可用于生物农药配方中的助剂案例分享

日期:06-04-2021

 

Daniel Zweifel

陶氏欧洲应用技术负责人

 

摘要

 

本研究中选择了一系列在不同程度上由可再生化学物质制成的，基于直链醇和仲醇的聚氧乙烯醚以及烷基聚葡糖苷的非离子表面活性剂，作为生物农药的配方助剂。研究中对助剂的性能，包括润湿性、接触角、安全性、对真菌和细菌生长的抑制效果等进行了测试。同时，对扩散指数、与玉米叶片的亲和性、生长抑制等关键功能性能参数在6种不同的菌株上进行了评价：植物帕拉伯克霍尔德菌PsJN、内生芽胞杆菌、荧光假单胞菌、单纯芽孢杆菌、绿木霉（真菌）、解纤维素根瘤菌及绿色木霉（真菌）。实验结果表明，表面活性剂的结构对其在生物农药配方中的性能产生一定的影响，对菌株生长的抑制作用表现出显著的差异。与传统杀菌剂相比，本工作中的许多表面活性剂并未表现出明显的抑制菌株生长的现象。然而，个别产品则表现出了对菌株生长的抑制作用，这可能与被测微生物的敏感性以及表面活性剂本身的特性有关。

 

简介

生物防治产品的市场极为复杂，可划分成了许多不同的细分市场。2018年，新上市的生物农药产品数量要比传统的农药产品显著挺升。（Phillips McDougall 2018，《自1960年以来作物保护行业的演变》，5-7）。生物农药不仅能为植物的生长和根系健康提供支持，还可以提高土壤的微生物环境稳定性，同时也能提高植物对特定营养成分的利用和吸收。

 

与常规化学品相比，使用微生物产品具有一定的优势：首先，它们的安全性比目前市场上使用的许多化学制品都要高；其次，它们不会在食物链中累积，靶标生物很少像使用化学制剂时那样产生抗药性。此外，合理研发的生物防治产品不会对生态过程和环境造成不利的影响（Travis R.Glare等人，（2016年）：生物农药的发展和未来机遇。微生物源生物农药，第211至221页。）

 

鉴于生物农药的潜在优势，无论是单独使用还是与传统作物保护产品一起使用，充分了解配方助剂对增强生物农药优势和提高资源效率的作用都至关重要。生物农药配方需要具备良好的储存稳定性，此外，在应用中还应具有极高的效率和吸收率。因此，理想的表面活性剂等配方助剂应有效地保持活性成分（细菌或真菌）的活性，且不损坏真菌和细菌的特性，并提高利用率，以充分发挥配方的有益效果。在本文中，我们筛选了一系列可用于生物农药用途的真菌和细菌菌种，建立了评估相容性的测试方法，并展示了表面活性剂对生物农药配方的影响。该研究工作将有助于生物农药企业对配方助剂进一步筛选及生产放大。

 

材料和方法

 

表面活性剂

在本工作中，选择一系列在不同程度上由可再生化学物质制成的，基于直链醇和仲醇的聚氧乙烯醚以及烷基聚葡糖苷非离子表面活性剂，作为生物农药的配方组分，待选表面活性剂如表1所示。

 

表1：非离子表面活性剂

 

注：典型特性，不可视为产品规格。

 

菌株

从不同的菌株采集物中找到六种市场相关的生物防治或生物肥料菌株（内生芽胞杆菌、单纯芽孢杆菌、解纤维素根瘤菌和绿色木霉：客户样品；植物帕拉伯克霍尔德菌：AIT、绿木霉：DSMZ 1963和荧光假单胞菌：DSMZ 50091）（表2），并对其与助剂体系的相容性进行了检查。

 

表2：用于评估助剂相容性的菌株列表

 

 

将细菌菌株接种在TSA培养皿上，1天后在30°C下收集到pH为7的PBS缓冲液中。将真菌菌株接种在MEA培养皿上，7天后在28°C下收集到pH为5的磷酸盐柠檬酸缓冲液中。将所有表面活性剂在Elix水中稀释为1%（重量比）的浓度。 从Whatman º41滤纸上剪下直径为3 cm的圆形取样片。用棉签将细菌菌株在TSA培养皿上画一个Z字；将培养皿旋转约120°，再画一个Z字。使用棉签将真菌和细菌菌株在MEA培养皿上画一个Z字；将培养皿旋转约120°，再画一个Z字。将取样片浸入表面活性剂溶液中数秒后取出，再等待数秒，等多余的液体排出。将取样片放在琼脂板上，移除取样片下的气泡（图1）。Elix水和DBNPA 20%（Bioban DB20）作为对照。

 

 

图1：使用培养皿进行测试示意图

 

将细菌菌株培养皿在30°C下孵育2天，真菌菌株在28°C下孵育2天。测量取样片周围的抑菌圈（单位为mm）并给取样片上的菌株生长情况划分等级，等级为1级（<10%菌株覆盖）到4级（>60%菌株覆盖）。（图2和表3）

 

结果与讨论

 

结果表明，不同表面活性剂对抑菌圈的大小产生显著影响。本工作中的很多产品并未显示出抑菌作用（表3，以绿色方框表示），而另一些产品则在取样片周围形成了最大5mm的抑菌圈。这种差异可能是由于被测微生物的敏感性以及表面活性剂本身的特性所致。不同的表面活性剂结构可能对活性成分的特性和效果产生一定的影响。作为对比，传统农药的抑菌圈超过了20mm。

图2：含有表面活性剂的取样片在培养皿中图片

 

从实验结果可以看出，加入特定的表面活性剂有助于改善配方的润湿和扩散性能。且实验中未观察到被测助剂有灼烧副作用和大量的微生物抑制效果。所有被测表面活性剂均未对微生物荧光假单胞菌、绿木霉（真菌）、解纤维素根瘤菌及绿色木霉产生抑制作用。同时，被测表面活性剂显示对植物帕拉伯克霍尔德菌PsJN、内生芽胞杆菌和芽孢杆菌具有非常低的抑制性能，其范围在1–5mm不等。ECOSURF™ EH-6仅显示对植物帕拉伯克霍尔德菌PsJN有轻微的抑制作用。内生芽胞杆菌显示TERGITOL™ 15-S-7对其的抑菌圈为5mm，而ECOSURF™ EH-6和ECOSURF™ SA-9对其具有轻微的抑制作用（< 2 mm）。对单纯芽孢杆菌，表面活性剂TERGITOL™ 15-S-7对其有5 mm的抑菌圈，ECOSURF™ SA-9对其有4 mm的抑菌圈，而其它表面活性剂均未显示有任何抑菌圈。令人惊讶的是，如绿木霉和绿色木霉，在测试的很多助剂中均形成了显著的生长覆盖区（>60%）。

 

综上所述，在本文中被测的助剂组分，在生物农药用途中表现出了良好的特性。它们未对微生物的生物活性产生明显的负面影响，因此可作为生物配方系统内的助剂选择（表3）。

 

表3：助剂与菌株相容性试验结果