CN105638663A

CN105638663A - 纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应用

Info

Publication number: CN105638663A
Application number: CN201610075052.4A
Authority: CN
Inventors: 王合中; 尹新明; 李振亚
Original assignee: Henan Agricultural University
Current assignee: Henan Agricultural University
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2036-02-03
Also published as: CN105638663B

Abstract

本发明公开了一种用水解法制备的纳米几丁质（平均粒度为100-150nm长，15-30nm宽，综合表面电荷密度为33mmol/kg）,以及纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应用，如可以将浓度10－50mg/L的纳米几丁质水悬浮液喷施于小麦叶面或对小麦进行根施处理，也可以将其和氧化乐果混配后喷施于小麦叶面。试验证明：纳米几丁质水悬浮液或其与氧化乐果混配对三种主要小麦蚜虫（麦长管蚜、麦二叉蚜、麦禾谷缢管蚜）具有良好的防治效果，是一种新型绿色环境友好型农药。

Description

纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应用

技术领域

本发明属于小麦防治技术领域，具体涉及一种新型生物纳米材料纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应用。

背景技术

几丁质（俗称，甲壳质、甲壳素、壳多糖）是自然界中唯一带正电荷的天然高分子聚合物，（chitin，结构式如下左所示）主要的来源为虾、蟹、昆虫等甲壳类动物的外壳与软体动物的器官（例如乌贼的软骨），以及真菌类的细胞壁等。其蕴藏量在地球上的天然高分子中占第二位，估计每年自然界生物的合成量可达1×10¹¹吨，仅次于纤维素。自然条件下，几丁质不溶于水，也不溶于酸或有机溶剂，因此很难被有效利用。壳聚糖（结构式如下右所示）是几丁质的衍生物，在特殊条件下，对几丁质进行降解和脱酰反应得到的。壳聚糖是可以溶解在弱酸中的。在弱酸中，壳聚糖上的氨基质子化后即成为带正电荷的聚合物，从而具有生物活性，被广泛的应用于医药、植物病虫害防治等领域。理论讲，不大可能通过脱乙酰基的方法生产100%脱乙酰度的壳聚糖。目前所有的壳聚糖产品基本都是部分脱乙酰。几丁质脱乙酰化的程度越高，发挥的生理效应也越强。当几丁质脱乙酰度达到90%以上，国际医学营养食品学会将此物质命名为除糖、蛋白质、脂及、维生素和矿物质五大生命要素后的第六大生命要素，因此越来越受到广泛关注。

和纤维素一样，天然几丁质也是以纤维状形式存在，通过分子间和分子内的氢键将N-乙酰葡萄糖分子紧密结合在一起，形成具有晶体和非晶体两种结构的几丁质纤维。几丁质的晶体结构有三种，即α，β和γ型。不同来源的几丁质，其化学结构和性质不同。虾壳外壳主要是α-型，鱿鱼的羽状壳主要是β-型，真菌细胞壁的几丁质主要是γ-型（结晶度较低）。α-型，β-型几丁质最丰富，且结晶度高，最稳定，不易熔化，不易溶解，同时也不易溶于一般有机溶剂。α-型几丁质资源最丰富，易于工业化生产。

几丁质的制备一般不需要复杂的工序和化学反应。目前生产上常用的方法是将原料（虾壳或蟹壳）经过脱蛋白、脱盐、脱色素、漂白、烘干研磨得到几丁质。传统工艺生产壳聚糖是化学脱酰反应或水解法，其原理是通过水解破坏几丁质的非晶体区域，使分子键断裂，分子链中部分N-乙酰葡萄糖脱酰，提高亲水性。但是化学脱酰反应条件要求较高，不宜控制，且反应时间较长，耗能，环境污染。据报道，酸水解制备的纳米几丁质颗粒大小一般为长200－500nm，宽10－15nm，也有报道称纳米颗粒在长150－800nm，宽5－70nm。纳米几丁质颗粒依然偏大，其产品的脱乙酰度（电荷电量）鲜有报道，最佳工业化生产纳米几丁质的条件也未见报道。因此，迫切需要研发出一种反应条件温和的、浪费少的新型几丁质纳米化方法。本发明是采用3MHCl,按1:300的比例在85-90^oC条件下水解2小时。其产物经透析、超声处理获得粒度为100-150nm长，宽度15-30nm宽的几丁质纳米晶须，综合表面电荷密度为33mmol/kg。用本方法制备的纳米几丁质除了继承几丁质的基本性质外，还有很高的比表面积、高结晶度和聚阳离子的性质，被视为综合性能优异的天然高分子材料，其纳米颗粒比壳聚糖具有更显著的生物活性。有研究表明纳米二氧化钛、多层碳纳米管、金属纳米颗粒以及以纳米材料为基础的纳米感应器等等，这些材料在农业上均有应用，然而有着良好生物特性和应用价值的纳米几丁质在农业上的应用还没有被系统研究。

传统化学农药在防治农林病虫害的同时也会对人畜产生危害。据文献报道,农药利用率一般为10%，约90%残留在环境中，大量散失的农药残留经水流入食物链转移到人体,对人体产生危害，污染范围极广。其次使用农药也导致害虫天敌的死亡，破坏生态平衡，不利于农业生产的长期稳定发展。农业生产中，用药次数和用药量的增加，也促使害虫抗药性的范围和抗药能力增加，同时加大了对环境的污染和对生态的破坏，由此形成滥用农药的恶性循环，削弱农业生产能力。因此，现代农业的发展亟需高效绿色对环境友好的新型制剂，减少、取代化学农药的使用。

随着全球气候变暖和抗药性的普遍提高，小麦蚜虫近年来爆发、危害越来越重，并且防治趋于日益困难。目前对麦蚜的防治方法除选用抗虫品种外，主要还是化学防治。为解决农业生产中这些突出的问题，纳米农药，尤其是用生物材料制成的新型纳米农药将在农业生产中发挥重要作用。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应用。

具体的，可以将浓度10－50mg/L的纳米几丁质水悬浮液喷施于小麦叶面。

具体的，可以用浓度10－50mg/L的纳米几丁质水悬浮液对小麦进行根施处理。

具体的，可以将浓度10－50mg/L的纳米几丁质水悬浮液和氧化乐果混配后喷施于小麦叶面。

本发明利用新型生物纳米材料纳米几丁质来防治小麦蚜虫危害，减少化学农药的使用，降低化学污染残留，解决了由于长时间大剂量使用化学农药而导致害虫抗药性增加、农药防治效果降低、农田土壤环境污染、农药残留超标等农业生产问题，同时提高小麦产量，降低农业生产成本，是一种新型绿色环境友好型农药。

和现有技术相比，本发明的有益效果：

1）本发明纳米几丁质为一种环境友好型的纳米制剂-水悬浮液，无需任何有机或无机助剂，可以无污染无残留地防治小麦害虫，减少化学农药的投入，解除防治农业害虫对传统农药的选择压力。2）克服延缓害虫的抗药性并保证了防治效果。3）提高了农药的增效作用，防治农业害虫效果明显得到增强。4）降低农业生产成本。纳米几丁质既能防治农业害虫又能提高农作物生长发育，抗虫抗病。本发明纳米几丁质将会对环境保护、改良土壤结构、提高粮食及果蔬产量产生重大意义，并能带来巨大的社会和经济效益。

附图说明

图1为本发明纳米几丁质的透射电镜图，图中可以看出，几丁质纳米颗粒为晶须结构，粒度在100-150nm长，15-30nm宽。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。

下述实施例中，所用的纳米几丁质经如下方法获得：

本发明采用3MHCl，按原料几丁质（Sigma-Aldrich,C9213-1KG）和3M盐酸的重量体积比1g：300mL将两者混合，在85－90℃条件下水解2小时。水解结束后，产物用再生纤维素透析膜（MWCF12－14KDa）在去离子水中常温下透析，以释放游离的酸至析出液中的pH稳定；透析后的产品在0℃条件下，超声处理3－10分钟，然后在4℃条件下高速（12000rpm）离心15分钟，去除沉淀后，即获得粒度为100－150nm长，宽度15－30nm宽的几丁质纳米晶须水悬浮液（见图1）。其纳米粒子的综合表面电荷密度为33mmol/kg。经急性毒理测定，纳米几丁质水悬液对雌性和雄性大鼠的急性径口LD50均大于5000mg/Kg.BW，急性经皮LD50大于2000mg/Kg.BW。因此可以作为新型农药或农药辅助剂。

将上述制备所得的纳米几丁质配置成浓度10、30、50mg/L的纳米几丁质水悬浮液进行下述应用试验。以百农矮抗58小麦为例，待小麦生长至苗期8－10片叶，植株15－20cm高时，取叶或整株进行试验。

实施例1纳米几丁质水悬浮液喷雾于小麦叶面，对小麦蚜虫的触杀作用

根据《农药室内生物测定试验准则杀虫剂第9部分：喷雾法，NY/T1154.9-2008》,用浓度为10、30和50mg/L的纳米几丁质水悬浮液进行喷雾处理。1）具体方法：每个培养皿载入健康生长的小麦叶片3片（每片长8-10cm），接入小麦蚜虫为每叶片15头，培养皿以湿润的吸水纸覆底。2h后使用喷雾器对培养皿内叶面及蚜虫喷雾。喷雾药量为0.6ml/平皿。每处理设置3个重复，对照喷雾是纯水。2）饲养与观察：处理后将培养皿置于24-26℃、相对湿度为60%-80%、光照光周期为L:D=（16：8）的人工气候箱中饲养和观察。饲养24h后，检查记录死亡虫口数，计算死亡率。3）统计试虫死活标准：以能正常活动或飞翔或正常行动的作为活虫，其余全部为死虫。

据试验统计（见表1）：三种不同浓度的纳米几丁质水悬浮液对小麦主要蚜虫的死亡率分别为26.41%、38.22%、72.69%；浓度为50mg/L的纳米几丁质水悬浮液对小麦蚜虫的毒杀效果（72.69%）要高于40%氧化乐果（70.58%），且浓度为50mg/L的纳米几丁质水悬浮液对小麦三种主要蚜虫的毒杀效果无显著差异。结果表明：浓度为50mg/L的纳米几丁质水悬浮液制剂对小麦蚜虫达到了较高的触杀效果，并对三种主要蚜虫无选择特异性，具有普遍触杀作用。

表1纳米几丁质水悬浮液喷雾处理小麦24h对其三种主要蚜虫的毒力效果

注：P为40%氧化乐果1500倍稀释液；表中处理和死亡数据为三组重复的平均数。

实施例2纳米几丁质水悬浮液对小麦蚜虫的内吸毒杀作用

根据《农药室内生物测定试验准则杀虫剂第4部分：内吸活性试验-连续浸液法，NY/T1154.4-2006》。具体方法：1）选择带根的健壮小麦，将根部洗净、晾干；将植株根部置于装有100ml不同浓度纳米几丁质水悬浮液的烧杯中浸泡，给予光照及正常条件，保证植株根系正常生长。48h后将小麦从药液中取出，剪下茎部未接触药液部分置于培养皿中，保湿备用。每培养皿载入叶片3片（8-10cm），然后接试虫15±3头，培养皿以湿润的吸水纸覆底，并设不含药液的处理作空白对照。2）饲养与观察：处理后将培养皿置于24-26℃、相对湿度为60%-80%、光照光周期为L:D=（16：8）的人工气候箱中下饲养和观察。3）统计试虫死活标准：以能正常活动或飞翔或正常行动的作为活虫，其余全部为死虫（表2）。

表2纳米几丁质水悬浮液连续浸液处理小麦对三种蚜虫毒力效果

注：P为40%氧化乐果1500倍稀释液；

表中处理和死亡数据为三组重复的平均数。

试验结果表明（见表2）：接种96h后，浓度为50mg/L的纳米几丁质水悬液对小麦三种主要蚜虫的毒效果为68.62%，其内吸作用接近于化学农药氧化乐果，并且该浓度的纳米几丁质水悬浮制剂对小麦三种主要蚜虫的毒杀效果差异不显著。结果说明浓度为50mg/L的该纳米几丁质水悬浮制剂对小麦蚜虫达到了较高的毒杀效果，且对三种主要蚜虫无选择特异性，内吸作用强。

实施例3纳米几丁质水悬浮液和氧化乐果混配喷施小麦对蚜虫的毒力效果

将40%氧化乐果用去离子水按常规使用浓度1500倍稀释，然后将浓度分别为10、30、50mg/L的纳米几丁质水悬浮液分别与氧化乐果稀释液按等体积混配，即减少农药使用量一半。具体处理方法：每个培养皿载入健康生长的小麦叶片3片（每片长8-10cm），接入小麦长管蚜为每叶片15±3头，培养皿以湿润的吸水纸覆底。2h后，将混配药剂使用喷雾器对培养皿内叶面及蚜虫喷雾，喷雾药量为0.6ml/皿。饲养与观察：处理后将培养皿置于24-26℃、相对湿度为60%-80%、光照光周期为L:D=（16：8）h的人工气候箱中下饲养和观察。统计试虫死活标准：以能正常活动或飞翔或正常行动的作为活虫，其余全部为死虫。

试验结果表明（见表3）：浓度为10mg/L的纳米几丁质水悬液与氧化乐果混配，对小麦蚜虫的毒杀效果（72.12%）高于两者单独使用（纳米几丁质水悬液26.41%，氧化乐果70.58%）。随着混配试剂中纳米几丁质含量的增高，杀虫效果明显增强。用50mg/L的纳米几丁质水悬液与氧化乐果等体积混配的杀虫效果达到100%，此时治虫效果最佳。结果表明：纳米几丁质水悬液与氧化乐果混配使用，治虫效果明显增强，高于其两者单独使用，效果显著。

表3纳米几丁质水悬浮与氧化乐果1：1混配喷雾处理小麦24h对其三种蚜虫毒力效果

注：P1为10mg/L纳米几丁质水悬液与40%氧化乐果1500倍稀释液等体积混配；

P2为30mg/L纳米几丁质水悬液与40%氧化乐果1500倍稀释液等体积混配；

P3为50mg/L纳米几丁质水悬液与40%氧化乐果1500倍稀释液等体积混配；

P为40%氧化乐果1500倍稀释液；

表中处理和死亡数据为三组重复的平均数。

实施例4纳米几丁质水悬浮液和氧化乐果混配根施小麦对蚜虫的毒力效果

混配药剂的配置参照实施例3。根施试验方法为：选择带根的健壮小麦，将根部洗净、晾干；将植株根部置于装有100ml不同浓度纳米几丁质水悬浮液的烧杯中浸泡，给予光照及正常条件，保证植株根系正常生长24h后将小麦从药液中取出，剪下茎部未接触药液部分置于培养皿中，保湿备用。每培养皿载入叶片3片（8-10cm），然后接试虫15头，培养皿以湿润的吸水纸覆底，并设不含药液的水处理作空白对照。饲养与观察：处理后将培养皿置于24-26℃、相对湿度为60%-80%、光照光周期为L:D=（16：8）h的人工气候箱中饲养和观察。统计试虫死活标准：以能正常活动或飞翔或正常行动的作为活虫，其余全部为死虫。

据调查（见表4）：将纳米几丁质水悬浮液与氧化乐果混配，对小麦连续浸根处理24h，通过内吸作用毒杀小麦蚜虫同样具有减施增效作用。混配药剂浸根24h后，麦叶接种蚜虫，96h后检查蚜虫存活情况。发现纳米几丁质水悬与氧化乐果等体积混配试剂对小麦三种蚜虫防治效果均达100%，高于两者单独使用，治虫效果最佳。结果说明：两种试剂混配通过内吸作用方式的毒杀效果最显著，可有效的控制小麦蚜虫的发生。

表4纳米几丁质水悬液与氧化乐果1:1混配连续浸液处理小麦对其三种主要蚜虫毒力效果

P为40%氧化乐果1500倍稀释液；

表中处理和死亡数据为三组重复的平均数。

纳米几丁质防治小麦蚜虫效果综合比较

综合上述结果分析，纳米几丁质水悬液具有良好的杀虫性能，其浓度达到50mg/L时，便可达到65.67%以上的杀虫率（表5）。若将纳米几丁质与氧化乐果混配，能达到完全控制麦蚜的发生。

Claims

1.纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应用。

2.如权利要求1所述纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应用，其特征在于，将浓度10－50mg/L的纳米几丁质水悬浮液喷施于小麦叶面。

3.如权利要求1所述纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应用，其特征在于，用浓度10－50mg/L的纳米几丁质水悬浮液对小麦进行根施处理。

4.如权利要求1所述纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应用，其特征在于，浓度10－50mg/L的纳米几丁质水悬浮液和氧化乐果混配后喷施于小麦叶面。