（农药学专业论文）蝗虫微孢子虫水基悬浮剂及其生物活性的试验研究.pdf

中国农业大学硕士学位论文摘要 捅姜 蝗虫的危害日益加重，利用蝗虫微孢子虫防治蝗虫是生物防治蝗虫的重要手段之一。目前 虽然利用蝗虫微孢子虫灭蝗在生产上已经取得了一定的效果，但是还没有一个良好的剂型。因此 本研究根据蝗虫微孢子虫的特性，以及剂型的发展趋势，探讨将蝗虫微孢子虫加工成水基悬浮剂， 以便在农业生产上进一步推广应用。 通过分析比较蝗虫微孢子虫在不同时间段的活性变化研究不同助荆对蝗虫微孢子虫的影 响，从而筛选出不同的助剂。通过测定微孢子虫液的悬浮率确定润湿分散剂的用量；通过测定微 孢子虫液的沉降率确定粘度调节剂和悬浮稳定剂的用量。通过助剂用量的组合，配制微孢子虫水 基悬浮剂。通过性能指标的测定，筛选出合格的悬浮剂配方。通过比较合格的悬浮剂与生产上常 用的糖剂和蝗虫微孢子虫水稀释液，在表面张力、接触角、持留量和生物活性等四个方面的差异， 筛选出较好的配方。 结果表明，木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、n n o 、黄原酸胶和硅酸镁铝等助剂对微孢子虫的 活性没有影响；拉开粉、n o 和聚乙烯醇等助剂对微孢子虫的活性有抑制作用。单个润湿分散剂 的合适用量都为3 组合润湿分散剂的合适用量为，3 ( 木质索磺酸钠：n n o 为2 ：1 ) 和3 ( 木质素磺酸钙：n n o 为l ：2 或2 ：1 ) ；粘度调节剂的合适用量为0 5 ：根据不同的组合。 悬浮稳定剂的合适用量为o 2 或0 3 。配制成六个配方，其中配方一、配方二和配方五基本达 到国标。 与生产上常用的糖剂和蝗虫微孢子虫稀释液相比较，三个配方虽然对微孢子虫的致病力和感 染能力没有提高，但是三个配方具有良好的湿展性能，配方之间没有差异。因此三个配方的沉积 和黏着性能均优于生产上常用的糖剂和蝗虫微孢子虫水稀释液，更有利于提高其药效。 关键词：微生物农药，蝗虫微孢子虫，悬浮剂，生物活性 中国农业大学磺士学位论文 a b s t r a c t - i l l li i a b s t r a c t l o c u s th a z a r di n c r e a s i n g ，u s i n gn o s e m al o c m t a e l ) t oc o n t r o lk k n s tw a so n eo ft h ei m p o r t a n t m e a n s a t p r e s e n t ，a l t h o u g h t h e u s e o f n l h a s b e e na c h i e v e d i n t h e p r o d u c t i o n o f c e r t a i ne f f e c t s , b u ts o f a rh a sn o tb e e nag o o df o r m u l a t i o n t h u st h et o p i co fi d e n t i t yu n d e rc h a r a c t e r i s t i co fn la n da d a p t i n g t r e n d s , e x p l o r i n gt h en l i n t oaa q u e o u ss u s p e n s i o n sc o n c e n t r a t i o n i no r d e rt of i l r t h e p r o m o t et h eu s a o fa g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n a d j u v a n t sw e r es c r e e n e do u tb a s e do nt h ec o m p a r a t i v ea n a l y s i st h es u r v i v o rr a t i o o fn la t d i f f e r e n t t i m e ，d o s a g e o f w e t t i n g - - d i s p e r s i n ga g e n t s w a sd e t e r m i n e d b y m e a s u r i n gs u s p e n d sr a t e o f n l s o l u t i o n ；d o s a g eo fv i s c i d i t ya g e n ta n ds u s p e n ds t a b i l i z a t i o na g e n tw e r ed e t e r m i n e db ym e a s u r i n g s a d i m a n t a t i o nr a t eo fn ls o l u t i o n t h e nc o m b i n i n gt h e mt op r o c e s s i n ga q u e o u ss u s p e n s i o n s c o n c e n t r a t i o n ，p a s s i n gt om e a s u r e m e n tt h e i rp e r f o r m a n c e ，s e l e c t i n gq u a l i f i e df o r m u l a t i o n s s c r e e n i n g o u tb e t t e rf o r m u l a t i o nb yt h ec o m p a r a t i v ea n a l y s i sd i f f e r e n c eb e t w e e nq u a l i f i e df o r m u l a t i o n sa n ds u g a r f o r m u l a t i o no rt h en lw a t e rd i l u e n ti ns u r f a c et e n s i o n ，t h ec o n t a c ta n g l e ，m a x i m u mr e t e n t i o na n d b i o l o g i c a la c t i v i t y t h er e s u l t si n d i c a t e d ，s o d i u ml i g n o s u l f o n a t e ，c a l c i u ml i g n o s u l f o n a t e ，n n o ，x a n t h a ng u ma n d s i l i c i ca c i dm a g n a l i u mh a dn oi n f l u e n c eo nt h ea c t i v i t yo ft h en lw h i l eb x ，n oa n dp o l y e t h y l e n e a l c o h o li n h i b i t e di t d o s a g eo fe v e r yw e t t i n g - - d i s p e r s i n ga g e n t sw a s3 r e s p e c t i v e l y w h e ns o d i u m l i g n o s u l f o n a t e ：h n 0 2 2 ：ia n dc a l c i u ml i g n o s u l f o n a t e ：n n o = 1 ：2o r2 ：1 t h e i rs u s p e n d sr a t ew e mh i g h e r ； d o s a a g eo fv i s c i d i t ya g e n tw e r e 0 5 ；d o s a g eo fs u s p e n ds t a b i l i z a t i o na g e n tw e r e0 2 o r0 3 a c c o r d i n gt od i f f e r e n tc o m b i n a t i o n s i xf o r m u l a t i o n sw e r ep r o c e s s a d t l e ef o r m u l a t i o n su l t i m a t e l yw e r e u pt ot h en a t i o n a ls t a n d a r d c o m p a r e dw i t ht h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h r e eq u a l i f i e df o r m u l a t i o n sa n ds u g e rf o r m u l a t i o no rt h e n l w a t e rd i l u e n t ，t h e s et h r e ef o r m u l a t i o n sc o u l dw e t t e ra n ds p r e a dw i d e rt h a ns u g a rf o r m u l a t i o no rt h e n l w a t e rd i l u e n t 。t h e r ea r en od i f f e r e n c ea m o n gt h e s et h r e ef o r m u l a t i o n s p a s s i n gt om e a s u r e m e t tt h e h - b i o l o g i c a la c t i v i t y , t h e r ea r en or e d u c t i o nb e t w e e nt h e s et h r e ef o r m u l a t i o n sa n dc o f f m n o nm e t h o d si nt h e r e d u c t i o no fg r a s s h o p p e r sa n di n f e c t i o nr a t e s ot h e s et h r e ef o r m u l a t i o n sw e r eb e t t e r k e yw o r d ：m i c r o b i a lp e s t i c i d e s ，n o s e m al , o c u $ f a e ，s u s p e n s i o nc o n c a n u a t i o n ，b i o l o g i c a la c t i v i t y l l 独创性声明 y9 3 8 4 6 0 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究局谬，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：时间：年月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 导师签名： 赵泌 时间；侈 时间：沙歹 辱e 日岱黾 年月r 厂日 第一章绪论 1 1 农药的发展状况以及发展方向 从广义上可以把农药划分为化学农药和生物农药两大类。人类依靠化学农药曾经创造了许 多奇迹有效地预防了大面积病虫害的发生；大幅度提高了粮食作物的产量保证农业的丰产丰 收。然而化学农药长期不科学的大量使用，造成与化学农药相关的发病率逐年上升，害虫天敌的 密度急剧降低，自然生态链遭到严重的破坏，害虫的抗药性普遍提高，农产品和土壤的农药残留 量越来越高，农产品的生产成本也在逐年提高。 特别是随着我国加入w t o 、p i c 公约的生效及我国“十五”农药结构调蹩计划的落实我国 从2 0 0 4 年开始，对甲胺磷、对硫磷、甲基对硫磷、久效磷及磷胺等5 种高毒农药进行削减；从 2 0 0 7 年1 月1 日起，将全面禁止这5 种高毒农药的生产、销售和使用。逐步削减和全部替代高毒 农药，开发和生产高效、低毒、环境相容性好的农药品种是我国现代农药工业发展的必然趋势。 由于生物农药具有作用方式独特、防治对象专一、对入畜、天敌等有益生物安全以及对环境 风险性低，因此必将成为农药工业的重点和热点。有关专家预测：在未来1 0 年内，生物农药将取 代2 0 以上的化学农药，生物农药将以每年7 8 速度增长。生物农药发展具有良好的潜力。 1 2 微生物农药的特点 微生物农药是生物农药的重要组成部分。微生物农药是指由微生物及其微生物的代谢产物和 由它加工而成的具有杀虫、杀菌、除草、杀鼠或调节植物生长等具有农药活性的物质。“。这些 病原微生物主要有细菌，真菌、病毒，线虫、原生动物等。根据其作用对象，微生物农药分为杀 虫剂、杀菌剂( 拈抗微生物) 、杀螨剂、除草剂、杀鼠剂、杀藻剂等u 。 与化学农药相比，其具有不可比拟的优越性：对病虫害防治效果好，对人畜安全，在阳光 和土壤微生物的作用下易于分解，不污染生态环境，无残留：对病虫害的特异性强。不杀伤害 虫天敌和有益生物，有利于保持生态平衡，多种因素和成分发挥作用使病虫难以产生抗药性； 由于微生物自身繁殖快生长迅速，易变异，可用现代生物技术和基因工程的方法对微生物进 行改造，不断改进性能和提高品质，易于大规模工业化生产：微生物农药所用的病原体能在环 境中形成流行病，可防止病虫害的爆发，有可能长期控制病虫害；可用生产原料和有效成分属 天然，它的回归自然能保证可持续发展：已经越来越受到人们的青睐”, 6 1 。但是它也存在者药 效慢，制荆化困难，难以保存，在田间效果不稳定，使用技术要求高等一系列问题【7 j ，9 】。以活体 微生物为有效成分的产品，生物活性下降很快，产品质量保证期短，造成微生物农药的稳定性差。 因此- 必须在制剂中加入适宜的助剂和选用合适的剂型，来增强这类农药抵御外界环境，如温度、 湿度、光照等方面的影响，延长产品的使用寿命，保证其防治效果 t o l 。 1 3 微生物农药剂型的发展状况和存在问题 1 3 1 微生物农药制剂的应用特性 中国农业大学硕士学位论文 第一章鳍论 微生物农药是由各种目标害物的病原微生物经不同生产方式生产的生物农药。与化学农药相 比，微生物农药的剂型加工更加困难，特别是活体微生物农药。首先，微生物农药是不溶于水的 生物体，其颗粒大小可以从不足0 5 u m ( 颗粒病毒) 到1 0 0 0 um ( 线虫) ，这种颗粒的疏水性直接 影响制剂的润湿性、分散性和悬浮性等物理性能；其次作为生物体微生物对外界因素如温度、 湿度和光照等比较敏感，制剂贮存稳定性差，作用速度慢，田间持效期短，所以在选择助剂时除 需考虑制剂的理化性能要求外，还要考虑选择一些特殊助剂，如防光剂、增效剂等；再者，微生 物作为活体与各种助剂的相容性一般比化学农药差，某些助剂可能完全不能使用，因此选择助 荆时要注意与活体微生物的相容性 1 2 , 1 3 , 1 4 l 。为保证其在贮存过程中的稳定性和在田间条件下，充 分发挥作用不仅从助剂着手外，更重要的是选择合适的剂型。 1 3 2 国内外微生物农药剂型的应用状况 对于细菌杀虫剂“”，以b t 为例，主要有可湿性粉荆( w p ) 、粉剂( d p ) 、颗粒剂( g r ) 、水分散 性粒剂( w g 或w d g ) 、悬浮剂( s c ) 、超低容量剂( u l v ) 、油悬剂( o f ) 、乳悬剂( e s ) 、水剂( a f ) 、胶 囊剂( 化学胶囊和生物胶囊) 等。典型产品如美国a b b o t tl a b o r a t o r i e s 生产的d i p e l re s 和 c e n t a r it m ( w g ) m y c o g e n 公司的生物胶囊和遗传工程产品m u p 和m - t r a kt m 等。中国的产品多 为悬浮剂、可湿性粉剂、颗粒剂和粉泡剂等。 真菌杀虫剂“”1 ，以白僵菌和绿僵菌为例。主要有可湿性粉剂( w p ) 、高孢粉剂、孢子粉油剂 ( g r e e nm u s c l er o ) 、孢子水悬液、白僵菌微囊剂( 聚合凝胶) 、绿僵菌菌丝体颗粒剂( 如b a y e r 的 b 1 0 1 0 2 0 ) 等。 病毒杀虫剂“2 “，主要有可湿性粉齐u ( w p ) 、粉荆、颗粒剂、饵剂、乳悬剂、微胶囊化可湿粉 剂等。 真菌除草剂“”，主要有粉剂( c o l l e g o ) 和干粉状制剂( b i o m a l ) 。 线虫杀虫剂”，主要有海藻酸凝胶剂( a l g i n a t e g e l ，如c i b a - g e i g y 公司的e x h i b i t ) 、粘土 剂( c l a y ，如美国e c o g e n 公司的o t i n e m ) 、流动性凝胶( f l o w a b l eg e l ，如日本s d sb i o t e c h 的 b i o s a f e ) 、水分散性粒剂( w g ，如美国l e s c o 公司的v e c t o rm c ) 等。 原生动物，主要以蝗虫微孢子虫为例，主要有水剂饵剂等。 1 3 3 微生物农药剂型的功能要求 由于微生物农药的有效成分是活体，因此在剂型的功能方面与化学农药相比，有共性也有其 特性。 ( 1 ) 赋形 赋予微生物农药某种特定的、稳定的形态，便于流通和使用，以适应各种施用技术对微生物 农药分散体系的要求。 ( 2 ) 优化物理性能 为使微生物农药获得特定的物理性能和质量规格，由于微生物农药不能像化学农药那样可以 在植物体内传输，因此，要求将微生物农药制成具有悬浮性能好的悬浮剂、一定粒度的粉剂、一 定悬浮率的可湿性粉剂、一定润湿展着性的液剂等，从而使微生物农药喷洒到植物靶标上，能够 均匀分布并牢固地粘附在植物上，才有利于发挥其防治效果。 ( 3 ) 稳定作用 微生物农药的贮存寿命一般不能少于1 8 个月，而化学农药最少需要2 年，4 年最好。由于微生 物农药的活性成分是有生命的，所以通常来说比化学农药更不稳定，也不易被化学物质改变其稳 定性。但是通过剂型加工，在微生物制剂中加入抗氧化剂、遮光剂等能提高其稳定性。例如在 病毒制剂和b t $ i j 剂中加各种u v 防护剂、颜料等，可以防止阳光紫外线对它们的破坏。 ( 4 ) 便于操作和使用 微生物农药在施用过程中，通常有三种因素影响其效果：剂型、施药机具及其使用技术这 三种因素相互关联，互相配合才能充分发挥微生物农药的使用效果。在微生物农药制剂中加入某 些助剂，能使其更容易操作和使用，如球孢白僵荫分生孢子外表面f i 勺类疏水素蛋白质，使分生孢 子呈疏水性，孢子不易进入水相，常导致喷头堵塞和喷雾不均匀，在白僵菌制剂中加入亲水性强 的乳化刹可降低孢子的固液面张力，使孢子粉均匀分散于水相，提高了白僵菌制剂的喷施效果 【1 2 1 3 ，1 4 2 4 ，2 m 1 3 4 影响微生物农药制剂加工的主要因素 要加工成什么样的剂型，首先要考虑影响微生物农药剂型加工的主要因素，主要有以下五个 方面。 ( 1 ) 微生物的生理生化特性 将某种微生物农药加工成何种剂型，取决于其生理生化特性，如其生长所需的温度、湿度、酸 碱环境、喜氧或厌氧，能否产生孢子，产生孢子的条件及其孢子萌发和休眠的条件等。 ( 2 ) 有害生物的生理特征 研究有害生物的生理生化特点以及在接触到微生物农药后所产生的生理变化，有助于筛选合 适的剂型。以便更好地发挥微生物或其代谢物对有害生物的效果。例如f o r c a d a 等研究烟青虫的不 同株系时发现，烟青虫饲喂b t 的初期抗性株系和敏感株系的中肠均表现明显的损伤，3 4 8 h 抗性 株系出现修复，到4 8 h 已完全恢复，而敏感株系则没有出现修复。因此在生产过程中，可通过病原 昆虫的移接防止生产菌株的退化，还可通过抗性昆虫的转接，使低毒力细胞被淘汰，提高菌株对抗 性昆虫各种抵御机制的适应力，从而提高生产菌株的活力和毒力。 ( 3 ) 使用技术及使用目的 使用技术要求不同。选择的剂型也不同。使用的剂型要与现有的药械设备相适应。应根据不 同的使用方式和目的，选择适当的剂型。如使用方式有飞机施药、地面喷洒、拌种、撒施和灌根 等，使用目的有速效性和长效性。一般常量喷雾应选择乳油、可湿性粉剂和悬浮剂，超低容量喷 雾应选择油剂。速效性要考虑剂型的内吸性，长效性要考虑剂型的缓释性等。 ( 4 ) 加工成本及市场竞争力 微生物农药作为商品，选择剂型时必须考虑其加工成本及其在市场上的竞争力，否则即使 是优良的剂型，推广也会遇到许多困难“。例如，缓释剂是一种非常好的剂型，有持效期长、安 全、对环境污染小，但由于加工成本高，市场竞争力差，因此，开发成功1 0 余年后仍发展缓慢。 今后要想迅速发展，必须选择廉价的囊皮材料和简易的加t i 艺以降低成本。 3 ( 5 ) 环境保护的要求 由于与使用者和环境相容性能好的农药剂型日益受到重视。因此以水为基质、不用或少用有 机溶剂的液态制剂，如悬浮剂、水乳剂、水剂、气雾剂、静电喷雾剂以及无糟尘污染的固态制剂 如水分散粒荆、颗粒剂、可洛性粉剂等必将得到迅速的发展。 1 3 5 存在的问题 1 9 9 2 年世界环境与发展大会第2 1 条决议要求“在全球范围内控制化学农药的销售和使用。 到2 0 0 0 年，生物农药的产量占6 0 。”这个决议的影响是很大的。但是到2 0 0 0 年。里约内卢会 议的指标，不仅化成了泡影，而且现实和决议的指标相距悬殊- 其中重要的一点就是微生物农药 产品属性存在不足。因此迫切需要完善其商品的属性“。 由于微生物农药的有效成分主要为活体微生物，而其产品制剂化技术要求高，致使活体微 生物农药的制剂化成为微生物农药发展的一个瓶颈。我国在微生物农药剂型研究上离发达国家 还有很大差距。主要表现为剂型单一，缺乏高水平的剂型( 如w 6 、s c ) ，制剂质量不稳定( 贮存期 短) 。 1 4 蝗虫微孢子虫制剂的发展和现状 最早的微孢子虫制剂是在7 0 年代后期，由美国开发并注册。目前已经在中国、美国、加拿大、 阿根廷和墨西哥等国应用。微孢子虫首先由c 黝i n g 从非洲飞蝗体内分离并命名的。h e n r y ( 1 9 7 1 ) 首先应用微孢子虫进行草原蝗虫的防治并在1 9 8 2 通过用麦麸做饵剂，进行蝗虫的防治。一些田 间试验表明；微孢子虫应用后可在蝗虫体内建立种群并形成流行趋势。1 9 8 6 年，中国农业大学严 毓骅教授从美国引进微孢子虫，并进行蝗虫的防治。目前已经取得了较大的成功，被越来越广泛 的应用，使用面积已经达到6 2 万公顷以上。 蝗虫微孢子虫( n o s e m al o c u s t a e ，简称n l ，下同) 的使用方法。主要为：微孢子虫浓缩 液用水稀释后，按体积比加入0 2 o 5 的食糖或羧甲基纤维素作为粘着剂；与麦麸混合加工 成微孢子虫饵剂，以每亩l o o g 麦麸中混合0 5 x 1 0 9 l l o 卟孢子剂量，用喷粉机喷施或航空喷洒； 直接将稀释后的微孢子虫悬浮液作低景或超低量喷雾。虽然这些使用方法在防治草原蝗虫上取 得了较大的成功1 3 l 】。但是微孢子虫悬浮液对靶标的黏着性差，特别是研究发现，饵料在防治蝗虫 种类上有限。 例如，j o h n s o n 等在加拿大利用麦麸做饵料使用量高达2 7 x1 0 。孢子m m i 虫口仅减少l o 4 0 。f o s t e r 等将使用量提高1 0 0 倍，即2 5 xl o “孢子h m 2 防效也未达可接受水平。它们分析， 防效差与一些重要蝗种不喜食麸有关。o n s a g e r 等也证明几种重要的棒角蝗拒食麸饵。h e n r y 等 试用u l v 剂型防治单食禾草的蝗亚科拒麸种，虽然感染率稍增，但黑蝗类及蝗群总感染率却显著 下降而且u l v 成本要比麸饵高得多。针对非黑蝗亚科蝗种难以防治的问题，同样被p f a d t 于 1 9 8 2 - 1 9 8 7 年在w y o m i n g 州所作的一系列工作所证实- n l 麸饵不能将蝗虫密度减至可接受水 平( 9 1 6 头m 2 ) 以下- 处理区1 4 年后仅有痕迹感染。后来又一尝试，企图用淀粉颗粒剂型，加 u v 防护齐j 和加糖蜜作为取食刺激剂，也未能显著提高效果。还曾尝试将n l 与马拉松混用，认为 将长效与短效结合有积加效果。但此后试验不支持这一策略。p f a d t - 于1 9 7 9 年在w y o m i n 酬连续两 4 年将n l 与西维因麸饵混用，不能将虫口降低至可接受水平，而用常规杀虫剂喷雾获得成功m 。“ 圳。 由于微生物农药的有效成分是活体，s u n d a r a m ( 1 9 9 3 ) 、b a t e m a n 等认为油制剂比水制剂具有更 多的优点。如在附着、抗蒸发等方面。因此，微生物农药剂型的发展方向是逐渐从水基制剂向油 基制剂，从液体向固体制剂从粉末状制荆向颗粒状制荆方向发展。但是蝗虫微孢子虫原药在水中 保存，为保证其话性，不可能将水分蒸干。另外，由于颗粒直径在1 5 微米，不能将颗粒象化学农药那样 将颗粒打碎，因此根据蝗虫微孢子虫颗粒的大小，以及在水中保存的特性，选择将其加工的水 基悬浮剂，充分利用其本身的优势。 1 5 悬浮剂的发展状况以及存在的问题 微生物农药的大部分剂型。都是仿制化学农药的剂型，因此在剂型的机理以及助剂之间的相 互协和等方面都是一样的。因此从剂型的发展趋势知道。化学农药造成的污染是当今人们最关心 的一个问题，所有污染物中的农药已成为受抨击的主要目标之一。尽管它在农作物保护或公共卫 生中起着重要的作用但是来自环境方面的压力却越来越大。化学农药家们正密切地关注着环境 污染问题，并一直坚持不懈地努力研究探索减少这种污染，并取得了不小的成就，农药悬浮剂的 开发就是其中成功的个例子。水基悬浮剂是农药的一种重要的剂型，是以水为载体的环保型农 药新剂型，是有效成分和分散剂、稳定剂、消泡剂、防冻剂等分散在基质水中而形成的高分散、 稳定的悬浮体。其突出的特点表现在：( 1 ) 无粉尘危害，对操作者和环境安全：( 2 ) 以水为基质，没 有有机溶剂产生的易燃和药害问题；( 3 ) 与可湿性粉荆相比，允许选用不同粒径的原药，以便使制 剂的生物效果及其稳定性达到最佳；( 4 ) 液体悬浮剂在水中扩散良好，可直接制成喷雾液使用：( 5 ) 比重大，包装体积小。代表了未来农药剂型的发展方向口5 。 农药悬浮剂是农药剂型中发展历史较短，并处于不断完善中的一种新剂型。这一新剂型的出 现，给难溶于水和有机溶剂的固体农药制计划的生产和应用，开创了广阔的发展前景，是国内外 农药行业公认的，一度称之为“划时代”的新剂型。 发达国家对悬浮剂的开发较早，推广速度也较快。美国2 0 世纪8 0 年代初上市的悬浮剂品种就 达2 9 种，英国在1 9 9 2 1 9 9 3 年间销售的悬浮剂占全部制剂销售量的2 3 ，超过了可湿性粉荆。我 国自2 0 世纪7 0 年代开始研制悬浮刹以来，无论在配方研究、加工工艺和制剂品种、数量上都获得 了突飞猛进的发展，制剂的品种达百种，已经成为我国农药制剂中很有竞争力的新齐型。 据统计，从2 0 0 0 年以来在农业部登记的悬浮齐产品个数上和所占比例，农药悬浮剂品种在 我国稳步迅速发展( 表l 一2 ) 。 ：墨! ：! ! ! 竺生燮墨苎鬯墨登型兰曼兰璧望尘墼 年份2 0 0 02 0 0 1 2 0 0 22 0 0 32 0 0 4 登记个数 4 6 7 88 48 3 1 2 5 占登记总数的比例( )3 44 1 4 64 34 7 今年来，随着我国农药助剂工业的发展以及加工技术和水平的提高，我国的农药悬浮剂质量 有了大幅度的提高，但是从总体来看，与发达国家相比，我国的农药悬浮剂质量突出的问题是贮 存稳定性差，多数产品存放一段时间后分层、结块严重，再分散性差，悬浮率下降导致施药不均 匀，防效变差或出现药害，严重者很难从包装瓶中倒出，计量困难。都严重影响悬浮剂的使用效 果以及悬浮剂这一农药剂型在农业产业中的推广和应用。微生物农药剂型的稳定机理和化学农药 的剂型机理是相通的，因此加工成悬浮剂首先要了解悬浮剂稳定机理。 1 6 农药悬浮剂的物理稳定性 悬浮剂中的固体颗粒很小，一般为o 5 5um ，具有很大的表面能，因此它是热力学不稳定体 系：又由于分散在水中的颗粒会在重力作用下逐渐下沉，因此它又是动力学不稳定体系。所以水 悬剂中的颗粒最终会聚集下沉，降低体系自由能，使体系趋于不稳定。如何保持悬浮剂在贮存期 间( 一般为2 年) 的稳定性，是悬浮液制备中，也是农药悬浮剂重要难题”。 高德霖结合自己所做的工作和当前国际上最新研究成果认为，悬浮剂物理不稳定性至少有3 个方面的原因：( 1 ) 粒子间因存在相互作用而引起的絮凝和聚集现象：( 2 ) 奥氏熟化( o s t w a l d r i p e n i n e ) ，即粒子在制剂中出现晶体长大现象；( 3 ) 因重力作用导致的分层和粒子沉积现象。显然， 要保持农药悬浮剂贮存期物理稳定性，就必须通过配方和加工工艺控伟4 悬浮物积聚、沉降和晶体 生长。也就是，要使悬浮剂在贮存过程中粒子间不发生合并聚结，就必须要使分散粒子的粒度及 其分布保持不变；并且，分散相粒子能稳定地悬浮于分散介质中而不沉降p 3 9 1 。而对于微生物 农药加工成水基悬浮剂，其物理稳定性主要是由于悬浮颗粒的聚结作用和重力作用引起的颗粒下 降。 1 6 1 悬浮颗粒间的聚结作用 农药悬浮剂中分散相粒子很小，分散相与分散介质问存在相当丈的相界面和界面能，是一种介 于胶体与粗分散体系之间的热力学不稳定体系。粒子会自动聚集，从而使界面积缩小，界面能降 低，以至整个悬浮体系被破坏，加入适当的分散剂作用机理为： ( 1 ) 分散助剂在原药粒子上吸附，使原药粒子界面的界面能减少，从而减少粒子聚结合并通 常能在原药粒子上吸附的表面活性剂( 离子型或非离子型) 类物质均能起到此方面作用。( 2 ) 当离子 型分散助剂在原药粒子上吸附时，可使原药粒子带有电荷，并在原药粒子周围形成扩散双电层，产 生电动电势。当两个带有相同电荷的原药粒子相互靠近时，由于静电排斥作用而迫使两个带电粒子 分开，从而阻碍了原药粒子间的聚结合并，使悬浮荆保持抗聚结稳定性。能起到此方面稳定作用 的分散助剂一般为离子型物质。( 3 ) 大分子分散助剂对悬浮剂的稳定作用则是通过丈分子分散剂在 原药粒子上吸附并在原药粒子界面上形成一个较密集的保护层。具有这种保护层的原药粒子靠近 时由于保护层的“位阻”作用而迫使粒子分开，从而保持悬浮剂的抗聚结稳定性。“) 大分子分 散助剂对悬浮剂的这种稳定作用又称空间稳定作用。具有空间稳定作用的大分子分散助剂通常在 其大分予链上需具有两类基团，一类是能在原药粒子上吸附的基团，以保证大分子分故荆在原药 粒子界面上形成稳定的吸附层；另一类是具有良好水化作用的基团。以保证伸入介质水中的大分 子部分具有良好的柔性，并当粒子靠近时产生有效的“位阻”作用。 6 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 6 2 颗粒重力沉降作用 由于农药原药与分散介质的密度不同，而使得农药原药在重力作用下与分散介质间发生相对 沉降。根据s t o c k e s 定律分散悬浮的农药粒子会在重力作用下发生自由沉降，其下降速度可以 用s t o c k e s 公式清楚说明：粒子的沉降速度与三个因素有关，粒子直径、粒子密度与悬浮液密度之 差、悬浮液的粘度有直接的关系，减少分散相粒子的粒径、降低分散相与介质间的密度差和增大 介质粘度都有利于提高悬浮剂的悬浮稳定性。因此，在悬浮剂的研制中。通常采用下列措施提高 悬浮剂的悬浮稳定性。这些措施虽然在一定程度上能够提高悬浮剂的悬浮稳定性，但均受到一定 限制。近来研究表明：在悬浮剂中加入一定量非吸附性大分子，使其形成具有一定触变性的弹性 凝胶，则可以从根本上解决悬浮剂的悬浮稳定性。其机理是非吸附性丈分子在悬浮剂中形成一定 的三维网状结构，静止时似固体。原药粒子分散在三维网状结构中不沉降，一旦对其施加一定外 力，如摇动。即可将其结构破坏，使其成为流动性良好的流体而便于从包装物中倒出。在农药悬浮 剂的研制中，也曾制得这种具有一定触变性的悬浮剂，能在室温下存放三年以上而无分层、沉淀。 对这种触变性悬浮体系，其内部结构的强度要适当，结构太弱，无法抗拒外界因素干扰，起不到 悬浮稳定作用：结构太强，其结构难以破坏则会使悬浮剂难以从包装物中倒出。对这种具有一定 触变性悬浮剂研究的重要手段便是流变学。路福绥等近年来对国内外生产的一些农药悬浮剂的流 变特性进行了研究，发现一些悬浮稳定性好的悬浮剂均具有一定的触变结构，且其流变参数随温度 变化不大；而一些悬浮稳定性差的产品则无触变性或内部结构弱，流动参数受温度影响大，这可能是 某些悬浮剂产品悬浮稳定性差的重要原因p “一2 1 。 1 7 表面活性剂在悬浮剂中的作用 筛选助剂是克服微生物农药质量不稳定的重要措施之一。同时必须深入研究微生物体的生物 学和生物化学特性，有的放矢地选择助剂。才能使所选的助剂，不仅不伤害微生物农药本身，又 能够在使微生物农药在使用性、贮存稳定性以及药效发挥等各方面的性能得到完善。而各种助剂 在悬浮剂的作用是不同的。 在悬浮剂的加工中表面活性剂也起着重要的作用。表面活性剂是一类在很少用量就能明显降 低界面张力的具有两亲性的分子，它既有亲水基团。又有亲油基团。按照表厩活性剂在水中的电 离情况，可以将其分为非离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂和阴离子型表面活性荆三种类 型。表面活性剂的一个基本的性质就是亲水( h l b ，即h y d r o p h i l i cl i p o p h i l i cb a l a n c e ) ， 指达到平衡时，表面活性剂分子中亲水基团的亲水性与亲油基团的亲油性之间的比值，它体现出 表面活性剂亲水亲油性的相对强弱，是作为表面括性剂极性特征的量度。表面活性剂的性质和用 途基本上决定于分子中两种基团的结构、组成【4 ”。 对具体的表面活性剂来说有以下几个方面的作用； 1 7 1 润湿分散作用 农药悬浮荆中分散相粒子很小，分散相与分散介质问存在相当大的相界面和界面能，是一种介 于胶体与粗分散体系之间的热力学不稳定体系。粒子会自动聚集，从丽使界面积缩小，界面能降低， 7 以至整个悬浮体系被破坏，加入适当的分散剂能够提高颗粒间的相互排斥并能阻止颗粒的团聚，还 可以降低表面张力减少离子聚结合并。也可以通过吸附到原药粒子表面抑制晶体的生长。从 而提高悬浮剂的稳定性。 1 7 2 粘度调节剂的作用 在农药悬浮剂中，加入粘度调节剂能够提高悬浮剂体系的粘度，根据s t o c k e s 公式可以知道， 体系粘度的提高可以降低农药粒子的沉降速度，从而提高制剂的稳定性。防止原药在重力的作用 下发生沉降，并导致沉淀结块。 1 7 3 稳定剂的作用 由于水基性悬浮剂具有很大的表面自由能而处于热力学不稳定状态，有自动降低表面自由能 的趋势，所以悬浮稳定剂，在国内又称为助悬剂，使各类悬浮制剂都需要的助剂。其中一种是触 变剂，使悬浮剂具有一定的触变性，因为一个悬浮性稳定性好的悬浮荆必须具有一定的触变结构， 且其流变参数随温度变化不大，而一些悬浮稳定性差的产品则无触变性或内部结构弱，流动参数 受温度影响大。因此稳定剂能够提高悬浮剂的稳定性。 1 8 研究目的、意义和技术路线 1 8 1 研究目的与意义 近年来，随着全球气候变暖，蝗虫危害e l 渐严重，不但原有蝗虫适生区蝗虫发生加重甚至 一些潜在蝗区或已改造的老蝗区也在向蝗区转变即j 。不仅我国如此，蝗虫也是世界性的严重虫灾 m “”，而目前防治蝗虫的措施主要是依靠化学防治，手段比较单一，且存在诸多问题。h e n r y 等 人采用蝗虫微孢子虫防治美国草原蝗虫取得了成功m 】，之后我国中国农业大学严毓华教授等从美 国引入蝗虫微孢子虫治蝗技术并经过“七五”、“八五”十多年的研究，在大量生产微孢子虫技术、 田间应用技术及微孢子虫田间流行学等方面的研究均处于世界领先水平。连续十年的大面积示范 应用防治草原蝗虫取得了良好的经济、社会及生态效益【4 8 - “”。2 。”。 运用蝗虫微孢子虫防治草原蝗虫其前景十分广阔，首先现已查明蝗虫微孢子虫可感染1 0 0 多种蝗虫及其它直翅目昆虫。仅在我国至少有2 8 个蝗虫优势种( 包括飞蝗、稻蝗等) 均对该病敏感； 其次，由于具有垂直感染和水平感染的性能，因此蝗虫微孢予虫不但可以在防治后的当年流行， 而且可以越年持续流行多年，具有持续性效果；再次，生产加工方便，其防治成本一股为化学农药 的1 2 2 3 ；第四蝗虫微孢子虫还可与卡死克( 一种昆虫生长调节剂) 、马拉硫磷等速效化学杀 虫荆协调应用或混配使用实现了速效与长效，化防与生防协调治蝗的目的阱2 8 】；第五该种 病原物是蝗虫等直翅目昆虫的专性寄生物，对人畜及其它类动物无毒，利于保护天敌。保持生态 系统的生物多样性及生态平衡。防止农业生态环境的农药污染”。6 1 。 因此，本课题了解到目前生产上利用麦麸饵料，虽然大部分感染蝗虫品种有较好的防治效果 但是有些品种例如非洲黑蝗，则不能取得理想的防治效果。因此针对生产上存在的这些问题，结 合目前剂型的发展趋势、微生物农药的特性和喷洒机具的要求例如蝗虫微孢子虫原药是保存在 8 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 水中的浓缩液，蝗虫微孢子虫的颗粒直径多在1 5um 左右，并且水基悬浮荆具有对环境污染小， 贮存方便，在水中分散性好等优点，因此选择加工成水基悬浮荆以便使蝗虫微孢子虫在防治范 围上进一步扩展。在田间更广泛的推广应用。 1 8 2 技术路线 筛选助剂的种类 i 确定助剂的用量 土 配制微孢子虫水 基悬浮剂 悬浮剂性能指标的 测定确定助剂的用 j 筛选出合格的配方 生产上常用的方 法 j 湿展性能的测定生物活性的测定 筛选出较好的配方 9 ir 第二章蝗虫微孢子虫水基悬浮剂配方研究 蝗虫微孢子虫是一种单细胞真核原生动物，典型阶段是休眠期的孢子，大小不一，孢子表面 有花样刻痕，一端呈圆弧形另一端有凹陷，孢子内具有一条螺旋式盘卷的极丝和极质，中央有 2 个细胞核，后端有后液泡。成熟孢子形状大致里椭圆形，大小一般为4 6 5 9 m 2 5 3 5 岬， 最大的可为7 1 r n 3 5 p m 。蝗虫微孢子虫完成1 个世代约需1 3 1 5 d p “。 蝗虫微孢子虫是包括蝗虫在内的直翅目昆虫的专性寄生物，可引起蝗虫的慢性病，在3 0 ( 2 左 右时，一般需1 5 2 0 d 才可使蝗虫致死。患病的蝗虫产卵量明显下降，活动及飞翔能力大大减弱， 食量减少。大大削弱了蝗虫的为害能力。蝗虫患病的过程也是微孢子虫在病虫体内增殖的过程。 因此，病虫也就成为该病的传播、流行的病源中心。蝗虫微孢子虫可以通过健虫与病虫的相互残 食、取食由病虫虫粪中的孢子虫污染的食物等水平传播方式。也可通过母代直接将该病传给子代 的垂直传播方式，在蝗虫种群中传播、流行基于上述特点，蝗虫微孢子虫一般不作为速效性的 治理措施应用，而是要充分发挥其能长期流行于蝗虫种群中，可持续调控蝗虫种群数量的优势， 作为长期治理手段。所咀在蝗虫虫口密度处于中、低水平时，微孢子虫可以长期作为蝗虫种群的 生物抑制因素；在蝗虫虫口密度处于高水平时。采用化学农药或昆虫蜕皮抑制剂为主，配合使用 微豫子虫，既可快速压低虫口密度，又可以作为蝗虫种群密度的长期控制因索田删 将该药剂加工剂型选定为水悬浮剂，水基悬浮剂是代表当今农药制齐0 技术发展方向的一类重 要剂型，是热力学和动力学不稳定多组份体系，其制剂技术涉及到农药化学、农药制剂学、物理 化学、化工机械等多个学科，为保证体系的贮存稳定性需要添加多种助剂，丽助剂的品种及其 含量对制j f 【| 的稳定性影响很大，其筛选是水悬浮荆配方研究的重点和难点【6 1 “2 “6 4 】。但是在制剂 配制的过程中并不是将所有相关助剂都加入，根据经验以及助剂的机理进行筛选。 本章根据组成水基悬浮剂助剂的特点，选择在微孢子虫液中加入润湿分散剂、粘度调节剂和 悬浮稳定剂三大助剂，介绍了选择助剂的方法、配制水基悬浮剂的方法和悬浮剂性能指标测定的 的方法。 2 1 供试材料 ( 1 ) 病原：蝗虫微孢子虫( 1 0 x1 0 9 m l ，中国农业大学植物保护学院昆虫生物防治室) ( 2 ) 表面活性剂： 润湿分散荆 术质素磺酸钠( 淄博宜龙化工有限公司) 术质素磺酸钙( 淄博宜龙化工有限公司) n n o ( 萘磺酸甲醛缩合物) ( 浙江闰土股份有限公司) n o ( 浙江闰土股份有限公司) 拉开粉( 上海市开盛化工有限公司) 扩散剂m f ( 甲基萘磺酸甲醛缩合物) ( 河南省安阳市双环助剂有限责任公司) 1 0 中国农业太学硕士学位论文 第二章蝗虫微孢子虫水基悬浮剂配方研究 粘度调节剂 黄原酸胶( x g ) ( 洛阳市中达化工有限公司) 聚乙烯醇( 上海双计化工有限公司) 羟乙基纤维素( 常州市亚利纳助剂有限公司) 羧甲基纤维素( c m c ) ( 常州市亚利纳助剂有限公司) 稳定剂 聚乙烯吡咯烷酮( 北京试剂公司) 硅酸镁铝( 上海科茸化工有限公司) ( 3 ) 水；去离子水，标准硬水，不同硬度的水。 2 2 仪器设备 c l - 1 型磁力搅拌器( 郑州长城科工贸有限公司) ； d r - h w 一1 型电热恒温水浴箱( 北京西城区医疗器械厂) ； p h s 一3 c 型精密p h 计( 上海雷磁仪器厂) ； 电