甲氧基丙烯酸酯類(strobilurins)物質最早是在1977年由德國科學家從嗜球果傘(Strobilurus tenacellus)培養的菌絲體中發現的。研究人員在此天然化合物的基礎上開發了甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑,其對大多數真菌如卵菌綱、子囊菌綱、半知菌綱、擔子菌綱引起的霜霉病、白粉病、稻瘟病、銹病等具有良好的殺菌活性。其作用機理主要是通過阻止電子從細胞色素b到細胞色素c1之間的傳遞,阻礙三磷酸腺苷(ATP)的產生,從而抑制其線粒體呼吸而發揮抑菌作用。該類殺菌劑具有獨特的殺菌機制并且高效、廣譜、安全,并于2009年之后成為全球銷售量最大的一類殺菌劑。其對蚯蚓、蜜蜂、鳥類和哺乳動物等環境生物相對安全,但對非靶標水生生物及水生態系統存在一定風險,在水環境中的殘留量較高。

近年來,由于農藥緩控釋制劑的可控釋放、靶標釋放等優良特性,科研工作者針對甲氧基丙烯酸酯類農藥對水生生物的安全性問題及環境不穩定特性,對該類殺菌劑進行了緩控釋制劑的大量研究。新型農藥緩控釋放技術主要是利用對載體材料的化學修飾及合成實現對其結構與功能的調控,從而達到緩控釋放,環境安全的特點；延長持效期從而降低了農藥施用劑量與施用頻率,提高了農藥利用率,減少了農藥施用總量。

01開發及登記情況

自1996年德國巴斯夫公司開發了第1個甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑醚菌酯(kresoxim-methyl)以來,1997年捷利康公司又開發嘧菌酯(azoxystrobin),隨后各大公司不斷推出新型化合物如肟菌酯、啶氧菌酯、吡唑醚菌酯、醚菌胺、氟醚菌酯、肟醚菌胺等。2006-2010年,我國(沈陽化工院研究)自主研發了丁香菌酯、唑菌酯、氯啶菌酯、烯肟菌胺和烯肟菌酯等化合物；浙江和田公司和華中師范大學分別推出了苯醚菌酯、苯噻菌酯2種甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑。筆者在中國農藥信息網(http：//www.icama.org.cn/)上查詢,截至2020年10月底,我國批準登記使用的甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑主要有12種,其中醚菌胺和苯氧菌胺、肟醚菌胺、mandestrobin、氟菌螨酯、苯噻菌酯6種殺菌劑尚未在我國登記。針對已研發的甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑,尤其是我國自主研發的農藥,企業與科研單位在劑型的開發與登記上應更為主動。

02制備方法

近10年來,利用微膠囊技術、納米顆粒技術及多孔材料載藥技術制備微囊、微球、緩釋顆粒等緩釋制劑,已經成為農藥劑型的研究熱點。微膠囊技術從20世紀50年代開始發展目前已有數百種制備方法,隨著科學技術、新材料及科研設備的不斷發展,新的微膠囊制備技術也在不斷涌現,但是沒有一種標準的方法適合所有原材料的微囊化生產。在制備一種新型的農藥微囊時,需根據芯材與壁材的理化性質、釋放性能要求、應用環境及生產成本等因素來選擇適宜的微囊生產方法。納米控釋系統主要包括納米粒子和納米膠囊,活性成分通過溶解、包裹作用位于粒子內部,或者通過吸附、附著作用位于粒子表面及多孔材料內部,從而達到預期的緩控釋效果。多孔材料載藥技術是利用無機結構的介孔二氧化硅、活性炭,有機結構的有機物和金屬配位的有機金屬骨架(MOFs)等負載農藥。

03應用

近年來,越來越多的天然或合成高分子聚合物被用作農藥載體。這些高分子聚合物通常是生物相容性好、環境可降解的材料,其表面功能基團種類繁多,可對其進行修飾改性,從而載體性能得到提升。目前常用的農藥載體大概分為3類：天然高分子材料、合成高分子材料、無機或有機多孔材料等。

01天然高分子材料為載體制備

天然高分子材料,如殼聚糖、纖維素、木質素、海藻酸鹽等,這類載體材料具有來源豐富,生物可降解等優點,其長鏈結構和多種官能團可以與農藥活性成分產生較強的結合作用,有助于延長活性成分的釋放。

Xu等通過化學交聯法制備了生物可降解的殼聚糖-聚乳酸共聚物(CPLA),并采用納米沉淀法以CPLA為載體制備了吡唑醚菌酯納米顆粒。通過改變共聚物CPLA與吡唑醚菌酯的投料質量比(5∶1～50∶1),載藥納米顆粒的粒徑從77 nm增大到128 nm。此納米顆粒降低了吡唑醚菌酯在紫外光下的降解,并且表現出突釋、緩釋和pH控制釋放的特征。與25%吡唑醚菌酯乳油(EC)相比,該納米顆粒在長時間下對炭疽菌(Colletotrichum gossypii)有較好的持續殺菌活性。

Xu等以2-(二甲基氨基)乙基-2-甲基丙烯酸酯(DMAEMA)為單體,通過自由基接枝共聚方法制備了具有pH和溫度雙重響應的殼聚糖共聚物(CS-g-PDMAEMA),并采用乳液化學交聯法制備了載藥量為18.79%,包封率為64.51%的CS-g-PDMAEMA-吡唑醚菌酯微囊。該微囊在酸性條件下釋放速率較快,釋放速率隨著溫度的升高而逐漸升高,并且可顯著提高吡唑醚菌酯在紫外光照射下的光穩定性,降低對斑馬魚的急性毒性。

Luo等通過木質素磺酸鹽與異氰酸酯的界面聚合反應制備了

木質素磺酸鹽改性的吡唑醚菌酯納米膠囊(NCS),NCS在水中表現出一定的持續釋放性能,對番茄土傳病害冠腐病、根腐病的防治效果約為未改性微囊的4倍,并且其在土壤中殘留風險比傳統的聚合物微囊低。

Cao等制備了一種水溶性N-2-羥丙基-3-三甲基氯化銨殼聚糖(HTCC)包覆的介孔二氧化硅納米顆粒(MSNs),并成功實現吡唑醚菌酯的負載。使用HTCC包覆的MSNs大大提高了MSNs的載藥效率,可以達到40.3%,而單獨的MSNs載藥率僅為26.7%。負載吡唑醚菌酯的HTCC-MSNs納米顆粒表現出最初的突釋和隨后的持續釋放行為,對蘆筍莖枯病原菌(Phomopsis asparagi)的殺菌活性與吡唑醚菌酯原藥幾乎相同。

周訓卿等以嘧菌酯為芯材,以生物可降解的殼聚糖(CS)和DL-丙交酯為原料,利用開環聚合法合成了殼聚糖-聚乳酸接枝共聚物(CS-co-PLA)載體材料,運用乳化溶劑揮發法制備了不同粒徑并具有良好緩釋性能的嘧菌酯微囊。

02合成高分子材料為載體制備

目前農業中用于藥物載體的合成高分子主要有聚羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基戊酸酯(PHBV)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、聚己內酯(PCL)等。此類高分子聚合物生產過程無污染,生物降解,且具有結構多樣的優勢,可以滿足不同農藥活性成分的負載和緩釋的應用要求。

Yao等以PLA為載體材料通過溶劑蒸發法,制備了尺寸可控的嘧菌酯-PLA納米微球。其微球粒徑越小,釋放速率越快,累積釋放量越高,活性氧誘導氧化損傷程度越大,葉片黏附能力越強,抗菌活性越強。Yu等運用溶劑蒸發法以PLA為載體材料制備了249.3 nm的嘧菌酯納米微球,并利用生物黏附性天然分子單寧酸進行化學修飾改性。改性后納米微球在黃瓜葉片上的滯留率與傳統農藥相比可提高50%以上,具有良好的緩釋性能。Wang等以PLA作為農藥載體,使用高壓均質乳化法和乳化溶劑蒸發法制備了吡唑醚菌酯納米微球,粒徑為450 nm,多分散性指數小于0.3,載藥量達到53.6%,具有良好的儲存穩定性。和商品化制劑相比,納米微球中吡唑醚菌酯的釋放時間明顯延長,最長可達250 h。其在黃瓜葉片表面的接觸角表明具有良好的潤濕性,對青霉菌的生物活性和持效期均優于商品化制劑。

王寧等以N-異丙基丙烯酰胺和丙烯酸丁酯的共聚物為壁材,采用乳液聚合法制備了平均粒徑為1.04 μm,載藥量為15.66%,包封率為78.30%的溫度響應型吡唑醚菌酯微囊。其臨界溶解溫度(LCST)為28.2℃,當環境溫度高于LCST時能夠快速釋放活性成分,而低于該溫度時其釋放行為受到抑制。噴施在水稻葉面的微囊由于溫度相對較高而快速釋放活性成分,墜落田間的則因溫度較低而受到抑制。其對斑馬魚急性毒性的LC50值為4.48 mg/L,較吡唑醚菌酯原藥顯著提高了吡唑醚菌酯對水生生物的安全性。

Zhang等采用同軸靜電噴霧法(CES),通過對制備工藝參數的的調節,制備了PLGA-嘧菌酯微囊,最大包封率為99.14%。與商品化嘧菌酯懸浮劑相比,CES法制備的微囊具有更好的緩釋性能,顯著提高了嘧菌酯在靶標作物葉面的黏附和滲透性能,并可以通過調節殼層厚度來控制釋放速率。

Volova等以PHB和天然填料(粘土、木粉和泥炭)為基質,通過擠壓造粒的方法制備了微丸和顆粒狀的嘧菌酯緩釋制劑。該緩釋制劑對黃萎病菌(F. verticillioides)具有優異的抗真菌活性,不同填料配方的殺菌效果無顯著差異。在土壤中緩釋制劑的生物降解受形狀如微丸、顆粒的程影響較大。填充物類型對降解過程影響不大,并且所有配方的殺菌劑都能在土壤中長期發揮作用。

03多孔材料為載體制備

多孔載體主要包括硅質材料、黏土、海泡石、MOFs、介孔二氧化硅(MSNs)等。緩控釋放主要是利用這些材料較大的比表面積和良好的吸附性能,將藥物分子負載到其孔道內,達到控制藥物釋放速率的目的。

Cao等制備了碳量子點修飾的中空雙殼層介孔二氧化硅,可實現吡唑醚菌酯的有效負載,載藥量為28.5%。中空雙殼層的結構可實現有效成分初期快速釋放,后期緩慢持續釋放,滿足病害防控速效性和持效性的要求。針對MSNs直接修飾后載藥量偏低(3.6%)的局限性,Xu等發展了基于乳液體系的同步羧甲基殼聚糖修飾介孔二氧化硅和負載嘧菌酯,可提高嘧菌酯載藥量至21%。制備的載藥體系具有pH敏感的釋放特征和良好的生物活性,并且該團隊研究了載藥顆粒在菌絲體和黃瓜植株體內的吸收和傳輸情況。

Li等通過Fe3+與單寧酸的配位自組裝制,制備了吡唑醚菌酯微囊,其可提高吡唑醚菌酯的活性和環境安全性。該微囊在水中懸浮時保持球形,但在沉積水稻葉片一個周期后,由于水分蒸發迅速變形或破裂,其對水稻稻瘟病表現出優異的防治效果,在120和180 g/hm2有效劑量下顯著提高了產量,明顯降低了對短翅蟲、大蚤、非洲爪蟾和黑斑蛙的毒性。

Shan等以Fe3+為節點,1,3,5-均苯三甲酸為有機配體,通過水熱反應合成了多孔的鐵基金屬有機骨架材料(Fe-MIL-100),并通過物理吸附法進行嘧菌酯的負載,其載藥量為16.24%。載藥顆粒在酸性介質中的釋放速率比在中性和堿性介質中慢,對小麥赤霉病和番茄晚疫病2種病原真菌的殺菌活性與嘧菌酯原藥和懸浮劑相當,而鐵元素作為一種微量營養素對促進小麥生長具有一定的作用,因此小麥生長高度比對照提高了16.4%。

農藥緩控釋制劑在一定程度上可以彌補傳統農藥劑型的不足,保護有效成分免受不良環境影響,減少施藥次數和用藥量,因此是高效、安全、經濟的農藥新劑型。

來源：陳歌,曹立冬,趙鵬躍,曹沖,李鳳敏,黃啟良.甲氧基丙烯酸酯類農藥緩控釋制劑的研究進展[J].現代農藥,2021,20(02):7-11+22.