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(chǎn)物對(duì)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(chǎn)物對(duì)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(jī)硅表面活性劑、殼聚糖、生物多糖、青霉發(fā)酵液對(duì)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(jī)硅、生物多糖和青霉發(fā)酵液復(fù)配形成新型生物助劑3號(hào)。采用室內(nèi)植物生物測(cè)定、田間試驗(yàn)和儀器分析的方法系統(tǒng)探討了新型生物助劑3號(hào)對(duì)除草劑的增效機(jī)制。

關(guān)鍵詞：生物助劑；篩選；增效作用；增效機(jī)制；除草劑

中圖分類號(hào)： S482.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）10-0174-03

收稿日期：2016-04-11

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：2012BAD19B02）。

作者簡介：陶波（1963—），男，黑龍江哈爾濱人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事除草劑生物化學(xué)及應(yīng)用技術(shù)研究。E-mail：botaol@163.com。除草劑的大面積應(yīng)用為農(nóng)作物增產(chǎn)增收提供保障的同時(shí)，也給人類的生命安全和生存環(huán)境帶來了巨大的負(fù)面影響。在除草劑應(yīng)用過程中，由于環(huán)境差異、部分農(nóng)藥質(zhì)量不過關(guān)和應(yīng)用技術(shù)不規(guī)范等問題，導(dǎo)致除草劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的利用率明顯偏低，農(nóng)藥浪費(fèi)嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染[1]。由于加工質(zhì)量及應(yīng)用技術(shù)等方面的不足，導(dǎo)致除草劑應(yīng)用劑量過大，藥害發(fā)生面積和程度呈逐年擴(kuò)大、加重的趨勢(shì)，雜草產(chǎn)生抗藥性的周期縮短，土壤和水體污染越來越嚴(yán)重，除草劑殘留的問題也日益突出，已嚴(yán)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(zhì)量、降低除草劑用量已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(fā)除草劑新品種、混用除草劑、開發(fā)應(yīng)用生物源及礦物源農(nóng)藥、研發(fā)使用新型助劑等[3]。開發(fā)和使用新型助劑具有研制和開發(fā)周期短、效果明顯、成本低等特點(diǎn)，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(chǎn)品，其組合成分、用量還未確定，對(duì)除草劑的增效作用、對(duì)不同劑型除草劑的增效程度還未見報(bào)道[5]。本研究采用溫室盆栽、田間試驗(yàn)以及儀器分析的方法系統(tǒng)研究幾種酸根離子和生物活性物質(zhì)對(duì)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(duì)除草劑的增效機(jī)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(fā)生率、減輕環(huán)境污染、解決除草劑加工質(zhì)量問題、提高除草劑藥效，而且豐富了助劑品種，使助劑的發(fā)展方向更趨向于安全、環(huán)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(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)藥研究室）、黑曲霉菌（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)藥研究室）。

1.1.3試劑與藥劑葡萄糖、蔗糖、殼聚糖（濟(jì)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(yàn)設(shè)計(jì)

采用溫室盆栽法，供試土壤為黑土（有機(jī)質(zhì)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(fā)酵產(chǎn)物和黑曲霉發(fā)酵產(chǎn)物添加量體積分?jǐn)?shù)為6%，有機(jī)硅添加量體積分?jǐn)?shù)為0.03%，各種糖類添加量體積分?jǐn)?shù)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(yǎng)箱中避光催芽，選取長勢(shì)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(jìn)行莖葉噴霧處理。另設(shè)清水對(duì)照，每個(gè)處理重復(fù)3次。施藥后正常管理，處理后10 d調(diào)查并目測(cè)防效，15 d調(diào)查鮮質(zhì)量防效。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

取各單因素的較佳條件，組合后選擇最優(yōu)的生物助劑3號(hào)，研究對(duì)氟磺胺草醚藥液表面張力、擴(kuò)展直徑、干燥時(shí)間、最大持留量、雜草葉片吸收的影響[6]。采用全自動(dòng)界面張力儀測(cè)定表面張力，以不加生物助劑為對(duì)照，試驗(yàn)平行重復(fù)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(cè)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(duì)照，每個(gè)處理重復(fù)3次[7]。計(jì)時(shí)、記錄液滴完全干燥所需要的時(shí)間[8]。剪取苘麻葉片，用萬分之一分析天平稱質(zhì)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(shí)稱質(zhì)量（m1），用葉面積儀測(cè)定葉片的面積（S），計(jì)算葉片的最大穩(wěn)定持留量R（mg/cm2）[9]。重復(fù)3次，取平均值。計(jì)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(zhuǎn)蒸發(fā)至干，乙腈定容至10 mL，過膜，用于高效液相色譜分析[10]。

目測(cè)調(diào)查時(shí)將雜草根據(jù)藥效反應(yīng)癥狀分5級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：5級(jí)，心葉全部枯死；4級(jí)，心葉一半至大部分枯死；3級(jí)，心葉少量枯死；2級(jí)，心葉稍微受害；1級(jí)，心葉無明顯藥效反應(yīng)癥狀，植株株高受抑制；0級(jí)，無藥效反應(yīng)癥狀，與對(duì)照植株沒有差異。相關(guān)公式：目測(cè)防效=∑（各級(jí)株數(shù)×級(jí)數(shù)）/（總株數(shù)×5）×100%；鮮質(zhì)量防效=（空白對(duì)照區(qū)雜草鮮質(zhì)量-藥劑處理區(qū)雜草鮮質(zhì)量）/空白對(duì)照區(qū)雜草鮮質(zhì)量×100%。

2結(jié)果與分析

2.1不同酸根離子對(duì)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(duì)闊葉雜草苘麻的目測(cè)防效增加了5.34%，鮮質(zhì)量防效增加了4.65%；添加CO32-、SO42-對(duì)苘麻的目測(cè)防效和鮮質(zhì)量防效均高于NO3-，且對(duì)茼麻的目測(cè)防效與其他處理相比具有顯著性差異；CO32-、SO42-對(duì)氟磺胺草醚的增效作用明顯高于NO3-、Cl-、HPO42-、H2PO4-。因此，篩選時(shí)選取CO32-、SO42-進(jìn)行新型助劑研究。

2.2微生物發(fā)酵產(chǎn)物對(duì)氟磺胺草醚增效作用

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

2.3不同種類助劑對(duì)氟磺胺草醚藥效的影響

由表3得出，有機(jī)硅助劑對(duì)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(jī)硅表面活性劑用于新型生物助劑研究。

2.4生物糖類對(duì)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(duì)苘麻的目測(cè)防效和鮮質(zhì)量防效均顯著高于蔗糖和葡萄糖；殼聚糖、生物多糖對(duì)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(jìn)行新型生物助劑的配方篩選。

2.5生物助劑3號(hào)增效機(jī)理

2.5.1生物助劑3號(hào)對(duì)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(qiáng)。未添加新型生物助劑時(shí)，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(hào)對(duì)氟磺胺草醚藥液擴(kuò)展直徑的影響除草劑藥液擴(kuò)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(jìn)葉片對(duì)藥液的吸收。由表6可以看出，添加0.01%新型生物助劑時(shí)，25%氟磺胺草醚水劑 300 g a.i./hm2 藥液擴(kuò)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(shí)，可明顯增加擴(kuò)展直徑92.68%。

2.5.3生物助劑3號(hào)對(duì)氟磺胺草醚藥液干燥時(shí)間的影響在外界環(huán)境相同的情況下，藥液干燥時(shí)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(shí)，25%氟磺胺草醚水劑300 g a.i./hm2藥液干燥時(shí)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(shí)， 25%氟磺胺草醚水劑300 g a.i./hm2藥液干燥時(shí)間比2.5.4生物助劑3號(hào)對(duì)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(duì)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(shí)，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(shí)，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(duì)氟磺胺草醚藥液的最大持留量。

2.5.5生物助劑3號(hào)對(duì)雜草葉片吸收除草劑藥液的影響隨著藥液處理時(shí)間延長，苘麻葉片對(duì)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(hào)能夠明顯提高苘麻葉片對(duì)氟磺胺草醚的吸收。隨著時(shí)間增加，生物助劑3號(hào)對(duì)氟磺胺草醚的吸收促進(jìn)率增加更明顯，處理 24 h 后，可發(fā)現(xiàn)苘麻對(duì)氟磺胺草醚的吸收率僅為19.49%，加入生物助劑3號(hào)的氟磺胺草醚的吸收率可達(dá)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(huán)境條件下充分發(fā)揮除草劑的活性與效果，從而達(dá)到減少除草劑使用量、降低使用成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)有利于生態(tài)環(huán)境的目的[11]。第1個(gè)應(yīng)用的除草劑助劑為肥皂液，可以用來提高砷制劑對(duì)雜草的毒性。1900年以前，生產(chǎn)常用的除草劑助劑為動(dòng)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(fā)了多種助劑[12]。近年來，除草劑的大面積應(yīng)用給環(huán)境造成了不可挽回的污染，人們開始認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)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(fā)難度大，活性物質(zhì)研發(fā)困難，新結(jié)構(gòu)的除草劑鮮有報(bào)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(fā)能夠顯著增加藥效，且對(duì)環(huán)境和作物友好的新型生物助劑將成為助劑發(fā)展的新方向[14]。

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

4結(jié)論

確定幾種酸根離子、助劑、糖類和微生物代謝產(chǎn)物對(duì)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(jī)硅表面活性劑、殼聚糖、生物多糖、青霉代謝產(chǎn)物增效作用最明顯。

篩選出新型生物助劑，由有機(jī)硅、生物多糖、青霉發(fā)酵液和硫酸根組成的生物助劑3號(hào)對(duì)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(jī)制研究表明，生物助劑3號(hào)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(shí)間，增加擴(kuò)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(hào)對(duì)除草劑吸收的影響，結(jié)果表明生物助劑3號(hào)能夠明顯促進(jìn)植物對(duì)除草劑的吸收。

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