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    前沿:談納米技術在植物源農藥中的應用

    發布日期:2020年02月20日瀏覽量:文章來源:本站原創

    生物堿、酚類、萜類化合物是比較常見的植物次生代謝產物,他們大多分布于植物組織中,對植物具有重要的保護作用。

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    現代農業對植物源農藥有了新要求

    隨著人口的逐漸增長、科學的進步,為了滿足人們對糧食,蔬果的大量需求,成本更低、防效更好的化學農藥逐漸占據了主導地位。從半個多世紀的化學農藥發展歷史來看,無數事實可以證明化學農藥在控制農作物病蟲草鼠危害、保證農業豐收方面起著任何別的措施不能代替的重要作用。

    據國際權威人士估計,如果停止使用化學農藥,農作物將減產30%。在中國,這意味著將有3.5億人挨餓。農場如果停止使用化學農藥,水果將減產78%,蔬菜減產54%,谷物將減產32%。

    但是,使用化學農藥對人類也確實存在直接的或潛在的負面影響。長期過度使用化肥會使農田的土壤板結施肥的效果下降最終又帶來農產品的品質下降;過度使用農藥會使農產品農藥殘留量增加,進而危害人類將康。

    植物源農藥的活性成分是自然存在的物質,主要由C、H、O 等元素組成,來源于自然,環境相容性好。在長期的進化過程中已形成了其順暢的代謝途徑,不會污染環境。不僅具有殺蟲、殺菌活性,還兼有調節植物生長、誘導免疫、肥效、保鮮作用,且作用方式多樣。

    從作用方式來看,一般對害蟲是胃毒作用或特異性作用,少為觸殺作用,因此對天敵等非靶標生物是相對安全的。并且往往含有數種有效成分,且作用機制與一般化學農藥不同,不易使有害生物產生抗藥性。但是植物源農藥的使用上也會面臨一些新的困難,由于其來源特殊,成分十分的復雜,會出現諸如制劑困難,穩定性差、容易分解等影響藥效的問題。現代農業對植物源農藥有了更多新的要求。

    植物源農藥中的一種新技術

    納米技術在植物源農藥上的應用納米材料是一種小于100 nm的結構或物質,其擁有多種其他材料所不具備的優異特性。

    納米材料與植物源農藥的結合,可以增強藥物進入靶生物體內的能力,能夠提高農藥的穩定性并產生新的控釋作用。納米制劑可改善天然產品的穩定性和有效性,具有控制活性化合物釋放到靶生物體的能力,然后控制小分子物質釋放到作用部位。

    他們還可以減少殺蟲劑對非靶生物的不良毒副作用、提高殺蟲劑的穩定性、保護其活性成分不被微生物降解。

    1. 納米印楝素顆粒

    印楝樹衍生物在農業上廣泛用于防治昆蟲、線蟲、真菌和細菌。但是,印楝素對溫度和光敏感以及易被微生物降解等都會迅速使其失去活性。

    Riyajan 等開發的涂有天然橡膠的網狀海藻酸鈉與戊二醛膠囊劑,比無橡膠覆蓋的微膠囊釋放更慢。在相同時間內(24 h),無橡膠覆蓋的納米膠囊的釋放率是100%,而涂有橡膠的納米膠囊釋放率是80%。

    Forim開發了一種含有印楝素的聚ε-已內酯納米顆粒以及該系統所用的噴霧干燥粉末的新制備技術。通過測試發現納米印楝素顆粒封裝效率達到98%。在電子顯微鏡下,觀察到的顆粒呈球形形態,表明活性成分是由于聚合物鏈的松弛或聚合物被破壞而被釋放。大大提高了印楝素在紫外線輻射下的穩定性和水溶性。用納米印楝素顆粒(5000 mg/kg)處理小菜蛾,其死亡率為100%。

    Costa 等制備了不同的含印楝素的劑型(納米膠囊、微膠囊、濃縮乳狀液),并在紫外線的照射下觀察制劑的穩定性。結果發現納米制劑比商業產品穩定性更高,未封裝的化合物在七天內完全降解,而封裝的印楝素14 天只降解了20%。

    2. 納米魚藤酮顆粒

    魚藤酮是一種植物源殺蟲劑,存在于豆科魚藤酮屬植物的根或根莖中。由于魚藤酮在紫外線下易降解、對魚類的毒性強、水溶性低等原因限制了其在農業上的應用。

    Lao制備和表征兩性分子衍生物N(18 醇-1-環氧丙基醚)-O-殼聚糖硫酸鹽作為魚藤酮的載體。并成功的將魚藤酮殺蟲劑封裝在濃度為26 mg/mL 的納米膠束中,使其水溶度提高了13,000 倍。封裝的魚藤酮,150h 后釋放約70%,230 小時候達到最大釋放,而未封裝的魚藤酮,9 h 后釋放70%,27 h 達到最大釋放。

    Martin 等利用超臨界輔助霧化技術對三種類型的聚合物(聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸鈉)進行了測試。包封率最好的是由海藻酸鈉/魚藤酮(100%)和聚乙二醇/魚藤酮(98%)所組成的系統。

    3. 納米大蒜精油顆粒

    Yang等用聚乙二醇納米顆粒作為大蒜精油的載體,采用熔融法制備納米顆粒,包封率為80%。精油封裝時其活性成分沒有顯著變化。5 個月后,該制劑對甲蟲成蟲有80%的殺蟲效果,單獨使用大蒜精油,效果只有11%。

    納米植物源農藥的發展前景

    先進的納米技術將會把植物源農藥引領到一個全新的高度,納米技術能夠徹底解決植物源農藥現存的低穩定性、高揮發性、熱分解性等問題,具有良好的發展前景,新技術的研發和推廣將更進一步緩解化學農藥對環境和人類自身帶來的不利影響。相信在不久的將來,植物源農藥與納米技術相結合的優勢商業產品就會出現,加速淘汰污染嚴重的普通化學農藥。


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