玉米和甘蔗等市场趋于成熟的HPPD抑制剂类除草剂——异噁唑草酮

异噁唑草酮（isoxaflutole）为拜耳作物科学公司于1992年发现、开发和生产的芽前和芽后异噁唑酮类除草剂，1995年在英国布莱顿会议上首先报道，主要用于玉米和甘蔗田禾本科杂草和阔叶杂草，属于对羟基苯基丙酮酸双氧化酶（HPPD）抑制剂类除草剂。该化合物对玉米、甘蔗、甜菜等安全，对环境、生态的相容性和安全性极高。广泛用于芽前或芽后早期防除玉米、甘蔗和甜菜等作物，可防除50多种禾本科杂草和阔叶杂草，用药量75～140 g/ha，如与其他有效成分混用，可以扩大防治谱，不会对下茬作物产生影响。

图 1  异噁唑草酮结构式

异噁唑草酮异噁唑草酮经过20多年的上市，市场也趋于成熟，尤其在玉米田除草方面，已经长期占据着玉米田除草剂和HPPD抑制剂市场中第二的位置，成为取代酰胺类除草剂，以及莠去津等重要的除草剂品种之一。

1.1  异噁唑草酮进展

1996年异噁唑草酮首先在加勒比海的牙买加上市，商品名Merlin®（75g/kg异噁唑草酮WG），并在同年于阿根廷上市，用于玉米田；后在哥伦比亚和巴拉圭取得登记，用于玉米、甘蔗和甜菜作物。其后在西班牙、意大利、捷克、罗马尼亚和斯洛伐克等国取得登记。1998年异噁唑草酮在美国首次登记，用于玉米，但由于使用方式的问题，对部分玉米对玉米造成了药害。为此美国修改了异噁唑草酮的应用方式，并发布了混配指南。1999年在加拿大、印度尼西亚、俄罗斯、泰国、越南等国上市，用于玉米，商品名Balance®（百农思，480g/L异噁唑草酮SC）。2006年杜邦公司开发出了安全剂双苯噁唑酸（isoxadifen-ethyl），与异噁唑草酮在玉米田除草剂复配使用。2007年拜耳公司在英国以Cadou Star®为商品名推出异噁唑草酮，用于饲料及粮食玉米。2011年拜耳和先正达公司达成协议，共同开发耐HPPD抑制剂除草剂大豆市场。

除此之外，异噁唑草酮也作为甘蔗田的除草剂品种，在2013年全球甘蔗田用除草剂销售额中，异噁唑草酮位列第3位（前2位分别为环嗪酮和甲磺草胺）。2016年巴西农化市场在十大甘蔗用农药品种销售额中异噁唑草酮位居第6位。近年来随着具有抗异噁唑草酮性状的转基因植物的逐渐投放，异噁唑草酮的市场再次迎来春天。异噁唑草酮主要用于玉米、甘蔗和果蔬等作物，2016年其在玉米上销售额为1.41亿美元，占其全球市场的64%；在甘蔗上销售额为0.41亿美元，占其全球市场的18.6%；其他果蔬（823万美元）、棉花（298万美元）、谷物（40万美元）田也有少量使用。

在国内到2013年异噁唑草酮尚未在中国登记，直到2014年3月17日专供出口的上虞颖泰精细化工公司98%异噁唑草酮原药获得农业部药检所临时批准登记。目前，异噁唑草酮在中国的登记产品已有19个，其中包括拜耳股份公司的97.2%异噁唑草酮原药及26%噻酮·异噁唑悬浮剂，防除玉米田一年生杂草。江苏中旗、上虞颖泰、江苏省激素所也登记了异噁唑草酮原药等。国内企业登记的异噁唑草酮制剂产品中，既有单剂，也有与莠去津、环丙磺酰胺、苯草醚、三嗪茚草胺、氟噻草胺、特丁津、2,4-滴异辛酯+乙草胺、硝磺草酮+莠去津、噻酮磺隆+环丙磺酰胺等的复配产品。

1.2  异噁唑草酮市场

异噁唑草酮自1996年上市后销售额增长很快，1998年销售额为0.63亿欧元，1999年为0.75亿欧元。2001年异噁唑草酮完成了1亿美元销售额，2003年增至1.20亿美元。其后几年销售额处于徘徊状态，2008年全球销售额为1.10亿美元，2009年为1.05亿美元。2010年迅速上升至1.75亿美元，但2011年略有下降也达到1.65亿美元（其中拜耳公司为1.50亿美元，占90.9%）。2012年其全球销售额又升至新高为1.90亿美元，从2007年～2012年平均销售额增长率达16.1%。2014年全球销售额跨入2亿美元行列（为2.40亿美元），同时位居HPPD抑制剂类除草剂品种销售额并列第2位（第1位为硝磺草酮为6.7亿美元）。

近年来，异噁唑草酮在玉米田市场不仅受到硝磺草酮的竞争，而且还受到几款新颖性强的玉米田除草剂产品如环磺酮（2014年为2.40亿美元）、氟噻草胺（2014年为2.05亿美元）、甲酰氨基嘧磺隆（2014年为1.35亿美元）和苯噻草酮（2014年为0.85亿美元，2018年为1.09亿美元）的竞争和冲击下，2016年全球销售额稍有下降为2.20亿美元（仍位居HPPD抑制剂类除草剂品种第2位，环磺酮为2.10亿美元），从2011年～2016年复合年增长率为5.9%。2018年全球销售额继续增至新高为2.58亿美元，2019年又增至历史最高为2.65亿美元，从2001年～2019年复合年增长率达5.6%，表明该产品成长性是非常好的。

异噁唑草酮在目前最重要的市场在美国和巴西，各占该产品的25%的市场份额；罗马尼亚约占10%的市场份额；此外，还在法国、意大利、西班牙、德国、英国、俄罗斯、斯洛伐克、澳大利亚、阿根廷、巴拉圭、哥伦比亚、加拿大、中国、印度尼西亚、泰国、越南等许多国家销售。其在玉米市场保持着难以动摇的市场地位，在HPPD抑制剂类除草剂市场中也占据第2的位置（2019年环磺酮全球销售额为2.45亿美元）。

2.1  异噁唑草酮作用机理

异噁唑草酮是HPPD抑制剂类除草剂的重要一员，HPPD抑制剂类除草剂通过催化对羟基苯基丙酮酸进行氧化脱羧作用转化为尿黑酸，然后尿黑酸甲基化与异戊烯化，形成生物氧化反应中所需的类异戊二烯醌，如质体醌。异噁唑草酮对HPPD抑制是由于八氢番茄红素去饱和酶辅因子质体醌耗尽，导致对（由于保护光合作用）类胡萝卜素的合成受抑制，破坏叶绿素的形成，因而杂草产生白化效应，导致植株死亡。

异噁唑草酮本身无活性，经植物的根部和叶面吸收，通过韧皮部与木质部传输至整个植株，其噁唑环迅速裂解，形成二酮腈起杀草作用。其后二酮腈在杂草植株内进一步缓慢代谢为无活性的苯甲酸，而在玉米体内此种代谢作用迅速，故不伤害玉米，这是其选择性的基础。虽然，异噁唑草酮本身无活性，但在使用中它却优于二酮腈，这是由于它被杂草吸收及在植株内积累均显著优于二酮腈，这与两者的物理化学性质特性有关。

异噁唑草酮的亲脂性强，在植株内比二酮腈分布更迅速；它在土壤中被吸收数量比二酮腈要高5～6倍，而二酮腈的物体态是阴离子，而在土壤中pH，比起非离子态的异噁唑草酮更易降低其对根的吸收。与在植株体内一样，异噁唑草酮在土壤中也会迅速转变为生物活性代谢物二酮腈。通常pH、温度和湿度会影响其代谢速度，随pH、温度和湿度的上升，代谢速度加快。

2.2  特点

（1）内吸传导作用：异噁唑草酮是一种有机杂环类选择性内吸型面前除草剂，主要经由杂草幼根吸收传导后引起杂草白化失绿致死亡起作用，并能在植株和土壤中能快速代谢。

（2）应用作物多，防治杂草谱宽：异噁唑草酮广泛用于芽前或芽后早期防除玉米、甘蔗、甜菜、果蔬、棉花、谷物等作物田。可防除50多种禾本科杂草和阔叶杂草。

（3）潮湿的条件下用药，可以获得最佳效果：异噁唑草酮在玉米田使用后，杂草不发芽，或者产生白化。研究表明，滞留在土壤表层的异噁唑草酮，一旦遇到降雨或灌溉，可以再次“激发”其除草活性，具有其他除草剂所没有的二次杀草特性。甚至对4～5叶期的敏感杂草也能起到杀伤和抑制作用。

（4）持效期长：异噁唑草酮在种植前使用，可以提供8～10周的持效期。

（5）基本无残留，对后茬作物没有不良影响：异噁唑草酮药剂在水溶液中光解半衰期约为40h，在土壤中的半衰期也比较短，通常在4个月后基本无残留，因此对后茬作物没有不良影响。

（6）复配和混配产品多：尤其是安全剂环丙磺酰胺（cyprosulfamide）的加入不仅提高了产品对作物的安全性，而且拓宽了用药适期。

据异噁唑草酮的结构特点，合成的关键有2个，一是苯环侧链甲硫基的引入以及成砜顺序，二是杂环异噁唑的合成。合成方法分为前氧化法和后氧化法两类。

3.1 前氧化法

该法是在成环之前先将甲硫基氧化成砜，首先合成1-环丙基-3-（2-甲基磺酰基-4-三氟甲氧基苯基）丙-1,3-二酮，再经一步或若干步制得目标产物异噁唑草酮。其合成方法如下：

图 2  前氧化法的三种方法

3.2 后氧化法

首先合成环丙基-4-（2-甲硫基-4-三氟甲基）苯甲酰异噁唑，再在最后一步将甲硫基氧化成砜得到目标产物异噁唑草酮。其合成方法如下：

图 3  后氧化法的三种方法

4.1  理化性质

原药外观为灰白色或浅黄色固体，熔点140℃，相对密度1.42（20℃）。溶解度：水中6.26 mg/L（pH 5.5，20℃）；有机溶剂（20℃）：丙酮293 g/L，二氯甲烷346 g/L，乙酸乙酯142 g/L，正己烷0.10g/L，甲苯31.2 g/L，甲醇13.8 g/L。

稳定性：在54℃热贮14 d稳定，对光稳定。水解半衰期DT50分别为11 d（pH 5）、20 h（pH 7）、3 h（pH 9）。水中光解半衰期DT₅₀为40 h。

毒性：据中国农药毒性分级标准，异噁唑草酮属低毒除草剂。原药大鼠急性经口LD₅₀＞5 000 mg/kg，兔急性经皮LD₅₀＞2 000 mg/kg。大鼠吸入LC₅₀（4 h）＞5.23 mg/L，对兔皮肤无刺激，对眼睛有轻微刺激，无皮肤致敏性。NOEL值：2年大鼠2 mg/(kg·d)。无诱变性、无神经毒性。

生态毒性：鹌鹑和野鸭急性经口LD₅₀（14 d）＞2 150 mg/kg，饲喂LC₅₀（8 d）＞5 000 mg/kg，虹鳟LC₅₀（96 h）＞1.7 mg/L，蓝鰓翻车鱼＞4.5 mg/L。水蚤LC₅₀（48 h）＞1.5 mg/L。羊角月牙藻EC₅₀ 0.016 mg/L。美洲牡蛎EC₅₀（96 h）3.4 mg/L，糠虾18 μg/L。蜜蜂LD₅₀（经口和接触）＞100 μg/只，1000 mg/kg时对蚯蚓无毒。对水生动物、飞禽、害虫天敌安全。原药慢性毒性对哺乳动物没有致畸作用。制剂急性毒性鼠经口LD₅₀＞5 000 mg/kg，兔经皮LD₅₀＞2 000 mg/kg。鼠吸入LC₅₀＞5.26 mg/L。

4.2  剂型

异噁唑草酮国外主要加工剂型有：悬浮剂（4.0%、240 g/L、480 g/L），水分散粒剂（75%和80%）等。复配制剂有：75 g/ L异噁唑草酮+500 g/ L苯草醚（aclomifen）SC、5 0g/ L异噁唑草酮+500 g/ L莠去津SC、51.5 g/ L异噁唑草酮+528.5g/ L氟噻草胺SC、37.5 g/ L异噁唑草酮+375g/ L特丁津SC等。 

异噁唑草酮不仅以单剂产品销售，其复配制剂也发挥了十分重要的作用。目前全球大农药公司绕围除草剂的保护剂和专用助剂应用方面开拓了除草剂研发新领域，尤其是拜耳公司在异噁唑草酮中使用安全剂；不仅提高了该产品对作物的安全性，也拓宽了用药的适期；而与其他农药有效成分的复配，既扩大了防治谱，也可降低异噁唑草酮的用量。

在众多异噁唑草酮的复配制剂中，最为重要的是异噁唑草酮与噻酮磺隆及安全剂的三元复配产品Corvus®于2009年在美国和罗马尼亚首先上市，就获得好评。即使在反常的气候条件下，它的使用依然能取得很好的控草效果，通常降雨会影响除草剂的使用效果，但Corvus®产品使用后一直能发挥其药效。因为Corvus®产品除了具有触杀和持效作用外，还有一个更重要的特性，使用后降雨可以被再次活化，因此相对于其他除草剂产品有了无比绝伦的优势。

2014年拜耳公司推出含有安全剂cyprosulfamide（对异丙基甲苯磺酰胺）的加入到315g/L异噁唑草酮·噻酮磺隆悬浮剂产品，是一种全新的玉米田除草剂。其特点是对玉米及下茬作物如小麦、大麦、大豆、马铃薯、油菜、菠菜、大蒜等安全；致死速度快，具有二次杀草作用，持效期较长。

在异噁唑草酮加工剂型中，悬浮剂是其主要产品。如李钒等研制20%异噁唑草酮悬浮剂。采用流点法初步筛选20%异噁唑草酮悬浮剂的润湿分散剂，再通过对润湿分散剂、增稠剂、抗冻剂、消泡剂的筛选。确定20%异噁唑草酮悬浮剂的最佳配方为：异噁唑草酮原药（含量98%）20%（折百）、润湿分散剂SP-SC3266（江苏擎宇化工科技公司）4.00%、黄原胶0.20%、丙二醇4.00%和去离子水71.30%。制得的20%异噁唑草酮悬浮剂样品经稳定性测定，20%异噁唑草酮悬浮剂冷、热贮的悬浮率达到94.30%以上，≤5 μm的粒径高于96.1%，析水率几乎为0，泡沫体积10～12mL，pH值稳定在7.4～7.5之间，黏度在590～610 mPa·s ；制剂倾倒性好，热贮和冷贮前后差异不大。

如刘志航等进行了27%硝磺草酮·异噁唑草酮·莠去津悬浮剂配方的研制，通过对润湿分散剂、增稠剂、防冻剂、稳定剂、防腐剂、消泡剂等助剂的筛选，最终确定的配方为：硝磺草酮（原药含量97%）5%（折百）、异噁唑草酮（原药含量97.2%）2%（折百）、莠去津20%（折百），润湿分散剂1287（南京太化公司）2%、G5000（禾大公司）1.5%、T36（索尔维公司）0.5%，稳定剂XH-S 1.5%、YE-S 1.5%，2%黄原胶 5%，硅酸镁铝0.5%，丙三醇5%，有机硅消泡剂630（亨斯曼公司）0.5%，水补足100%。得到制剂样品无析水、膏化、结块现象，经检测各有效成分含量显示：硝磺草酮、异噁唑草酮、莠去津分解率分别为2.67%、3.28%、1.39%，分解率均小于5%。悬浮率测定分别为96.02%、95.78%和95.28%。冷贮稳定性合格和经（54±2）℃热贮14 d及常温2年贮存后，制剂外观为乳白色粘稠状均匀悬浮液，无明显分层现象。pH值4～7，持久起泡性和倾倒性测定均合格。粒径测定，平均粒径为0.693μm，分布区间在0.0112～3.679 μm；表面张力测定为26.44 mN/m。

目前国内登记的异噁唑草酮原药有4家，即拜耳股份公司（97.2%），上虞颖泰精细化工有限公司（98%），江苏中旗科技股份有限公司（97.2%）和江苏省农用激素工程技术研究中心有限公司（97%）。登记的单剂产品：悬浮剂以20%异噁唑草酮SC为主（如河北賽瑞德、山东科賽基农、海尔利药业和青岛清原农冠等），还有28%异噁唑草酮SC（山东绿邦）；复配的有34%、50%和53%异噁唑·莠去津SC，27%硝磺草·异噁唑·莠去津SC（海尔利药业），26%噻酮·异噁唑SC（拜耳）。登记的水分散粒剂有75%异噁唑草酮WG（山东滨农和杭州颖泰）；登记的可分散油悬剂产品有72%滴辛酯·乙草·异噁唑OD（登封市金博滨农和杭州颖泰）；登记的悬乳剂有42%精异草·异噁酮·莠去津SE（海尔利药业）。

登记的异噁唑草酮制剂产品均用于防治玉米田杂草，如20%异噁唑草酮悬浮剂，防治春玉米田一年生杂草（青岛清源衣冠抗性杂草防治有限公司）、20%异噁唑草酮悬浮剂，防治玉米田一年生杂草（潍坊先达化工有限公司），75%异噁唑草酮水分散粒剂，防治夏玉米田一年生杂草（杭州颖泰生物科技有限公司）。如复配的34%异噁唑草酮·莠去津悬浮剂，防治玉米田一年生杂草（山东先达农化股份有限公司），53%异噁唑草酮·莠去津悬浮剂，防治春玉米田一年生杂草（河北荣威生物药业有限公司），26%噻酮磺隆·异噁唑草酮悬浮剂，防治玉米田一年生杂草（拜耳股份公司）。

目前国内对异噁唑草酮做了大量药效试验，为在国内推广应用此产品提供市场化依据。

（1）高兴祥等采用室内生物测定和田间效果试验相结合的方法，研究了异噁唑草酮在室内及田间对玉米杂草活性及玉米安全性。室内试验结果表明，异噁唑草酮土壤处理对马唐、稗草、马齿苋和苘麻均有很好的效果，且对玉米安全；其中对阔叶杂草马齿苋和苘麻的效果好于禾本科杂草马唐、稗草。田间试验结果也表明，异噁唑草酮对玉米田杂草马唐、稗草、牛筋草、反枝苋、狗尾草均有很好的效果，且对玉米安全。

（2）何正义等进行了百农思（480 g/L异噁唑草酮SC）等除草剂防除稻田玉米杂草试验。用百农思芽前除草剂，在玉米播种后1 d按推荐剂量喷雾，喷施药液900 kg/hm²，施药后第20 d和第40 d调查各处理的除草效果。结果表明：以使用百农思180 g/hm²的防除效果最好，药后40d对稻田玉米杂草的株防效和鲜重防效达80.69%和98.60%；其次为百农思180 g/hm²+乙草胺1 200 L/hm²混用，药后40 d对稻田玉米杂草的株防效和鲜重防效达78.62%和93.89%。同时也表明，百农思与乙草胺混用施药，可降低百农思的用药量和用药成本。

（3）张佳等曾在文章中将315 g/L异噁唑草酮·噻酮磺隆SC用于玉米田除草，在玉米播后苗前或苗后，亩用制剂量25～30 mL，兑水均匀后喷雾施药。结果表明，对马唐、牛筋草、狗尾草、稗草、野黍、苘麻、苍耳、反枝苋、藜、马齿苋等杂草的防效在95%左右，对铁苋菜防效在80%左右。在试验所用剂量范围内，对玉米及下茬小麦、大麦、大豆、马铃薯、油菜、菠菜和大蒜等作物安全。

（4）左兰通过苗前和苗后两种处理方式,对异噁唑草酮室内除草活性及杀草谱、对玉米的安全性、在作物与杂草之间的选择性等方面进行了初步测定,并进行了异噁唑草酮单剂及其混剂的田间药效试验。结果表明：苗前和苗后两种处理方式，异噁唑草酮单剂及其混剂对玉米田常见禾本科和阔叶杂草的防效很好,除异噁唑草酮在75 g.a.i./hm²剂量下，茎叶处理15 d后对杂草的总体株防效为78.2%,异噁唑草酮其他处理总体株防效以及鲜重防效都在80%以上,异噁唑草酮混用比异噁唑草酮单用时防效好。在推荐用量时,异噁唑草酮对玉米安全性高,异噁唑草酮单剂及其混剂都具有一定的增产效果。

（5）刘煜财等采用茎叶喷雾、定期调查方法进行田间药效试验，以验证26.7%异噁唑草酮·噻酮磺隆SC对春玉米田杂草的药效、杀草谱，及对玉米的安全性。结果表明：该药剂的杀草谱较广，包括一年生禾本科杂草和大部分阔叶杂草。其中对狗尾草、稗草、野黍、苘麻、苍耳、地肤、藜、蓼、龙葵的防除效果较高。施药后15 d调查，对杂草的总株防效为86.6%～99.6%；施药后30 d调查，对杂草的总株防效为89.0%～99.5%，鲜重防效达94.5%～99.9%；施药后45 d调查，对杂草的总株防效为88.1%～98.6%。26.7%异噁唑草酮·噻酮磺隆SC的适宜使用剂量为141.75～165.38 g/hm²，兑水375 L/hm²茎叶喷雾，能达到非常好的防治效果，而且对春玉米安全。

（6）冯文涛等进行了31.5%异噁唑草酮·噻酮磺隆防治夏玉米田杂草试验的研究。试验结果表明，31.5%异噁唑草酮·噻酮磺隆35 mL/667m²可有效防除当他夏玉米田常见杂草，对禾本科杂草的鲜重防效为100%；防除效果高于常用的55%硝磺草酮·莠去津悬浮剂120 mL/667m²；玉米3～5叶期全田喷雾使用安全无药害。

（7）肖春艳用78%扑草净·乙草胺·异噁唑草酮悬乳剂进行了防治花生田杂草田间试验。该药剂为内吸选择性除草剂，试验结果表明：能非常有效的防除花生田一年生禾多年生杂草，对禾本科杂草稗草和马唐；阔叶杂草苘麻、鸭跖草、柳叶刺廖、反枝苋、藜、小飞蓬、牛繁屡、马齿苋等均有好的防效。15d调查该药剂用药剂量150 mL/667m²总株数防效为98.6%，30d调查该药剂用药剂量200、250、300 mL/667m²总株数防效均为100.0%；对照药剂80%扑草净·乙草胺乳油用药剂量为225 mL/667m²总株数防效为98.5%。可以看出，78%扑草净·乙草胺·异噁唑草酮悬乳剂30d株数防效为98.5%以上，说明该药剂持效期长，其最低剂量与对照药剂中量的除草效果相当，说明该药剂对花生田杂草防除有非常高的防效。该药剂对花生各生长期均未见影响，对花生田生长安全可靠。

（8）刘志航等研制了27%硝磺草酮·异噁唑草酮·莠去津悬浮剂配方，并进行了药效试验。田间药效试验结果表明：在玉米播后2～3 d，该产品用量为75 g/667m²和125 g/667m²对玉米田杂草的封闭效果优异。用药后15 d后，封闭效果分别为98.91%和100%，显著优于市面同类产品的75.32%和86.19%。药后35 d，封闭效果仍可达95.46%和98.37%，而对照药剂对杂草防治效果仅为65.42% 和75.38% 。

（9）滕春红等采用温室整株生物测定和田间试验相结合的方法，研究了异噁唑草酮药剂苗后早期茎叶处理对玉米田常见杂草的除草活性及对玉米的安全性。温室试验结果表明：异噁唑草酮药剂对玉米田常见的8种杂草均有较高的除草活性，对玉米安全，可在东北地区玉米田大面积应用。

异噁唑草酮属于HPPD抑制剂类除草剂,是一种既能土壤处理，又能茎叶处理的新型除草剂；广泛用于芽前或芽后早期防除玉米、甘蔗和甜菜等作物，可防除50多种禾本科杂草。对玉米田大多数禾本科和阔叶杂草具有很好的防效,具有杀草谱广、见效快、对作物安全及对环境友好等特点，在部分国家已获得大面积使用。

异噁唑草酮经过20多年的上市，市场也趋于成熟，2019年全球销售额为2.65亿美元，从2001年～2019年复合年增长率达5.6%，表明该产品有非常好的增长性。国内目前已有多家登记异噁唑草酮原药和异噁唑草酮制剂产品，可以在国内玉米、甘蔗、果蔬、棉花和谷物等作物市场发挥其控草作用。尤其在玉米田除草方面，已经长期占据着玉米田除草剂和HPPD抑制剂类除草剂市场中第2的位置，成为取代酰胺类除草剂（甲草胺、乙草胺、异丙甲草胺）以及莠去津等除草剂的主要品种之一。