绿色除草剂苯唑氟草酮的创制及应用

高传杰，张耀中，金 岩，张国福，杨素梅，路兴涛，彭学岗，金 涛，连 磊

(1.山东省农药检定所，济南 250000；2.青岛清原作物科学有限公司，山东 青岛 266000)

玉米[Zea maysLinn.]是我国第一大粮食作物，是重要的饲料来源，也是食品、医药、化工等行业不可缺少的重要原料[1]。据国家统计局发布的《国家统计局关于2021 年粮食产量数据的公告》显示，2021 年我国全年粮食播种面积11 763 万hm2，其中玉米种植面积4 332 万hm2，占全年粮食播种面积的36.8%，居各类农作物首位[2]。据统计，国内玉米田常年杂草发生面积超过2 333 万hm2(3.5 亿亩次)，因杂草为害造成的玉米损失高达950 万t(190 亿斤)[3]，使用除草剂是防除玉米田杂草最经济、有效的手段[4]。但随着除草剂长期大量使用，抗除草剂杂草种类呈逐渐暴发趋势。目前，我国玉米田主要有马唐[Digitaria sanguinalis(L.) Scop.]、稗[Echinochloa crusgalli(L.)P.Beauv.]、虎尾草[Chloris virgataSw.]、野黍[Eriochloa villosa(Thunb.) Kunth]、野糜子(Panicum miliaceumL.)等代表性抗性杂草，为害严重、防除困难，抗性杂草的防除已成为我国玉米生产亟需解决的重大科学问题[5]，亟需创制绿色、高效、低风险玉米田除草剂新品种。

苯唑氟草酮(fenpyrazone)是青岛清原自主创制的新型吡唑酮类除草剂，是玉米田第3 代HPPD 抑制剂类除草剂[6]。2020 年，苯唑氟草酮原药、6%苯唑氟草酮以及25%苯唑·莠去津可分散油悬浮剂通过了农业部核准，成功获得了国家新农药登记，登记号分别为PD20190254、PD20190260 和PD20190261。苯唑氟草酮是我国第一个自主创制的玉米田绿色除草剂，也是迄今为止我国仅有几个获得正式登记的自主创制除草剂品种之一。

1 苯唑氟草酮的理化性质

苯唑氟草酮(图1)分子式为C22H22ClF3N4O6S，相对分子质量562.95，化学名称：4-(2-氯-4-(甲磺酰基)-3-((2,2,2-三氟乙氧基)甲基)苯甲酰基)-1-乙基-1H-吡唑-5-基-1,3-二甲基-1H-吡唑-4-甲酸酯，熔点144.5 ℃，CAS 登记号：1992017556。95%苯唑氟草酮原药外观为黄色粉末状固体，无刺激性气味；6%苯唑氟草酮可分散油悬浮剂(OD)外观为土黄色乳状液体，有芳香气味，密度(20 ℃)0.95 g/mL；25%苯唑氟草酮·莠去津OD 外观为淡黄色乳状液体，有芳香气味，密度(20 ℃)1.00 g/mL。

图1 苯唑氟草酮的化学结构式

2 苯唑氟草酮的作用机理

苯唑氟草酮属于对羟基苯基丙酮酸双氧化酶(4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase，HPPD)抑制剂，主要通过抑制植物体内控制光合作用关键色素酶的活性，使其底物转化为尿黑酸过程受阻，从而导致生育酚及质体醌无法正常合成，影响靶标体内类胡萝卜素合成，导致叶片发黄、发白，影响植物体内光合作用的正常进行，最终彻底死亡[7]。图2为空白对照、施用苯唑氟草酮前期和施用苯唑氟草酮后期的杂草叶片对比。

图2 空白对照(a)、施用苯唑氟草酮前期(b)和施用苯唑氟草酮后期(c)的杂草叶片对比

3 苯唑氟草酮的创制方法及创制路线

3.1 创制方法

针对玉米田杂草抗药性逐年加重，现有主流除草剂药效降低，部分恶性杂草为害严重等问题，采用计算机辅助设计、中间体衍生化、药效团连接碎片虚拟筛选等方法，设计合成骨架新颖、对环境友好、结构衍生空间大的先导化合物，并对其进行进一步改良，创制出结构新颖、选择性高、抗性风险低的新有效成分——苯唑氟草酮。

3.2 创制路线

以除草剂环磺酮(tembotrione) 和吡唑特(pyrazolynate)为先导，在环磺酮结构基础上，参照吡唑特的结构，采用中间体衍生化法得到新的先导化合物。在新先导的基础上继续进行替换、优化和衍生，成功发明了苯唑氟草酮[8]。创制路线如图3所示。

图3 苯唑氟草酮的创制路线

4 苯唑氟草酮农药登记试验结果分析

苯唑氟草酮严格按照农药登记的各项要求，完成了环境行为、健康风险评估、产品质量研究和药效评价等试验，经农业农村部认定的农药登记试验单位检测和评价，苯唑氟草酮属于安全、低残留、环境相容性好的绿色除草剂。

4.1 产品化学试验

苯唑氟草酮按照《NY/T 1860—2016 农药理化性质测定导则》[9]要求进行了产品质量研究，结果显示苯唑氟草酮与水、常见氧化剂、常见还原剂、常见灭火剂和常见溶剂化学相容；对试验包装材料不具有腐蚀性；不具有爆炸性；经3 年常温储存最终分解率均控制在5%以内，符合《NY/T 1427—2016农药常温贮存稳定性试验通则》。

4.2 毒理学研究

苯唑氟草酮按照《GB/T 15670—2017 农药登记毒理学试验准则》[10]要求进行了健康风险评估，结果显示苯唑氟草酮对大鼠急性经口半数致死量＞5 000 mg/kg、急性经皮半数致死量＞2 000 mg/kg、急性吸入半数致死浓度＞5 000 mg/m3，无致突变性、无致畸性、无繁殖毒性、无致癌毒性；对眼中度刺激性，对皮肤无刺激性、弱致敏性。

4.3 环境行为研究

苯唑氟草酮按照《GB/T 31270—2014 化学农药环境安全评价试验准则》[11]要求开展了环境安全评价试验，结果表明苯唑氟草酮在鱼体中属低富集性，6%苯唑氟草酮OD、25%苯唑氟草酮·莠去津OD在玉米、青玉米和秸秆中残留量均低于残留检测限；在土壤中易降解，在水中易光解，土壤表面难光解，在湖泊(河流)水-沉积物系统中易降解；对蜂、鸟、蚕、鱼、蚯蚓、土壤微生物低毒。

4.4 药效及安全性评价

经过2 年4 地田间药效试验，结果表明苯唑氟草酮对靶标杂草鲜重防效均在80%以上，可有效防除玉米田马唐、稗草、牛筋草[Eleusine indica(L.)Gaertn.]等常见禾本科杂草以及藜[Chenopodium albumL.]、苘麻[Abutilon theophrastiMedicus]、反枝苋[Amaranthus retroflexusL.]等一年生阔叶杂草，一般2～3 d 即可见效，5～8 d 即可死草，死草速度快，彻底不返青；对作物安全无药害情况发生，在田间药效试验剂量范围内对天敌和有益生物安全；在推荐剂量下对后茬作物大豆、花生、向日葵、马铃薯等均安全，无药害情况发生。图4 为25%苯唑氟草酮·莠去津OD 用于玉米田对一年生杂草的防除效果。

图4 25%苯唑氟草酮·莠去津OD 对玉米田一年生杂草的防除效果

苯唑氟草酮杀草谱更广，通过与其他玉米田常用除草剂比较(表1)，苯唑氟草酮对禾本科杂草的防除效果更稳定、均衡。

表1 苯唑氟草酮与其他除草剂对禾本科杂草除草活性比较

5 苯唑氟草酮优势分析

5.1 作用机理独特，抗性风险低

苯唑氟草酮作为第3 代HPPD抑制剂类除草剂，可以通过切断光合作用能量转换、切断维生素合成、破坏叶绿素保护3 个途径导致杂草死亡，作用机理复杂，杂草很难产生抗性，除草剂使用生命周期长[12]；与烟嘧磺隆等ALS 抑制剂类除草剂无交互抗性，能够有效防除对烟嘧磺隆产生严重抗性的恶性杂草；得益于其独特的含氟化学结构，除草更彻底，且不易返青。

5.2 杀草谱广，施药成本低

苯唑氟草酮对马唐、稗草、牛筋草、狗尾草[Setaria viridis(L.)Beauv.]、虎尾草、野糜子、野稷(Panicum miliaceumL.var.ruderale)、止血马唐[Digitaria ischaemum(Schreb.)]等常见禾本科杂草高效，对藜、苘麻、反枝苋、马齿苋(Portulaca oleraceaL.)、苍耳(Xanthium sibiricumPatrin ex Widder)、龙葵(Solanum nigrumL.)等一年生阔叶杂草也有优异的防除效果，能够有效减少施药次数及用量，在保证防效的同时，降低施药成本。

5.3 对作物安全，环境影响小

苯唑氟草酮在水中易光解，土壤、水-沉积物中易降解，对蜂、鸟、鱼、蚕、蚯蚓、土壤微生物均低毒，在鱼体内富集性低，且对非靶标植物安全。应用于玉米田后，玉米籽粒、秸秆、土壤中残留量均低于检测限，对环境影响小，安全风险低。

6 推广应用情况

苯唑氟草酮原药和制剂产品于2020 年1 月7 日取得农药登记证，2021、2022 年被全国农技推广中心分别列入《2021 年农田杂草科学防控技术方案》《2022 年农田杂草科学防除技术方案》，同时被河南、河北、吉林、黑龙江、湖南、湖北等多个省份列入本省植保产品推荐目录。截至2023 年1 月，苯唑氟草酮相关产品已在山东、河南、河北、吉林、黑龙江、内蒙古自治区、新疆维吾尔自治区、陕西、山西、宁夏回族自治区、江苏、安徽、湖南、四川等省区大面积应用，累计推广约333 万hm2(5 000 万亩)。

7 结论与讨论

我国玉米田常用禾阔双防的除草剂有烟嘧磺隆、硝磺草酮、苯唑草酮等，平均上市时间已超20年，部分杂草已经产生严重抗药性。为杀灭杂草，农民加大剂量使用除草剂，使得玉米及后茬作物药害问题频发[13]。苯唑氟草酮作为玉米田全新HPPD抑制剂类除草剂，与目前国内市场主流玉米田除草剂无交互抗性，对玉米田稗草、马唐、狗尾草、野黍、野糜子、虎尾草等杂草防除效果达80%以上，能够高效防除玉米田一年生杂草，为作物增产丰收和质量安全等提供重要保障，也为我国绿色农业投入品创新与发展提供技术和产品支撑。苯唑氟草酮相关产品已推广应用3 年，累计新增效益20 亿元左右，有效帮助农民增产增收，推动农业高质量发展。