杀线虫剂概述

申继忠

(上海艾农国际贸易有限公司，上海 200122)

线虫是许多农作物的重要病原体，例如大豆、咖啡、甘蔗等。对于某些地方的某些作物，线虫甚至可能是最主要危害其健康的有害生物。例如，谷物孢囊线虫是中东地区大麦和小麦的主要病原，在极端的情况下，可造成这些作物减产92%。据估计，线虫造成的全球作物产量损失每年可达 12.3%(约1 570 亿美元)[1]。

2019年发表在《自然-生态学与进化》杂志上的研究报告显示，在全球范围内，病虫害造成小麦损失为 10%～28%，水稻损失为 25%～41%，玉米损失为20%～41%，马铃薯损失为8%～21%，而大豆的损失为11%～32%。病毒和类病毒、细菌、真菌和卵菌、线虫、节肢动物、软体动物、脊椎动物和寄生植物都是对农业生产不利的因素[2]。

线虫种类繁多，从经济损失角度看，最主要的植物病原线虫是根结线虫(Meloidogynespp.)，其次是孢囊线虫(Heterodera和Globoderaspp.)、根损害线虫(Pratylenchuspp.)、穿孔线虫(Radopholus similisCobb.)和茎线虫(Diylenchus dipsaciFilipjev)等。目前在全球已发现最为重要的根结线虫有90多种，可侵染植物3 000多种。

防治线虫病最重要的措施有化学防治、生物防治、耕作和栽培措施等。其中利用化学和生物杀线虫剂防治植物线虫病是最为简单有效的方法，但是近年来相当一部分化学杀线虫剂，尤其是有机磷酸酯类和氨基甲酸酯类因毒性和环境问题而被淘汰。生物杀线虫剂虽经过多年发展，但是品种还十分有限，效果也不尽如人意。

本文主要总结了化学杀线虫剂和生物源杀线虫剂产品现状。

1 杀线虫剂发展简史

美国的泰勒教授将杀线虫剂的发展历史分为3个时代，即古代、中世纪和现代[3]。

1859年首次报道甜菜孢囊线虫，1871年首次报道了采用二硫化碳防治该线虫的试验研究，但不是很成功。后来商业化应用的报道也很少。

第一次世界大战中使用氯气和氯化苦(CC13NO2)作为化学武器。

1920年马修斯测试了氯化苦与其他化学品一起防治真菌、线虫和金针虫的效果，以及氯化苦对土壤细菌的有益作用。氯化苦在几个方面都表现优秀。中世纪的杀线虫剂历史以这篇研究报道拉开序幕。

1940年Christie和Cobb报道了使用溴甲烷防治植物材料上菊叶线虫的试验。

1943年，夏威夷火奴鲁鲁菠萝研究所的沃尔特·卡特博士发表了一篇论文，标志着中世纪杀线虫剂历史的结束和现代时代的开始。该文报道了 1,3-二氯丙烯与 1,2-二氯丙烷的混合物的田间试验结果。据报道，这种被卡特称为“D-D混合物”的材料比氯吡啉更便宜、更容易处理，同时在控制线虫和昆虫方面也产生了类似的效果，并获得了良好的植物生长反应。卡特(1945)的第2篇更详细的论文用大量的数据支持了这些结论。

1944年，美国陶氏化学公司(Dow Chemical Company)在加州锡尔滩(Seal Beach, California)测试了乙二烷(EDB)作为土壤杀线虫剂的效果，而在同一时间，克里斯蒂(1945)在马里兰州贝尔茨维尔(Beltsville)的美国农业部种植站(USDA Plant Industry Station)也进行了类似的测试。

1956年由斯托夫(Stauffer)化学公司引进的威百亩(N-甲基二硫代氨基甲酸钠二水合物，英文商品名：Vapam)对线虫、杂草种子和土壤真菌有很好的防治作用。威百亩不是挥发性液体，而是在土壤中分解形成穿透性气体，起到熏蒸的作用。

下一个投放市场的杀线虫剂是 1957年由弗吉尼亚州里士满的弗吉尼亚-卡罗莱纳公司生产的一种名为“V-C 13杀线虫剂”的“非熏蒸剂”。其活性成分为O-2,4-二氯苯基O,O-二乙基硫代磷酸，是第一个有机磷杀线虫剂。这些通常被称为“非熏蒸”杀线虫剂，有时也称为“触杀性”杀线虫剂。

由杜邦化学公司于1969年引进的杀线威，经叶面喷施后可向下迁移至植物根部。

至此，进入了化学农药迅速发展的时期，各种不同化学结构类别的除草剂、杀菌剂、杀虫剂等都得到很大发展，但是杀线虫剂的品种发展一直不温不火。最重要的有机磷和氨基甲酸酯类农药尤其是杀虫剂中某些品种就兼有杀虫和杀线虫作用。

现有的研究证明，在拮抗微生物中真菌是最重要的杀线虫剂来源。真菌杀线虫剂的开发始于20世纪30年代。然而，用生物制品取代化学杀线虫剂的真正尝试始于1977年，这是因为二溴氯丙烷被禁用[3]。

细菌也是土壤中数量最多的生物体，其中一些细菌如巴氏菌属、假单胞菌属和芽孢杆菌属已经显示出在线虫生物防治方面的巨大潜力。在过去的30年里，人们进行了大量的研究，以评估它们控制植物寄生线虫的潜力。这些研究发现，食线虫细菌分布广泛，作用方式多样，宿主范围广。

2 化学杀线虫剂

2.1 化学杀线虫剂分类和作用机制

化学杀线虫剂可以从不同角度进行分类。根据作用方式和作用机制分类见表1。

表1 杀线虫剂作用方式和作用机制分类[4]

杀线虫的作用方式是指杀线虫剂对线虫组织内特定的和重要的生命过程的致死作用。

杀线虫剂的作用机制是指杀线虫剂对线虫特定生命过程的致死作用(表1)。

有机磷和氨基甲酸酯类杀线虫剂是通过抑制乙酰胆碱酯酶，引起神经系统信号传导的抑制而最终导致线虫死亡。

阿维菌素刺激昆虫神经元突触或神经肌肉突触的γ-氨基丁酸(GABA)系统，激发神经末梢释放神经传递抑制剂GABA，促使GABA门控的氯离子通道延长开放，大量氯离子涌入造成神经膜电位超极化，使神经膜处于抑制状态，从而阻断神经冲动传导而使线虫麻痹、拒食、死亡。

异氰酸酯在细胞内的作用多种多样，主要表现为对电子传递的抑制作用、酶的钝化作用和影响诱导细胞凋亡的信号传递。卤代脂肪族化合物，如溴代甲烷，其作用机制与异氰酸酯相似，是蛋白质的烷基化剂，同时氧化细胞色素中的Fe2+中心，阻碍呼吸。

麻醉作用和行为的改变也被认为是熏蒸剂和非熏蒸剂杀线虫剂的作用机制。涕灭威对异皮线虫的影响，就是抑制了线虫的身体活动并产生口针的异常运动。观察到影响线虫的蜕皮过程、代谢毒性，减少孵化和产卵量。

氟噻虫砜的作用机制目前尚没有完全明确，根据目前的研究氟噻虫砜能够在短时间内致使线虫麻痹停止进食，运动能力减弱，最后不可逆杀死线虫。另外氟噻虫砜还可以降低线虫卵的孵化率、幼虫的成活率，减少虫卵的数量。氟噻虫砜以触杀为主。

杀虫剂和杀菌剂抗性行动委员会(IRAC和FRAC)是制定杀菌剂(包括杀线虫剂)和杀虫剂(包括兼有杀线虫活性的杀虫剂)抗性治理指导方案的机构，由于杀线虫剂习惯上被作为杀菌剂看待，加上某些杀虫剂兼有杀线虫活性，因此他们都负责杀线虫剂抗性治理指导方案的制定。他们的一个重要任务就是对杀虫剂、杀菌剂和杀线虫剂的作用机制进行科学分类，而作用机制是抗性治理指导方案的重要制定依据。2019年IRAC和FRAC对杀线虫剂的分类见表2。

2.2 商品化的化学杀线虫剂

Alanwood网(http://www.alanwood.net/pesticides/index.html)被认为是唯一的一个列出了所有国际标准组织(ISO)认可的化学农药标准名称的地方。它包含了比ISO普通名称多得多的名称，包括1 800多种不同活性成分的命名数据表，以及350多种酯和盐衍生物的命名数据表，这些数据表可以通过一套全面的索引和分类获得。该网搜集的所有杀线虫剂有效成分见表 3，其中包括一些因毒性或环境问题已经被禁用，如溴甲烷等。还要提醒的是这个名单里没有印楝素，实际上印楝素是具有杀线虫活性和杀虫杀螨活性的植物源化合物，尤其在印度有广泛应用。目前具有杀线虫作用的基于印楝素的产品主要有 AzarGuard®(美国 BioSafe Systems, LLC., EPA登记号：70299-17)，AzaMax®(美国 PARRY AMERICA INC.公司，EPA 登记号：71908-1-81268)。

表2 IRAC和FRAC的杀线虫剂作用机制分类[5,6]

表3 Alanwood网列出的杀线虫剂有效成分[7]

目前常用的(不包括最新的一些化合物)不同化学类别的杀线虫剂代表品种见表4。

表4 目前常用的不同化学结构类别的杀线虫剂及适用作物[4]

3 真菌和细菌杀线虫剂

在过去 20年中生物杀线虫剂的生产和应用取得了快速进展，而对巴氏杆菌(Pasteuriaspp.)的大量离体培养和开发各种易于使用的创新产品尤为重要。线虫拮抗生物中研究最多、最有前途的类群是食线虫真菌和细菌。这两个群体包括许多物种。这些生物杀线虫剂经常被用于那些常施用化学农药、表面活性剂(如润湿剂)、肥料和矿物营养和土壤改良剂的场合和生态系统，这些物质可能与杀线虫剂活性成分发生相互作用。

3.1 真菌和细菌杀线虫剂种类及作用机制

杀线虫真菌组可以分为捕线虫(nematode-trapping)真菌、内寄生(endoparasitic)型真菌、卵和雌寄生型真菌以及产毒型真菌等。

根据作用机制，食线虫细菌也可以大致分为寄生细菌和非寄生根细菌。Eissa和Abd-Elgawad(2015)将食线虫细菌分为专性寄生细菌、机会性寄生细菌、根细菌、Cry(苏云金杆菌毒素)蛋白形成细菌、内生细菌和共生细菌。

一些重要的杀线虫真菌和细菌的作用机制见表5。

表5 重要真菌和细菌杀线虫剂的作用机制[4]

3.2 杀线虫真菌和细菌的商品化

过去30年，研究工作者开发了多种生物杀线虫剂并在世界各地商品化。同时也有家庭手工业，利用廉价劳动力生产其他无法获得的微生物产品，主要供应国内市场。这些产品主要在发展中国家使用，尤其是在亚洲、非洲和拉丁美洲防治植物寄生线虫，具有成本优势和优良效果[4,8-10]。

目前已经商品化的杀线虫真菌制剂和细菌制剂分别见表6和表7。

表6 商品化的杀线虫真菌制剂(Askary和Martinelli，2015)[4]

续表

表7 商品化的杀线虫细菌制剂[4]

续表

4 植物杀线虫剂[11-13]

植物源农药的研究和利用历史悠久。来自植物的各种次生代谢产物是一直以来的研究重点。来源于植物的各种次生代谢产物具有不同的生物活性，可用作杀虫剂、杀螨剂、杀菌剂、除草剂和杀线虫剂等。同一种化合物可能兼有两种或多种生物活性。

在南非，开展植物性杀线虫剂研究的目的是为了克服传统有机改良(organic amendments)方法在抑制植物寄生线虫种群密度方面的不足。这些不足之处包括：

⑴ 无法获得有机改良所需要的基础材料；⑵在实施改良之前，需要微生物分解有机改良材料，二者需要相当长的时间；⑶ 需要大量的改良材料(需要约10～500 t材料/hm2)；⑷ 将改良材料运输到需要改良的地点需要高昂的运输费用；⑸ 过度降低土壤pH；⑹ 有机改良的结果不可靠。

植物源化合物作为杀线虫剂的研究也有很多。但是迄今为止商品化的杀线虫剂很少。最广泛应用的商品化的植物杀线虫剂是印楝素产品。印楝素具有杀虫、杀螨和杀线虫生物活性。据报产品标签声明，基于印楝油(含印楝素)的产品可用于防治穿孔线虫、剑线虫、金线虫和根结线虫等。

已经试验研究过的植物化合物有多种，包括醛和酮、生物碱、糖苷、芥子油苷和异硫氰酸酯、柠檬苦素类、苦木素类和皂甙、有机酸、酚类、黄酮类和醌类化合物、胡椒酰胺类、萜烯类、聚乙炔和其他聚合物等。

植物源农药研究的主要目的之一是寻找可能的先导化合物，期望之后用于新化合物开发。也有直接使用植物提取物加工后使用的产品。这类产品的问题之一是活性化合物的确定很难，结构鉴定也充满挑战，登记常常遇到困难。

目前商品化的植物杀线虫剂很少。但是在世界各地小规模的农户中使用当地原料小规模生产的植物源杀线虫剂粗产品的现象非常普遍。

根据农业部农药药检所专家介绍，目前中国杀线虫剂的登记企业约200家，登记配方约50个，覆盖阿维菌素、噻唑膦、威百亩、氯化苦、坚强芽孢杆菌、甲基异柳磷、克百威、涕灭威、棉隆、灭线磷、杀螟丹、厚孢轮枝菌、丁硫克百威、淡紫拟青霉、三唑磷、氰氨化钙、丙溴磷、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、苏云金杆菌、硫酰氟、氟吡菌酰胺、蜡质芽孢杆菌、氨基寡糖素、苦参碱、氟烯线砜、异硫氰酸烯丙酯、嗜硫小红卵菌HNI-1等单剂及复配制剂，登记数量前3位产品是噻唑膦、阿维菌素、阿维菌素加噻唑膦混剂。目前还在登记申请过程中的杀线虫新农药试验品种有如下几种：阿维菌素B2a、二甲基二硫醚(国内仿制)、芽孢杆菌B16、厚垣孢普克尼亚菌、噁线硫醚、三氟吡啶胺和 1,3-二氯丙烯等，它们的登记资料尚需完善。其中噁线硫醚(命名号：(2018)农标字第059号)是贵州大学自主研发的杀线虫剂，对根结线虫具有显著的灭杀活性，且毒性低，是防治作物根结线虫病害的高效、低风险药剂。

5 杀线虫剂的抗性风险[5]

不像其他植物保护产品(如除草剂、杀菌剂和杀虫剂)一样，有几种因素限制田间条件下杀线虫剂对植物寄生线虫(PPN)种群产生高而持久的选择压力的可能性。这些因素包括：⑴ 与作物的持续时间和植物寄生线虫的繁殖代数有关，在单一种植周期内使用杀线虫剂的频率相对较低。通常每一个生长季节只使用一次杀线虫剂，只有长季节或多年生植物才可能使用多次。⑵ 田间施用杀线虫剂的方法一般以小面积土壤为目标(例如作物根带，作物床或行，或种子)，留下未经处理的区域和寄主植物(如杂草)作为未被杀线虫剂暴露的植物寄生线虫的避难所或再生源。⑶ 通常有多个线虫物种同时存在于寄主植物(如农作物或杂草)内，且处于不同的生命阶段(休眠或活跃)，它们可能留在田间不接触杀线虫剂或不受杀线虫剂处理的严重影响。值得注意的是，杀线虫剂产品很少具有内吸活性。⑷ 土壤环境的复杂性及其与杀线虫剂的相互作用会反复降低杀线虫剂的持久性、移动性和(或)生物利用度，从而使杀线虫剂产品与田间植物寄生线虫种群接触的可能性大大降低，最大限度地降低了对多代植物寄生线虫代暴露的可能性。⑸ 大量自然发生的生物会攻击土壤中处于不同生命阶段的植物寄生线虫，从而降低单次杀线虫剂使用的总体选择压力。

田间条件下植物寄生线虫发生的水平各不相同(即在土壤中的密度水平不同)。在某些国家的某些物种中，可能有当地的评估作物经济损失风险的阈值水平。植物寄生线虫数量被认为是高的或非常高的情况下，应该使用线虫抗性管理程序，使用各种策略有效控制和减少虫口。这些策略可以是栽培措施如利用作物轮作或休眠期、日晒、抗线虫或耐线虫作物品种的栽培以及使用杀线虫剂。

在一个作物周期内或在同一地块的几个作物周期内需要多次使用杀线虫剂的种植系统中，建议不同作用机制的杀线虫剂轮换使用，以降低对植物寄生线虫种群的持续选择压力。

对兼有杀真菌活性或杀虫活性的杀线虫剂产品需要额外的抗性治理方案，需要根据 FRAC和/或IRAC的指导方针进行抗性管理并在标签中予以说明。

化学杀线虫剂性能下降可能是由于微生物降解(EMB)作用增强造成的。这在科学文献中有很好的研究记录，不应与植物寄生线虫的抗性发展相混淆。增强的微生物降解作用影响杀线虫剂产品的可利用水平以及植物寄生线虫对杀虫剂产品的暴露时间，从而明显降低杀线虫剂的功效。应考虑不同化学杀线虫剂的轮换使用，并采用其他防治方法如使用抗性品种和栽培方法(如作物轮作)。

6 总结与展望[14-19]

近年来，线虫危害越来越受到植物保护行业和农药生产企业的重视。但是可供选择的产品有限，化学杀线虫剂的新产品开发也进展缓慢。加之人类对环境保护的要求越来越高，因此，越来越多的研究机构和企业把目标转向生物杀线虫剂的开发，尤其是微生物杀线虫剂开发已经取得相当成绩。印度在微生物和植物源杀线虫剂研究开发方面所做工作最多，并有很多产品在印度国内获得应用。中国也有很多研究，但是实用产品的开发还不尽如人意。杀线虫剂尤其是生物源杀线虫剂的开发仍需要继续进行。

近年国内杀线虫剂登记发展迅速，但是登记的产品多为老产品，而且重复登记和同质化严重。鉴于新化合物的开发周期长和投资高，国内开发化学杀线虫剂的科研机构不多，短期内难以得到更多的新产品。加上环保要求和生态安全的考虑，更为现实的做法是大力开发生物源物质以及微生物杀线虫剂用于线虫防治。更要改变单纯依靠各种杀线虫剂防治植物线虫病的思路。利用农业耕作、检疫(预防)、轮作、抗性育种、以及光热等各种物理防治技术等综合手段防治植物线虫病。

多年的经验说明，国产的农药制剂产品尤其是微生物制剂产品质量不够稳定，多数情况下不能与跨国公司的同类产品的品质和药效相比美。因此，未来在杀线虫剂制剂加工方面，尤其是微生物制剂的加工需要投入更多的力量。