新型生物助剂活性物质筛选及对除草剂的增效作用

陶波++王立超++张忠亮

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.045

摘要：分析不同酸根、助剂、糖类和微生物代谢产物对氟磺胺草醚的增效作用，明确几种酸根离子、助剂、糖类和微生物代谢产物对25%氟磺胺草醚水剂300 g a.i./hm2具有增效作用，其中硫酸根、碳酸根、有机硅表面活性剂、壳聚糖、生物多糖、青霉发酵液对25%氟磺胺草醚水剂300 g a.i./hm2增效作用最明显，通过混用筛选出增效作用最佳的硫酸根、有机硅、生物多糖和青霉发酵液复配形成新型生物助剂3号。采用室内植物生物测定、田间试验和仪器分析的方法系统探讨了新型生物助剂3号对除草剂的增效机制。

关键词：生物助剂；筛选；增效作用；增效机制；除草剂

中图分类号： S482.4文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）10-0174-03

收稿日期：2016-04-11

基金项目：国家科技支撑计划（编号：2012BAD19B02）。

作者简介：陶波（1963—），男，黑龙江哈尔滨人，博士，教授，博士生导师，主要从事除草剂生物化学及应用技术研究。E-mail：botaol@163.com。除草剂的大面积应用为农作物增产增收提供保障的同时，也给人类的生命安全和生存环境带来了巨大的负面影响。在除草剂应用过程中，由于环境差异、部分农药质量不过关和应用技术不规范等问题，导致除草剂在农业生产上的利用率明显偏低，农药浪费严重，对环境造成了严重的污染[1]。由于加工质量及应用技术等方面的不足，导致除草剂应用剂量过大，药害发生面积和程度呈逐年扩大、加重的趋势，杂草产生抗药性的周期缩短，土壤和水体污染越来越严重，除草剂残留的问题也日益突出，已严重影响下茬作物的轮作[2]。因此，如何增加除草剂药效、提高制剂加工质量、降低除草剂用量已经成为农业生产中亟待解决的问题。解决除草剂使用量过大的方法主要有研发除草剂新品种、混用除草剂、开发应用生物源及矿物源农药、研发使用新型助剂等[3]。开发和使用新型助剂具有研制和开发周期短、效果明显、成本低等特点，已成为提高除草剂药效、降低除草剂使用剂量的有效措施[4]。新型生物助剂作为助剂的新产品，其组合成分、用量还未确定，对除草剂的增效作用、对不同剂型除草剂的增效程度还未见报道[5]。本研究采用温室盆栽、田间试验以及仪器分析的方法系统研究几种酸根离子和生物活性物质对氟磺胺草醚的增效作用，筛选出新型生物助剂的最佳配方，并探讨其对除草剂的增效机制。通过本研究不仅能够降低除草剂的用量与抗性杂草的发生率、减轻环境污染、解决除草剂加工质量问题、提高除草剂药效，而且丰富了助剂品种，使助剂的发展方向更趋向于安全、环保。

1材料与方法

1.1供试材料

1.1.1供试杂草杂草品种有苍耳（Xanthium sibiricum）、苘麻（Abutilon theophrasti）、问荆（Equisetum arvense）、野黍（Eriochloa villosa）、稗草（Echinochloa crusgalli）。

1.1.2供试菌种主要菌种有青霉菌（东北农业大学农药研究室）、黑曲霉菌（东北农业大学农药研究室）。

1.1.3试剂与药剂葡萄糖、蔗糖、壳聚糖（济南海得贝海洋生物工程有限公司）；氯化钠、硫酸钠、碳酸钠、硝酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、25%氟磺胺草醚水剂（大连松辽化工有限公司）。

1.2试验设计

采用温室盆栽法，供试土壤为黑土（有机质含量为4%，pH值6.75），供试除草剂25%氟磺胺草醚水剂的用量为 300 g a.i./hm2，喷液量为300 L/hm2，各种酸根离子添加浓度为0.01 mol/L。青霉发酵产物和黑曲霉发酵产物添加量体积分数为6%，有机硅添加量体积分数为0.03%，各种糖类添加量体积分数为0.01%。挑选籽粒饱满的苘麻种子，在 50 ℃ 水浴中浸泡2 h，置于25 ℃恒温培养箱中避光催芽，选取长势相近的露白种子10粒种植于口径为10 cm的盆中，待长至4～5叶期进行茎叶喷雾处理。另设清水对照，每个处理重复3次。施药后正常管理，处理后10 d调查并目测防效，15 d调查鲜质量防效。

1.3测定项目与方法

取各单因素的较佳条件，组合后选择最优的生物助剂3号，研究对氟磺胺草醚药液表面张力、扩展直径、干燥时间、最大持留量、杂草叶片吸收的影响[6]。采用全自动界面张力仪测定表面张力，以不加生物助剂为对照，试验平行重复3次。用微量移液枪取上述药液 5 μL 滴在载玻片表面，5 min后用显微镜测定上述氟磺胺草醚药液液滴的最大、最小直径，取二者平均值即为药液液滴直径，以不加助剂为对照，每个处理重复3次[7]。计时、记录液滴完全干燥所需要的时间[8]。剪取苘麻叶片，用万分之一分析天平称质量（m0），然后用镊子夹持，放入药液中10 s，迅速将叶片拉出液面，垂直悬置，待其不再有液滴流淌时称质量（m1），用叶面积仪测定叶片的面积（S），计算叶片的最大稳定持留量R（mg/cm2）[9]。重复3次，取平均值。计算公式：R=（m1-m0）×1 000/S。用二氯甲烷冲洗处理叶片表面3次，收集冲洗液，旋转蒸发至干，乙腈定容至10 mL，过膜，用于高效液相色谱分析[10]。

目测调查时将杂草根据药效反应症状分5级，分级标准：5级，心叶全部枯死；4级，心叶一半至大部分枯死；3级，心叶少量枯死；2级，心叶稍微受害；1级，心叶无明显药效反应症状，植株株高受抑制；0级，无药效反应症状，与对照植株没有差异。相关公式：目测防效=∑（各级株数×级数）/（总株数×5）×100%；鲜质量防效=（空白对照区杂草鲜质量-药剂处理区杂草鲜质量）/空白对照区杂草鲜质量×100%。

2结果与分析

2.1不同酸根离子对氟磺胺草醚增效作用

从表1可以看出，25%氟磺胺草醚水剂300 g a.i./hm2加入CO32-对阔叶杂草苘麻的目测防效增加了5.34%，鲜质量防效增加了4.65%；添加CO32-、SO42-对苘麻的目测防效和鲜质量防效均高于NO3-，且对茼麻的目测防效与其他处理相比具有显著性差异；CO32-、SO42-对氟磺胺草醚的增效作用明显高于NO3-、Cl-、HPO42-、H2PO4-。因此，筛选时选取CO32-、SO42-进行新型助剂研究。

2.2微生物发酵产物对氟磺胺草醚增效作用

不同微生物发酵产物可以提高氟磺胺草醚对阔叶杂草苘麻的防除效果。由表2可以看出，添加青霉发酵液可以增加氟磺胺草醚目测防效9.67%、鲜质量防效9.88%，均高于黑曲霉发酵产物。因此，选取青霉发酵液进行新型生物助剂的研究。

2.3不同种类助剂对氟磺胺草醚药效的影响

由表3得出，有机硅助剂对氟磺胺草醚的增效作用显著好于甲酯化植物油和非离子表面活性剂。因此选取有机硅表面活性剂用于新型生物助剂研究。

2.4生物糖类对氟磺胺草醚增效作用

由表4可以看出，添加壳聚糖、生物多糖对苘麻的目测防效和鲜质量防效均显著高于蔗糖和葡萄糖；壳聚糖、生物多糖对25%氟磺胺草醚水剂300 g a.i./hm2的增效作用明显高于蔗糖和葡萄糖，但是壳聚糖与其他因素混配后效果不及生物多糖。因此，选取生物多糖来进行新型生物助剂的配方筛选。

2.5生物助剂3号增效机理

2.5.1生物助剂3号对氟磺胺草醚药液表面张力的影响由表5可知，25%氟磺胺草醚水剂300 ga.i./hm2中加入用量0.01%～0.05%的生物助剂后，药液的表面张力得到显著降低，并且随着新型生物助剂浓度的不断增加，降低25%氟磺胺草醚水剂 300 g a.i./hm2 药液表面张力的能力越强。未添加新型生物助剂时，25%氟磺胺草醚水剂300 g a.i./hm2药液相比自来水表面张力降低幅度为20.12%，添加生物助剂后25%氟磺胺草醚水剂 300 g a.i./hm2药液的表面张力降低幅度均提高到65%以上。

2.5.2生物助剂3号对氟磺胺草醚药液扩展直径的影响除草剂药液扩展直径越大，除草剂的展布性越好，越有利于药液在杂草叶片铺展，促进叶片对药液的吸收。由表6可以看出，添加0.01%新型生物助剂时，25%氟磺胺草醚水剂 300 g a.i./hm2 药液扩展直径比单剂增加34.15%，具有显著性差异；添加0.05%新型生物助剂时，可明显增加扩展直径92.68%。

2.5.3生物助剂3号对氟磺胺草醚药液干燥时间的影响在外界环境相同的情况下，药液干燥时间越短说明叶片吸收除草剂的速度越快。由表7可以看出，添加0.01%新型生物助剂时，25%氟磺胺草醚水剂300 g a.i./hm2药液干燥时间比单剂降低40.93%，具有显著差异；添加0.05%新型生物助剂时， 25%氟磺胺草醚水剂300 g a.i./hm2药液干燥时间比2.5.4生物助剂3号对氟磺胺草醚药液最大持留量的影响最大持留量是指叶片对药液的最大承受能力。由表8可知，新型生物助剂能够增加25%氟磺胺草醚水剂 300 g a.i./hm2 药液在苘麻叶片上的最大持留量，随着新型生物助剂用量的不断增加，最大持留量也逐渐增加。添加001%新型生物助剂时，25%氟磺胺草醚水剂 300 g a.i./hm2 药液最大持留量比单剂提高了42.62%，具有显著性差异；添加005%新型生物助剂时，可明显提高最大持留量73.77%。因此，新型生物助剂能够显著提高杂草叶片对氟磺胺草醚药液的最大持留量。

2.5.5生物助剂3号对杂草叶片吸收除草剂药液的影响随着药液处理时间延长，苘麻叶片对氟磺胺草醚药液的吸收率也逐渐提高。在氟磺胺草醚药液中添加生物助剂3号能够明显提高苘麻叶片对氟磺胺草醚的吸收。随着时间增加，生物助剂3号对氟磺胺草醚的吸收促进率增加更明显，处理 24 h 后，可发现苘麻对氟磺胺草醚的吸收率仅为19.49%，加入生物助剂3号的氟磺胺草醚的吸收率可达到55.37%，可提高2.84倍（图1）。

3讨论

除草剂助剂能够促使除草剂从高用量降至低用量，在差异环境条件下充分发挥除草剂的活性与效果，从而达到减少除草剂使用量、降低使用成本、提高经济效益，同时有利于生态环境的目的[11]。第1个应用的除草剂助剂为肥皂液，可以用来提高砷制剂对杂草的毒性。1900年以前，生产常用的除草剂助剂为动物油制肥皂，随后研究糖与胶用作除草剂的黏

着剂，其后研究开发了多种助剂[12]。近年来，除草剂的大面积应用给环境造成了不可挽回的污染，人们开始认识到环境保护的重要性，因此如何降低除草剂污染成为亟须解决的重要问题[13]。但是目前除草剂开发难度大，活性物质研发困难，新结构的除草剂鲜有报道。因此，助剂凭借在除草剂剂型加工及使用中的显著作用，开始引起人们的广泛重视，开发能够显著增加药效，且对环境和作物友好的新型生物助剂将成为助剂发展的新方向[14]。

本试验通过研究酸根离子及微生物代谢产物对氟磺胺草醚的增效作用，筛选出活性最高的几种物质用于新型生物助剂的研究开发，并研制出增效作用最明显的生物助剂3号。

4结论

确定几种酸根离子、助剂、糖类和微生物代谢产物对25%氟磺胺草醚水剂300 g a.i./hm2具有增效作用，其中硫酸根、碳酸根、有机硅表面活性剂、壳聚糖、生物多糖、青霉代谢产物增效作用最明显。

筛选出新型生物助剂，由有机硅、生物多糖、青霉发酵液和硫酸根组成的生物助剂3号对25%氟磺胺草醚水剂 300 g a.i./hm2 增效作用最突出。

通过增效机制研究表明，生物助剂3号能够显著降低25%氟磺胺草醚水剂300 g a.i./hm2药液的表面张力和干燥时间，增加扩展直径和最大持留量。采用仪器分析的方法研究温室盆栽条件下生物助剂3号对除草剂吸收的影响，结果表明生物助剂3号能够明显促进植物对除草剂的吸收。

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