎn)單、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)；氣相色譜法具有檢測(cè)成本低、樣品檢測(cè)周期短、可對(duì)批量樣品快速檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)；HPLC-MS/MS具有前處理簡(jiǎn)單、靈敏度高、多種三唑類殺菌劑同時(shí)殘留測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)；GC- MS/MS具有準(zhǔn)確性和精密度高、選擇性強(qiáng)、檢出限低，能有效降低基質(zhì)的干擾等優(yōu)點(diǎn)；分子印跡磁性固相GC- MS具有重現(xiàn)性好、多殘留同時(shí)測(cè)定、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)；MI-MDSPE-LC- MS/MS具有制備印跡材料簡(jiǎn)單、適用于三唑類多殘留檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在對(duì)于三唑類殺菌劑的檢測(cè)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(jìn)行分析檢測(cè)的要求。

4 應(yīng)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(yùn)用已有30余年的歷史，或者部分藥劑具有抗性問(wèn)題，但是該類殺菌劑還具有巨大的潛在開發(fā)價(jià)值，因此，在開發(fā)該類化合物的研究中，要瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿，可思考在藥物新靶標(biāo)和分子設(shè)計(jì)以及RNAi新農(nóng)藥干擾技術(shù)來(lái)達(dá)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(xué)校長(zhǎng)宋寶安院士提出的要多學(xué)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(jìn)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(jìn)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(jiàn)，在檢測(cè)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(shí)分析的要求，對(duì)三唑類殺菌劑如何提高植物抗逆性分子機(jī)制的研究具有潛在的市場(chǎng)前景。在作用機(jī)理上主要體現(xiàn)在影響細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，從而導(dǎo)致細(xì)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(duì)多種病害有很好的防治效果，但也存在抗性問(wèn)題，對(duì)于該類藥物的環(huán)境行為的研究力度不夠、對(duì)三唑類殺菌劑的微生物代謝途徑、微生物對(duì)手性三唑類殺菌劑的對(duì)映體降解過(guò)程中其關(guān)鍵作用酶的機(jī)理研究存在片面性[22]，在作物上的篩選應(yīng)用有待加強(qiáng)。