Hoạt chất trừ bệnh Cymoxanil

Cymoxanil, một hoạt chất trừ bệnh tổng hợp thuộc nhóm cyanoacetamide-oxime, đã nổi lên như một công cụ quan trọng trong lĩnh vực bảo vệ thực vật từ khi được phát hiện và đưa vào sử dụng. Báo cáo đầu tiên về hoạt chất này xuất hiện vào năm 1976, và nó nhanh chóng được thương mại hóa vào năm 1977. Trong suốt nhiều thập kỷ, Cymoxanil đã đóng vai trò không thể thiếu trong việc bảo vệ nhiều loại cây trồng, đặc biệt là cây nho và rau màu, khỏi sự tàn phá của bệnh sương mai.

Hoạt chất này ban đầu được phát triển bởi công ty DuPont, một tên tuổi lớn trong ngành hóa chất nông nghiệp, dưới tên mã nghiên cứu DPX-3217. Tên mã này thường được sử dụng trong các tài liệu khoa học và bằng sáng chế ban đầu liên quan đến Cymoxanil. Ứng dụng ban đầu của Cymoxanil là trong việc kiểm soát bệnh sương mai trên cây nho (gây ra bởi Plasmopara viticola) và bệnh mốc sương trên cây cà chua và khoai tây (gây ra bởi Phytophthora infestans). Đây là những bệnh gây hại nghiêm trọng có thể dẫn đến tổn thất năng suất đáng kể nếu không được quản lý hiệu quả.

Về mặt hóa học, Cymoxanil có tên gọi theo IUPAC là 1-[(EZ)-2-cyano-2-methoxyiminoacetyl]-3-ethylurea (C₇H₁₀N₄O₃) với khối lượng phân tử là 198,18 g/mol.

Gốc chức mang hoạt tính (toxophore) gồm nhóm Cyano (-C≡N) là một nhóm hút điện tử mạnh, nhóm cyano đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường hoạt lực của toàn bộ phân tử. Nó ảnh hưởng đến tính chất điện tử của nguyên tử carbon trung tâm. Nhóm Acetamide (-C(=O)NH-) là "xương sống" của cấu trúc, liên kết các nhóm chức khác lại với nhau và là phần thiết yếu để phân tử có thể tương tác sinh học trong tế bào nấm. Nhóm Methoxyimino (=N-OCH₃) liên kết với nguyên tử carbon trung tâm (carbon α). Nó có vai trò quan trọng trong việc định hình cấu trúc không gian của phân tử và ảnh hưởng đến khả năng liên kết của hoạt chất tại vị trí tác động. Nhóm Ethylurea (-C(=O)NH-CH₂CH₃) cũng góp phần vào hoạt tính chung. Nó ảnh hưởng đến các đặc tính lý hóa của Cymoxanil như độ hòa tan, khả năng thấm sâu và di chuyển bên trong mô thực vật, giúp hoạt chất tiếp cận được vị trí đích hiệu quả hơn. Các nhóm chức toxophore kể trên phối hợp với nhau để làm gián đoạn quá trình phiên mã RNA trong ty thể của tế bào nấm. Khi quá trình này bị ức chế, nấm bệnh không thể tổng hợp protein và năng lượng, dẫn đến ngừng sinh trưởng và bị tiêu diệt.

FRAC (Fungicide Resistance Action Committee) phân loại thuốc diệt nấm dựa trên cơ chế tác động của chúng để hỗ trợ quản lý kháng thuốc. Cymoxanil được xếp vào nhóm 27, nhóm Cyanoacetamide-oxime. Nhóm này chỉ chứa một hoạt chất duy nhất là Cymoxanil.

Tính chất vật lý và hóa học

Cymoxanil tồn tại ở điều kiện thường dưới dạng tinh thể màu trắng đến hồng nhạt, không mùi. Điểm nóng chảy 160-161°C. Nó có độ hòa tan vừa phải trong nước ở 20°C là 890 mg/L, nhưng độ hòa tan trong dung môi hữu cơ cao hơn nhiều methylene chloride: 133,0; acetone: 62,4 g/L; acetonitrile: 57; ethyl acetate: 28; methanol: 22,9 g/L; toluene: 5,29; hexane: 1,85; n-octanol: 1,43 (g/L ở 20 °C). Áp suất hơi 2,0 x 10⁻⁴ Pa (ở 20°C), cho thấy hoạt chất này khó bay hơi. Giá trị pKa là 9,7 cho thấy nó là một axit rất yếu, có nghĩa là trong môi trường có độ pH thông thường của đất và nước (từ 4 đến 9), Cymoxanil dễ dàng thấm qua lớp sáp bảo vệ trên lá và màng tế bào của nấm bệnh, từ đó phát huy hiệu quả phòng trừ nhanh và mạnh.

Cơ chế tác động

Mặc dù đã được sử dụng rộng rãi, cơ chế tác động sinh hóa chính xác của Cymoxanil vẫn đang được nghiên cứu. Tuy nhiên, các phát hiện gần đây đã làm sáng tỏ một số mục tiêu tiềm năng. Một nghiên cứu trên Saccharomyces cerevisiae cho thấy Cymoxanil ức chế sự tiêu thụ oxy và hoạt động của cytochrome c oxidase (CcO) trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Cơ chế được đề xuất là Cymoxanil ngăn chặn sự tương tác của cytochrome c với CcO, cản trở quá trình vận chuyển electron và ức chế hoạt động xúc tác của enzyme này. Một nghiên cứu khác trên cùng mô hình cho thấy Cymoxanil ức chế bơm proton Pma1p và phá vỡ điện thế màng plasma, gây ra sự xáo trộn trong tổ chức lipid-raft và axit hóa nội bào. Thêm vào đó, một nghiên cứu gần đây (2024) cho thấy Cymoxanil có thể ức chế tổng hợp RNA thông qua việc ức chế hoạt động của enzyme dihydrofolate reductase (DHFR), với bằng chứng in silico và in vitro hỗ trợ cho cơ chế này. Các nghiên cứu trước đây cũng chỉ ra rằng Cymoxanil ảnh hưởng đến sự phát triển, tổng hợp DNA và RNA ở Phytophthora và ức chế tổng hợp ATP ở Saccharomyces cerevisiae.

Ở cấp độ tế bào, Cymoxanil ngăn chặn sự hình thành và phát triển của sợi nấm, ức chế sự nảy mầm của bào tử và có tác dụng lên tất cả các giai đoạn của vòng đời lớp nấm Oomycetes, đặc biệt là giai đoạn hình thành túi bào tử và noãn bào tử. Các chi nấm bệnh điển hình mà Cymoxanil có hiệu quả như: Phytophthora, Plasmopara, Peronospora, Pseudoperonospora, Peronosclerospora...

Cymoxanil có tác động tiếp xúc và nội hấp cục bộ, thâm nhập nhanh chóng vào mô thực vật (trong vòng 3 giờ hoặc ít hơn) sau khi phun lên lá và có khả năng di chuyển xuyên lá (thấm sâu) nên không bị rửa trôi bởi mưa sau khi hấp thụ. Hoạt chất này kiểm soát bệnh trong giai đoạn ủ bệnh và ngăn ngừa sự xuất hiện của các triệu chứng. Sau kiểm soát nấm bệnh, Cymoxanil chủ yếu được chuyển hóa thành glycine và sau đó kết hợp vào các thành phần tự nhiên của cây.

Tác động đến môi trường

Cymoxanil bền với thủy phân ở pH 4 và 5, nhưng kém bền ở pH 9 và dễ phân hủy dưới tác động của tia UV trong ánh sáng mặt trời, phân hủy rất nhanh trong môi trường đất. Thời gian bán phân hủy (DT₅₀​) thường dưới 2 ngày, cho thấy nó không tồn lưu lâu trong đất.

Hệ số Freundlich (Kf) thay đổi tùy loại đất nhưng nhìn chung ở mức thấp, phản ánh khả năng liên kết yếu với đất. Hệ số hấp phụ carbon hữu cơ (Koc) khoảng 91-179 L/kg, cho thấy Cymoxanil liên kết yếu với đất và có khả năng di chuyển tương đối cao, có thể có nguy cơ rửa trôi.

Hệ số phân bố octanol/nước (LogKow) khoảng 0,67 (ở pH 5), giá trị này rất thấp, cho thấy khả năng tích lũy sinh học trong các mô mỡ là không đáng kể. Hệ số tích lũy sinh học (BCF) rất thấp <2,2, khẳng định Cymoxanil không tích lũy trong chuỗi thức ăn.

Cymoxanil ít độc đối với cá, ong và côn trùng có lợi.

Độc tính với sức khỏe con người

Cymoxanil thuộc nhóm độc tính thấp. LD₅₀ qua miệng khoảng 1.100 mg/kg bw và qua da khoảng 3.000 mg/kg bw (ở chuột). LC₅₀​ đường hô hấp (chuột, 4 giờ) 5,06 mg/L không khí.

Cymoxanil không gây dị ứng hoặc quái thai ở người khi sử dụng đúng cách.

ADI ở người là 0,013 mg/kg thể trọng/ngày. Đây là lượng Cymoxanil mà một người có thể hấp thụ mỗi ngày trong suốt cuộc đời mà không gây ra rủi ro sức khỏe đáng kể.

Ứng dụng

Cymoxanil có thể gia công cùng các hoạt chất khác như Azoxystrobin, Chlorothalonil, Copper sulfate, Cyazofamid, Fosetyl-aluminium, Mancozeb... thành các dạng thuốc khác nhau:

• WP (Cythala 75 WP; Foscy 72WP; Curzate-M8 72WP)
• WG (One clear 50WG)
• SC (Moltovin 380SC; Pilarzox 255SC)

Cymoxanil được sử dụng rộng rãi trên nhiều loại cây trồng để quản lý các bệnh nấm khác nhau thuộc lớp nấm Oomycetes. Các loại rau thuộc họ cà, họ bầu bí, họ hành thường được xử lý bằng Cymoxanil để kiểm soát bệnh sương mai và các bệnh nấm khác.

Các loại cây trồng khác cũng có thể dùng Cymoxanil để quản lý các bệnh nấm khác nhau thuộc lớp nấm Oomycetes, phụ vào sự linh hoạt của của người trồng. Các loại thuốc thành phẩm cần được khảo nghiệm thực tế trên đối tượng cây trồng, loại mầm bệnh và điều kiện môi trường để có liều dùng phù hợp về sau.

Kết luận

Cymoxanil là một loại hoạt chất trừ bệnh hiệu quả, đặc biệt trong việc kiểm soát bệnh sương mai và bệnh mốc sương trên nhiều loại cây trồng quan trọng ở Việt Nam. Cơ chế hoạt động kép của nó, kết hợp với khả năng nội hấp cục bộ và kháng mưa, làm cho nó nên có giá trị cao cho người trồng.

Tuy nhiên, cần tuân thủ các hướng dẫn về liều lượng và thời điểm ứng dụng tối ưu để đảm bảo hiệu quả và giảm thiểu rủi ro tác dụng phụ đối với môi trường và sức khỏe con người. Việc phát triển tính kháng thuốc là một mối lo ngại tiềm ẩn, đòi hỏi việc áp dụng các chiến lược quản lý tính kháng thuốc như sử dụng Cymoxanil trong hỗn hợp và luân phiên với các loại thuốc trừ bệnh khác. Người trồng nên tham khảo danh mục thuốc bảo vệ thực vật được phê duyệt mới nhất do Bộ Nông nghiệp và Môi trường ban hành và tuân thủ các hướng dẫn an toàn để sử dụng Cymoxanil một cách có trách nhiệm và hiệu quả.