《Crop Protection》：Flutriafol uptake and disease suppression in corn (Zea mays) via fungicide application at planting
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玉米灰叶斑病与北方玉米叶斑病的土壤施用杀菌剂残留及病害抑制效果研究。通过2019-2021年田间试验，比较三种不同土壤施用方法（in-furrow、2x2、2x0）下20.9% flutriafol在玉米根系、茎部和叶片中的残留量及系统移动性，发现flutriafol可有效抑制灰叶斑病但效果较差于北方玉米叶斑病，证实其通过木质部运输的系统性特性。
N. Nikzainalalam|A.M. Byrne|J.D. Copeland|A.G. McCoy|T.D. Miles|M.I. Chilvers
密歇根州立大学植物、土壤与微生物科学系，东兰辛，MI 48824
摘要
氟啶胺是一种系统性脱甲基化抑制剂杀菌剂，可抑制真菌甾醇的生物合成。在本研究中，使用Xyway? LFR?（含20.9%氟啶胺）在播种时进行施用，以保护玉米免受叶部病害的侵害。2019年至2021年间，在密歇根州兰辛附近进行了田间试验，以研究氟啶胺在植物组织中的系统性迁移情况。所有氟啶胺处理均以1.11 L/ha的剂量进行，采用三种施用方法：1）沟内施用；2）2x2法（距离土壤表面5.08厘米，距离种子水平方向5.08厘米）；3）2x0法（直接在封闭的沟槽表面施用）。每个处理区设置一个未处理对照区。在每个处理区的乳熟期或面团期随机选取两株植株，将其分为根、茎和叶三部分（即第一穗叶、穗叶、第二穗叶）。通过气相色谱-质谱联用技术测定氟啶胺的含量。除未处理对照区外，所有处理区的所有植物部位（包括根、茎和叶片）均检测到氟啶胺的存在。结果表明，所有施用方法均能有效抑制灰叶斑病，但对北方玉米叶枯病的抑制效果较弱。本研究证实了氟啶胺从土壤中向植物各部分的系统性迁移，并在整个生长季节内持续发挥抗病作用。
引言
植物病害对全球玉米（Zea mays L.）的产量产生严重影响。叶部病害如灰叶斑病（Cercospora zeae-maydis）和北方玉米叶枯病（Exserohilum turcicum）每年都会导致美国和加拿大安大略省的严重产量损失（Mueller等人，2016；2020）。2012年至2019年间，灰叶斑病造成的产量损失估计为4130万吨，是2016至2018年间最具破坏性的病害；而北方玉米叶枯病造成的产量损失为3580万吨，是2014年和2015年的主要病害（Mueller等人，2016；2020）。
自1942年以来，叶部杀菌剂一直被用于玉米病害管理（Morton和Staub，2008），以防止产量损失。20世纪90年代，系统性杀菌剂被批准用于玉米病害防治（Wise和Mueller，2011）。氟啶胺属于脱甲基化抑制剂（DMI）类杀菌剂，属于杀菌剂抗性行动委员会（FRAC）作用机制组3（FRAC，2024）。脱甲基化抑制剂（或甾醇生物合成抑制剂，SBI）通过抑制真菌甾醇生物合成过程中的C14脱甲基化步骤发挥作用（FRAC，2024）。当DMI类杀菌剂与C14脱甲基酶（erg11/cyp51）结合时，会抑制脱甲基化反应，导致甾醇前体积累和真菌中麦角甾醇产量下降（Ziogas和Malandrakis，2015）。麦角甾醇等甾醇对真菌的膜流动性和通透性至关重要（Kwok和Loeffler，1993）。与醌类抑制剂（QoI）和琥珀酸脱氢酶抑制剂（SDHI，分别属于FRAC 11和FRAC 7）相比，DMI类杀菌剂产生抗性的风险较低。然而，反复使用高风险的杀菌剂可能导致抗性个体在种群中逐渐出现，从而在几年内降低其效果（Brent和Hollomon，2007）。最近的实验室测试表明，某些Exserohilum turcicum菌株可能对DMI类杀菌剂具有抗性或敏感性降低，而与灰叶斑病相关的Cercospora菌株则对该杀菌剂敏感（Anderson等人，2024；Nikzainalalam等人，2024）。
氟啶胺于1983年由英国帝国化学工业公司（Imperial Chemical Industries PLC）首次合成（Parry等人，1983）。1984年，氟啶胺被用于防治大麦（Hordeum vulgare）和小麦（Triticum aestivum）的病害，如Erysiphe graminis、Puccinia spp.、Septoria spp.和Rhynchosporium secalis（Baldwin等人，1984）。1985年，氟啶胺在澳大利亚被用于防治黑莓（Rubus spp.）的Phragmidium violaceum叶锈病以及小麦的条锈病（Puccinia striiformis）和普通黑穗病（Tilletia caries）（Brown等人，1985；Washington，1987）。在美国，氟啶胺于2010年获得批准用于大豆（Glycine max）和苹果（Malus domestica），2012年获得批准用于玉米（明尼苏达州农业部，2012）。
氟啶胺是一种能够通过木质部移动的杀菌剂，可通过木质部被植物吸收并运输到叶片组织。杀菌剂的迁移性可通过测量其疏水性来预测，log Kow值（辛醇/水分配系数）小于3的化合物具有较高的迁移性（即更亲水）（Bromilow和Chamberlain，1989）。根系对杀菌剂的吸收受脂溶性的影响，这可以通过根浓度因子（根中的浓度/外部溶液中的浓度）来表征（Briggs等人，1982）。中等疏水性的化合物最有利于杀菌剂在植物体内的传输（Bagheri等人，2021；Briggs等人，1982；De Carvalho等人，2007；Kim等人，2004）。氟啶胺的log Kow值为2.3，表明其迁移性较高（Lewis等人，2016）。然而，除了log Kow值外，植物类型、不同部位（如叶片、茎和根）以及其他因素（如分子量、氢键供体、氢键受体、可旋转键和极性表面）也会影响杀菌剂的吸收（Bagheri等人，2021；Liu等人，2018）。在20°C条件下，氟啶胺的半衰期在实验室中约为1,587天（约4.5年），在田间约为1,177天（Lewis等人，2016）。鉴于氟啶胺的系统性迁移能力和较长的半衰期，本研究采用制造商推荐的年用量（1.11 L/ha）进行了三种施用方法测试。尽管氟啶胺在土壤中具有持久性和中等迁移性，但多项研究表明，在某些环境条件下（尤其是土壤吸附能力低（KOC = 1.7–2.2）和降雨量高的情况下，它可能渗入根区以下（Aliste等人，2021；Bromilow等人，1999a；1999b）。
氟啶胺（Xyway? LFR?；含20.9%氟啶胺；FMC Corporation，费城，PA）于2020年在美国获得EPA注册，允许在播种时施用于玉米，以预防灰叶斑病（GLS）、北方玉米叶枯病（NCLB）、南方叶枯病（Bipolaris maydis）、条锈病（Puccinia sorghi）、穗腐病（Sphacelotheca reilianum）、炭疽菌茎腐病（Colletotrichum graminicola）、镰刀菌茎腐病（Fusarium graminearum）和Physoderma褐斑病（Physoderma maydis）（环境保护署，2023）。根据Wise和Bradley（2012）的研究，活性成分氟啶胺的施用剂量为0.28至0.42 kg/ha时，对灰叶斑病、北方玉米叶枯病和南方叶枯病具有显著防治效果。
在玉米抽穗期（VT）或吐丝期（R1）及以后施用叶部杀菌剂通常能实现最佳的病害管理和更高的产量保护效果（Adee和Duncan，2017；Faske和Emerson，2021；Telenko等人，2020；Wise和Mueller，2011；Wise等人，2019）。但由于此时玉米植株较高，施用杀菌剂需要使用专门的高喷幅地面喷雾器，或通过无人机、飞机或直升机进行空中喷洒。空中喷洒的平均成本为102美元/ha，而地面喷雾器的成本约为89美元/ha（Wise等人，2019）。因此，减少或在营养生长期和生殖生长期避免施用叶部杀菌剂可以节省成本、燃料和水资源，并由于氟啶胺的长半衰期，还可以减少未来几年的施用次数。
考虑到氟啶胺的系统性迁移性和半衰期，本研究在播种时测试了多种施用方法，包括沟内施用、2x2法（距离土壤表面2英寸（5.08厘米），以及2x0法（直接在种子上方2英寸（5.08厘米）的沟槽表面施用）。由于潜在的植物毒性可能导致发芽延迟或植株稀疏，沟内施用方法已不再包含在Xyway? LFR?的标签说明中。本研究的目的包括：i）比较氟啶胺与其他杀菌剂的迁移性和半衰期；ii）实证研究其在播种时通过土壤施用的迁移情况；iii）评估不同施用方法（沟内施用、2x2法和2x0法）对灰叶斑病和北方玉米叶枯病的防治效果。
蒸腾流浓度因子（TSCF）和杀菌剂半衰期
蒸腾流浓度因子（TSCF）是一个比率，用于描述农药被植物根系吸收并在蒸腾流中运输的效率（Briggs等人，1982）。TSCF的最大值为1.0，表示该杀菌剂具有高度迁移性（Shone和Wood，1974）。计算TSCF值需要Kow值，即pH 7和20?C条件下非离子化合物的辛醇-水分配系数（Lewis等人，2016）。
蒸腾流浓度因子（TSCF）和杀菌剂半衰期
TSCF值随log Kow值的降低而增加。氟啶胺和prothioconazole（FRAC 3）的TSCF值分别为0.702和0.769，表明这两种杀菌剂在根系吸收方面具有较高迁移性（图1）。总体而言，TSCF值范围从0.029（penthiopyrad，FRAC 7）到0.769（prothioconazole，FRAC 3）。氟啶胺在田间的半衰期约为1,177天（Lewis等人，2016），表明其降解速度较慢。
讨论
在播种时施用如氟啶胺这样的移动性杀菌剂具有吸引力，因为它们可能延迟或消除后期生长阶段施用叶部杀菌剂的必要性。在玉米种植中，后者通常需要使用专门的高喷幅地面喷雾设备或通过飞机、直升机或无人机进行空中喷洒（Mueller等人，2013；Wise等人，2019）。本研究显示，通过三种播种时的土壤施用方法施用的氟啶胺在植物体内被检测到。
资助
本研究部分得到了FMC Corporation、密歇根州玉米营销计划、美国农业部国家食品与农业研究所（Hatch项目1025521）和Michigan AgBioResearch的支持。
作者贡献声明
Martin I Chilvers：写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、方法学设计、研究实施、资金筹集、概念构思。
Nik N Nikzainalalam：写作 – 审稿与编辑、数据分析、数据整理。
J Drake Copeland：写作 – 审稿与编辑、方法学设计、研究实施、数据分析、概念构思。
Adam M Byrne：写作 – 审稿与编辑、方法学设计、研究实施、数据分析、概念构思。
Timothy D Miles：写作 – 审稿与编辑
未引用参考文献
FRAC代码列表，2024；Shone和Wood，1974。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
作者声明以下财务利益或个人关系可能被视为潜在的利益冲突：
Martin Chilvers表示部分资金支持来自FMC公司和密歇根州玉米营销计划。
致谢
我们感谢密歇根州立大学的Christine Vandervoort博士对玉米叶片上氟啶胺含量的测定。本研究部分得到了FMC Corporation、密歇根州玉米营销计划、美国农业部国家食品与农业研究所（Hatch项目1025521）和Michigan AgBioResearch的支持。
