专论与综述
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收稿日期: 2005-01-11 修订日期: 2005-05-20基金项目: 国家自然科学基金资助(30370942);浙江省科技厅项目(2004C32003,2005C22018)＊通讯作者
生物除草剂剂型研究进展
赵 航, 周勇军, 刘小川, 余柳青
＊
(中国水稻研究所,浙江杭州 310006)
摘要 生物除草剂由于受到生物因素、环境因素和技术因素的影响,使其开发受到一定限制。生物除草剂固体剂型与液体剂型在一定程度上克服了对湿度的依赖性,使其保证了生物活性,使用时在目标植物上能保持湿润,在田间适宜条件下发挥其优良效果;由于若干新型添加剂和先进技术的应用,使其液体剂型得到进一步开发。本文介绍了生物除草剂一些新的固体和液体剂型的研究进展。关键词 农药学; 生物除草剂; 剂型; 植物性活性物质中图分类号 S 482.4
Advances in bioherbicide formulation
ZHAO Hang , Z HO U Yong -jun , LI U Xiao -chuan , YU Liu -qing (China National Rice Research I nstitute ,Hangz hou 310006,China )
Abstract Reducing dew dependence is a principal aim in the formulatio n of many po tential bio herbicides .In the present paper ,the research attempting in part to overcome this problem via the development of novel solid and liquid fo rmulations is described .Ty pically solid formulations must be able to survive the field co nditions and remain inactivated until suitable conditions appear .Liquid formulatio ns have the po tential to function soon after application provided they remain moist on the target plant surface .Several a ttempts to improve w ater -holding capacity in liquid formula tio ns have been ex amined .T he use of multiple emulsions o f w ater in oil has recently show n promise .
Key words pesticide sciences ; bioherbicides ; formula tio n ; phy to -activ e substances
20世纪中晚期,科学家提出利用植物病原菌控制杂草的新观念。当时应用特殊真菌病原体孢子作为真菌除草剂,在可控试验条件下其防除杂草效果受到了科学家们的关注。
自从真菌除草剂Devine ®[1]和Collego ®[2]分别于1981年和1982年在美国注册后,另外6种产品也先后在国际上注册。其中Cam perico ®是细菌除草剂,其剂型研制技术广泛用于同类型产品的研制开发。但与此领域中的研究成本投入相比较,新产品的数量增长缓慢。原因之一是尽管确定了一个对于某种杂草有效并具潜力的新病原菌种,但是其后的研究发展过程却漫长而复杂。因此,能看到相当数量的文章明确了具有潜力的菌种,但却只有相对少的论文报道生物除草剂的规模生产、剂型、贮存和应用等技术,有许多因素限制了生物除草剂的
发展。
1 生物除草剂发展的限制因素
限制生物除草剂发展的因素可分为生物因素、环境因素、技术因素和商业因素。生物限制因素包括寄主的生长变化和抗性增加,这种限制通常在方案实施的早期就被人们所认识,如果其影响较大,则会导致研究的失败;环境限制因素包括温度、湿度等。湿度是最主要的影响因子,它影响生物除草剂的除草效果;技术限制因素包括大规模生产和剂型工艺,这些知识通常超出了杂草学家和病理学家的研究领域,而聘请生物剂型和发酵工艺的工程专家需花费较高的成本;特定的病原菌只能防除特定种类的杂草,使得生物除草剂产品的杀草谱有限,从而影响进入市场。
为了获得对杂草的高感染率,大多数植物病原菌需要在高湿或叶片湿润的特殊时期施用。一些商品除草剂以喷雾方式应用于水田,另一些产品则在机械划伤杂草后,以伤口感染的方式防除杂草。
2 生物除草剂病原菌的感染方式在机械外力划伤杂草后,使用生物除草剂可迅速促使杂草伤口感染,不但克服了病原菌侵染障碍,而且给病原菌提供了湿润的增殖环境。在生物除草剂剂型上,可将接种体与水和少量琼脂混合,BioChon®、S tumpout®、Hakatak®产品都是由真菌孢子制成的胶状、糊状制剂,通过涂抹植物伤口表面使杂草感病。Hakatak®也能够制成颗粒状制剂。
Camperico®制剂是通过伤口接种用于防治冬季杂草[3]。在被割过的区域喷施生物除草剂雾剂,结果表明,接近茎部的伤口越多,效果越好。同样接菌处距伤口愈近,效果愈佳。割过或其他形式如耙过导致的伤口,会增强生物除草剂的杀草效果。伤口接种生物除草剂在控制大型灌木杂树中起到很好的作用。
3 剂型
令人满意的生物除草剂产品,其剂型通常应具有贮藏期长、使用简便、成本低和高效的特点。生物除草剂产品含有活体微生物,对剂型的要求更高。
许多真菌生物除草剂在使用前可以以干孢子粉的形式在常温下贮存1～2年。孢子是在液体或固体基质上发酵培育的,经过机械收获孢子和烘干处理,可加工成孢子粉制剂备用。在近期研究中剂型成为首要问题[4～6],从剂型入手可以减少生物除草剂对露水的依赖。
3.1 固体剂型
许多种谷物被用做真菌生长载体和生物除草剂的生产使用材料,包括稻、大麦、粟、小麦等[7～10]。真菌在其中经过一段时间的培养之后,将培养物质干燥磨碎精炼后使用。
Walker和Connick发明了一种新的方法,将生物除草剂真菌装入藻酸钙胶囊中,真菌繁殖体溶解于藻酸钠溶液,然后将混合液逐滴加入氯化钙溶液中。每滴藻酸钙液滴中包含了真菌繁殖体。干燥后的颗粒可直接作为制剂,也可作为真菌孢子制剂的载体用于其他剂型生产。这种技术已经广泛地应用,并在试验中得到进一步改进[11]。
Connick等研制了另一种新颖的面糊包埋方法[12],称之为“Pesta”。真菌悬液混合了小麦粉和高岭土形成团状,加工压成薄层后制成颗粒。这一技术改进措施包括使用不同的面粉,添加菜籽油、淀粉、叶蜡石、蛭石,或采用不同的压制、硫化床干燥程序等。
Quimby等报道了另一种固体剂型,采用吸水淀粉、蔗糖粉、含水硅石等材料,称为“S tabileze工艺”[13]。Baker等描述的复合包装方法是采用无离子聚合物颗粒,将孢子悬液浸入6mol/L山梨醇,与含5%乙烯聚合物的乙醇混合,在-30℃喷入正己烷中形成颗粒[14]。近期,Chittick等报道在使用Phomopsis sp.防治藏红花蓟时,将菌丝片段制成干粉对水喷雾使用[15]。
固体形式生物除草剂的主要缺点是施用后必须遇到适宜的湿度条件才能使生物除草剂中杂草病原菌生长并感染植物。在此期间杂草病原菌必须能够在田间存活,并要防止蚂蚁搬食。
通常在不需要紧急防除如草原、牧场、自然生态系统中的杂草时,应用生物除草剂固体剂型较为适合。然而对于作物来说,及时防治杂草使灾害降至最低非常关键,生物除草剂的剂型研究重点应放到类似常规喷雾方式应用的除草剂剂型上。
3.2 液体剂型
Collego®是许多有潜力的生物除草剂的发展典范。DeVine®和Collego®这两种除草剂商品都是在生物反应器(发酵罐)中发酵繁殖的。DeVine®产品为液体,贮存期短。而Collego®则是收集孢子干粉制成,喷雾前需重新水化。
最简单的液体剂型是孢子水悬液,通常加入0.1%吐温20做湿润剂。这种制剂通常作为标准对照和新的复杂剂型比较。在病原真菌感染杂草的理想条件下,这种简单的水悬液也可取得良好效果。湿润剂如吐温可帮助菌悬液在叶片表面扩展,硅树脂-聚酯共聚物如Silwet L-77则能帮助小的孢子渗透进入植物的气孔、皮孔。可是,湿润剂一方面减少了菌悬液的表面张力,另一方面却增大了
