CN109430275A - 具有杀菌活性的农业用杀菌剂及应用 - Google Patents

具有杀菌活性的农业用杀菌剂及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于农药范围的一种具有杀菌活性的农业用杀菌剂及应用。该具有杀菌活性的农业用杀菌剂是由金属锰与8‑羟基喹啉(8‑HQ)螯合而成的锰与8‑HQ的螯合物；并利用其好的杀菌活性，在水稻、小麦、蔬菜和果树上广泛用做杀菌剂以防治农作物地上部分的病害；还利用螯合物对农作物生长具有的安全性能对农作物种子进行包衣和浸种处理，在使种子和幼苗免受病害危害的条件下，促进作物种子快速出苗和幼苗快速生长。

Description

具有杀菌活性的农业用杀菌剂及应用
技术领域
本发明属于农药范围，特别涉及一种具有杀菌活性的农业用杀菌剂及应用。
背景技术
8-羟基喹啉(8-hydroxyquinoline,8-HQ)是一种已知的人工合成的杀菌剂，其作用机理在于与病原菌体内的金属离子螯合而使病原菌体内的金属离子发生沉淀(GeorgeA.Zentmyer,Science,1944,100：294-295)。最近的研究发现植物体也能分泌或产生8-HQ,如铺散矢车菊(Centaurea diffusa)的根系能够分泌8-HQ，且发现HQ具有异株克生作用(Ecology Letters,2004,7:285–292)。2013年从植物(Sebasticania corniculata)组织中分离得到8-HQ，且证明从植物中提取的8-HQ也具有较强的杀菌活性(Ji-Yeon Yang,etal.Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry,2013,56:763-766)。
无机铜离子(Cu2+)也是已知的农用杀菌剂，铜制剂如氢氧化铜在农业生产上一直用于细菌性病害的防治。因此，Cu2+与8-HQ的螯合物Cu(8-HQ)2往往比Cu2+和8-HQ具有更强的杀菌活性。如Tomono等发现Cu2+与8—HQ具有协同增效作用，在农业上可以有效控制梨黑斑病(Alternaria kikuchiana)(Kohtaro Tomono,et al.Journal of Pesticide Science,1983,8:277-282)。Cu(8-HQ)2具有比Cu2+和8-HQ更强的杀菌活性原因之一是由于Cu2+与8-HQ螯合后能增加亲脂性，从而增加了对病原菌细胞的亲和性和穿透性。现在Cu(8-HQ)2在工业和农业上得到广泛应用，用做杀菌剂和防腐剂。在农业上，Cu(8-HQ)2被登记用于防治蔬菜黄瓜霜霉病、番茄晚疫病、细菌性角斑病等；在工业上，Cu(8-HQ)2被用于纺织品防腐(如US2381863 A)和涂料防腐(CN1116220A)等。
最初，人们认为Cu(8-HQ)2等在病原菌体内发挥杀菌作用是因为在病原菌体内重新解离为Cu2+和8-HQ，但后来的研究发现Cu2+对杀菌活性的贡献很小(Vicklund etal.Mycologia,1954,46:133-142)。Cu2+对Cu(8-HQ)2杀菌活性的贡献很小也可以从Cu(8-HQ)2可以有效防治某些真菌和卵菌病害得到佐证，因为Cu2+相对而言对细菌性病害有效。Anjaneyulu等后来根据其研究结果推测Hg(8-HQ)2在病原菌体内发挥杀菌活性是由于其在病原菌体内解离为[Hg(8-HQ)]+和8-HQ,[Hg(8—HQ)]+能与细胞内生物酶的金属结合位点结合从而阻断生物酶与必需金属的结合，而解离出来的8-HQ则能与细胞内的金属螯合，使细胞内的金属发生沉淀作用(Anjaneyulu et al.Proceedings of the Indian Academy ofSciences-Chemical Sciences,1982,91:157–163；Prachayasittikul et al.DrugDesign,Development and Therapy.2013,7:1157–1178)。从这可以看出，8-HQ的金属螯合物在病原菌体内解离出的阳离子螯合物对8-HQ的金属螯合物的杀菌活性具有重要影响。
我们的究结果显示8-HQ与Mn2+或Mn3+的螯合物对水稻、小麦、蔬菜和果树病害具有比Cu(8-HQ)2更优异的杀菌活性。8-HQ与Mn2+或Mn3+的螯合物具有更优异的杀菌活性原因之一是螯合物Mn(8-HQ)2或Mn(8-HQ)3本身对病原菌的直接作用；原因之二在于螯合物Mn(8-HQ)2或Mn(8-HQ)3能促进植物对Mn元素的有效吸收利用，从而提高植物对病害的抵抗力。Mn元素是植物生长和抵御病害侵袭的重要必需元素，Mn元素缺乏会导致植物生长受限和对病原菌的抵抗力下降。现已发现植物有效吸收Mn元素可以抵抗白粉病、霜霉病、猝倒病和褐斑病以及其它病害。自然界(包括土壤)中含有大量的Mn元素，但自然界中Mn元素的生物有效性很低，不能被植物有效吸收和利用，甚至含Mn元素的肥料在使用一周后也会失去生物有效性(Christos Dordas，Agronomy for Sustainable Development，2008，28：33–46)。因此，植物往往是缺乏Mn元素的。如何提高锰元素对作物的生物有效性仍是一个难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有杀菌活性的农业用杀菌剂及应用，其特征在于，所述具有杀菌活性的农业用杀菌剂是由金属锰与8-羟基喹啉8-HQ螯合而成的锰与8-HQ的螯合物；所述锰与8-HQ螯合物的通式A如下所示，
式中n＝2，或3；
所述通式A中n＝2时的螯合物为Mn(8-HQ)2。
所述通式A中n＝3时的螯合物为Mn(8-HQ)3。
一种具有杀菌活性的农业用杀菌剂的应用，其特征在于，所述农业用杀菌剂为通式A所示金属锰与8-HQ的螯合物，利用其好的杀菌活性，在水稻、小麦、蔬菜和果树上广泛用做杀菌剂；并且采用茎叶喷雾方法用于防治水稻纹枯病、稻瘟病、白叶枯病、小麦纹枯病、黄瓜霜霉病、番茄霜霉病、番茄灰霉病、苹果斑点落叶病、苹果轮纹病等；其次，利用该螯合物对农作物生长具有的安全性能，还对农作物进行种子包衣和浸种处理，在控制病害的基础上促进作物种子快速出苗和幼苗快速生长。
本发明的有益效果是本发明中锰离子与8-HQ的螯合物，属于广谱性杀菌剂，同现有技术的铜离子与8-HQ的螯合物Cu(8-HQ)2等相比，螯合物Cu(8-HQ)2等的EC50值在同等条件下是锰离子与8-HQ的螯合物的1.2-2倍；由此说明锰离子与8-HQ的螯合物具有更好的杀菌活性；对农作物生长没有不利影响，茎叶喷雾对常见作物和果树如水稻、黄瓜、番茄、苹果、葡萄等是安全的，可以用于防治水稻纹枯病、稻瘟病、白叶枯病、小麦纹枯病、黄瓜霜霉病、番茄霜霉病、番茄灰霉病、苹果斑点落叶病、苹果轮纹病等；经过Mn(8-HQ)n包衣或浸种处理的黄瓜种子出苗和幼苗生长状况相比于未处理的出苗率高，幼苗生长良好。
附图说明
图1为农业用杀菌剂对黄瓜种子出苗和幼苗生长的影响照片图，其中图1a：未经农业用杀菌剂处理的黄瓜种子出苗和幼苗生长状况；图1b,经过2000mg/LMn(8-HQ)2浸种2h处理的黄瓜种子出苗和幼苗生长状况。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种具有杀菌活性的农业用杀菌剂及应用，其特征在于，所述具有杀菌活性的农业用杀菌剂是由金属锰与8-羟基喹啉8-HQ螯合而成的锰与8-HQ的螯合物；所述锰与8-HQ螯合物的通式A如下所示，
式中n＝2，或3；
上式A中，当n＝2时，其螯合物为Mn(8-HQ)2。当n＝3时，其螯合物为Mn(8-HQ)3。
为了更好的说明本发明，下面通过实施例予以进一步说明。
实施例1Mn(8-HQ)2制备
上述通式A中n＝2时的螯合物为Mn(8-HQ)2，可以通过如下反应制得：
MnSO4+28-HQ→Mn(8-HQ)2↓，具体制备如下：
分别将0.02mol硫酸锰溶解于100mL脱气蒸馏水中，0.04mol 8-HQ溶解于100mL脱气的无水乙醇中。搅拌条件下慢慢将脱气的8-HQ乙醇溶液滴加到硫酸锰脱气水溶液中，继续搅拌0.5h。过滤得黄色固体，用无水乙醇洗涤黄色固体，60℃下真空干燥2h即得Mn(8-HQ)2固体粉末。(参考文献：John K.Howie,Donald T.Sawyer.Journal of the AmericanChemical Society，1976，98：6698-6700)
实施例2Mn(8-HQ)3制备，
上述通式A中n＝3时的螯合物为Mn(8-HQ)3，可以通过如下反应制得：
MnSO4+38-HQ+H2O2→Mn(8-HQ)3↓，具体制备如下：
分别将0.01mol硫酸锰溶解于100mL蒸馏水中、0.03mol 8-HQ溶解于100mL四氢呋喃中。用氨水调节8-HQ四氢呋喃溶液的pH＝8～9，搅拌条件下慢慢将的8-HQ四氢呋喃溶液滴加到硫酸锰水溶液中，滴加完成后继续滴加0.01mmol 30％H2O2水溶液。搅拌2天，过滤得黄色固体，用无水乙醇洗涤3次，常温下干燥即得Mn(8-HQ)3固体粉末。(参考文献：ShengZhong,et al.Journal of Catalysis，2008，256：154-158)
本发明中的锰与8-HQ的螯合物，属于广谱性杀菌剂。EC50是杀菌剂活性评价指标，EC50值大的杀菌活性低；EC50值小的杀菌活性高；Mn(8-HQ)n同现有铜离子与8-HQ的螯合物Cu(8-HQ)2相比对病原菌的EC50值更低，因而具有更好的杀菌活性，可以用于防治水稻纹枯病、稻瘟病、白叶枯病、黄瓜霜霉病、番茄霜霉病、番茄灰霉病、苹果斑点落叶病、苹果轮纹病等。采用茎叶喷雾方式对水稻、黄瓜、番茄、苹果、葡萄等更加安全，下面以部分作物和病害为例进行说明。
实施例3，对番茄和黄瓜安全性试验
30％Mn(8-HQ)2悬浮剂制备：将Mn(8-HQ)2粉末加入到含有10％triton X-100的水溶液中，研磨至粒径为1-3μm，形成30％悬浮剂；
茎叶喷雾安全性试验：用上面制得的30％Mn(8-HQ)3悬浮剂，使用前摇匀，然后在直径12cm的花盆中分别播种黄瓜和番茄，每盆播种5粒种子，每种作物播种80盆。出苗后3天，将30％Mn(8-HQ)2和30％Mn(8-HQ)3分别兑水稀释至500、1000、2000、4000mg/L，喷施于黄瓜和番茄幼苗上，每次喷10盆，喷药后一周调查幼苗生长情况。没有发现明显药害或幼苗生长抑制现象。
实施例4，对水稻安全性试验
在直径2.5cm的专用育苗管中装满营养土，每管播种1粒水稻种子，置于塑料方盒中，塑料方盒中水位5cm高。至水稻幼苗株高约10cm时分别喷施500、1000、2000、4000mg/LMn(8-HQ)2和Mn(8-HQ)3的悬浮液。每处理喷施50株。
喷药后一周调查幼苗生长情况。没有发现明显药害或幼苗生长抑制现象。
实施例5，对苹果和葡萄安全性试验
在苹果和葡萄春季新叶完全长出以后，分别喷施500、1000、2000、4000mg/LMn(8-HQ)2和Mn(8-HQ)3的悬浮液。每处理喷施5株。喷药后一周调查植株生长情况。没有发现明显药害或植株生长抑制现象。
实施例6，抑制黄瓜霜霉病和辣椒疫霉病孢子萌发试验
同实施例3制备30％Cu(8-HQ)2悬浮液。使用前摇匀。
分别将30％Cu(8-HQ)2悬浮剂、30％Mn(8-HQ)2悬浮剂、30％Mn(8-HQ)3悬浮剂和50％烯酰吗啉可湿性粉剂(对照药剂)兑水稀释成0.1、1、10、20、50、100、200mg/L的悬浮液。
在黄瓜霜霉病的病叶和辣椒疫霉病病叶上取新鲜霉层配制孢子悬浮液，与所配药剂稀释液混合，每处理重复6次，放置恒温培养箱(25℃)中，24h后调查孢子萌发情况。计算各药剂的EC50值，结果见表1。孢子萌发试验表明Mn(8-HQ)2和Mn(8-HQ)3相比Cu(8-HQ)2对黄瓜霜霉病和辣椒疫霉病孢子萌发抑制作用更优。
表1不同试验药剂对黄瓜霜霉病和辣椒疫霉病孢子EC50值(mg/L)
病菌 Cu(8-HQ)<sub>2</sub> Mn(8-HQ)<sub>2</sub> Mn(8-HQ)<sub>3</sub> 烯酰吗啉
黄瓜霜霉 35.2 27.1 20.6 43.7
辣椒疫霉 44.8 32.4 29.9 52.4
实施例7离体生长速率法测定对病原真菌的活性
将Mn(8-HQ)2、Mn(8-HQ)3和Cu(8-HQ)2分别用无水乙醇溶解，制备不同浓度的PDA含药培养基，设不含药剂的空白对照。在PDA培养基上接种5mm的菌饼，置霉菌培养箱中25℃下培养，定期检查，测定菌落直径。计算各药剂对相应病原真菌的EC50值，结果见表2。从表2结果可以看出Mn(8-HQ)3和Mn(8-HQ)2相对于Cu(8-HQ)2对水稻真菌病害纹枯病、胡麻叶斑病、稻瘟病、小麦纹枯病以及苹果真菌病害苹果轮纹病、苹果斑点落叶病和番茄叶霉病具有更优异的杀菌活性。
表2不同药剂对病原真菌EC50值(mg/L)
病原真菌 Cu(8-HQ)<sub>2</sub> Mn(8-HQ)<sub>2</sub> Mn(8-HQ)<sub>3</sub>
水稻纹枯病 0.73 0.27 0.43
水稻稻瘟病 1.17 0.52 0.45
水稻胡麻叶斑病 2.32 1.53 1.92
小麦纹枯病 0.64 0.13 0.23
苹果斑点落叶病 0.84 0.77 0.81
苹果轮纹病 0.53 0.33 0.35
葡萄灰霉病 1.69 0.93 0.83
番茄叶霉病 1.29 0.91 0.75
实施例8浊度法测定对病原细菌的活性
将Mn(8-HQ)2、Mn(8-HQ)3和Cu(8-HQ)2分别用无水乙醇溶解，制备不同浓度的牛肉汁蛋白胨培养基(NB)含药培养基，每培养瓶25mL NB培养基，接种1mL菌悬液，每处理3瓶，设不含药剂的空白对照。置霉菌培养箱中28℃下培养12h，检测菌液浊度。计算各药剂对相应病原真菌的EC50值，结果见表3。从表3结果可以看出Mn(8-HQ)3和Mn(8-HQ)2相对于Cu(8-HQ)2对水稻白叶枯病和黄瓜细菌性角斑病具有更优异的杀菌活性。
表3不同试验药剂对白叶枯病菌和黄瓜细菌性角斑病菌EC50值(mg/L)
病菌 Cu(8-HQ)<sub>2</sub> Mn(8-HQ)<sub>2</sub> Mn(8-HQ)<sub>3</sub>
白叶枯病菌 28.21 25.42 20.6
黄瓜细菌性角斑病菌 14.23 9.56 10.71
从以上各表显示的EC50值比较，可以得到锰离子与8-HQ的螯合物同现有技术的铜离子与8-HQ的螯合物Cu(8-HQ)2等相比，螯合物Cu(8-HQ)2等的EC50值在同等条件下是锰离子与8-HQ的螯合物的1.2-2倍；由此说明锰离子与8-HQ的螯合物具有更好的杀菌活性；对农作物没有伤害，茎叶喷雾对水稻、黄瓜、番茄、苹果、葡萄等是安全的。
盆栽试验
实施例9盆栽条件下Mn(8-HQ)2对番茄灰霉病的防治
播种番茄种子，待幼苗株高10cm左右时移栽。每盆移栽1株，常规栽培20天，选择45盆长势一致的番茄植株进行试验处理，每组15盆为一处理。第一组喷施500mg/L的Mn(8-HQ)2悬浮液，喷药24h后用毛笔涂抹法接种灰霉病菌孢子悬浮液(1×105CFU/mL)，7天后再喷施一次500mg/L的Mn(8-HQ)2悬浮液；第二组为喷施500mg/L的Cu(8-HQ)2悬浮液,采用相同方法喷药和接种灰霉病菌；第三组为接菌无药剂处理，采用相同方法喷清水和接种灰霉病菌。第二次喷药后7天调查防治效果。
调查结果表明，相比接菌无药剂处理500mg/L的Mn(8-HQ)2对番茄灰霉病的防治效果为95.8％，而500mg/L的Cu(8-HQ)2对番茄灰霉病的防治效果仅为40.3％。
实施例10盆栽条件下Mn(8-HQ)2对水稻纹枯病的防治
在直径12cm的花盆中播种水稻，每盆播种5粒水稻种子。常规栽培30天，选择45盆长势一致的水稻植株进行接种水稻纹枯病菌。接种方法为将长满纹枯病菌的PDA培养基与土按重量比1∶5混合做成带菌土，每盆接种20g带菌土，接菌当天进行喷药处理，以每组15盆分为三组进行处理；第一组喷施500mg/L的Mn(8-HQ)3悬浮液，7天后再喷施一次；第二组为喷施500mg/L的Cu(8-HQ)2悬浮液,7天后再喷施一次；第三组为接菌无药剂处理，采用相同方法喷清水。第二次喷药后15天调查防治效果。调查结果表明，相比接菌无药剂处理500mg/L的Mn(8-HQ)3对水稻纹枯病的防治效果为90.3％，而500mg/L的Cu(8-HQ)2对水稻纹枯病的防治效果为70.2％。
实施例11对种子安全性及促进Mn元素的吸收
准备装有栽培土壤的8个育种盆，分成a、b两组；其中a组内播种未经农业用杀菌剂浸种的黄瓜种子，b组内播种经过2000mg/L Mn(8-HQ)2浸种2h处理的黄瓜种子；经过7-10天观察，a组出苗b组晚1-2天，幼苗细、小；b明显好于a组，从图1看出。图1a：未经农业用杀菌剂处理的黄瓜种子出苗和幼苗生长状况；图1b,经过2000mg/L Mn(8-HQ)2浸种2h处理的黄瓜种子出苗和幼苗生长状况。我们的测定结果显示依植物组织部位不同，黄瓜种子和幼苗不同组织中Mn(8-HQ)2的含量分别为黄瓜胚8.4mg/kg、黄瓜胚乳276.2mg/kg、黄瓜地上部(茎和叶)10.2mg/kg。由此说明8-HQ与Mn的螯合物在一定程度上是能够被作物组织吸收的，但植物对吸收的8-HQ与Mn的螯合物的利用机制有待进一步研究。

Claims (8)

1.一种具有杀菌活性的农业用杀菌剂，其特征在于，所述具有杀菌活性的农业用杀菌剂是由金属锰与8-羟基喹啉(8-HQ)螯合而成的锰与8-HQ的螯合物；所述锰与8-HQ螯合物的通式A如下所示，
式中n＝2，或3。
2.根据权利要求1所述一种具有杀菌活性的农业用杀菌剂，其特征在于，所述通式A中n＝2时的螯合物为Mn(8-HQ)2。
3.根据权利要求1所述一种具有杀菌活性的农业用杀菌剂，其特征在于，所述通式A中n＝3时的螯合物为Mn(8-HQ)3。
4.一种权利要求1所述具有杀菌活性的农业用杀菌剂的应用，其特征在于，所述农业用杀菌剂施用于水稻上进行茎叶处理防治水稻病害。
5.根据权利要求4所述具有杀菌活性的农业用杀菌剂的应用，其特征在于，所述农业用杀菌剂施用于小麦进行茎叶处理防治小麦病害。
6.根据权利要求4所述具有杀菌活性的农业用杀菌剂的应用，其特征在于，所述农业用杀菌剂施用于蔬菜上进行茎叶处理防治蔬菜病害。
7.根据权利要求4所述具有杀菌活性的农业用杀菌剂的应用，其特征在于，所述农业用杀菌剂施用于果树上进行茎叶处理防治果树病害。
8.根据权利要求4所述具有杀菌活性的农业用杀菌剂的应用，其特征在于，利用锰与8-HQ的螯合物对农作物生长具有的安全性能，在使种子和幼苗免受病害危害的条件下，对农作物种子进行包衣和浸种处理，促进作物种子快速出苗和幼苗快速生长。
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