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微生物农药助剂的挑战、机遇和最新成果 qrcode

2020-06-22

世界农化网中文网报道:

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作者:顾红艳,  Katja Skrabania, Daniela Kruse,  Rene Haensel at Evonik


近年来,随着消费者对农药残留的日益关注以及法规对生态环境保护的进一步强化,越来越多作物保护研发开始转向开发生物解决方案。因农药长期重复使用导致的病虫草害“抗性”问题,目前更多的解决途径还是通过使用不同杀灭机理的药物作为补充或替代来进行。生物农药产品的由于其作用机理与主流的化学农药不同,因此也成为了与化学农药复配或作为替代品的首选。基于上述需求以及全球范围内部分化学农药的逐步被淘汰的现状,生物农药的发展进一步加速。据BCC research的估计,目前生物农药的全球复合增长率为14%(2017-2022),大大超过了传统化学农药增长率。


生物农药包括:微生物农药、植物嵌入式杀虫剂/转基因生物、信息素类物质等。决定生物农药作用效果的,除了其活性物质特性之外,其存储稳定性、靶标准确性、传输效率,以及在靶标物上的持留时间等也是很重要的因素。为便于使用或提高效果,微生物农药一般以制剂的形式出售(如WP,OD等),这些制剂中往往需要添加一些提高润湿、分散等功能的助剂产品。而对于微生物农药,研究或应用阶段还需特别注意一个非常重要的前提:即活性物质的成活率和成活时间。目前市面上的助剂以化学合成的表面活性剂为主,如果选择使用不当,很有可能导致微生物活性降低、甚至完全失效。因此微生农药对助剂产品的应用提出了更高的要求,同时也为助剂的开发带来了新的需求和方向。


虽然生物农药天生自带很多光芒,并获得了多国政策的大力支持,但在很多种植者的心目中,生物农药还是不如化学农药来得快速有效,因此用户对生物农药大多仍持观望心态。要让生物农药要提高其在农业领域的被接受程度,恐怕打铁还需自身硬,唯有通过令人满意的效果和便利的操作条件才能最终征服消费者。研发新活性成分虽然是提升药效的重要途径,但是新药的开发往往需要非常漫长的研发周期,而且只有特定的企业可以从事相关研究。相比之下,通过助剂配方的优化创新,不仅技术开发周期相对较短,而且可以在下游从多方面应用层面同时开展技术研究,不失为另外一种高效解决途径。

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赢创集团看好生物技术的发展前景,在近几年投入了大量的资金和资源,开展针对微生物农药的配方技术优化研究。在大量实验基础上,赢创农化配方实验室已摸索出相关技术诀窍并已开始在美洲地区将技术逐步商业化。今年,赢创决定在亚太区开始上市并推广BREAK-THRU®系列微生物友好的专用助剂系列,这些最新的创新技术在优化微生物农药的传输和作用方式,显著改善生物农药的功效的同时,还可以帮助延长微生物农药活性物质的存活时间。赢创的BREAK-THRU®系列农化助剂是全球植保行业行业较为知名品牌,涵盖了润湿剂、渗透剂、消泡剂、分散剂和乳化剂等多个种类,在桶混和配方制剂中发挥着独特的功能并已被广为使用。

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延长微生物制剂的存储时间


评价微生物产品品质的一大指标是生物活性。生物活性成分在生产过程中或下游加工时,会因生长条件和下游加工条件不理想而导致不同程度的损失。针对不同微生物的特性特点,通过选择适宜的配方和且安全的助剂,可大大降低微生物的活性物损失程度和速度。不同微生物种类对存储条件的依赖程是不一样的,所以我们应该根据具体微生物种类极其敏感因子给出针对性的解决方案。以真菌孢子类产品为例:哈茨木霉、分生孢子囊菌、玫瑰景天菌和金龟子绿僵菌等,其存活的关键控制因素是水。在干燥条件下,真菌孢子可以减少新陈代谢,并在休眠状态下生存。而实际应用条件下,很难保证存储条件是在绝对干燥的状态,因此商品化的真菌孢子产品很难保证休眠状态下的孢子的完全复活率。为保证最大生物活性,许多市面上的真菌孢子产品需要冷冻或低温储存,且保质期一般不超过12个月。


为找到适合哈茨木酶孢子的最佳助剂,我们用多种BREAK-THRU®产品作为液体载体结合哈茨木酶制备了低粘度的浓缩液,在40°C下进行了为期4周的加速存储试验,并分别与市售WP制剂和纯孢子的活性作对比。测试结果如图1所示。上述实验中使用的助剂为BREAK-THRU®SP 133、BREAK-THRU®S 301和BREAK-THRU®S 255。其中,BREAK-THRU®SP 133是一种生物来源的、可生物降解的聚甘油酯类产品,可被用于有机农业(获得OMRI和FiBL认证);BREAK-THRU®S 301是一种聚醚改性三硅氧烷,其特定聚合方式和聚合度使其具有超级润湿功能同时还可以实现可生物降解;BREAK-THRU®S 255是一种聚硅氧烷,也是一种超级润湿剂,但更适合于油基配方。如图1所示,在40摄氏度下经历3-4周存储后,纯哈茨木酶孢子存活率分别从72%降低到了8%和2%,而市售哈茨木酶可湿性粉剂(WP)在3周后的存活率就仅剩1-2%,比相同条件下纯孢子的活性还低。当哈茨木酶孢子分散在BREAK-THRU®SP 133中,同样条件下经历4周后,孢子的存活率仍有12%;当与聚醚硅氧烷结合时(BREAK-THRU®S 301和BREAK-THRU®S 255),哈茨木酶孢子在热储4周后的存活率增加到30-40%。这就说明助剂的选择对真菌孢子类产品的活性影响非常大。另外需要补充说明的是,本实验中的BREAK-THRU® 产品具有双亲性能,将其与孢子产品结合制成浓缩分散液后很容易在水中稀释并在稀释液中更加稳定,通过喷雾施用时更方便高效(见图2)。

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图1: 以BREAK-THRU® SP 133, BREAK-THRU® S 301 和 BREAK-THRU® S 255为载体的哈茨木酶孢子浓缩液与纯孢子、商品哈茨木酶WP,在40摄氏度热储4周内的孢子活性对比


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图 2: 以BREAK-THRU® S 301为液相载体的哈茨木酶孢子分散液(10%)在水中有很好的分散性能

提高在靶标上的定位和持留


叶面喷施农药是经常存在一种现象,即使农药活性物已经被送至病原体附近(如图3所示),但很大一部分产品因漂移、弹射、滑落等途径而损失,导致实际达到靶标的药量太少,无法达到预期防治效果。为减少生物活性物在应用中的靶标准确度和传输效率,我们可以借鉴已知的化学农药助剂增效原理,但同时需要特别注意所选用的助剂的生物相容性,不能对微生物的活性有威胁。另外根据具体应用方式,添加到制剂中(in-can)的表面活性剂的生物相容性要求往往比在桶混(tank-mix)应用中的要求更高,因为表面活性剂在前者中的浓度更高而且相互作用时间一般更长。总体来说,目前针对微生物产品的表面活性剂研究尚不够系统和全面,这也可能就是商业微生物产品很少含有表面活性物质的原因。


据我们的研究发现,萘磺酸盐、磺基琥珀酸盐和一些脂肪醇乙氧基化合物类的表面活性剂可干扰淀粉液化芽孢杆菌孢子的萌发。然而,BREAK-THRU®系列生物相容表面活性剂,可以在不危害微生物活性的前提下,为叶面施用的生物农药提供良好的润湿、沉积、粘附和保持力。比如,超级润湿剂BREAK-THRU®S 301还能够将药剂液体延伸到叶片底面,这种反面润湿效果对保护紫外线敏感的微生物产品特别重要。BREAK-THRU®SP 133具有显著的防漂移效果,可减少叶面喷施生物农药的漂移损失。对于在土壤中应用的生物制剂,BREAK-THRU®S 301和BREAK-THRU®S 255也可以帮助提高湿润性能和活性物质的分布均匀度,但不会促进药剂在土壤中的淋溶损失。

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图3: 液滴到达叶面后的几种表现


生测试验


为证实BREAK-THRU®系列生物相容助剂的增效效果,我们开展了相关温室及田间试验。图4是一个在温室番茄中进行的防治白蝇(烟粉虱)的对比测试结果示例。该实验中用于防治白蝇的生物农药Naturalis® 是一种球孢白僵菌孢子(mycoinsecticide Beauveria bassiana)的油悬制剂。Naturalis® 的推荐用量有两种:单独使用(无助剂)时为2.0 L/ha,结合助剂使用时剂量可降低到1.25 L/ha。通过上述我们实验发现,当使用BREAK-THRU®S 301作为该产品的桶混助剂时,即使在在0.15 L/ha的极低用量下,Naturalis®总体防治效果还能达到与单独使用时最高剂量下的效果水平。然而,当结合含蒎烯结构的助剂施用时,0.55l/ha Naturalis®用量也未能达到前述BREAK-THRU®S 301+ 0.15 L/ha Naturalis®的效果水平。虽然以上两种助剂在实验中虽然均未发现植物毒性,但两者对Naturalis®防治白蝇(烟粉虱)的增效程度还是有显著差别的,BREAK-THRU®S 301提供了更优的综合性能。

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图4: 杀菌剂Naturalis®(球孢白僵菌Beauveria bassiana)单独使用以及结合不同助剂使用时防治白蝇(烟粉虱)的温室实验(GLP)结果


结论


赢创推出的BREAK-THRU®系列生物友好助剂包括润湿、乳化、分散等多种产品,为固态和液态的生物制剂产品提供了多种选择。活性对比测试、温室及田间应用试验结果表明BREAK-THRU®助剂可显著提高微生物农药的防治效果,为微生物防治产品的进一步发展提支持,尤其可以推动生物技术在有机农业中的应用。同时,BREAK-THRU®系列助剂因其特殊的分子结构设计和生产工艺,可帮助提高微生物制剂中活性物的存储时间,降低冷藏或运输条件,为此类产品的进一步推广和普及创造更多有利条件。


如对产品感兴趣请联系:顾红艳博士
                                     邮箱:helen1.gu@evonik.com
                                     电话:139-1618-4219
                                     微信:Helen61794623


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