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        化合物HBERC1684可溶粉劑的制備及殺蟲活性評(píng)價(jià)

        2020-07-08 02:33:04張志剛張亞妮萬中義王開梅柯少勇
        現(xiàn)代農(nóng)藥 2020年3期
        關(guān)鍵詞:劑型殺蟲蚜蟲

        張志剛,王 仲,張亞妮,龍 同,萬中義,王開梅,方 偉*,柯少勇*

        (1.國家生物農(nóng)藥工程技術(shù)研究中心,湖北省生物農(nóng)藥工程研究中心,湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,武漢 430064;2.武漢華夏理工學(xué)院生物與制藥工程學(xué)院,武漢 430223)

        蚜蟲是世界性的農(nóng)業(yè)害蟲,它寄主范圍廣、繁殖快、危害嚴(yán)重,常聚集在植株的芽、花蕾、嫩葉或嫩枝上,以尖利的口器刺吸植物汁液。蚜蟲危害輕者引起植物營養(yǎng)惡化、生長緩慢、生長畸形、落葉、萎蔫,嚴(yán)重危害時(shí)導(dǎo)致植物枯死,同時(shí)還傳播多種病毒病。蚜蟲的防治歷來是全世界農(nóng)林業(yè)蟲害防治的重要內(nèi)容[1],因此開發(fā)高效、低毒、廣譜的新型化學(xué)殺蚜劑,也是當(dāng)務(wù)之急[2-4]。

        化學(xué)農(nóng)藥作為害蟲綜合治理過程的重要手段,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著不可替代的作用。此外,化學(xué)農(nóng)藥還被廣泛用于林業(yè)、水產(chǎn)、畜牧業(yè)、衛(wèi)生害蟲及傳染病的防控等領(lǐng)域。隨著國家環(huán)保力度的加強(qiáng),在害蟲綜合治理過程中更傾向于采用生物防治方法,但在今后相當(dāng)長的一個(gè)時(shí)期內(nèi)化學(xué)防治仍是害蟲防控的重要手段[5-7]。農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、抗性治理和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等均從不同的方面要求不斷加強(qiáng)新農(nóng)藥的創(chuàng)新研究,開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效和環(huán)境友好型“綠色生態(tài)農(nóng)藥”。鑒于此,為了尋求適合用于害蟲綜合治理的綠色生態(tài)型農(nóng)用化學(xué)品,筆者通過化學(xué)生物信息學(xué)等分子合理設(shè)計(jì)方法,獲得了含雙酰胺單元的雜環(huán)亞胺衍生物[8],部分化合物具有顯著的殺蚜蟲活性。為了進(jìn)一步提高該類化合物的生物利用度,降低其實(shí)際用量,筆者對(duì)高活性化合物HBERC1684進(jìn)行了相應(yīng)的劑型探索,并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的活性評(píng)價(jià)及比較,確定其較佳的應(yīng)用方法,以期為該類化合物的開發(fā)提供支撐。

        1 材料與方法

        1.1 儀器和試劑

        液相色譜分析采用Waters ACQUITY UPLC H-CLASS PDA(Waters)及Waters 2695HPLC分析儀(Waters,Milford,MA,USA);所用試劑甲醇、醋酸、三氟乙酸、磷酸、鹽酸等均為市售分析純,上海國藥集團(tuán);化合物HBERC1684的制備參考文獻(xiàn)[8]進(jìn)行;供試害蟲為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)飼養(yǎng)的東方豆蚜,將蚜蟲置于溫度為25℃、相對(duì)濕度為40%~60%的養(yǎng)蟲室飼養(yǎng),測(cè)試前一天,將蚜蟲轉(zhuǎn)接到1.5 cm高的新豆苗上,每顆豆苗上的接蟲量約30~40頭。

        1.2 目標(biāo)化合物鹽的制備

        將5 mmol HBERC1684溶于30 mL無水甲醇中,冰水浴條件下緩慢滴加2 當(dāng)量的酸(醋酸、三氟乙酸、磷酸、鹽酸),然后低溫?cái)嚢杓s10~15 min,撤去冰浴,約30 min后,體系析出大量白色固體,繼續(xù)攪拌約2~4 h,減壓抽濾,真空干燥得產(chǎn)物。

        1.3 目標(biāo)化合物可溶粉劑制備

        將5 g原藥在70~80℃的條件下溶解于約少量的甲醇溶液中,直至完全溶解為黃色透明溶液。將45 g聚乙二醇6000加入蒸發(fā)皿中,在水浴條件下加熱至完全熔化為無色透明液體。將原藥溶解完全的甲醇溶液趁熱加入聚乙二醇液體中,并迅速攪拌均勻。在水浴上繼續(xù)加熱至混合物體積不再改變?yōu)橹?,立即放入冰過的白瓷盤中均勻平鋪,并迅速放入冰箱冷凍保存24 h。取出后放入30℃恒溫烘箱中干燥,研磨,在60目下過篩得到白色粉末狀物質(zhì)。

        1.4 可溶粉劑含量測(cè)定

        稱取一定量的樣品,用少量甲醇溶解后,定容到10 mL容量瓶。在295 nm波長下測(cè)定吸光度,以相同質(zhì)量的空白制劑作為空白對(duì)照。另取一定量對(duì)照藥品,用甲醇溶解后,定容到10 mL容量瓶,在295 nm波長下測(cè)定吸光度。按式(1)計(jì)算樣品質(zhì)量濃度。

        式中:A樣品、A空白、A標(biāo)樣、A甲醇分別為樣品、空白對(duì)照、標(biāo)樣及甲醇的吸光度值;C樣品為樣品的質(zhì)量濃度,mg/mL。

        1.5 可溶粉劑的性能測(cè)試

        參考劑型性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)所制備的可溶粉劑進(jìn)行了相關(guān)性能的測(cè)試,主要包括細(xì)度、全溶解時(shí)間及熱貯穩(wěn)定性等。

        1.5.1 細(xì)度測(cè)定

        采用干篩法,詳細(xì)操作步驟按照GB/T 16150—1995《農(nóng)藥粉劑、可濕性粉的細(xì)度測(cè)定方法》進(jìn)行。

        1.5.2 全溶解時(shí)間測(cè)定

        稱取5.0 g樣品于1 000 mL燒杯中,放置在25±1℃恒溫槽中,加入25℃蒸餾水500 mL(相當(dāng)于稀釋100倍),立即打開秒表,同時(shí)開啟攪拌器,以60~70 r/min的速度攪拌,分別于2 min、3 min、4 min、……吸取上層液10 mL,至分析溶液中有效成分的含量不再增加,所用時(shí)長即為全溶解時(shí)間。

        1.5.3 熱貯穩(wěn)定性測(cè)定

        參照GB/T 19136—2003《熱貯穩(wěn)定性測(cè)定方法》。將20 g試樣放入燒杯,不加任何壓力,使其鋪成等厚度平滑均勻?qū)?。將圓盤壓在試樣上面,置燒杯于烘箱中,在恒溫箱(54±2℃)中放置14 d。取出燒杯,拿出圓盤,放入干燥器中,使試樣冷卻至室溫。于24 h之內(nèi)檢測(cè)有效成分含量。根據(jù)貯存前含量和貯存后含量求出分解率,有效成分分解率按式(2)計(jì)算。

        1.6 活性評(píng)價(jià)

        參照NY/T 1154.14—2008《農(nóng)藥室內(nèi)生物測(cè)定試驗(yàn)準(zhǔn)則殺蟲劑第14部分:浸葉法》[9-10],對(duì)目標(biāo)化合物HBERC1684及其劑型進(jìn)行了殺蟲活性的系統(tǒng)評(píng)價(jià)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 HBERC1684鹽的制備及液相色譜分析

        為了增加化合物HBERC1684的溶解性,提高其生物利用度,結(jié)合其結(jié)構(gòu)特征,考慮制備其相應(yīng)的鹽。選擇醋酸、三氟乙酸、磷酸、鹽酸等進(jìn)行了成鹽反應(yīng)探索。從圖1可以發(fā)現(xiàn),在三氟乙酸和鹽酸等強(qiáng)酸的作用下,化合物很快水解,保留時(shí)間分別為1.17、1.18 min;而在醋酸及磷酸條件下,化合物能夠穩(wěn)定存在,保留時(shí)間分別為1.82、1.83 min。

        2.2 HBERC1684可溶粉劑的制備及含量測(cè)定

        化合物HBERC1684為脂溶性化合物,可溶于甲醇,微溶于乙醇、乙酸乙酯、氯仿、石油醚等,難溶于水。由于其在水中溶解度差,嚴(yán)重影響其在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用,很容易導(dǎo)致藥效不穩(wěn)定。在化合物的劑型優(yōu)化過程中,采用常規(guī)固體分散劑如環(huán)糊精、聚乙二醇4000及聚乙二醇6000等進(jìn)行了試驗(yàn)探索,但結(jié)果表明環(huán)糊精和聚乙二醇4000 對(duì)化合物HBERC1684的分散效果很差。因此,采用聚乙二醇6000為分散劑,經(jīng)過多次配方和制備過程優(yōu)化,成功研制化合物HBERC1684的可溶粉劑(10%含量),該制劑在質(zhì)量濃度為1 g/L時(shí),溶液澄清透明,放置長時(shí)間無析出,表明該制劑大大提高化合物在水中溶解度,為進(jìn)一步應(yīng)用研究打下良好基礎(chǔ)。

        圖1 化合物HBERC1684 4 種鹽的超高效液相色譜分析

        采用紫外分光光度法對(duì)該制劑進(jìn)行了含量的測(cè)定。通過紫外掃描圖譜選取295 nm作為含量測(cè)定波長(圖2)。配制一系列不同濃度的HBERC1684溶液,測(cè)定紫外吸收度,發(fā)現(xiàn)在1~6 μg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi),濃度與吸光度呈良好的線性關(guān)系,其線性回歸線方程為y=0.131 3x+0.069 7,R2=0.999 5,滿足含量測(cè)定要求,結(jié)果見圖3。

        圖2 化合物HBERC1684 的紫外光譜分析

        圖3 化合物HBERC1684 線性關(guān)系圖

        平行稱取3份樣品,用所述方法測(cè)定紫外吸收度并計(jì)算含量,所制備的可溶粉劑的實(shí)際含量為8.96%,標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.5%,表明所制備的可濕性粉劑的含量穩(wěn)定,均一性較好。另外制劑回收率為89.6%,可能是在制備過程中樣品殘留導(dǎo)致。

        2.3 HBERC1684可溶粉劑的性能測(cè)試

        在上述制備的劑型基礎(chǔ)上,對(duì)所制備的可溶粉劑進(jìn)行了細(xì)度、全溶解時(shí)間及熱貯穩(wěn)定性等基本性能測(cè)試。結(jié)果表明,采用干篩法進(jìn)行HBERC1684可溶粉劑的細(xì)度測(cè)定,實(shí)測(cè)值為100%通過80目;全溶解時(shí)間測(cè)試表明所制備的粉劑全溶解時(shí)間為3 min;熱貯穩(wěn)定性測(cè)試表明,所制備的劑型產(chǎn)品在54±2℃溫度下貯存14 d后的分解率為3%~8%,均不超過10%,根據(jù)FAO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在54±2℃溫度下貯存14 d后,有效成分的含量下降率小于10%,一般能保證產(chǎn)品生產(chǎn)后兩年期間的熱貯穩(wěn)定性,因此,該制劑符合可溶粉劑熱貯穩(wěn)定性要求。

        2.4 殺蟲活性分析

        化合物HBERC1684的內(nèi)吸活性較差,且溶解性較差,為了達(dá)到提高化合物內(nèi)吸活性及增加其溶解性的目的,將化合物分別制備成相應(yīng)的磷酸鹽(HBERC1684-H3PO4)及醋酸鹽(HBERC1684-HAc)。母體化合物及其相應(yīng)鹽的殺蟲活性測(cè)試結(jié)果見表1。針對(duì)東方豆蚜的測(cè)試結(jié)果表明,化合物HBERC1684具有顯著的殺蚜蟲活性,與對(duì)照藥物吡蟲啉的活性相當(dāng);從表1也可知,HBERC1684的磷酸鹽活性與母體化合物HBERC168相當(dāng),而HBERC1684的醋酸鹽的活性優(yōu)于母體化合物,可能由于磷酸鹽分子量相對(duì)較大,導(dǎo)致其同等摩爾質(zhì)量的化合物量較大,溶解度相對(duì)低于其醋酸鹽,因而活性略低于醋酸鹽。

        化合物HBERC1684為脂溶性化合物,由于其在水中溶解度差,嚴(yán)重影響其在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。經(jīng)過多次劑型優(yōu)化,成功研制化合物HBERC1684的可溶粉劑(含量10%)。為了探討該劑型的進(jìn)一步應(yīng)用,我們測(cè)試了其相關(guān)的殺蟲活性,測(cè)試結(jié)果見表2。

        從表2可見,10%HBERC1684可溶粉劑呈現(xiàn)出明顯優(yōu)于原藥及對(duì)照藥物吡蟲啉的殺蟲活性,該可溶粉劑在0.312 5 μg/mL的較低濃度下,仍具有較好的殺蟲活性(50%~70%)。在10、5、2.5、1.25、0.625 μg/mL的較高測(cè)試濃度下,豆芽生長狀態(tài)明顯較好,而在較低濃度下,由于蚜蟲的危害導(dǎo)致豆芽生長較矮。

        通過上述活性數(shù)據(jù)分析可知,化合物的劑型對(duì)于化合物活性的影響較大,劑型的不斷優(yōu)化改進(jìn)有望提高藥效。

        表1 化合物HBERC1684 及其磷酸鹽、醋酸鹽和吡蟲啉的殺蚜蟲活性

        表2 化合物HBERC1684(95%原藥)、HBERC1684(10%可溶粉劑)及吡蟲啉的殺蚜蟲活性

        3 小結(jié)及討論

        本文以具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的化合物HBERC1684為基礎(chǔ),進(jìn)行了化合物的劑型優(yōu)化及殺蟲活性探討。通過試驗(yàn)研究,成功制備化合物HBERC1684的10%可溶粉劑,活性測(cè)試結(jié)果表明,該劑型能夠明顯提高藥劑的生物活性,從而降低實(shí)際用量,并且其殺蟲活性要明顯優(yōu)于對(duì)照藥劑吡蟲啉,為該化合物的進(jìn)一步應(yīng)用開發(fā)研究打下了良好基礎(chǔ)。

        蚜蟲是當(dāng)前最常見的農(nóng)林業(yè)害蟲之一,每年對(duì)多種農(nóng)作物、蔬菜、果樹及園林植物危害嚴(yán)重,針對(duì)此類害蟲的防治仍然離不開化學(xué)防治。而新化合物HBERC1684能夠在較低劑量下殺滅蚜蟲,具有較好的應(yīng)用前景,可作為有效成分應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)害蟲的綜合防控。

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