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    雜草抗藥性越來越嚴重,一種新型雜草抗藥性抑制劑專利技術對外轉讓

    【摘要】:
    谷胱甘肽S-轉移酶(GSTs)是雜草抗逆性的關鍵因子,介導了雜草對多種除草劑的抗藥性,研發靶向GSTs的抑制劑可為雜草抗藥性治理提供全新手段。本項目研發的雜草抗藥性抑制劑是目前僅有的一種小分子化合物雜草GSTs抑制劑,對多種常見雜草的GSTs均表現出明顯的抑制活性。其自身無除草活性,但可顯著抑制雜草對除草劑的抗藥性。...

    谷胱甘肽S-轉移酶(GSTs)是雜草抗逆性的關鍵因子,介導了雜草對多種除草劑的抗藥性,研發靶向GSTs的抑制劑可為雜草抗藥性治理提供全新手段。

    本項目研發的雜草抗藥性抑制劑是目前僅有的一種小分子化合物雜草GSTs抑制劑,對多種常見雜草的GSTs均表現出明顯的抑制活性。其自身無除草活性,但可顯著抑制雜草對除草劑的抗藥性。

    惡唑酰草胺、氰氟草酯、敵稗、炔草酯、五氟磺草胺等不同類型的除草劑聯用后,可大幅提升現有除草劑對稗草、馬唐、千金子、多花黑麥草、日本看麥娘等多種常見雜草的防效。該抑制劑還可延緩雜草對除草劑產生抗藥性,延長除草劑的使用壽命,這對新上市的除草劑尤為重要。

    一、理化性質

    本項目涉及的雜草抗藥性抑制劑為小分子化合物,結構新穎,為全新谷胱甘肽-S-轉移酶(GST)抑制劑,可抑制多種雜草GSTs總酶的活性。該雜草抗藥性抑制劑理化性質穩定、生態安全(小鼠急性經口毒性>5000 mg/kg)、合成工藝簡單、合成成本低、與多種除草劑復配穩定。

    二、知識產權

    2022422日申請國內與國際發明專利二苯基吡唑類化合物作為除草劑增效劑的用途一種除草組合物,申請人為西北農林科技大學,發明人為劉吉元、張雅林,專利申請號:202210424707.X;202210424779.4。

    三、分子機理

    GSTs能夠通過多種方式介導雜草對除草劑的抗藥性,本項目涉及的雜草抗藥性抑制劑可直接抑制雜草GSTs的活性,降低雜草對除草劑的抗藥性。該抑制劑對其它解毒酶系如P450、羧酸酯酶等均無抑制活性,具有良好的靶向特性。

    四、對農田雜草的GSTs總酶抑制效果

    2種麥田雜草(多花黑麥草、日本看麥娘)和3種稻田雜草(稗草、馬唐、千金子)的GSTs總酶均具有明顯的抑制活性,可顯著降低以上雜草GSTs總酶對除草劑的代謝活性。

    五、農田雜草田間品系室內盆栽試驗生測結果

    1. 與炔草酯聯合用藥

    1)提升炔草酯對多花黑麥草的防除作用

    檢測所用多花黑麥草于2019年采集自駐馬店驛城區劉莊小麥田,檢測所用多花黑麥草對炔草酯的相對抗性倍數為28.12,表現為高抗。當雜草抗藥性抑制劑與炔草酯聯合使用后,炔草酯對多花黑麥草的ED501950.58 mg/L降低到306.04 mg/L,相對抗性倍數降低了85%以上。該抑制劑可顯著提升炔草酯對多花黑麥草的防除作用。

    2)提升炔草酯對日本看麥娘的防除作用

    檢測所用日本看麥娘于2019年采集自信陽羅山小麥田,檢測所用日本看麥娘對炔草酯的相對抗性倍數為41.51,表現為高抗。當雜草抗藥性抑制劑添加量為12.5~200mg/L時,對100mg/L、200mg/L、400mg/L等劑量炔草酯的日本看麥娘防除作用提升顯著。

    該抑制劑的添加量為12.5~200mg/L時,炔草酯對日本看麥娘的ED50分別為389.67mg/L、412.44mg/L、321.60mg/L、289.00mg/L282.62mg/L,較炔草酯單獨使用時對日本看麥娘的ED50分別降低了25.63%、21.28%、38.62%、44.84%、46.06%。該抑制劑可顯著提升炔草酯對日本看麥娘的防除作用。

    2. 與五氟磺草胺聯合用藥
    1)提升五氟磺草胺對稗的防除作用

    檢測所用稗于2019年采集自河南省信陽市商城縣河鳳橋鄉水稻田,檢測所用稗對五氟磺草胺的相對抗性倍數為28.37,表現為高抗。當雜草抗藥性抑制劑添加量為25~200mg/L時,對五氟磺草胺的稗草防除作用提升作用。

    該抑制劑添加量為25mg/L、50mg/L、100mg/L200mg/L時,五氟磺草胺對稗的ED50分別為3.44mg/L、1.84mg/L、1.90mg/L2.74mg/L,較五氟磺草胺單獨使用時對稗的ED50分別降低了31.91%、63.49%、62.38%45.71%。其中,該抑制劑添加濃度為50mg/L時,對五氟磺草胺的稗草防除作用提升最為顯著。該抑制劑可顯著提升五氟磺草胺對稗的防除作用。

    六、與不同除草劑聯用對大田雜草防治試驗結果

    1. 提升惡唑氰氟對稻田馬唐的防除效果

    試驗對象為稻田馬唐,施藥時間為水稻2~3葉期,馬唐3-5葉期,試驗除草劑為20%惡唑氰氟EC,試驗地點在江蘇省宿遷市泗洪縣,通過馬唐死亡率評估防效。將50 ppm的雜草抗藥性抑制劑(2.4% PXG22 SC)與140 mL、180 mL240 mL20%惡唑氰氟EC聯用后,可將三者對稻田馬唐的田間防效分別提升至85%、97%99%,防除效果提升顯著。此外,在將該抑制劑的用量由50 ppm分別提升至100 ppm200 ppm時,其對惡唑氰氟馬唐防除效果的提升無顯著差異。

    2. 提升惡唑氰氟對稻田稗草的防除效果

    試驗對象為稻田稗草,試驗地點在江西省南昌市唐南縣,小區面積為150 m2,通過統計稗草株高評估防效。將100 ppm125 g/畝)的雜草抗藥性抑制劑(2.4% PXG22 SC)與20%惡唑氰氟EC125 g/畝)聯用,一段時間后未作任何處理的小區稗草株高為51.41 cm,噴施未添加該抑制劑的惡唑氰氟的小區稗草株高為17.21 cm,噴施添加該抑制劑的惡唑氰氟的小區稗草株高為13.05 cm,稗草株高顯著降低。將該抑制劑的每畝用量由125 g提升至250 g時,其對惡唑氰氟的稗草防除效果的提升無顯著變化。添加該增效劑后,稗草的枯死速度加快。以上結果表明,該抑制劑可顯著提升20%惡唑氰氟對稻田稗草的防效。

    七、前景分析

    1. 全新的抗藥性解決方案

    由于過度依賴和長期使用相對有限的化學除草劑,雜草抗藥性問題越來越突出,已成為農田雜草高效治理的主要制約因素之一。雜草抗藥性的發生和發展不僅嚴重影響了除草劑的使用壽命,同時還會導致除草劑使用次數和劑量的增加,給生產造成巨大損失。如何有效治理雜草抗藥性已成為雜草防除領域亟待解決的難題。

    雜草種群的個體多實性、易變性及多型性是其對除草劑產生抗性的內在因素。除草劑的篩選壓力會促使雜草體內做出一系列代謝反應,通過阻止除草劑活性分子達到靶標位點、消除除草劑的毒害作用或者兩方面綜合作用等使得雜草能夠忍受除草劑的傷害。細胞色素P450單加氧酶(CYPs)和谷胱甘肽S-轉移酶(GSTs)是與除草劑代謝有關的生物酶。其中,GSTs既可直接代謝除草劑活性分子,又可催化CYPs代謝產物與谷胱甘肽的軛合,在除草劑代謝過程中扮演著重要角色,因此,GSTs可作為消除現有除草劑抗藥性的理想靶標。

    鑒于GSTs在除草劑代謝中的重要作用,降低雜草體內GSTs的活性可有效延緩除草劑在防治對象體內的代謝速度。作為一類靶向雜草GSTs的作用機制新穎的雜草抗藥性抑制劑,不但可以提高除草劑的防除效果,還可延緩抗藥性的產生,延長除草劑的使用壽命,對雜草的化學防除具有重要意義,有望成為解決除草劑抗藥性問題的全新解決方案。

    2. 具有廣譜的農田雜草防治效果

    2種麥田雜草(多花黑麥草、日本看麥娘)和3種稻田雜草(稗草、馬唐、千金子)的GSTs總酶均具有明顯的抑制活性,可顯著降低以上雜草GSTs總酶對除草劑的代謝活性。由消除抗藥性靶標GST抑制活性和雜草GSTs的同源性可預見,本項目涉及的雜草抗藥性抑制劑對其它農田雜草也會有良好的防治效果。

    3. 可與除草劑抗性行動委員會(HRAC)公布的大多數不同類型的除草劑聯用

    已完成與炔草酯、惡唑草酰胺、氰氟草酯(第A類:乙酰輔酶A羧化酶抑制劑芳氧苯氧丙酸酯類除草劑)和五氟磺草胺(第B類:乙酰乳酸合成酶抑制劑磺酰胺類除草劑)兩大類不同類型除草劑的聯用。這兩類除草劑屬于作用機理完全不同的除草劑類型,該抑制劑是抑制抗藥性靶標GSTs的生物活性,應可與HRAC公布的其它32類除草劑聯用,提高其對雜草的防除作用,具體效果有待實驗驗證。

    4. 延緩新型除草劑的抗藥性

    在新型除草劑上市初期即添加該抑制劑,應可延緩雜草對新型除草劑產生抗藥性的時間周期和強度。

    5. 本身無除草活性,安全性好

    該雜草抗藥性抑制劑通過小鼠急性經口毒性試驗,所有48只小鼠未有死亡情況,根據藥物受試濃度,藥物毒性對小鼠為>5000mg/kg。

    6. 合成成本較低,混配穩定

    50ppm的該雜草抗藥性抑制劑(非最優濃度)與惡唑草酰胺、氰氟草酯、五氟磺草胺成品藥聯合使用,成本約為2//次(實驗室小試階段)。通過合成工藝優化和進一步的減量梯度試驗,在中試和工業化生產階段有望繼續降低<1/畝。

    已開發出該抑制劑的微乳劑劑型,與惡唑草酰胺、氰氟草酯、炔草酯和五氟磺草胺的制劑聯用后溶液理化性質較為穩定,該抑制劑與市售除草劑既可以預混,也可以桶混。

    (內容來源:農藥市場信息)