新型生物助劑活性物質篩選及對除草劑的增效作用

陶波++王立超++張忠亮

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.045

摘要：分析不同酸根、助劑、糖類和微生物代謝產物對氟磺胺草醚的增效作用，明確幾種酸根離子、助劑、糖類和微生物代謝產物對25%氟磺胺草醚水劑300 g a.i./hm2具有增效作用，其中硫酸根、碳酸根、有機硅表面活性劑、殼聚糖、生物多糖、青霉發酵液對25%氟磺胺草醚水劑300 g a.i./hm2增效作用最明顯，通過混用篩選出增效作用最佳的硫酸根、有機硅、生物多糖和青霉發酵液復配形成新型生物助劑3號。采用室內植物生物測定、田間試驗和儀器分析的方法系統探討了新型生物助劑3號對除草劑的增效機制。

關鍵詞：生物助劑；篩選；增效作用；增效機制；除草劑

中圖分類號： S482.4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）10-0174-03

收稿日期：2016-04-11

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2012BAD19B02）。

作者簡介：陶波（1963—），男，黑龍江哈爾濱人，博士，教授，博士生導師，主要從事除草劑生物化學及應用技術研究。E-mail：botaol@163.com。除草劑的大面積應用為農作物增產增收提供保障的同時，也給人類的生命安全和生存環境帶來了巨大的負面影響。在除草劑應用過程中，由于環境差異、部分農藥質量不過關和應用技術不規范等問題，導致除草劑在農業生產上的利用率明顯偏低，農藥浪費嚴重，對環境造成了嚴重的污染[1]。由于加工質量及應用技術等方面的不足，導致除草劑應用劑量過大，藥害發生面積和程度呈逐年擴大、加重的趨勢，雜草產生抗藥性的周期縮短，土壤和水體污染越來越嚴重，除草劑殘留的問題也日益突出，已嚴重影響下茬作物的輪作[2]。因此，如何增加除草劑藥效、提高制劑加工質量、降低除草劑用量已經成為農業生產中亟待解決的問題。解決除草劑使用量過大的方法主要有研發除草劑新品種、混用除草劑、開發應用生物源及礦物源農藥、研發使用新型助劑等[3]。開發和使用新型助劑具有研制和開發周期短、效果明顯、成本低等特點，已成為提高除草劑藥效、降低除草劑使用劑量的有效措施[4]。新型生物助劑作為助劑的新產品，其組合成分、用量還未確定，對除草劑的增效作用、對不同劑型除草劑的增效程度還未見報道[5]。本研究采用溫室盆栽、田間試驗以及儀器分析的方法系統研究幾種酸根離子和生物活性物質對氟磺胺草醚的增效作用，篩選出新型生物助劑的最佳配方，并探討其對除草劑的增效機制。通過本研究不僅能夠降低除草劑的用量與抗性雜草的發生率、減輕環境污染、解決除草劑加工質量問題、提高除草劑藥效，而且豐富了助劑品種，使助劑的發展方向更趨向于安全、環保。

1材料與方法

1.1供試材料

1.1.1供試雜草雜草品種有蒼耳（Xanthium sibiricum）、苘麻（Abutilon theophrasti）、問荊（Equisetum arvense）、野黍（Eriochloa villosa）、稗草（Echinochloa crusgalli）。

1.1.2供試菌種主要菌種有青霉菌（東北農業大學農藥研究室）、黑曲霉菌（東北農業大學農藥研究室）。

1.1.3試劑與藥劑葡萄糖、蔗糖、殼聚糖（濟南海得貝海洋生物工程有限公司）；氯化鈉、硫酸鈉、碳酸鈉、硝酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、25%氟磺胺草醚水劑（大連松遼化工有限公司）。

1.2試驗設計

采用溫室盆栽法，供試土壤為黑土（有機質含量為4%，pH值6.75），供試除草劑25%氟磺胺草醚水劑的用量為 300 g a.i./hm2，噴液量為300 L/hm2，各種酸根離子添加濃度為0.01 mol/L。青霉發酵產物和黑曲霉發酵產物添加量體積分數為6%，有機硅添加量體積分數為0.03%，各種糖類添加量體積分數為0.01%。挑選籽粒飽滿的苘麻種子，在 50 ℃ 水浴中浸泡2 h，置于25 ℃恒溫培養箱中避光催芽，選取長勢相近的露白種子10粒種植于口徑為10 cm的盆中，待長至4～5葉期進行莖葉噴霧處理。另設清水對照，每個處理重復3次。施藥后正常管理，處理后10 d調查并目測防效，15 d調查鮮質量防效。

1.3測定項目與方法

取各單因素的較佳條件，組合后選擇最優的生物助劑3號，研究對氟磺胺草醚藥液表面張力、擴展直徑、干燥時間、最大持留量、雜草葉片吸收的影響[6]。采用全自動界面張力儀測定表面張力，以不加生物助劑為對照，試驗平行重復3次。用微量移液槍取上述藥液 5 μL 滴在載玻片表面，5 min后用顯微鏡測定上述氟磺胺草醚藥液液滴的最大、最小直徑，取二者平均值即為藥液液滴直徑，以不加助劑為對照，每個處理重復3次[7]。計時、記錄液滴完全干燥所需要的時間[8]。剪取苘麻葉片，用萬分之一分析天平稱質量（m0），然后用鑷子夾持，放入藥液中10 s，迅速將葉片拉出液面，垂直懸置，待其不再有液滴流淌時稱質量（m1），用葉面積儀測定葉片的面積（S），計算葉片的最大穩定持留量R（mg/cm2）[9]。重復3次，取平均值。計算公式：R=（m1-m0）×1 000/S。用二氯甲烷沖洗處理葉片表面3次，收集沖洗液，旋轉蒸發至干，乙腈定容至10 mL，過膜，用于高效液相色譜分析[10]。

目測調查時將雜草根據藥效反應癥狀分5級，分級標準：5級，心葉全部枯死；4級，心葉一半至大部分枯死；3級，心葉少量枯死；2級，心葉稍微受害；1級，心葉無明顯藥效反應癥狀，植株株高受抑制；0級，無藥效反應癥狀，與對照植株沒有差異。相關公式：目測防效=∑（各級株數×級數）/（總株數×5）×100%；鮮質量防效=（空白對照區雜草鮮質量-藥劑處理區雜草鮮質量）/空白對照區雜草鮮質量×100%。

2結果與分析

2.1不同酸根離子對氟磺胺草醚增效作用

從表1可以看出，25%氟磺胺草醚水劑300 g a.i./hm2加入CO32-對闊葉雜草苘麻的目測防效增加了5.34%，鮮質量防效增加了4.65%；添加CO32-、SO42-對苘麻的目測防效和鮮質量防效均高于NO3-，且對茼麻的目測防效與其他處理相比具有顯著性差異；CO32-、SO42-對氟磺胺草醚的增效作用明顯高于NO3-、Cl-、HPO42-、H2PO4-。因此，篩選時選取CO32-、SO42-進行新型助劑研究。

2.2微生物發酵產物對氟磺胺草醚增效作用

不同微生物發酵產物可以提高氟磺胺草醚對闊葉雜草苘麻的防除效果。由表2可以看出，添加青霉發酵液可以增加氟磺胺草醚目測防效9.67%、鮮質量防效9.88%，均高于黑曲霉發酵產物。因此，選取青霉發酵液進行新型生物助劑的研究。

2.3不同種類助劑對氟磺胺草醚藥效的影響

由表3得出，有機硅助劑對氟磺胺草醚的增效作用顯著好于甲酯化植物油和非離子表面活性劑。因此選取有機硅表面活性劑用于新型生物助劑研究。

2.4生物糖類對氟磺胺草醚增效作用

由表4可以看出，添加殼聚糖、生物多糖對苘麻的目測防效和鮮質量防效均顯著高于蔗糖和葡萄糖；殼聚糖、生物多糖對25%氟磺胺草醚水劑300 g a.i./hm2的增效作用明顯高于蔗糖和葡萄糖，但是殼聚糖與其他因素混配后效果不及生物多糖。因此，選取生物多糖來進行新型生物助劑的配方篩選。

2.5生物助劑3號增效機理

2.5.1生物助劑3號對氟磺胺草醚藥液表面張力的影響由表5可知，25%氟磺胺草醚水劑300 ga.i./hm2中加入用量0.01%～0.05%的生物助劑后，藥液的表面張力得到顯著降低，并且隨著新型生物助劑濃度的不斷增加，降低25%氟磺胺草醚水劑 300 g a.i./hm2 藥液表面張力的能力越強。未添加新型生物助劑時，25%氟磺胺草醚水劑300 g a.i./hm2藥液相比自來水表面張力降低幅度為20.12%，添加生物助劑后25%氟磺胺草醚水劑 300 g a.i./hm2藥液的表面張力降低幅度均提高到65%以上。

2.5.2生物助劑3號對氟磺胺草醚藥液擴展直徑的影響除草劑藥液擴展直徑越大，除草劑的展布性越好，越有利于藥液在雜草葉片鋪展，促進葉片對藥液的吸收。由表6可以看出，添加0.01%新型生物助劑時，25%氟磺胺草醚水劑 300 g a.i./hm2 藥液擴展直徑比單劑增加34.15%，具有顯著性差異；添加0.05%新型生物助劑時，可明顯增加擴展直徑92.68%。

2.5.3生物助劑3號對氟磺胺草醚藥液干燥時間的影響在外界環境相同的情況下，藥液干燥時間越短說明葉片吸收除草劑的速度越快。由表7可以看出，添加0.01%新型生物助劑時，25%氟磺胺草醚水劑300 g a.i./hm2藥液干燥時間比單劑降低40.93%，具有顯著差異；添加0.05%新型生物助劑時， 25%氟磺胺草醚水劑300 g a.i./hm2藥液干燥時間比2.5.4生物助劑3號對氟磺胺草醚藥液最大持留量的影響最大持留量是指葉片對藥液的最大承受能力。由表8可知，新型生物助劑能夠增加25%氟磺胺草醚水劑 300 g a.i./hm2 藥液在苘麻葉片上的最大持留量，隨著新型生物助劑用量的不斷增加，最大持留量也逐漸增加。添加001%新型生物助劑時，25%氟磺胺草醚水劑 300 g a.i./hm2 藥液最大持留量比單劑提高了42.62%，具有顯著性差異；添加005%新型生物助劑時，可明顯提高最大持留量73.77%。因此，新型生物助劑能夠顯著提高雜草葉片對氟磺胺草醚藥液的最大持留量。

2.5.5生物助劑3號對雜草葉片吸收除草劑藥液的影響隨著藥液處理時間延長，苘麻葉片對氟磺胺草醚藥液的吸收率也逐漸提高。在氟磺胺草醚藥液中添加生物助劑3號能夠明顯提高苘麻葉片對氟磺胺草醚的吸收。隨著時間增加，生物助劑3號對氟磺胺草醚的吸收促進率增加更明顯，處理 24 h 后，可發現苘麻對氟磺胺草醚的吸收率僅為19.49%，加入生物助劑3號的氟磺胺草醚的吸收率可達到55.37%，可提高2.84倍（圖1）。

3討論

除草劑助劑能夠促使除草劑從高用量降至低用量，在差異環境條件下充分發揮除草劑的活性與效果，從而達到減少除草劑使用量、降低使用成本、提高經濟效益，同時有利于生態環境的目的[11]。第1個應用的除草劑助劑為肥皂液，可以用來提高砷制劑對雜草的毒性。1900年以前，生產常用的除草劑助劑為動物油制肥皂，隨后研究糖與膠用作除草劑的黏

著劑，其后研究開發了多種助劑[12]。近年來，除草劑的大面積應用給環境造成了不可挽回的污染，人們開始認識到環境保護的重要性，因此如何降低除草劑污染成為亟須解決的重要問題[13]。但是目前除草劑開發難度大，活性物質研發困難，新結構的除草劑鮮有報道。因此，助劑憑借在除草劑劑型加工及使用中的顯著作用，開始引起人們的廣泛重視，開發能夠顯著增加藥效，且對環境和作物友好的新型生物助劑將成為助劑發展的新方向[14]。

本試驗通過研究酸根離子及微生物代謝產物對氟磺胺草醚的增效作用，篩選出活性最高的幾種物質用于新型生物助劑的研究開發，并研制出增效作用最明顯的生物助劑3號。

4結論

確定幾種酸根離子、助劑、糖類和微生物代謝產物對25%氟磺胺草醚水劑300 g a.i./hm2具有增效作用，其中硫酸根、碳酸根、有機硅表面活性劑、殼聚糖、生物多糖、青霉代謝產物增效作用最明顯。

篩選出新型生物助劑，由有機硅、生物多糖、青霉發酵液和硫酸根組成的生物助劑3號對25%氟磺胺草醚水劑 300 g a.i./hm2 增效作用最突出。

通過增效機制研究表明，生物助劑3號能夠顯著降低25%氟磺胺草醚水劑300 g a.i./hm2藥液的表面張力和干燥時間，增加擴展直徑和最大持留量。采用儀器分析的方法研究溫室盆栽條件下生物助劑3號對除草劑吸收的影響，結果表明生物助劑3號能夠明顯促進植物對除草劑的吸收。

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