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禾大:如何提升微生物制剂的效果—选择合适的剂型

来自话题:#助剂技术
2022-08-19
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禾大欧洲有限公司作物保护部门市场应用专家 Anna Higley

 

简介  


自2014年以来,生物农药市场的年复合增长率为9.2%,大大超过了整个作物保护市场的年复合增长率,这一领域的发展主要依靠生物刺激剂和微生物制剂市场来带动。尽管人们对可持续发展的解决方案的要求越来越高,但在植物保护产品中,生物农药占比仅为2%左右(数据来源:Agbioinvestor,2021)。目前生物农药在市场应用方面存在许多限制因素,比如:配方成本和生产成本昂贵、储存稳定性差、易受环境条件影响以及药效问题等。

对于渴望开发生物产品市场、倡导生物解决方案设计与研制的企业来说,禾大是你们重要的合作伙伴。我们将在本文就如何开发微生物制剂、优化制剂以获得最佳生物效能等方面展开探讨,为您提供强大的产品解决方案。

了解微生物


真菌和细菌是用于农业市场中的两种主要微生物。将真菌和细菌与化学合成农药搭配使用,或取代化学合成农药, 可起到促进作物生长、控制病虫害的作用。真菌和细菌虽然在应用方式上相似,但二者的细胞结构有所不同,所以它们在制剂中和田间应用中的表现也存在差异。微生物的化学成分和物理形态将决定如何提高生物效能最为适合。充分了解这些影响因素对成功研发制剂非常重要,它将有助于您优化制剂的生物效能以及制剂在田间应用中的有效利用率。

 

细菌是单细胞微生物,根据其细胞壁的厚度大致可分为革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌。革兰氏阴性细菌(如假单胞菌)的肽聚糖细胞壁较薄,外包荚膜。而革兰氏阳性细菌芽孢杆菌的肽聚糖细胞壁较厚,无荚膜。有些细菌能够形成孢子(一般是革兰氏阳性细菌),性状稳定,因此易于配制。孢子携带无性繁殖形式中的所有遗传信息,这些信息处于休眠状态,这样可保护遗传信息免受外部应激(比如极端温度)的影响。孢子能够在适宜的环境中萌发,使遗传信息得以表达,从而发挥生物效能。非孢子形成的细菌由于其遗传信息未得到保护,所以对外部环境更为敏感。

 

真菌可以是单细胞或多细胞的微生物;其细胞壁主要由几丁质和葡聚糖组成。真菌具有酷似革兰氏阳性细菌的特征,其结构中的分生孢子和孢子等具有抗逆性,一般来说,其环境敏感性低于革兰氏阴性细菌。

 

微生物不同菌株的差异性也会给制剂开发带来挑战,比如不同菌株对表面活性剂杂质、对水分含量或对催化剂残留物的敏感性各有不同。因此,我们对微生物的特定菌株了解得越多,就越容易选择合适的制剂类型和表面活性剂组合,来满足不同菌株的需求。我们可以选择除去了催化剂残留物的超级纯化表活,也选择超低含水率的表活,从而得到无水且稳定的制剂体系。


选择最佳制剂类型


微生物的形态结构具有很强的疏水性。对于固体粉末形式的微生物来说(例如毛霉菌),在水中稀释时不易润湿,可能导致材料分散不均匀,大田应用效果不理想等。因此,微生物制剂选择合适的制剂类型至关重要。

如果制剂本身含有水分,会促使休眠孢子过早萌发,这样会降低微生物在施用时的活性,因此不能选择含水量较高的液体制剂(如水悬浮剂SC)。油悬浮剂(OD)和可湿性粉剂(WP)为无水制剂环境,孢子在储存期间不易萌发,适合制作微生物制剂。油悬浮剂具有独特优点:易于使用,在制剂的连续相中容易加入增效剂。然而,油悬浮剂的配方设计较为复杂,通常需要多种表面活性剂。选择合适的表面活性剂对于研发来说至关重要,因此,这些表面活性剂必须具备以下特性:


·   对微生物无毒性

·   在应用中具有增效作用

·   确保生物活性和物理稳定性

·   满足微生物的要求-低水分、高纯度

·   满足市场需求——100%源于可再生生物基,适合申请有机注册

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图1:理想的表面活性剂搭配--OD制剂及其稀释液

 

兼容性和活性测试 


制剂类型确定后,我们需要进行表面活性剂筛选,并评估其对微生物活力的影响。活性测试是制剂开发过程中必不可少的环节。禾大推荐多种微生物活性测试方法来确保微生物制剂具有最佳稳定性。微生物活性测试包括:

      

·   抑菌圈法或Kirby-Bauer测试 - 该测试是以一种快速简易的方法来分析不同成分对微生物的影响,通过目测对微生物在琼脂平板上的生长抑制情况进行评估。


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图2:抑菌圈法测试结果显示,对照品未见生长抑菌圈,而表活处理上可观察到明显抑制生长的抑菌圈。

 

·   菌落形成单位计数(CFU)- 该方法用于确定制剂中微生物的浓度,从而测定与制剂接触后能够产生菌落的微生物数量。通过这种方法可以推断产品在不同环境条件下的保质期。

·   分生孢子萌发试验(CGT)(直接成活率法)-该方法专用于真菌分生孢子。与前两种分析方法相比,通过这种方法可以获得样品中有活性分生孢子数量的准确数值。
禾大在其巴西的产品生测中心定期对这些方法进行进一步的补充性田间药效测试。

 

提高油悬浮剂研发效率


为提高研发效率,禾大为微生物制剂开发了三种不同的基础配方,适用于不同油相体系。您可以根据微生物的独特要求然后选择不同的基础配方。对开发微生物制剂来说,这些基础配方是很好的起点,在完成初步的兼容性测试后可再进一步优化。

我们选用了毛霉菌和芽孢杆菌作为实验对象,对基础配方中的表活进行了测试,筛选出与不同微生物都兼容的表面活性剂,以确保其应用的多样性。图3和图4兼容性测试结果(抑菌圈法)表明以下表面活性剂具有良好的兼容性。


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图3: 芽孢杆菌与(从左到右)Atlox™ 4916, Atlas™ G-1086, Tween™ L-1505, Tween™ 22, Atlox Rheostrux™ 200。将滤纸用10 % w/w的表面活性剂稀释液浸湿,并置于接种了芽孢杆菌的琼脂平板上。


image.png 图4:毛霉菌与(从左到右)Atlox 4916, Atlas G-1086, Tween L-1505, Tween 22, Atlox Rheostrux 200。将滤纸用10 % w/w的表面活性剂稀释液浸湿,并置于接种了毛霉菌的琼脂平板上。

使用禾大基础配方来筛选的主要优点是可大大缩短制剂研发时间,也适合研发经验有限的初级人员,因为以下几点:


  • 配方与常规微生物具有非常明确的兼容性

  • 配方针对不同油相,初步确定表面活性剂种类和配比,提高筛选效率

  • 基础配方经过反复实践与验证


欲了解禾大油悬浮剂基础配方的详情,请联系禾大销售代表,我们将提供明确指导和鼎力支持,您也可访问我们的作物保护网站 (https://www.crodacropcare.cn)获取免费样品及产品信息。

 

结束语


禾大是特种化学品的供应商;在分子设计、制造和应用方面拥有丰富的专业知识,因此禾大能够向您提供丰富的材料,有助于配方设计师拓展思路,设计出新颖创新的解决方案。生物学与化学团队间通过展开跨职能合作,让配方设计师能够根据自己的需要设计出完整的输送系统,并进一步开展研发。禾大愿通过与您互相支持与合作,拓展微生物制剂市场。


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