（农药学专业论文）苏云金杆菌Bt微胶囊剂的研制.pdf

硕上论文 摘要 由于苏云金杆菌( b a c i l l u sc h u r i n g i e n s i s 简称b t ) 杀虫有效成份为生物活件，抗紫 外能力较差，因二在野9 j 防治过程中易受外界石良环境的影响而失活。为保证其贮存稳定| 生 并在日间充分发挥作用，选择合适的剂型是很重要的。微胶囊剂是目前最好的控制释放技术 之一，能大大增强微生物农药的抗逆性，解决微生物农药贮藏稳定性幂l 田间使用的持效性问 题。本研究旨在从生产上使用的4 种主要b t 菌株中选择一种优良菌株，对其逆行微胶囊剂 厂 型的研究。观取得结果如下： l 菌株豹确定和培养：聍4 种苏云金杆菌的形状特征及与制备微胶囊相关的抗逆- 眭性能 进行了研究，其中从扬州农科所提供的菌粉中分离得到的苏云金杆菌( 记为b t l ) 为制各微 胶囊的最佳菌株。b t l 对紫外照射抵抗力较差，照射2 小时，活性从】0 0 下降剑6 0 。 2 微股囊加工工艺的研究：比较了单凝聚相法、复凝聚相法及凝【直| 浴法等方法制备b t i 微蔹囊剂结果复凝聚相法瓠备的微胶囊中，不同壁材所得的微股囊化包囊率、平均粒径、 贮存稳定陛等指标均高于其他方法。分别以明股5 口j 拉伯胶、明胶一果胶、明胶一海藻 睃、明胶一臻甲基纤维素钠为壁材的复凝聚相法制备微胶囊剂，其中以、为璧材的微 皎囊镕：包囊率、乎均粒径、贮存稳定姓等指标明显扰于其他方法。 3 微胶囊剂构毒力测定：将菜叶浸泡于各种微股囊剂悬浮液中3 分钟，自然琼= ，经紫 外照射2 h r 后用来喂食小菜蛾结果发现对小菜蛾的毒力以明胶阿拉伯胶壁、明胶一果胶壁 的微胶囊剂最高其恢正死亡率分别为6 6 7 、6 0 。对家蚕的毒力测定结果类似r 对小菜 蛾的结果，其忮正死亡率分别为6 0 、5 0 。 以包囊率、平均粒径、贮存稳定性、毒力配定为指标，经练合评价确定明腔珂拉伯腔、 明跤果皎为壁丰j 的复凝聚相法_ 艺为制各b t i 微胶囊刺的最佳制备r 艺其l ，艺配方虹i ： 明胶列拉伯胶为壁材的最佳艺配方：】菌液浓度，3 明胶3 l k r 拉伯胶，体系 温发5 0 。c ，搅拌转速为2 0 0 d r a i n ，其包囊率为8 0l 平均岳立径为5 3 6u 口。 明胶一果睃为壁材的最佳工艺配方：5 曲液浓度，5 羽胶，2 果胶，体系温度4 0 、 ，搅拌转速为3 0 0 r m in 。其包囊率为8 32 平均粒径为5 5ju 口。 关键词：苏云金市f 苗：微胶囊：加工。l 艺：复凝聚相法 硕士论文 a b s t r a c t d u et ob a c i l l u s t h u r i n g i e n s i sb i o l o g i ca c t b , i t y a n dt h e i r p o o rp o w e ri np r e v e n t i n g f r o m u l t r a v i o l e t b a c i l l u st h u r i n g i e n s i si s p r o n et ol o s ta c t i v i t y a n dt or e p r e s e n ti n s t a b i l i t y b e c a u s eo f b a dc o n d i t i o nd u r i n gt h ec o u r s eo fp r e v e n t i o na n dc u r ei nt h ef i e l d s o ，i ti si m p o r t a n tt os e l e c t a p p r o p r i a t ep r e p a r a t i o nt oa s s u r et h es t a b i l i t y i nd e p o s i t e da n dt o e x er 【t h ef ul lm e a s u r eo fi t s e f f e c ti nt h ef i e l d m i c r o c a p s u l ep r e p a r a t i o nw a sk n o w na so n eo ft h eb e s tc o n t r o l l e dr e l e a s e p r e p a r a t i o n ，i tw a ss h o ! ! v nt h a tt h er e s i s t a n c et oh a r m f u lc o n d i t i o n s i s s t r e n g t h e n e d ，i tv , o u l dl a s t t h ee f f e c tw h e ni tu s e di nt h ef i e l da n dc o u l de n h a n c ei t s s t o r i n gs t a b i l i t y m | c r o c a ds l l l a l i o no f t h ee x c e l l e n ts t r a i no fb a c i l l u st k u r i n g i e n s i st h a ts e l e c t e df r o m4s t r a i n so fb a c i l l u st k u r i n g i e n s i s nu s e dw i d e l yw a ss t u d i e di nt h i sp a p e r t h ec o n c l u s i o n sh a v eb e e no b t a i n e da sf o l l o w s s e l e c t i n ga n dc u l t u r i n gb a c i l l u st h u r i n g i e n s i ss t a i n t h ea p p e a r a n c e ，c h a r a c t e r i s t i ca n d r e s i s t a n c et oh a r m f u lc o n d i t i o n sr e l a t e dt om i c r o c a d s l l l a l j o nw a ss t u d i e do nt h ep r e s e n tf o urs t a i n s o fb a c i l l u s t k u r i n g i e n s i s ，t h e e x c e l l e n tb a c i l l u st hz w i n g i e n s i s s t r a i n ( b t l ) i ss e p a r a t e d f r o m b a c t e r i u mp r e p a r a t i o no f y a n g z h o u t h er e s i s t a n tt ou l t r a v i o l e ti r r a d i a t i o ni sp o o ra n di t sa c t i v i t y c o m ed o 、nf r o m1 0 0 t o6 0 a f t e ri r r a d i a t i n g2h o u r s 2 m i c r o c a p s u l a t i o np r o c e s s t h e m i c r o c a p s u l a t i o n m e t h o d so fb a c i l l u s t & m i n g i e n s i s s u c ha s p h a s es e p a r a t i o n c o a c e r v a t i o n ，d o u b l ep h a s es e p a r a t i o n c o a c e r v a l i o na n d # e e z e m m e r s i o nf f e r es t u d i e di nt h i sp a p e nt h et t l i c r o c a p s o l e sp r e p a r a t i o nf p h i c hm a d eb y t h ed o u b l e p h a s es e p a r a t i o n c o a c e r v a t i o nm e t h o d w a sb e t l ert h a nt h eo t h er pr e p a r a t i o n i nt e r m so ft h e i r n 、r a pr a t e ，a v e r a g ed i a m e t e r s t o r i n gs t a b i l i t y t h em | c r o c a 口s u a t i o nm a t e r i a l so fd o u b l ep h a s e s e p a r a t i o n 、c o a c e r v a t i o n 、s u c h a sg e l a t i n g l u e a c a c i ag l u e ，g e l a t i ng l n e p e c t i ng h t e ，g e l a t i n gl u e a l g i n i cg s u e g e l a t i ng l u e s o d i u mc a r b o x y m e t h y lc e l l u l o s eg l u ew er ea l s os t u d i e d t h e a b o v e m e n t i o n e dp a r a m e t e ro ft w of o r m e rm a t e r i a l s e r eb e t t e rt h a no t h e rm a t e r i a l se v i d e n t l y 3t e s t e dp o i s o n o u sp o w e ro fm i c r o c a p s u l e st h es m a l lc a b b a g em o t h sw e r ef e dtr e a t e d v e g e t a b l e st h a ti m m e r s e d3 m i nm i c r o c a p s o l e ss u s p e n s i o na n dd r i e db ya i r i n g ，t h e nl i g h t e dt i pb y u l t r a ! ! i n l e t ! h o ur st h ep o i s o n o u sp o ! , v ert os m a l lc a b b a g em o t h st r e a t e db yt h eg e l a t i ng l u e - a c a c i ag l u em i c r o c a p s u l ea n dg e l a l i ng l u e p e c t i ng l u em i c r o c a p s u l ex v e r eh i g h e r , a c c o r d i n g l y t h e i rr e c t i f i e dd e a t hr a t et os m ar t c a b b a g em o t hu a 56 67 sa n d6 0 s e p a r a t e l y t h es i m i l a r r e s u l t sg a i n e di ns i l k w o r m st e s t i n go f p o i s o n o u sp o w e ra n dt h er e c t i f i e dd e a t hr a t eo f t h eg el a t i n 硕士论文 g l u e a c a c i ag l u em i c r o c a p s u i ea n dg e l a t i ng l u e p e c t i ng l u em i c r o c a p s u l et os i l k w o r m sr e c t i f i e d u a s6 0 a n d5 0 s e p a r a t e l y i nt e r m so fi n w r a pr a t e ，a v e r a g ed i a m e t e r , s t o r i n gs t a b i l i t y ，v i r u l e n c et e s to fm i c r o c a p s u l e s p r e p a r a t i o n c o n f i r m e d t h a tt h ed o u b l ep h a s es e p a r a t i o n c o a c e r v a f i o nm e t h o dw i t ht h eg e l a t i n g l u e - - a c a c i ag l u eo rt h eg e l a t i ng l u e 。p e c t i ng l u ew a s t h eb e t t e rt h ep r e p a r a t i o nm e t h o d t h eb e s tt e c h n i q u ec o n d i t i o n so ft h em i c r o c a p s u l e sp r e p a r a t i o nw i t ht h eg e l a t i ngl u e a c a c i a g l u ew e g e lt h e c o n c e n t r a t i o no f b a c i l l u s1 t h ec o n c e n t r a t i o no f g e l a t i n g l u ea n da c a c i ag l u e3 s e p a r a t e l y t h es y s t e mt e m p e r a t u r e5 0 ca n dt h er o t a t e s p e e d2 0 0 d m i n i t si n w r a pr a t e w a s 8 01 a n da v e r a g ed i a m e t e rw a s5 3 6um t h eb e s tt e c h n i q u ec o n d i t i o n so ft h em i c r o c a p s u l e sp r e p a r a t i o nw i t ht h eg e l a t i ng l u e p e c t i n g l u e 、e r e ：t i r ec o n c e n t r a t i o no f b a c i l k l s5 ，t h ec o n c e n t r a t i o n o f g e l a t i ng l u e5 ，p e c t i ng l u e3 ， h es y s t e mt e m p e r a t u r e4 0 ca n dt h er o t a t e s p e e d3 0 0 r r a i n i t si n w r a p r a t ew a s8 32 、a n d a v e r a g ed i a m e t e rw a s 5 5 ，5u1 1 1 a b s t r a c t ：b a c i l l u s t h u r i n g i e n s i s ， m i c r o c a p s u e ，t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ，d o u b l ep h a s e s e p a r a t i o n 。c o a c e r v a t l o n 硕士论文 苏云金杆菌( b t ) 微胶囊剂的研制 前言 一、苏云金杆菌概述 全世界每年因为害虫造成的农业损失达到农业产量的2 0 ，1 5 是在农作物生长季节直 接危害造成的【1 1 。化学农药在期间发挥了巨大的作用，但随着生态农业的要求，特别是化学 农药污染环境的问题日益突出的今天，微生物农药的研究和生产受到了极大重视，微生物农 药的应用日益广泛吼。苏云金杆菌( b a c i l l u st h u r i n g i n s i s 简称b t ) 是发现最早、应用最 广的一种微生物杀虫农药，目前它的商品制剂已有2 0 多种，可防治农林果蔬等作物上的鳞 翅目( f e p i d o p t e r a ) 、双翅目( d i p t e r a ) 、膜翅目( h y m e o p t e r a ) 、鞘翅目( c o f e o p t e r a ) 等l o 个目5 0 0 多种昆虫”。 b t 属革兰氏阳性芽孢杆菌，其杀虫机理是依靠其所含有的伴孢晶体、外毒素及卵磷脂 酶等制病物质引起昆虫肠道等病症从而使昆虫致死。苏云金杆菌产生的对昆虫有致病作用的 毒素有7 种，即a 一外毒素，b 一外毒素，y 一外毒素，6 一内毒素、不稳定外毒素、水溶性毒 素、鼠因子外毒素。苏云金杆菌主要是经口感染昆虫，它杀死昆虫可由菌体本身的活动而引 起，但是使害虫产生死亡的更主要的原因是菌体产生的芽孢和毒素”“。 芽孢：当昆虫吞食芽孢后，芽孢萌发，使营养细胞增加，最后穿透肠壁，进入血腔引起 败血症。近来我国台湾学者( 1 9 8 6 ) 用扫描电镜研究了芽孢在米蛾( c o r c y r ac e p h a l o n j c a ) 的中肠中萌发和增殖“。当接种2 0 一4 0 分钟后，在中肠围食膜内没有发现芽孢，芽孢被围食 膜的膜限制在肠腔内。并在接种4 0 分钟还没有看到芽孢开始萌发，并有营养体出现。接种 2 3 小时后，营养细胞在中肠围食膜的表面增殖，其长度2 23 微米。接种4 小时后，营养 细胞快速增殖并容易看到。接种1 2 小时后，寄主濒死，围食膜表面充满了营养细胞，但没 有看到穿透肠壁“。如在营养培养基上可看到一些芽孢和伴孢晶体。寄主死亡前，在昆虫中 的围食膜或中肠内没有发现伴孢晶体和芽孢，而在昆虫嗉囔，围食膜的外面发现许多芽孢和 些伴孢晶体。 6 一内毒素：6 一内毒素即苏云金杆菌的晶体毒素，是在形成芽孢的同时形成的蛋白 质晶体，位于芽孢之旁，所以又称伴孢晶体毒素。它是苏云金杆菌的- - , i e e 最重要的毒素，也 是苏云金杆菌杀虫剂的主要成分。 6 一内毒素无耐热性，但在6 5 c 经历1 h r 或8 0 c 经历2 0 m i n ，伴孢晶体仍能保持活性。 它不溶于水或有机溶剂如氯仿、丙酮、乙醚等但溶于碱性溶液。晶体经2 的硫酸铵处理 1 硕士论文 苏云金杆菌( b t ) 微胶囊剂的研制 使之沉淀而不失去活性，但经三氯醋酸、氯化亚汞等处理引起蛋白质变性而失去活性。晶体 蛋白只是一种前毒素( p r e t o x i n ) ，经过激活，即消化成分子量为1 0 0 0 7 0 0 0 0 的片段，才起毒 素作用。宿主中肠的消化液正具备消化和激活的条件，有许多研究者研究过晶体蛋白水 解的产物的特性，证明水解出的许多片段，经过进一步分析，只有n 末端含有天冬氨酸的 多肽注入虫体才产生毒效。 关于6 一内毒素的作用方式问题，是当前研究的一个极为活跃的领域，为了解释其作用 机理，至少存在7 种假说。在所有这些假说中，主要有两种观点，一种观点认为6 一内毒素 直接作用昆虫中肠柱状细胞的细胞膜，破坏膜结构，扰乱其功能，另一种观点认为6 一内毒 素首先作用细胞的能量供应系统，细胞膜的破坏是次生作用“。 a 一外毒素：这种毒素是一种可溶性酶类，即磷脂酶c ，是t o u m a n o 行( 1 9 5 3 ) 年发现的， 由于发现得比较早，按照亨佩尔( h e i m p e l1 9 6 7 ) 提出的按发现顺序而命名的法则，称为a 一外毒素。这种毒素不为苏云金杆菌所特有，蜡状芽孢杆菌也产生，这种毒素能够影响到许 多细胞，首先影响到磷脂膜，造成细胞的破裂或坏死，使昆虫肠道中的细菌易于进入体腔， 从而破坏了宿主昆虫的正常防御机制。试验证明，磷脂酶作用的最适口h 是6 6 7 4 ，与叶蜂 消化道内的p h 基本一致，因而对这种叶蜂有明显的致病作用。相反，用产生磷脂酶的细菌 感染其它昆虫的时候，发现有抵抗能力的昆虫，其中肠内的p h 偏碱性，显然昆虫消化道的 碱性条件对菌体的生长和磷脂酶的活性是一个限制因素。 t 3 一外毒素：1 3 一外毒素，亦称苏云金素，又称热稳定外毒素。它是一种广谱杀虫毒素， 对直翅目、等翅目、鳞翅目、半翅目、膜翅目和双翅目等6 9 种昆虫、数种螨类和线虫具有 毒杀作用m 1 。 b 一外毒素的分子式为c 2 2 h 3 n 5 0 15 p 3 h 2 0 ，分子量为7 0 1 。它由核糖葡萄糖部分、葡 萄糖- 另0 粘酸部分和别粘酸- 磷酸部分组成，所含的腺嘌吟、核糖、葡萄糖和磷酸的分子比为 1 ：1 ：1 ：1 。已有两种方法能合成这种苏云金素，合成路线基本相同，反应顺序为： ( 葡 萄糖+ 核酸) + 别粘酸】+ 腺嘌呤) + 磷酸 对b 一外毒素的深入研究表明，其作用机制主要是抑制依赖d n a 的r n a 聚合酶， 从而抑制了k n a 的合成。从这种毒索的作用机理来看，估计对哺乳动物是有害的，因而用 时需慎重。现在欧美供使用的苏云金芽孢杆菌制剂，为不产生b 一外毒素的变种。但苏联的 制剂中含有b 一外毒素。 y 一外毒素：这种毒素是一种未确定的酶类【1 9 】，目前了解还不多。亨佩尔f 1 9 6 3 ，1 9 6 5 ) 指出苏云金杆菌杀虫变种和亚毒变种( 即h 6 型) ，不产生y 一外毒素，然而，它们的确产生对 2 硕士论文 苏云金杆菌( b o 微胶囊剂的研制 磷酯发生作用的物质，这种物质的作用已初步鉴定，它能使卵黄琼脂培养基澄清( 就是说这 种菌生长在浑浊的卵黄琼脂平板上，其结果菌落的外围出现一圈透明带，足以证明对磷脂发 生了作用) 。至于这种作用能否发生于虫体尚未证实1 2 0 | 。其分子结构仍然不详。 不稳定外毒素：此毒素经试验对叶蜂科幼虫有毒性。毒性物质很不稳定，对空气、阳光、 氧、较高的温度( 4 0 c 经历1 4 4 2 6 6 h r ，6 0 c 以上温度经历1 0 1 5 m i n ) 都很敏感而易遭到破 坏，所以叫不稳定外毒素。据初步生化分析，毒素含有1 7 种氨基酸，由一或数个低分子量 肽链所组成。所含天门冬氨酸明显少于6 一内毒素，它的作用方式还未确定。 水溶性毒素：法斯特( f a s t1 9 7 1 ) 从苏云金杆菌阿莱变种制品中分离出来的一种毒素。用 一定剂量处理家蚕，在3 h r 内家蚕中毒，其症状为：停止进食，对外界刺激无反应，表现麻 痹虚弱。其症状和吞食6 一内毒素中毒相似，血清学研究证明它与6 一内毒素没有关系，这一 毒素尚需进一步研究口“。 鼠因子外毒素：此毒素不耐热，具有蛋白质性质，苏云金杆菌的某些品系和腊质芽孢杆 菌在生长期内产生此种毒素，它对小鼠和几种鳞翅且昆虫有较强的毒性，亚致死剂量的毒素 可以使小鼠延缓生长或延长发育期，“鼠因子”曾被认为与a 一外毒素相似，但也有不同，例 如对这种毒素有反应的不仅限于对磷酯酶c 有反应的体系，它的理论性质和致病机理都需 要深入研究【2 3 1 。 二、苏云金杆菌农药制剂应用与存在问题 苏云金杆菌的发现已有百年的历史，但作为杀虫剂被人们开发利用仅有3 0 多年的时间。 期间国内外对苏云金杆菌菌种资源进行了分类鉴定，对伴孢晶体、毒理、血清学特点等进行 了广泛深入的研究。“，其遗传学和基因工程的探讨也得到重视，其商品性生产不断发展，制 剂剂型不断增加，农林害虫的大面积防治已获得良好的经济效益、生态效益和社会效益。 目前，b t 是商业开发最成功的微生物杀虫剂“，全世界有几十个国家正在开展这一领 域的研究和应用，有2 0 多种b t 制剂己形成工业化商品，不仅应用于防治农林、卫生害虫， 也应用于仓储、食用菌、畜禽寄生虫等害虫的防治上。据资料记载，前苏联b t 制剂的产量 超过8 0 0 0 吨，保加利亚用苏云金杆菌杀虫剂放置舞毒蛾、松毛虫的面积占应防治面积的5 3 ： 加拿大用其防治云杉芽蛾的面积，1 9 8 5 年就达到应防治面积的5 2 ；此外，菲律宾和泰国 应用苏云金杆菌制剂的面积也在迅速扩大。日本有1 0 余家研制销售苏云金杆菌杀虫剂的公 司，其开发研制的最终目的是输出，亚洲占其1 4 的市场。1 9 9 0 年，我国苏云金杆菌制剂 产量超过1 5 0 0 吨，目前年产量己近万吨，成为我国“无公害生产”中的首推杀虫剂产品， - 3 - 硕士论文 苏云金杆菌( b t ) 微胶囊荆的研制 除满足国内市场需要外，还出口远销到新加坡、泰国等国家。1 9 9 4 年，全国大田使用b t 杀 虫剂达一万多吨，为1 9 8 4 年的1 0 0 倍，仅防治棉铃虫面积就达3 0 0 0 万h m 2 。“。目前国内b t 制剂的生产厂家达6 8 家，年产量达2 - 3 万吨，在2 0 多个省市自治区用于防治粮、棉、果、 蔬、林业等作物上的2 0 多种害虫，使用面积达1 3 3 公顷“。 现今，在应用的微生物源农药中，苏云金杆菌( b t ) 占据主要市场，约占整个微生物源 农药的7 0 以上，其中半数在美国，在1 2 0 多种b t 商品中，剂型多样，有粉剂、可湿性粉 剂、悬浮剂、浓水剂、油剂、油乳剂、颗粒剂、片剂、缓释剂、生物包衣剂等，美国a b b o t c 实验室生产了1 2 种制剂，其中d i p e l 就有可湿性粉剂、液体水剂，水剂a f 、颗粒剂，悬浮 剂等五种剂型。我国目前的剂型有粉剂，可湿性粉剂、悬浮剂等，对其它的剂型研究较少， 油剂和水分散剂等已作为“九五”攻关项目正在研究之中o ”。 微生物农药的最大优点是对天敌和有益植物没有危害，且害虫不会产生抗药性：微生物 农药，由于其有效成份是生物活体，为保证其在贮存过程中的稳定性或保证在田间条件下充 分发挥作用，除了从助剂着手外，选择合适的剂型也是很重要的”0 1 。鉴于此，微生物农药剂 型加工也逐渐从水基制剂向油基制剂，从液体制剂向固体制剂，从粉末制剂向颗粒状制剂方 向发展。由于微生物农药在贮存过程中和田间使用后易受环境条件的影响，作用速度较慢， 防效不稳定，所以保护剂和增效剂的筛选一直是研究人员的努力方向。目前微生物农药保护 剂主要有两类：一类是靠选择适当的剂型来防止微生物体在贮存过程中受到损伤。另一类是 保护微生物农药施用到田间后免受不利环境的影响的保护剂，如防光剂等。研究发现很多种 紫外线保护剂对病毒和b t 有保护作用”。此外，荧光增白剂对病毒有保护作用，但对b t 是否有保护作用尚无研究报道。i g n o f f o 及g a r c i a 也报道抗氧化剂可以对b t 和病毒( n p v ) 有保护作用3 。有关增效剂的研究，病毒增效剂主要有荧光增自剂和病毒增效因子，b t 杀 虫剂的增效剂主要是各种化学添加剂。但目前。微生物农药保护剂或增效剂的多数报道都是 实验室研究结果，离实际应用还有一段距离。根据现代农药研究开发的趋势和社会对农药的 要求来看，作为公认的“无公害农药”的微生物农药在2 1 世纪将有更广阔的发展前景”。 微生物农药多半是使用生物活体及其代谢产物制成的制剂，一般不耐紫外线的照射，阳 光中的紫外线是降低微生物农药田间防治效果的首要因素，几种研究较多的微生物如苏云金 杆菌，白僵菌，多角体病毒都存在此问题，而且现有的几种常规剂型( 如表一) 也不能起到 保护农药中不耐u v 活性成分的作用，而微胶囊剂以其特有的优势解决抗紫外线杀伤问题， 从而提高杀虫效果，延长残效期。 - 4 硕士论文苏云金杆菌( b t ) 微胶囊剂的研制 表一：微生物农药剂型特点及存在的问题 t a b l e1c h a r a c t e r i s t i c sa n dp r o b l e m sf o rm i c r o b i a lp e s t i c i d ef o r m u l a t i o n 粉剂原药、填科 可鼍譬粉 原药，湿润剂，填料 剂 颗粒剂原药、辅助剂，载体 悬浮剂 原药，乳化剂 耐贮藏，运输方便，可直接 喷撒，使用简便，喷粉效率 高 易被水湿润，分散性好，飘 移损失少 残效期长，用量少，便于使 用，容易贮存 具有可湿性粉剂的特点 水剂 原药、三! ：量竺竺型、展着 原药的水溶液制剂水剂 剂，黏着剂 原药的水溶液制剂 油剂原药 展着性盏蓁萎嚣抗雨冲 微胶囊剂原药、高分子微囊 改翥耋翥霎荔襄量差主小 干燥过程花费大，不易被水湿润，稀 释喷雾难，颗粒小，易飘移 粉碎不完全或调配喷雾液时二次凝 聚引起的粗粒子沉降速度快，形成有 效成份浓度不均匀 粒剂的硬度、粒度及在水中的崩解性 悬浮性能，分层 不耐高温储存，不宜长期储存使用 使用后会有残留 生产成本相对较高以及水稻田的漂 浮或沉降问题 三、微胶囊技术研究现状 微胶囊剂( m i c r o c a p s u l e s ) 被认为是目前最好的控制释放( c o n t r o l l e dr e l e a s e ) 之 一，其特点是能增强农药的抗逆性，很好的解决微生物农药贮藏稳定性和田间使用的持效性 问题1 。 微胶囊技术是以天然或台成的高分子材料作为囊壁，通过化学法、物理法或物理化学法 将一种活性物质( 囊心) 包裹起来形成具有半透性或密封囊膜的微型胶囊技术。其优势在于 形成微胶囊时，囊心被包覆而与外界环境隔离，它的性质能毫无影响的被保留下来，在适当 条件下t 壁材被破坏时又能将囊心释放出来，可使囊心免受外界的温度、氧气、紫外线等因 素的影响，且对性质不稳定的囊心不会变质1 。微胶囊粒子的大小和形状，根据具体的制备 工艺不同而在较大范围内变化，通常制备的微胶囊粒子大小在2 - 1 0 0 0 u m 范围，壁材的厚度 在0 0 1 - i o u m 不等。囊心在微胶囊总质量中所占比例在2 0 9 5 范围内变化。如果选用的 壁材具有半透性，则液体囊心和水溶性囊心可以通过溶解、渗透、扩散的过程，透过膜壁而 释放出来，释放速度可通过改变壁材的化学组成、厚度、硬度、i l 径大小等加以控制，这种 具有控制释放速率功能的微胶囊在生物农药中的应用将得到重视。”。 在美国微胶囊的研制始于二十世纪四十年代，1 9 5 0 年后相继有制造和应用的专利出现。 一5 一 硕士论文苏云金杆菌( b t ) 微胶囊剂的研制 1 9 5 0 年美国n c r 公司开发出无碳复写纸( n c rp a p e r ) 用于制造压敏复印纸【3 6 】。六十年代 初，采用相分离技术把极性物质包裹于聚合物中制成称之为定时释放( t i m e dr e l e a s e ) 的胶囊药 物。但在后来一段时间里，该技术的推广、应用速度比较慢。但近年来，随着微胶囊制造技 术的发展，其应用范围迅速扩大。被微胶囊化的芯材可以是微细的固态粉末，也可以是微小 的液滴，既可以是各种医用的药物、食用的调味品、化妆品的香料，也可以是颜料、农药、 除草剂、化肥、胶粘剂、液晶、分子筛等3 7 】：甚至还可以是气体微胶囊。微胶囊技术广泛， 尤其是医药领域研究最为活跃。 1 9 8 5 年美国m e a d 公司利用m c 技术开发出感光记录用纸：日本8 0 年代先后开发出用 于隔热的热膨胀型微胶囊、压敏记录纸用微胶囊、抗紫外照射的化妆品微胶囊、含有活性内 含油的化妆油微胶囊以及利用微胶囊化技术生产的粘胶剂、固化剂、固化促进剂等。随着微 胶囊壁可选材料范围的扩大和微胶囊剂制作方法的增多，微胶囊剂制造技术日臻完善。以下 是微胶囊技术在一些主要领域的应用【3 8 】。 在国外微胶囊药物使用已很普遍1 ，但在我国由于生产技术有限，微胶囊药物的生产不 多，如我国扬子江制药厂生产的治疗高血压症的硝机基地平缓释片，天津中美史克公司生产 治疗感冒药康泰克( 复方盐酸苯丙醇胺) ，上海第六制药厂生产的维生素a 微胶囊，浙江娃 哈哈集团生产的维生素a 、d 钙奶，都是使用了微胶囊才使药物具有缓释等功能。而湖北垓 阳制药厂生产的硝硫氰胺微粉胶囊是用邻苯二甲酸醋酸纤维素酯做壁材，用单凝聚法微胶囊 化后再压成片制成，可以使药物储存一年药性不变“。 为了使那些在胃中容易分解的抗菌素或酶，以及容易被胃壁吸收的解热药，不为胃的酸 性条件所损害，采用在酸性条件下不溶解而在碱性条件下溶解的高分子将这类药物微胶囊 化，制得肠溶性制剂，这便是有人制造p h 响应性微胶囊的原理。王剑红等“通过控制微胶 囊的球径范围，使大部分米托葸醌微胶囊被肺毛细血管床机械性滤去，从而使药物在靶区富 集，制成了肺靶向链霉素微球。抗肿瘤药物具有较高的生物毒性，目前常规使用的治疗肿瘤 的方法如药物化疗或放射性治疗等，均不具有选择性和靶向性提高肿瘤药物的靶向性、浓 集性和滞留性，使杀伤肿瘤细胞的效力最大，对正常细胞组织的损伤最小，是肿瘤治疗研究 的方向之一。e s p o s i t o e 等制成了含阿拉伯呋喃糖胞嘧啶( p d a r a b i n o f u r a n o s y l c y t o s i n e ) 的明胶微胶囊“，与未包覆的药物相比，徽胶囊化后，药物释放的可控性、可重复性和抵抗 癌细胞增殖活性的能力均增强，因此作为药物载体，具有良好的潜力：有人将含有丝裂霉素 c 的乙基纤维素微胶囊制成徐放性注射剂，己成为癌症化疗的典型实例之一：也有人将抗麻 醉剂微胶囊化用于吸毒患者的治疗。 6 硕士论文 苏云金杆菌( b t ) 微胶囊剂的研制 赋予微胶囊生物化学或物理化学的功能，即将微胶囊功能化，引起了人们的极大兴趣。 人工脏器的研究，是将囊芯物质功能化的典型性实例。1 9 7 2 年，t ms c h a n g 把活性炭微 胶囊化制成了人工肝脏，它以囊芯物质的吸附作用代替肝脏的解毒作用，用于急性肝功能不 完全时的血液净化和由于病毒性肝炎引起的肝昏迷患者的治疗“。胰脏的功能是分泌胰岛 素，有人将活的胰细胞微胶囊化，封闭在凝胶中，借助细胞培养技术，使细胞在微胶囊中增 殖，进而形成一种小的组织，具有了胰脏的一些功能，这个小的组织就成为人工胰脏。不仅 可以将胰细胞微胶囊化，而且对所有的活胞和微生物都是可以进行微胶囊化，由于这技术是 用没有抗原性的聚合物膜将活细胞保护起来，因而避免了免疫性排斥反应，同时保持了活细 胞所具有的生理活性能力“。 利用微胶囊将动物红血球的有效成分一血溶质( h e m o l y s a t e ) 微胶囊化，制成了人工红血 球，作为红细胞的代用品。有人将含羊血溶质的人造红血球与羊红血球的氧吸收曲线相对比， 两者输送氧的能力极其相似，t h o m s o n r c 等“将明胶微球用乳酸一羟基乙酸共聚物制各成 三维可生物降解的泡沫用于骨质再生。如果将抗体微胶囊化，还要以制成免疫诊断物。 食品工业是微胶囊应用的重要部门，目前已有多种微胶囊投入使用。微胶囊在食品工业 中的应用主要在以下几个方面“：把食品微胶囊化( 把液态食品转化为固态形式食用更方便， 或改变食品外观，起到仿天然食品的作用) ：把食品添加剂微胶囊化( 使食品添加剂免受外 界不良影响而变质，利用微胶囊的缓释功能使添加剂的效能更充分发挥) ；把营养素微胶囊 化( 以充分发挥营养素的功能) ：把酶微胶囊化( 充分发挥生物酶在食品发酵加工等过程中 的作用) ；目前投入使用的微胶囊有粉末酒类、粉末油脂、人造鱼子酱、固体饮料等“。 在化妆品和洗涤用品中对于易挥发的香料和一些化妆品的有效成分，制成胶囊后就便于 保存，并且可以改善其性能“”，如：化妆品中用于防晒的d h a 稳定性差，制成微胶囊后，稳 定性大大提高。山本昭彦利用壳聚糖与果胶的凝聚反应制备了表面光滑的壳聚糖基微球，用 作化妆品与合成树脂的添加剂。这种微球外观光滑，吸湿性、耐水性及耐酸性能均很好，因 而能提高化妆品的光滑性、白化性、保湿性、改善合成树脂的质感( 降低其所特有的光泽) 等。美国专利报道了在粉状清洗剂中加入微胶囊化的香料；世界专利报道了用明胶包覆含酶 的洗涤剂，以及为提高非水液体洗涤剂的稳定性而用明胶和淀粉将添加剂( 如漂白催化剂和 增白剂) 包覆起来。 微胶囊在农牧业中的应用主要是在农药、饲料和化肥几个方面”5 “。1 9 7 4 年美国 p e n n w a l t 公司晟早开发出商品化的甲基对硫磷微胶囊( p e n c a p m ) 。到八十年代末期，国外 商品化的农药微胶囊剂已有对硫磷( p e n n e a p e ) 、地虫磷( d y f o n a t e m s ) 、杀鼠灵“o x h y d ) 、 硕士论文苏云金杆菌( b t ) 微胶囊剂的研制 保幼激素蒙五一五( a 1 t o s i d1 0 s r ) 、增效除虫菊素( m l c r o s e c t ) 、矮壮素( c o p e y e ) 、毒死蜱 ( d w r s b a n1 0 c r ) 、双硫磷( e - c o p1 7 0 0 ) 、三丁基氟化锡( c b l 9 8 ) 、2 4 一滴( 1 4 a c e ba n d b e f o r e s t a i d ) 、丁锅锡( b i o m e t - s r m ) 、硫酸铜( i n c r a c i d ee5 1 ) 等几十种农药微胶囊剂。 最近几年，美国、加拿大的一些化学公司开始批量生产用于干扰昆虫正常交尾和用于森林害 虫预测预报的昆虫性外激素微胶囊剂，如商品d i s r u p t 、m i c r onk i l l 等。在我国，微胶囊 剂的研制和开发起步较晚，商品化的农药微胶囊剂仅有安阳农药厂生产的2 5 对硫磷微胶 囊剂、3 0 甲拌磷微胶囊剂以及江苏海安农药厂生产的2 5 辛硫磷微胶囊剂等几个品种。 但是近年来，我国科研工作者对新型微胶囊剂型的研究投入了极大的热情，如高韵苕等研制 的倍硫磷微胶囊剂用于防治卫生害虫致库蚊、不仅药效好，而且大大延长了药剂的持效期。 他还在实验室条件下，合成了另外六种微胶囊剂：二氯苯醚菊酯、胺菊酯、中西菊酯、敌敌 畏、辛硫磷、速灭灵等微胶囊剂”“”。其他许多科研单位如沈阳化工研究院五室、南开 大学元素所、浙江工业大学农药研究室、东北林业大学昆虫教研室、浙江省化工研究所等也 在微型胶囊剂的开发及应用方面作了大量的研究和试验工作。 8 0 年代以来纳米胶囊技术也迅速发展起来，纳米胶囊首先应用于医药界以来，目前已 迅速扩大到香料、农药、阻燃剂、石油产品以及食品调味剂等领域，已成为引人注目的一项 高新技术。 四、微生物农药微胶囊现状与展望 近年来，也有不少科研单位致力于生物农药、生化农药、微生物农药微胶囊的开发研制 1 5 6 1 1 5 7 1 ，美国科学家对苏云金杆菌淀粉微胶囊剂进行了一系列研究认为，用淀粉将其作成 微胶囊剂能提高它在田间条件下使用的稳定性，并延长残效期。d u n k l e 和s h a s h a 等试验证 明淀粉作为胶囊基质确有很多优点【5 9 】【6 0 】【6 2 j 。据报道南京医学院寄生虫学教研室章子豪等 人按美国哈佛大学专利技术制备的苏云金杆菌微胶囊剂型( e b t l ) 与标准菌粉剂( s b t l ) 灭 蚊效果比较，结果表明e b t l 灭蚊幼持效显著高于s b t l ，在施用后4 周内仍保持1 0 0 的蚊幼 死亡率。而相同浓度的s b t l 在施用2 周后，蚊幼死亡率逐周下降，至第4 周灭蚊幼效力消 失【6 3 j 【6 4 】。国内对微生物活体微胶囊化的研究也已有定的成就，如山东农业大学常维山、 丁庆华、李祥明将微胶囊包被益生菌( 乳酸菌) 的研究，北京农业大学张蕾、王占武、 朱彤霞等对双歧杆菌微胶囊化的研究等都己取得成功。1 9 9 5 年中国林业科学研究院亚热带 林业研究所李玉萍，赵路研制出了苏云金杆菌制剂微胶囊原粉6 “，但微胶囊化的苏云金杆 菌在生产可行性、产品实用性以及经济效益等方面都尚存有些问题，目前国内微生物农药 8 硕士论文 苏云金杆菌( b t ) 微胶囊剂的研制 苏云金杆菌制剂残效期较短以及巨大的市场前景【6 7 l 【6 8 】【6 9 】，由此可见苏云金杆菌微胶囊化的 研究还有待于进一步深入。 利用微胶囊技术可以把微生物农药活性物质包覆在囊壁材料中形成微小的囊状制剂，从 而起到延长药效、降低农药毒性，降低药物挥发，减少溶剂用量，减轻对环境的污染、提高 药剂选择性等作用。其优势在于形成微胶囊时，囊心被包覆而与外界环境隔离，它的性质能 毫无影响的被保留下来，在适当条件下，壁材被破坏时又能将囊心释放出来，可使囊心免受 外界的温度、氧气、紫外线等因素的影响，且对性质不稳定的囊心不会变质。微胶囊剂从外 观看，很象水乳剂，也是以水作为基质的非均相体系，活性成份包含在分散的油相之中，所 不同的是在分散的油粒外层，包以高分子聚合物构成的极薄的囊膜，此囊膜赋于该新剂型许 多重要的功能”。“7 “”：减少了因环境因素( 如光，热、空气、雨水、土壤) 和其它微生 物造成的失效影响，提高了药剂本身的稳定性。囊膜可抑制活性成份的挥发性，掩蔽其原 有的异味，降低它的接触毒性，吸入毒性和药害。引入控制释放的功能，提高农药的利用 率，延长其持效期，从而减少施药的用量和频率。为多种不同性能的农药活性物质的有效 复配提供极大的方便，如具杀虫活性的b t 与杀螨活性的阿维菌素的复配。囊膜材料