杀菌剂

第四章 杀菌剂
植物病害是严重危害农业生产的自然灾害之一。根据 联合国粮农组织估计，全世界的粮食和棉花生产因病害常 年损失在10%以上。植物病害不仅可引起农作物产量的减 少，而且在一定程度上还严重威胁到农产品的质量安全及 其国际贸易。历史上有很多因植物病害的大面积爆发和流 行给人类带来重大灾难的事件，著名的“爱尔兰大饥荒”， 即是1845年由于马铃薯晚疫病的严重流行危害而造成“饿 殍遍地及流离失所”的重大案例。
其中以三唑类为代表的超高效生物活性杀菌剂的广泛应 用，为实现扩大杀菌剂防治谱，降低使用剂量的目标奠定了 基础；20世纪90年代strobilurin类杀菌剂成为继三唑类之后杀 菌剂发展史上的又一里程碑，这类杀菌剂是以具有杀菌活性 的天然β-甲氧基丙烯酸酯为先导化合物，能同时有效地防治 真菌和卵菌引起的病害，对环境和非靶标生物安全，对作物 的产量和品质均有一定的提高和改善。自1992年先正达宣布 第一个杀菌剂新产品嘧菌酯开发成功，世界各国的农化公司 也先后陆续研发出十多种甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂。同时一 些新型的杀菌剂，如三环唑、噻瘟唑也被广泛用于稻瘟病防 治，一些优秀的保护性杀菌剂二甲酰亚胺类和吡咯类也研制 成功。尤其是继苯酰胺类杀菌剂问世后，另一类以氟吗啉为 代表的对卵菌病害具有高效的羧酸氨基化合物类杀菌剂 （CAA类）于90年代始开始走向市场，其系列化合物的研究 得到了国际社会的关注和巨资投入。至此，人类几乎对所有 重要的植物真菌病害、卵菌病害、部分细菌病害均可采用化 学手段进行防治。
1942年出现了有效防病的种子处理剂四氯苯醌和三氯萘 醌等醌类化合物，1943年另一类二硫代氨基甲酸类化合物， 即乙撑双二硫代氨基甲酸衍生物（代森类）和福美类一同作 为广谱、防效稳定和价格低廉的保护性杀菌剂，长期居于有 机杀菌剂的主导地位，至今仍为世界上生产数量较大的有机 杀菌剂。1952年含有三氯甲硫基（－SCCl3 ）的杀菌剂克菌 丹、灭菌丹问世，六氯代苯、五氯硝基苯、氯硝胺、地茂散 和百菌清等取代苯类、8－羟基喹啉铜等有机金属盐类、取代 苯二甲酰亚胺类和硫赶磷酸酯类杀菌剂也相继应用于生产。 50年代后期还开发出一些植物源杀菌剂和抗菌素。上述杀菌 剂生物活性较高，对植物比较安全，但其内吸性差，在植物 罹病之后使用效果表现较差。
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3.诱导抗病性作用（Systematic acquired resistance ，SAR） 也称免疫作用，即通过化学物质的施用而使植物系统获得抗 性，增强对病原菌入侵的抵抗能力，其防治谱较广。由于这 类杀菌剂大多数对靶标生物没有直接毒杀作用，因此，必须 在植物未罹病之前使用，对已经侵入寄主的病原菌无效。
第一节 杀菌剂及其发展历史和现状
一、杀菌剂概述 （一）定义
杀菌剂（Fungicide），是一类用来防治植物病害的药剂。初 期杀菌剂的含义即为杀死真菌或抑制其生长的化学物质。 随着杀菌剂的发展，科学的定义包括能够直接杀死或抑制 植物病原物生长发育的农药，或一些对病原菌无直接生物 活性，而是通过改变病原菌的致病过程或通过诱导植物产 生抗病性，从而达到防治植物病害目的的药剂。
第四时期为20世纪60年代至80年代。主要以萎锈灵，苯 菌灵、甲霜灵、三唑酮和嘧菌酯为代表的内吸性有机杀菌剂 的涌现和广泛应用时代。早在50年代初，就进行了以威菌磷 为代表的有机内吸性杀菌剂研究，进行了诸多探索，直至60 年代中期，以萎锈灵为代表的丁烯酰胺类和以苯菌灵为代表 的苯并咪唑类杀菌剂的研究成功，才标志着人类采用化学药 剂控制植物病害取得重大突破。这一时期涌现出许多有价值 的内吸性杀菌剂的新品种，如甲菌啶、乙菌啶等氨基嘧啶 类；甲霜灵、恶霜灵等苯酰胺类；异稻瘟净、乙磷铝、甲基 立枯磷等有机磷类；邻酰胺等苯胺类；叶青双、拌种灵等噻 唑类；恶霉灵等恶唑类；以三唑酮、氯苯嘧啶醇、十三吗啉 为代表的麦角甾醇生物合成抑制剂类等200多种内吸性杀菌剂 和10多种抗菌素。上述品种在防治谱的扩大、防治效果的提 高方面都有了较大进展。
（三）分类
根据对杀菌剂研究和使用目的的不同，分别按照使用方式、 作用方式、作用机制和化学组成与分子结构等进行分类，通 常将其分为以下几类（如表4-1）：
表4－1 杀菌剂的分类 分类依据 作用方式 使用方法 作用机制 杀菌剂类型 保护性杀菌剂、内吸性杀菌剂、铲除性杀菌剂、植物诱导抗病激活剂 土壤消毒剂、根部浇灌剂、种子处理剂、叶面喷洒剂、烟雾熏蒸剂、 果实保护剂 能量生成抑制剂 （巯基抑制剂、电子传递抑制剂、氧化磷酸化抑制剂、糖酵解抑制 剂，脂肪酸β-氧化抑制剂等） 生物合成抑制剂 （细胞壁合成及其功能抑制剂、细胞膜合成及其功能抑制剂、蛋白质 合成抑制剂、核酸合成抑制剂、甾醇生物合成抑制剂） 无机杀菌剂 （硫制剂、铜制剂） 有机杀菌剂 （有机汞、铜、锡；有机磷、砷；二硫代氨基甲酸类；取代苯类；苯 并咪唑类，苯基酰胺类；二甲亚酰胺类；氨基甲酸酯类；取代醌类； 硫氰酸类；取代甲醇类；杂环类等（吡咯苯类、三唑类、咪唑类、羧 酰替苯胺类、吗啉类、苯胺嘧啶类、甲氧基丙烯酸酯类）
1.保护作用（Protective action） 指利用杀菌剂抑制孢子萌发、芽管形成或干扰病菌侵入的生 物学性质，在植物未罹病之前使用药剂，消灭病菌或在病原 菌与植物体之间建立起一道化学药物的屏障，防治病菌侵 入，以使植物得到保护。该类杀菌剂对病原物的杀死或抑制 作用仅局限于在植物体表，对已经侵入寄主的病原物无效。
（2）局部治疗作用（Local curative action）：也称铲除作用 （Eradicative action），包括了表面化学铲除和局部化学铲 除。施药于寄主表面，通过药剂的渗透和杀菌作用，杀死侵 入点附近的病原菌，铲除在施药处已形成侵染的病原菌。这 类杀菌剂大多数内吸性差，不能在植物体内输导，但杀菌作 用强，渗透性能好。通常可通过喷施非内吸性杀菌剂，如石 硫合剂、硫磺粉等直接杀死寄生在植物表面的病原菌，如白 粉病菌等，达到表面化学铲除的目的；或喷施具有较强渗透 性能的杀菌剂，借助药剂的渗透作用将寄生在寄主表面或已 侵入寄主表层的病原菌杀死，表现出局部化学铲除作用。
化学组成及来源
可根据杀菌剂对防治对象的作用方式，通常将其划分为 以下四类： 1）保护性杀菌剂：只能通过化学保护方式防治病害，在 病原菌侵入之前发挥作用的杀菌剂。已知大部分是非内吸性 杀菌剂。 2）内吸性杀菌剂：能够被植物吸收，并在植物体内系统 分布的杀菌剂。可以通过化学保护和化学治疗方式防治植物 病害。该类杀菌剂大多随水份蒸腾向顶部输导，并会在叶缘 积累。少数药剂具有上下双向输导的能力，如乙磷铝，甲呋 酰胺等。
实际上大部分的杀菌剂并没有直接将病原菌杀死表现为 杀菌作用；而是通过抑制病原菌的生长或发育表现出抑菌活 性。其中，杀菌作用主要是由于药剂影响了病原物的能量合 成，使孢子不能萌发，从而阻止了病原菌侵入植物寄主体 内；抑菌作用大多则是由于药剂影响了病原物的生物合成， 抑制了生命代谢中的某个过程，而表现为病原菌菌丝生长受 阻，或抑制其吸器产生、染色体有丝分裂和细胞壁形成等， 使病原菌不能正常发育，在受抑制一定时间内失去致病能 力，而脱离药剂后即可恢复生长。
3）铲除性杀菌剂：可杀死侵入点附近的病原菌，以终止病原 菌与寄主形成的寄生关系的杀菌剂。多为非内吸性的，但具 有一定渗透作用的保护性杀菌剂。如二甲酰亚胺类杀菌剂异 菌脲、速克灵和吡咯苯类杀菌剂适乐时等。 4 ）植物诱导抗病激活剂：施用后可使植物系统获得抗病 性，提高植物对病原菌入侵的抵抗能力的一类杀菌剂。如苯 并噻二唑，氨基寡糖等。
使用化学制剂防治植物病害，迄今已愈百年的历史。从 硫磺、石硫合剂、波尔多液、福美双至当今的甲氧基苯甲酸 类、羧酸氨基酸类和嘧啶胺类杀菌剂，杀菌剂在植物病害的 化学防治中发挥了重要的作用。防治植物病害的化学杀菌剂 伴随着植物病害的发生而发展，植物病原菌对杀菌剂的抗药 性产生以及杀菌剂本身对环境的影响等问题推动着新型杀菌 剂的研究和开发。可以这么认为，植物病害防治发展史就是 杀菌剂的研发和应用史。
二、杀菌剂发展简史
杀菌剂是人类历史上最古老的一类药剂，其发展史大致可分 为四个重要时期。 第一时期为上古时期至19世纪80年代以前。主要以元素硫为 主 的 古 代 天 然 药 物 时 代 。 公 元 前 1000 年 古 希 腊 诗 人 荷 马 (Homer)在其著作中就描述了硫磺的防病作用；公元前470年 德莫克里图介绍用橄榄浸出液洒在植物上防治疫病；约公元 60年蒲林尼介绍用酒和捣碎的柏叶混合物浸种防治小麦霉 病；公元900年左右，中国民间开始使用砷制剂防治蔬菜病虫 害。1705年，升汞（HgCl2）开始用于木材防腐和种子消毒。 随着植物病害病原学理论的形成，1761年Schulthess首次将硫 酸铜用于防治小麦黑穗病，1802年William Forsyth首次研制出 石灰－硫磺合剂，并应用于防治果树白粉病，此后各种元素 硫和石硫合剂在欧洲和美国进一步得到应用。
植物病害化学防治的历史伴随着植物病害的发生而发 展，化学防治的实践和应用迄今已有一个多世纪的历史。 人类在与自然灾害长期抗争中逐渐总结经验并研发出一系 列杀菌剂应用于植物病害的防治。随着时代的发展，不断 地推陈出新，目前已有300多种杀菌剂有效成分可以用来 防治多种植物病害。伴随着人类文明和科学技术的进步， 将会有更多的高效、低毒、低残留和环境友好型的杀菌剂 被研发与应用，在农业生产中发挥重要的作用。
第二时期为19世纪80年代至20世纪30年代中期。主要以 波尔多液为代表的无机合成杀菌剂时代。1882年法国波尔多 大学Millardet教授发现波尔多液（石灰硫酸铜混合液）可以 防治葡萄霜霉病，从此开创了人类积极主动合成无机杀菌剂 防治植物病害的历史，这是杀菌剂历史上第一个重要的里程 碑。1885年以后波尔多液被大规模地用于植物病害的化学保 护。这一时期固体碱性铜、砷酸钙、砷酸铅和无机汞制剂在 农业生产上也开始大规模使用。1930年我国浙江省植物病虫 防治所建立了中国最早的农药研究机构，研发出铜制剂、硫 制剂、砷制剂和汞制剂用于植物病害防治。
2.治疗作用（Curative action） 在植物感病或发病以后，对植物体施用杀菌剂解除病菌与寄 主的寄生关系或阻止病害发展，使植物恢复健康，包括系统 治疗和局部治疗。
（1）系统治疗作用（Systemic curative action）：也称内吸作 用。即利用现代选择性杀菌剂的内吸性和再分布的特性，在 植物体的不同部位施药后，药剂能够通过植物根部吸收或茎 叶渗透等进入植物体内，并通过质外体系或共质体系输导， 使药剂在植物体内达到系统分布，可防止在植株上远离施药 点部位的病害的发展。该类杀菌剂一般选择性强且持效期较 长。既可以在病原菌侵入以前使用，起到化学保护作用，也 可在病原菌侵入之后，甚至发病以后使用，发挥其化学治疗 作用。
第三时期为20世纪30年代中期至60年代。主要是以福美 类和代森类为代表的有机合成保护性杀菌剂时代。在经过开 发和利用一系列无机金属和非金属化合物防治植物病害达半 个世纪以后，1934年Tisdale和Williams与Martin同时发现并各 自报道了对植物相对比较安全、而对植物病害具有显著控制 作用的一类有机硫保护性杀菌剂，即二硫代氨基甲酸衍生物 （福美类），标志着人类进入人工合成有机杀菌剂防治植物 病害的新纪元。从此人们开始大量筛选和合成有机杀菌剂。
杀菌和抑菌两种作用往往不能截然分开。一种杀菌剂表 现为杀菌作用还是抑菌作用，除与药剂本身的性质有关，还 与使用浓度和作用时间有关。一般来说，杀菌剂在低浓度时 表现为抑菌作用，而在高浓度时则表现为杀菌作用；药剂作 用时间短，大多数表现为抑菌作用，若延长作用时间，则表 现为杀菌作用。
（二）杀菌剂的作用方式
第二节 保护性杀菌剂
保护性杀菌剂是杀菌剂中最早出现、使用时间最长的一 类化学物质。其中无机杀菌剂是指以无机物为原料加工制成 的具有杀菌作用的元素或无机化合物，目前生产中仍在使用 的包括含硫和含铜的两类无机物。除此之外，目前使用的有 机保护性杀菌剂主要有二硫代氨基甲酸酯类、二酰亚胺类和 取代苯类。