韓文浩，顏振敏，吳艷兵，蔡光輝，趙莉藺，李 薇，陳增龍

（1中國科學院動物研究所農業(yè)蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室，北京 100101；2河南科技學院資源與環(huán)境學院，河南新鄉(xiāng) 453003）

0 引言

吡唑酰胺類殺菌劑是同時含有吡唑和酰胺兩種高活性官能團的新型琥珀酸脫氫酶抑制劑類殺菌劑(SDHIs)[1-4]。SDHIs是全球繼甲氧基丙烯酸酯類和三唑類殺菌劑之后的第三大類殺菌劑，也是近年來銷售額年復合增長最快的殺菌劑品種[5]。它通過抑制線粒體呼吸電子傳遞鏈中的琥珀酸脫氫酶或琥珀酸泛醌還原酶進而抑制病原體線粒體呼吸作用，達到殺菌的目的；由于SDHIs結構新穎、活性高、殺菌譜廣，能有效提高作物的品質和產量，已成為目前殺菌劑市場的主體類別[2-4]。SDHIs與甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑因作用位點不同而無交互抗性，通過兩類殺菌劑復配使用，還可以延緩靶標抗性的產生，擴大防治譜[3,6]。

吡噻菌胺(Penthiopyrad)是由日本三井化學研發(fā)的用于防治葉面和土傳病害的新型SDHIs[3,7]。與早期開發(fā)的SDHIs不同，吡噻菌胺不僅防治傳統(tǒng)SDHIs（如碳毒素、氟甲苯胺等）靶標擔子菌，還可以防治子囊真菌，這也區(qū)別于傳統(tǒng)甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑[8-9]。2009—2016年吡噻菌胺復合年增長率高達42.6%，在SDHIs產品中居于首位，表現(xiàn)出良好的應用前景[5,10]。國際理論應用化學聯(lián)合會(IUPAC)將其命名為(RS)-N-[2-(1,3-二甲基丁基)-3-噻吩基]-1-甲基-3-(三氟甲基)吡唑-4-甲酰胺（圖1）[11]。常溫下，吡噻菌胺的水溶性較低(1.375 mg/L)，而在甲醇、丙酮和乙酸乙酯中的溶解度達到3.5×105～5.6×105mg/L。吡噻菌胺親油性較好，辛醇/水分配系數(shù)LogP為4.62(pH 7，20℃)；飽和蒸氣壓為0.6×10-3MPa，表明其揮發(fā)性較低[10-12]。吡噻菌胺的每日允許攝入量(ADI)為0～0.1 mg/kg，急性參考劑量(ARfD)為1 mg/kg[13]。吡噻菌胺自上市已在全球約30個國家登記使用，包括美國、日本，以及歐盟等14個成員國等[8,14]。主要登記劑型有懸浮劑(SC)、水分散粒劑(WG)和種子處理懸浮劑(FS)等，可用于谷物、蔬菜、果樹、觀賞植物和草坪上由鏈格孢屬、絲核菌屬、葡萄孢屬等病原菌引起的病害，包括銹病、菌核病、灰霉病等[14-16]。2019年吡噻菌胺在中國登記，登記產品包括20%懸浮劑和99%原藥，登記作物為番茄、黃瓜和葡萄[17]。中國已制定吡噻菌胺在谷物、蔬菜、水果等中的一系列限量標準，番茄中吡噻菌胺的臨時最大殘留限量(MRLs)與國際食品法典委員會(CAC)、歐盟和韓國的限量標準一致，均為2 mg/kg，嚴格于美國(3 mg/kg)、日本(3 mg/kg)和澳大利亞(5 mg/kg)的限量標準。尚未制定其在黃瓜和葡萄中的MRLs，建議對內預警相關出口企業(yè)關注生產過程中吡噻菌胺在黃瓜、葡萄上的使用，加強出口農產品的農藥殘留檢測，避免因農藥殘留超標導致貿易風險，同時加快吡噻菌胺在黃瓜、葡萄上限量標準的制定。

圖1 吡噻菌胺的分子結構式（*手性碳原子）

隨著農業(yè)生產過程中吡噻菌胺的大量使用，研究發(fā)現(xiàn)常溫有氧土壤中，吡噻菌胺表現(xiàn)出顯著的持久特征，降解半衰期(DT50)為121.5天，DT90更是高達544天[18]；進而有利于吡噻菌胺通過滲透、地表徑流、大氣漂移等多種途徑進入水體[13,18]。其次，吡噻菌胺對魚的慢性生態(tài)暴露風險高，21天慢性最大無作用劑量(NOEC)為0.051 mg/L；對水生植物、水生無脊椎動物、蚯蚓等也具有中等毒性[18-19]，其對水生生物的毒性效應及毒理學機制亟待解析。再次，還有研究指出吡噻菌胺對人類生殖與發(fā)育存在不良影響，屬于毒理學克萊默Ⅲ級高風險，其健康效應與分子機理也成為當前毒理學領域的研究熱點[18]。此外，目前對于吡噻菌胺的關鍵靶標作用位點及其對映體選擇性研究尚未開展深入研究。因此，本文通過匯總國內外的研究進展，對吡噻菌胺的合成路徑、生物活性、生態(tài)毒理、環(huán)境行為和分析方法學研究5個方面進行綜述，旨在為其的科學合理應用和限量標準制定提供科學參考，也為其生態(tài)安全評估與高暴露風險規(guī)避提供理論依據(jù)。

1 吡噻菌胺的合成路徑研究

闡明吡噻菌胺的合成路徑對于其制劑開發(fā)與應用具有重要意義。根據(jù)吡噻菌胺的結構特征明確其合成關鍵環(huán)節(jié)有兩個，一是吡唑環(huán)與噻吩環(huán)之間的酰胺鍵的生成，二是噻吩環(huán)2位上的烷基鏈的C-C鍵偶聯(lián)[20]。依據(jù)吡噻菌胺合成過程中的重要中間體將合成路徑分為兩類：一類是分別合成中間體1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲酰氯和2-（4-甲基戊基-2-基）-3-氨基噻吩，然后2個中間體反應生成吡噻菌胺（見圖2a）[20-24]。另一類則是首先合成中間體N-（3-噻吩）-1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲酰胺，再與甲基異丁基甲酮反應，最后經氫氣還原得到吡噻菌胺（圖2）[20-23]。

圖2 吡噻菌胺的主要合成路徑

上述兩條合成路線，1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲酸都是合成吡噻菌胺的重要中間產物[24-27]，該中間體合成路線很多，如羥基丙烯腈路線[28]、4-乙氧基-1,1,1-三氟-3-丁烯-2-酮路線[29]、甲酸乙酯路線[30-31]、三氟乙酰乙酸乙酯路線[22]、氰基乙酸鈉路線[31]、二甲胺基乙烯衍生物路線[32]等。但多數(shù)存在一定的弊端，如反應條件茍刻、不易分離、副產物較多、收率較低、原料成本過高等[25-26]。建議以三氟乙酰乙酸乙酯為原料的合成路線，將其與原甲酸三乙酯反應，然后與甲基肼關環(huán)反應，再通過氫氧化鈉水解得到1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-甲酸，該路徑反應原料易得、反條件溫和、工藝路線簡單，收率較高(≥70%)，易實現(xiàn)工業(yè)化生產[21-22]。其次，需要注意的是合成路徑中的（1-甲基-3-三氟甲基-1H-吡唑-4-基）甲酰胺(PAM)為吡噻菌胺主要代謝產物。此外，吡噻菌胺化學結構中含有手性碳原子（圖1），包含2個對映體，這在農藥不對稱合成、生物活性、生態(tài)毒性，以及環(huán)境行為歸趨研究中需要重點關注。

2 吡噻菌胺的生物活性研究

生物活性是評價吡噻菌胺殺菌效果的首要指標。通過對多種病菌的防效試驗發(fā)現(xiàn)，吡噻菌胺具有廣譜的殺菌活性，對于葉斑病菌、褐斑病菌和菌核病菌的菌絲生長具有優(yōu)異活性，但對于紋枯病菌和灰霉病菌的菌絲生長抑制效果較差，對菌核病菌、灰霉病菌、葉霉病菌和銹病菌和炭疽病菌的孢子萌發(fā)在較低劑量下也具有較高的活性（表1）。通過對多種植物病原菌進行菌絲生長抑制試驗和盆栽試驗表明，吡噻菌胺對葉斑病菌、褐斑病菌和菌核病菌的菌絲生長均有明顯的抑制作用，最小抑菌濃度(MIC)低于10 mg/kg，但對紋枯病菌和灰霉病菌的抑制作用不明顯，MIC分別為47.9和30.2 mg/kg；與菌絲生長抑制試驗相比，吡噻菌胺對多種植物病原菌的孢子萌發(fā)均有較強的抑制作用，對菌核病菌、灰霉病菌、葉霉病菌和葉銹病菌的抑制中濃度(EC50)均小于0.4 mg/kg，對白粉病菌的EC50值為0.9 mg/kg，對黑星病菌的EC50值為1.4 mg/kg，可見，吡噻菌胺對白粉病菌、葉銹病菌和灰霉病菌的孢子萌發(fā)即便在較低劑量下也有較高的防治效果[33]。其次，通過對119株油菜菌核病菌的防效研究發(fā)現(xiàn)，吡噻菌胺的EC50值在0.0096～0.2606 μg/mL之間，體現(xiàn)出較高的生理生化活性，且預防作用強于治療作用；隨著藥物濃度的增加，預防和治療活性效果隨之增加，當吡噻菌胺濃度由80 μg/mL增加到100 μg/mL時，預防效果由81.1%提高到100.0%，治療效果也高達72.3%[34]。此外，利用菌絲生長速率法建立橡膠樹炭疽病菌對吡噻菌胺的敏感基線并進行生物活性試驗表明，敏感性頻率分布呈連續(xù)單峰曲線，EC50值范圍在0.243～3.377 mg/L之間；在菌絲侵染情況下，吡噻菌胺處理濃度在10 mg/L和50 mg/L時，其預防效果和治療效果達到55.6%和83.3%，在濃度為100 mg/L時分別達到98.53%和66.8%；而在孢子侵染情況下也表現(xiàn)出類似的效果，處理濃度為10 mg/L和50 mg/L時，其預防效果和治療效果分別達到57.3%和83.3%，100 mg/L時分別達到91.7%和92.9%[35-36]。上述研究均表明吡噻菌胺的預防和治療效果具有顯著的劑量依賴效應，相同濃度下保護效果優(yōu)于治療效果[32-36]。

表1 吡噻菌胺對靶標病原體的殺菌活性匯總

綜上表明，吡噻菌胺具有廣泛的抗真菌譜，對灰霉病、白粉病、菌核病和炭疽病等多種植物病害具有顯著的防治效果，特別是對孢子萌發(fā)有很高的殺真菌活性；但對于紋枯病菌和灰霉病菌的菌絲生長抑制效果較差，這在農業(yè)生產過程中需要注意；且吡噻菌胺的預防率和治療率隨著濃度的增加而增大，相同濃度下保護效果優(yōu)于治療效果。目前，吡噻菌胺對映體對靶標病害的生物活性研究尚未見報道，后續(xù)研究建議從吡噻菌胺的關鍵靶標作用位點入手，系統(tǒng)揭示吡噻菌胺的對映體選擇性生物活性差異及其機理。

3 吡噻菌胺的生態(tài)毒理研究

吡噻菌胺對非靶標生物的生態(tài)毒性是評定其風險等級的重要指標。研究表明，吡噻菌胺對于水生生物（魚類、溞類、藻類等）和蚯蚓具有中等毒性，其中，魚類和溞類的慢性水生毒性NOEC分別為0.051 mg/L和0.47mg/L；蚯蚓慢性生殖毒性NOEC濃度高于48mg/kg，生態(tài)暴露風險較高。吡噻菌胺對于哺乳動物、禽類和蜜蜂等環(huán)境生物相對安全（表2），哺乳動物和禽類的慢性毒性NOEC分別為278.0和206.8 mg/L，生態(tài)暴露風險較低[18]。吡噻菌胺對斑馬魚胚胎和幼魚的急性毒性效應明顯，在2.5～2.9 mg/L濃度下，會導致一系列畸形變化，并誘發(fā)卵黃囊水腫、心包水腫、色素沉著和膀胱充氣失??；此外，在亞致死暴露條件下，吡噻菌胺對幼魚的運動行為有明顯的抑制作用，并造成幼魚脂質代謝和黑色素沉積基因表達異常[37]。美國環(huán)保署(EPA)也指出吡噻菌胺對黑頭鰷魚在33天時的NOEC為510 μg/L，且黑頭鰷魚、虹鱒魚和鯉魚的在96 h的急性LC50為 290～570 μg/L[19,38]，與上述研究結果一致[37-39]。吡噻菌胺的慢性毒性和致癌性研究發(fā)現(xiàn)，無論口服、經皮還是吸入途徑進入體內，主要靶器官是肝臟，并觀察到甲狀腺濾泡上皮腺瘤、肝細胞腺瘤和狗膽囊水腫病理現(xiàn)象，未觀察到不良反應水平(NOAEL)為20～54 mg/kg[40]。動物發(fā)育毒性表明，吡噻菌胺會造成母兔流產、體重減輕，以及胎兒體重降低，存活率、產仔數(shù)和妊娠子宮重量降低，生殖與發(fā)育毒性效應明顯[40]。代謝研究指出，山羊腎臟代謝物二羥基-半胱氨酸-F-DO和母雞肝臟代謝物二羥基-半胱氨酸-T-DO在大鼠中均未被鑒定，但其他主要代謝物（如PAM等）在大鼠體內均有發(fā)現(xiàn)，同時指出代謝物毒性幾乎可以忽略，進一步表明吡噻菌胺對哺乳動物的毒性較低[13]。

表2 吡噻菌胺對非靶標生物的毒性效應匯總

綜上可見，吡噻菌胺的主要靶標器官是肝臟，對于哺乳動物和家禽的毒性較低，但對水生生物的急性毒性較高。此外，吡噻菌胺對映體選擇性毒性研究已深入到細胞水平[40-41]。通過不同濃度吡噻菌胺對映體對人體肝癌細胞(HepG2)的毒性研究發(fā)現(xiàn)，不同構型的吡噻菌胺即使在相同濃度下，細胞活力大小及氧化應激性均有明顯選擇性差異(P＜0.05)[42]。后續(xù)研究建議結合中國水環(huán)境的污染狀況及對水生生物的毒性效應，深入到對映體層面，加強水生生態(tài)毒理學研究，以期為其水生生態(tài)風險評估體系的完善提供理論依據(jù)。

4 吡噻菌胺的分析方法學研究

分析方法是痕量追蹤吡噻菌胺及其代謝物的有效手段，也是其生態(tài)環(huán)境安全評價的基石[43]。農藥殘留專家聯(lián)席會議(JMPR)指出，植物源產品中用于制定吡噻菌胺的MRLs僅需要考慮吡噻菌胺母體農藥，而膳食暴露風險評估則需要考慮吡噻菌胺及其代謝物PAM，以吡噻菌胺表示；動物源產品中用于制定吡噻菌胺的MRLs和膳食暴露風險評估均需要考慮吡噻菌胺及其代謝物PAM，以吡噻菌胺表示[13]。表3對當前吡噻菌胺的分析方法進行了匯總，通過液相色譜-串聯(lián)質譜(LC-MS/MS)結合固相分散萃取技術建立了果蔬中吡噻菌胺的分析方法，該方法在0.5～500.0 μg/L具有良好的線性關系(R2≥0.9980)，檢出限(LOD)和定量限(LOQ)分別為0.2～1.7和0.5～5.0 μg/kg，平均回收率和相對標準偏差(RSD)分別為71.4%～121.3%和0.8%～17.2%[44]。也有研究通過1,1,2,2-四氯乙烷分散液液微萃取法結合LC-MS/MS建立了吡噻菌胺在西瓜基質中的分析方法，LOQ達到0.1μg/kg，該方法特異性、線性(0.1～100 μg/kg)、準確度（平均回收率，72.0%～111.6%）和精密度(RSD，3.4%～14.1%)也符合農藥痕量分析的要求[45]。還有研究采用丙酮/水、乙腈/水進行萃取，建立了吡噻菌胺母體及其主要代謝物PAM的LCMS/MS聯(lián)合分析方法，LOQ為10μg/kg[13,40]。

表3 吡噻菌胺的分析方法匯總

目前已有研究利用正相液相色譜法(NPLC)結合纖維素-三（3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯）手性固定相(Chiralcel OD-H)對吡噻菌胺對映體進行手性分離，兩對映體在20 min內實現(xiàn)基線分離，LOQ為0.2 mg/kg[46]。還有研究利用電子圓二色譜法鑒別了R-(-)-吡噻菌胺和S-(+)-吡噻菌胺，采用纖維素-三（3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯）手性固定相(Superchiral S-OD)結合LC-MS/MS建立了土壤中吡噻菌胺的手性分離分析方法，兩對映體的LOQ達到10 μg/kg[47]。綜上可見，無論手性還是非手性分析方法學研究多集中在吡噻菌胺母體，其主要代謝物PAM的研究較少，推測可能由于合成路徑難或穩(wěn)定性差導致，這成為吡噻菌胺在動植物源食品中膳食暴露風險評估的瓶頸，也成為吡噻菌胺后續(xù)分析研究的突破點之一。

5 吡噻菌胺的環(huán)境行為研究

闡明吡噻菌胺在生態(tài)環(huán)境中的行為歸趨對于其科學合理使用和暴露風險評估至關重要。目前，吡噻菌胺的環(huán)境行為研究主要集中在動植物體和土壤介質中，涉及代謝[13]、轉化[46]和降解[46-47]等方面。利用同位素示蹤法對葡萄、甘藍、西紅柿、小麥和油菜葉面施用吡噻菌胺后研究發(fā)現(xiàn)，植物體內殘留量以母體為主，殘留量分別為21%、20%～34%、45%～46%、19%、11%；主要代謝物是PAM，總放射性殘留物(TRR)含量分別為14%、11%、6%、6%、1%[13]。不同植物體中吡噻菌胺的代謝量差異可能與植物體內關鍵酶、栽培模式，以及農藥原始積累量密切相關[51]。隨后通過吡噻菌胺在大鼠體內的吸收、分布、代謝和排泄研究發(fā)現(xiàn)，吡噻菌胺的排泄涉及膽汁、糞便和尿液途徑，其中糞便是主要的排泄途徑，給藥24 h后排泄率達到74.8%～85.0%，主要代謝反應為烷基側鏈末端甲基部分的N-去甲基化和氧化為羧酸[13]。山羊和母雞體內的代謝研究也指明吡噻菌胺的主要代謝物為PAM[13]。

吡噻菌胺在不同培養(yǎng)環(huán)境、不同土壤類型中的降解速率和對映體選擇性也存在差異。通過向土壤中定量添加吡噻菌胺外消旋體和手性單體進行室內培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，在未滅菌條件下吡噻菌胺對映體在土壤中的降解趨勢符合一級動力學模型，酸性、中性和堿性土壤中的降解半衰期依次增大，分別為36.7～58.7、42.1～59.8和48.3～59.6天；而在滅菌條件下吡噻菌胺的降解速率為酸性＞中性＞堿性，降解率不超過15%。尚未發(fā)現(xiàn)吡噻菌胺對映體間轉化，說明在土壤介質中吡噻菌胺的構型穩(wěn)定[46]。還有研究指出S-(+)-吡噻菌胺在土壤中優(yōu)先降解導致R-(-)-吡噻菌胺相對富集[47]。吡噻菌胺對映體選擇性差異與培養(yǎng)條件、土壤微生物、土壤類型、pH值等因素密切相關。后續(xù)應加強吡噻菌胺在生態(tài)環(huán)境和水生生物鏈中的行為特征研究，系統(tǒng)揭示其對映體選擇性行為特征差異的分子機制。

6 展望

以三氟乙酰乙酸乙酯為原料的合成路徑是目前吡噻菌胺最優(yōu)的合成方法，收率高達70%，同時發(fā)現(xiàn)其主要代謝產物PAM，開發(fā)更加簡單、廉價、高效的合成方法也是后續(xù)研究的主要方向之一。

吡噻菌胺具有廣泛的抗真菌譜，對灰霉病、白粉病、菌核病和炭疽病等多種植物病害具有顯著的防治效果，特別是對孢子萌發(fā)有很高的殺真菌活性，但對于紋枯病菌和灰霉病的菌絲生長抑制效果較差；吡噻菌胺的預防率和治療率呈現(xiàn)顯著的劑量依賴效應，相同濃度下保護效果優(yōu)于治療效果。后續(xù)研究建議從吡噻菌胺的關鍵靶標作用位點入手，系統(tǒng)揭示吡噻菌胺的對映體選擇性生物活性差異及其機理。

吡噻菌胺的主要靶標器官是肝臟，主要代謝途徑是烷基側鏈末端甲基部分的N-去甲基化和氧化為羧酸；吡噻菌胺對哺乳動物毒性較低，水生生態(tài)毒性較高，對映體間的細胞活力及氧化應激差異顯著。后續(xù)研究建議結合中國水環(huán)境的污染狀況及對水生生物鏈的毒性效應，對映體水平深入開展吡噻菌胺及其代謝物的水生生態(tài)毒理學研究，建立科學精準的風險評估體系，降低其對生物安全和人類健康的潛在風險。

通過LC-MS/MS結合分散固相萃取法、液液微萃取法是當前吡噻菌胺主流的痕量分析方法，LOQ達到0.1 μg/kg，能夠有效追蹤生物樣本中吡噻菌胺及其代謝物。未來應加強研究不同環(huán)境因子對吡噻菌胺對映體降解的影響，確定高效低風險的對映體構型，這對于光學純手性單體農藥創(chuàng)制與應用具有重大意義。