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优秀药剂的筛选与评价——水稻田应对抗性杂草的重要举措

2021-06-05 19:22:18 字号:

  “抗药性”是一把双刃剑,它既困扰了全球有害生物的有效控制,同时又推动了农药产品的更新换代。

  近年来,我国抗药性发展迅猛,水稻田除草剂的抗性问题尤为突出。传统产品在应对抗性杂草时往往力不从心,新药剂的筛选迫在眉睫。

  然而,采用全新作用机理的除草剂来应对抗性杂草的时代已一去不复返,因为开发全新作用机理的除草剂有效成分非常艰难。在除草剂行业过去20年的发展中,没有发现新作用机理的化合物;在未来的10年里,也难有新作用机理的除草剂上市。

  研究认为,靶标差异化品种的筛选是水稻田抗药性杂草防除的重要环节,综合治理是防控抗性杂草的良策。

  在迫切需要解决水稻田ALS抑制剂类除草剂高水平抗性的形势下,研究人员不仅长期坚持抗药性的系统监测,同时也筛选了大量的药剂。ACCase抑制剂类除草剂、HPPD抑制剂类除草剂、PPO抑制剂类除草剂、合成生长素类除草剂等都成为“过筛”对象,并产生了多个优秀药剂,像氰氟草酯、噁唑酰草胺、氯氟吡啶酯、丙炔氟草胺、呋喃磺草酮等,它们将在水稻田应对抗性杂草防治上发挥重要作用。

  2017年8月6日,湖南省农科院植保所刘都才研究员在江苏省农药协会、《现代农药》《农药快讯》联合主办的“2017农药热点产品信息交流会”上,作了题为“水稻田抗性杂草发生现状与防治药剂评价”的精彩报告。报告内容源自大量的室内外试验和丰富的生产实践,含金量很高,对企业的产品开发具有很好的指导意义。刘研究员的报告也因此赢得了与会代表经久的掌声。

1 我国抗药性杂草的发生进入暴发期

  由于长期、大量使用除草剂,除草剂的抗性问题已成为全球面临的挑战。抗性不是是否会发生,而是一定会发生,关键是何时发生。全球只要有作物生长的地方,都有杂草抗性记录。

  全球各类除草剂,如三嗪类、激素类(或合成生长素类)、ALS(乙酰乳酸合成酶)抑制剂类、联吡啶类、二硝基苯胺类、ACCase(乙酰辅酶A羧化酶)抑制剂类、取代脲和酰胺类、有机磷类、PPO(原卟啉原氧化酶)抑制剂类除草剂都有抗性记录,其中,ALS抑制剂类除草剂的抗药性呈现快速上升态势。

  截至2016年3月,在全球65个国家、86种作物田,已有249种杂草(144种阔叶杂草和105种单子叶杂草)的467个生物型,对25类已知化学除草剂中的22类的160种除草剂产生了抗药性。

  2005年以前,我国很少有杂草抗药性案例的相关报道;但从2005年开始,陆续有抗药性报道;2010年起,我国的杂草抗性呈直线上升的态势;2010—2015年,是我国抗药性杂草飞速发展的阶段;2015年后,描绘杂草抗药性的曲线更是“一骑绝尘”,似乎不再回头。

  在全球抗药性发展最强的国家中,澳大利亚、美国和中国位列前三甲。而从发展趋势来看,今后抗药性杂草问题最大的国家是中国,而不是澳大利亚和美国。很多专家评价认为,我国抗药性杂草的发生已经进入了快速发展期(或称“暴发期”)。

  据资料显示,我国已有35种杂草(21种双子叶,14种单子叶)的55个生物型对10类32种化学除草剂产生了抗药性。尤其到了2010年之后,我国抗药性杂草的发展明显加速。

  在这10类除草剂中,对ALS抑制剂类除草剂产生抗性的生物型最多,超过了20个,这与磺酰脲类除草剂的广泛使用密不可分。ACCase抑制剂类除草剂位居第二,约有10个生物型对该类除草剂产生了抗性。

  目前,我国12种主要的抗药性杂草(播娘蒿、日本看麦娘、荠菜、稗草、反枝苋、菵草、看麦娘、野燕麦、麦家公、猪殃殃、雨久花、牛筋草等),主要集中在小麦和水稻两大作物上。江苏、安徽等长江中下游地区是稻麦轮作区,是抗药性危害的重灾区,种类最多,分布最广。

2 水稻田高抗性风险的除草剂大量使用

  2013年,在全国农技推广中心的领导下,我国开始对双季稻区水稻田抗药性杂草进行监测。监测点分布于全国7个省(湖南、湖北、江西、安徽、江苏、宁夏、黑龙江)30多个县。通过这些监测,对水稻田杂草抗药性有了初步了解。抗药性监测现已经成为一项重要工作,它是解决杂草抗药性问题的必备手段。

  目前,我国参与抗性监测的单位不仅有农业部全国农技推广中心、各省市植保站、科研院校等,而且也有越来越多的企业加盟到抗性杂草监测的队伍中。像青岛清原农冠抗性杂草防治有限公司,每年从全国各地采回约3吨稗草种子进行监测,公司拥有2,500多平方米的温室,在全国罕见。刘研究员认为,在抗药性监测方面,企业的力量未来一定要比政府部门和科研教学单位的力量更强,因为这涉及到企业的切身利益。

  我国抗药性杂草监测,主要针对稗草,兼顾阔叶杂草和莎草。在2013—2017年的5年间,针对稗草对二氯喹啉酸和五氟磺草胺的抗药性,共采集了1,128个样本。抗性监测结果表明,这些样本中既有单抗,又有多抗。其中,对二氯喹啉酸敏感的稗草只有5.8%,对二氯喹啉酸产生高水平抗性的稗草达47.8%;对五氟磺草胺敏感的稗草只有8.5%,对五氟磺草胺产生中等水平抗性的稗草高达61.7%;尤其是,同时对二氯喹啉酸和五氟磺草胺产生抗性的稗草达到78.6%。

  抗药性杂草的发生和发展给企业的产品开发带来困惑。刘研究员建议,如果企业要在长江流域,尤其在中游地区投放水稻田除草剂,一定要考虑对二氯喹啉酸和五氟磺草胺的抗性和交互抗性。

  我国稻田抗药性杂草进入快速发展期,长江流域更是如此。由此引发的市场反应是,抗性药剂市场销量快速下降。

  据刘研究员介绍,目前我国水稻田抗性杂草呈现五大特点:① 发展迅速。主要抗性杂草包括:稗草(对二氯喹啉酸、五氟磺草胺、精噁唑禾草灵等产生抗性)、雨久花(对苄嘧磺隆、吡嘧磺隆等产生抗性)、慈姑(对苄嘧磺隆、吡嘧磺隆等产生抗性)、鸭舌草(对苄嘧磺隆等产生抗性)、千金子(对氰氟草酯产生抗性)、短芒稗(对二氯喹啉酸产生抗性)等。② 分布区域广。从公安到南通沿长江1,000公里长、纵深100公里的直播稻田是抗药性杂草的重灾区;而且中心区域分布明显,有一定的规律性,并从这些地区向其他地区扩展。③ 发生面积迅速扩大。据估算,2015年,安徽、江西、湖南、湖北等省直播稻田抗五氟磺草胺稗草(中、高抗性水平)发生面积为500万亩,2016年达750多万亩,2017年发展到1,000万亩以上。④ 双季稻区发生频率高。2014年,湖南、江西、安徽稻田稗草种群对五氟磺草胺和二氯喹啉酸的抗性发生频率高,其中五氟磺草胺的抗性发生频率高达59%。⑤ 对磺酰脲类除草剂产生抗药性的阔叶杂草和莎草的发生呈上升趋势。基于此,2甲4氯、灭草松、唑草酯、氯氟吡氧乙酸等产品的销量明显上升。90年代初,磺酰脲类除草剂进入中国市场,苄嘧磺隆的首先上市标志着我国水稻田除草剂进入了高活性、低成本、一次性的年代。然而,从90年代到现在,由于全国大剂量、重复使用磺酰脲类除草剂,导致抗性阔叶杂草和莎草快速发展。

  报告中,刘研究员介绍了交互抗性和多抗性;并强调,多抗性更加可怕。他说,五氟磺草胺与双草醚之间的抗性是交互抗性,因其作用机理相同。而五氟磺草胺与二氯喹啉酸之间、双草醚与二氯喹啉酸之间的抗性则为多抗性。像丙嗪嘧磺隆、嗪吡嘧磺隆、氯丙嘧磺隆等磺酰脲类除草剂,氟酮磺草胺等磺酰胺类除草剂,它们在中国上市之前就要考虑与ALS抑制剂类除草剂的交互抗性问题。

  由于抗药性杂草的蔓延,导致除草剂用量增加,不仅增加了用药成本,而且造成药害事故时有发生,并加大了环境污染风险。

  刘研究员总结了抗药性杂草产生的主要原因:除草剂品种长期单一使用;抗性风险高的品种大量使用;低于推荐剂量使用会加速抗性筛选;直播稻田一年几次施用除草剂;重苗后除草轻早期治理。

  刘研究员说,不同类型除草剂的抗药性风险不同。我国使用的水稻田除草剂大多是抗药性风险很高的药剂,如ALS抑制剂类除草剂、ACCase抑制剂类除草剂等;而酰胺类、激素类除草剂等抗性风险相对较低。

  据刘研究员介绍,杀虫剂、杀菌剂登记在作物上,为作物服务;而除草剂登记的门槛更高,登记的是栽培方式,所以具有一定的区域性。他说,80年代,我国主要是移栽水稻,所以发展了移栽田除草剂,如酰胺类除草剂、磺酰脲类除草剂等;随着劳动力减少,水稻栽培方式向直播、抛秧水稻等发展,并逐渐成为当地的主要栽培方式,尤其是江苏,所以直播田除草剂迅速发展,从而出现了像五氟磺草胺、双草醚、氰氟草酯、嘧啶肟草醚、噁唑酰草胺等大品牌药剂,这些品种主要是为直播水稻服务。而目前除草剂的发展必须要适应农场化、机械化和规模化发展的需要,所以除草剂进入了一个应用技术上亟待革新的时代。

3 靶标差异化是应对杂草抗药性的良策

  由于新产品上市难度的不断加大,使用全新作用机理的除草剂来解决杂草抗性问题的时代已一去不复返。据悉,先正达和杜邦正在研发全新作用机理的除草剂,但目前尚处于研发的第一阶段,预计2027年后才可能上市。

  从20世纪60年代以来,我国南方稻田主要开发的除草剂包括:三嗪类除草剂西草净、扑草净、西玛津等;氨基甲酸酯类除草剂禾草敌、禾草丹等;酰胺类除草剂敌稗、丁草胺、乙草胺、异丙甲草胺、丙草胺、四唑酰草胺、苯噻酰草胺等;合成生长素类除草剂2甲4氯、二氯喹啉酸等;PPO抑制剂类除草剂噁草酮、乙氧氟草醚、丙炔噁草酮、唑草酮、噁嗪草酮等;ALS抑制剂类除草剂苄嘧磺隆、吡嘧磺隆、醚磺隆、双草醚、嘧啶肟草醚、五氟磺草胺、嘧苯胺磺隆、氟吡磺隆、丙嗪嘧磺隆、嗪吡嘧磺隆等;ACCase抑制剂类除草剂噁唑酰草胺、氰氟草酯、环苯草酮等;HPPD抑制剂类除草剂硝磺草酮、双环磺草酮、呋喃磺草酮等;以及其他除草剂莎稗磷、灭草松等。

  2015年,农业部领导成立了有企业参加的水稻田杂草抗药性治理联盟,目前进入的企业有8家,包括富美实、先正达、拜耳、陶氏益农、美丰农化、清原农冠等。联盟不但承担除草剂的抗药性监测,同时还进行抗药性杂草防控新药剂筛选等。刘研究员认为,靶标差异化是解决杂草抗药性问题的最好办法。

3.1 ACCase抑制剂类除草剂

  ACCase抑制剂类除草剂氰氟草酯、噁唑酰草胺、精噁唑禾草灵等,现已成为应对ALS抑制剂类除草剂和二氯喹啉酸等抗性杂草的主要药剂。从2009年开始,研究人员在对抗性杂草治理品种的筛选时,就将氰氟草酯纳入试验,来解决五氟磺草胺的抗性问题。当时的指导思想是,用陶氏益农的产品来解决陶氏益农五氟磺草胺的抗性问题。的确,在当时的试验中,无论是氰氟草酯还是噁唑酰草胺,只要严格按照要求施用,它们的田间表现都非常好,可以很好地解决五氟磺草胺、二氯喹啉酸和双草醚等的抗性问题。氰氟草酯也因此市场迅速增长。在2015—2017年的3年间,氰氟草酯每年约有3,000吨的用量增长。2017年,氰氟草酯的使用量约为1.3万吨。未来3年,氰氟草酯仍将是我国水稻田抗性杂草防除的主要产品。

3.2 HPPD抑制剂类除草剂

  最近,HPPD(对羟基苯基丙酮酸双氧化酶)抑制剂类除草剂开始挺进水稻田除草剂市场。这是一类热点产品,其抗性案例报道较少,同时又有一些新产品上市,市场增长较快。

  近几年,参与评价的HPPD抑制剂类除草剂很多。既有单剂,又有复配产品;既有专利农药,又有专利过期品种;既有国内产品,也有国外产品。像硝磺草酮、双环磺草酮、呋喃磺草酮、三唑磺草酮、硝磺草酮+丙草胺、呋喃磺草酮+氟酮磺草胺、硝磺草酮+嗪吡嘧磺隆、硝磺草酮+吡嘧磺隆等,它们或者已经进入水稻田除草剂市场,或者即将进入该领域,以应对抗性杂草的治理。

  刘研究员强调,HPPD抑制剂类除草剂的目标不是来应对抗性稗草,而是用以解决抗磺酰脲类除草剂的阔叶杂草和莎草。像呋喃磺草酮,在东北防除野慈姑的效果非常好。不过,这类产品开发的最大瓶颈是品种的选择性,因为不同的水稻品种对这些药剂的敏感性不同。在过去的几年里,积累了硝磺草酮、双环磺草酮和呋喃磺草酮等用于水稻田的许多经验和教训,其关键是要做大量的作物品种的安全性试验。

  HPPD抑制剂类除草剂不是对稗草无效,而是对不同的稗草具有选择性。所以将该类除草剂应用于稻田防除稗草时,同样要做大量的选择性试验。

  据刘研究员介绍,目前,HPPD抑制剂类除草剂主要用于北方,未来有望用于南方稻区。

3.3 PPO抑制剂类除草剂

  PPO抑制剂类除草剂也成为应对水稻田抗性杂草的重要筛选药剂。这类产品主要有:乙氧氟草醚、噁草酮、丙炔噁草酮、环戊噁草酮、噁嗪草酮、双唑草腈、甲磺草胺、唑草酮等。其中,乙氧氟草醚、噁草酮、丙炔噁草酮、唑草酮等已经用于我国的北方稻区。

  据刘研究员介绍,PPO抑制剂类除草剂主要分为三类:第一类,只能用于移栽前或播种前,它们不能与水稻接触;第二类,只能用于移栽后,因为它们会伤根;第三类,移栽前和移栽后都能使用。

  像丙炔噁草酮、乙氧氟草醚,用于移栽后,一定会导致药害;噁草酮只能用于移栽前,或播后苗前。所以我们一定要清楚这类药剂的用药适期。

  同时,各药剂对栽培方式也有选择性。如噁草酮只能用于旱直播,不能用于水直播;乙氧氟草醚、丙炔噁草酮禁止在水直播田使用。一旦误用,就会导致药害。

  而且,一定要考虑这类药剂的触杀性,它们与温度的相关性。如唑草酮,在高温下使用很容易产生药害。

  据刘研究员介绍,双唑草腈是一个很好的品种。但它对粳稻、籼稻,对用药时期,对栽培方式等都有选择性。用得不好,就会出现药害;遇到异常天气,也会出现药害。所以一定要充分了解产品的性能。

3.4 第二代磺酰脲类除草剂

  丙嗪嘧磺隆、嗪吡嘧磺隆、嘧苯胺磺隆、氟吡磺隆、氯吡嘧磺隆等为第二代磺酰脲类除草剂,第一代产品主要包括苄嘧磺隆、吡嘧磺隆、醚磺隆等。第一代磺酰脲类除草剂主要靶标阔叶杂草和莎草,用药时间是芽前封闭,安全性比较高,尤其是苄嘧磺隆,常用于混配。第二代产品虽然弥补了第一代的不足,对稗草高效,对阔叶杂草和莎草也有很好的效果,用药适期较宽,但安全性较差,尤其是与五氟磺草胺等ALS抑制剂类除草剂有交互抗性,从而阻碍了它们进入市场的进程。由此可见,抗药性的产生对新产品的开发也有很大的限制作用。

3.5 陶氏益农的灵斯科

  报告中,刘研究员还介绍了其他一些新型药剂的筛选,如灵斯科等。

  灵斯科(开发代号:DPX848)的有效成分为氯氟吡啶酯,是陶氏益农新近开发的合成生长素类除草剂,是该类除草剂中拥有全新结构的化合物。传统的合成生长素类除草剂主要有4类:吡啶羧酸类(如氯氟吡氧乙酸等)、苯甲酸类(麦草畏等)、苯氧羧酸类(2,4-滴、2甲4氯等)和喹啉羧酸类(二氯喹啉酸等)等。与传统的合成生长素类除草剂相比,氯氟吡啶酯有其自身的特点:与靶标位点有独特的结合紧密度,广谱(对禾本科杂草、阔叶杂草及莎草皆有效),用药量极低,速效,持效,与其他化合物可混性好,对后茬作物安全等;而且与传统合成生长素类除草剂无交互抗性。

  据刘研究员介绍,国内从2006年评价灵斯科以来,直到目前才真正找到一些感觉。他说,该药剂更大的市场可能在北方,它对野慈姑的防效是所有除草剂中最好的,而且用药量很低。无论是喷雾,还是撒施,效果都非常优异。该产品在东北有3,000万亩的市场在等待,如果每亩地50元,将是一个很大的市场。灵斯科对抗性稗草和抗性莎草也有很好的效果;但对丁香蓼的效果不好。

  刘研究员说,灵斯科的使用技术要求较高。其对粳稻和籼稻有一定的选择性,对早、中、晚稻有一定的差异,对喷雾器的类型及混配等都有一定的要求,因此构成了灵斯科一整套独特的使用技术,应用时一定要引起重视。

3.6 其他创制除草剂

  另外,刘研究员对国内企业的一些创制农药也非常看好。如清原农冠创制的WF368,安徽定远嘉禾创制的G-38,北京法盖银科技有限公司创制的二氯喹啉草酮等。其中,二氯喹啉草酮对高龄稗草有特效。

4 抗性杂草的应对策略

  报告中,刘研究员提出了应对杂草抗性的7点建议:① 杂草早期治理,以降低茎叶处理除草剂的杂草防除压力,从而达到减量增效的目标。即便是灵斯科、氰氟草酯、噁唑酰草胺等这样的好药剂,如果没有芽前封闭,也很难推广,所以芽前封闭是今后的一项必要手段。② 使用有效的多作用位点除草剂。③ 靶标差异化的除草剂轮换使用。④ 使用多种耕作方式,以及作物轮作。⑤ 以深翻代替旋耕,可以使杂草的种子量约降30%。⑥ 使用足够剂量保证整季的杂草防除。⑦ 加强田间抗性检测,因地制宜制定杂草治理方案。


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