CN105941463B - 大分子季铵盐在抑制水稻纹枯病菌菌核萌发中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了大分子季铵盐在抑制水稻纹枯病菌菌核萌发中的用途。该大分子季铵盐的结构式如式(1)所示。该大分子季铵盐的主链为疏水性的PDMS、侧基为QAS，由于主链和侧基有较强的亲疏水性差异，其在水性体系中可稳定吸附在疏水性的菌核外层表面，从而使得菌核表面的季铵盐浓度大大增加，可有效杀灭从菌核萌发孔中萌发的初级菌丝，从而抑制菌核的萌发。该大分子季铵盐易溶于水，无需乳化剂等助剂即可配制成不同浓度的水溶液，方便使用。

Description

大分子季铵盐在抑制水稻纹枯病菌菌核萌发中的用途
技术领域
本发明涉及大分子季铵盐的用途，特别涉及大分子季铵盐在抑制水稻纹枯病菌菌核萌发中的用途。
背景技术
水稻纹枯病，俗称烂脚病、花秆病等，是水稻生产上普遍发生的一种世界性真菌病害，由立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)引起，也是水稻的三大病害之一。随着多蘖、矮秆品种和密植、增施氮肥等高产措施的推广及管理等方式上的改变，其为害越来越重，现已成为我国南方水稻三大病害之首。
由于水稻纹枯病菌寄主范围广、腐生性强，病害始于基部，发病条件与田间小气候如温度、湿度、通风状况等有密切关系，至今没有发现高抗或免疫的种质资源。
遗落在稻田的菌核是稻纹枯病的主要初次侵染来源。菌核在冬季和其他不利条件下能存活很长时间。菌核随腐烂的病组织散落于田间，潜伏在稻秆下、土壤中，来年萌发，较难防治。特别是现行推广的秸秆还田、盖草灭草等技术措施无形中增加了菌核存活的数量。再加之，菌核外层是由多层死菌细胞壁组成的拟薄壁组织，坚硬且有效抵御各类接触型杀菌剂，一般认为，在菌核阶段是很难将病原菌根除。
水稻纹枯病病菌的菌核在其病害循环上是一个重要环节。病原菌主要以菌核在土壤中越冬，也能以菌丝体和菌核在病稻草和其他寄主残体上越冬。初侵染源主要为田间越冬的菌核。春耕灌水后，越冬菌核漂浮水面，插秧后随水漂浮，附着在稻株基部叶鞘上，适宜条件下，萌发长出菌丝，进入叶鞘内侧，产生附着胞，通过气孔或直接侵入组织内。病菌侵入后，在稻株组织中扩展，并向外长出气生菌丝，蔓延至附近叶鞘、叶片或邻近稻株进行再侵染。菌丝的主要作用是从稻株的下部向上垂直扩展。病部形成的菌核脱落后，也可随水流漂浮附着于稻株基部，萌发后进行再侵染。若萌发条件不足(如入冬)，病原将保持菌核状态，在水稻收割后落入土壤或隐藏于还田的秸秆中过冬，来年成为初侵染源，形成病害循环。
当今对水稻纹枯病的防治主要是针对菌丝的杀灭以及阻止菌丝形成菌核来阻断病害循环。一旦形成菌核就没有有效的防治手段，只能等到萌发后再采取防治。无法针对菌核进行防治，这是难以彻底根除水稻纹枯病的其中一个原因。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供大分子季铵盐在抑制水稻纹枯病菌菌核萌发中的用途。
本发明的目的通过下述技术方案实现：大分子季铵盐在抑制水稻纹枯病菌菌核萌发中的用途。
所述的大分子季铵盐(PDMS-g-QAS)的结构式如式(1)所示：
其中，R为CH3CH2CH2-或m与n的值根据分子量和接枝率确定。
所述的m的值优选为4～16；所述的n的值优选为8～48；m、n均为4的倍数。
所述的PDMS-g-QAS的聚硅氧烷主链的数均分子量在2000～8000之间。
所述的PDMS-g-QAS中的接枝季铵盐基团的链节数占总链节数(接枝率)为1/3～1/8。
所述的大分子季铵盐在抑制水稻纹枯病菌菌核萌发中的用途，包括如下步骤：将大分子季铵盐配制成溶液，喷洒到用于种植水稻的载体上，搅拌均匀即可。
所述的载体为田间土壤或是还田秸秆。
所述的还田秸秆或田间土壤与所述的大分子季铵盐按还田秸秆量或田间土壤量(hm2)：大分子季铵盐有效量(g)＝1:100计算。有效量指不含溶剂的大分子季铵盐的质量。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)季铵盐具有独特的表面活性，且渗透力强、较易生物降解、抗菌谱广。一般认为季铵盐对真菌的抗菌机理是其可以抑制菌丝生长及孢子的萌发，同时还会破坏细胞膜的完整性。但针对病原菌菌核时，由于菌核外层为致密坚硬的拟薄壁组织，小分子季铵盐很难渗透菌核的外层，故难以直接对内层休眠的菌丝进行抑制或杀死。本发明通过一种主链为疏水性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、侧基为季铵盐基团(QAS)的大分子季铵盐(PDMS-g-QAS)，由于PDMS-g-QAS的主链和侧基有较强的亲疏水性差异，其在水性体系中可稳定吸附在疏水性的菌核外层表面，从而使得菌核表面的季铵盐浓度大大增加，可有效杀灭从菌核萌发孔中萌发的初级菌丝，从而抑制菌核的萌发。
(2)PDMS-g-QAS易溶于水，无需乳化剂等助剂即可配制成不同浓度的水溶液，方便使用；PDMS-g-QAS在水溶液中可稳定吸附在疏水性的菌核外层表面，对菌核的萌发有较强的抑制作用；吸附在菌核表面的大分子季铵盐亦可改变菌核外层的亲疏水性，使原本疏水的菌核外层变为亲水性，增强菌核外层的吸水能力，可将能漂浮在水面上的“浮游菌核”变成了沉入水底的“沉核”，田间实验表明，菌核多在水面附近(即水稻的叶鞘部位)上萌发、为害，沉入水底的菌核的萌发亦受到一定的限制，这也在一定程度上抑制了菌核萌发后的为害。
附图说明
图1为三种典型结构的PDMS-g-QAS的结构图；其中，图A对应PDMS-g-BC，是以PDMS为主链，含有烷基二甲基苄基氯化铵侧基的聚硅氧烷接枝季铵盐；图B对应PDMS-g-BB，是以PDMS为主链，含有烷基二甲基丁基氯化铵侧基的聚硅氧烷接枝季铵盐；图C对应PDMS-g-HEB，是以PDMS为主链，含有烷基二甲基己基氯化铵侧基的聚硅氧烷接枝季铵盐。
图2为不同烷基二甲基苄基氯化铵侧基接枝率的PDMS-g-BC浸泡水稻纹枯病菌菌核后，菌核的萌发率与所浸泡药剂的浓度之间的关系图。
图3为水稻纹枯病菌菌核在不同结构的PDMS-g-QAS溶液以及小分子季铵盐(十二烷基二甲基苄基氯化铵，即：季铵盐1227)溶液浸泡48h后，菌核的萌发率与所浸泡药剂的浓度之间的关系图。
图4是不同结构的PDMS-g-QAS溶液以及小分子季铵盐(十二烷基二甲基苄基氯化铵，即：季铵盐1227)作用还田秸秆的效果图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所用试剂均可从市场购得。
实施例1：
用聚硅氧烷接枝苄基氯化铵(PDMS-g-BC，如图1A所示)水溶液抑制水稻纹枯病菌菌核萌发的方法，包括如下步骤：
(1)大分子季铵盐溶液的配制：称量一定计量的聚硅氧烷接枝苄基氯化铵(PDMS-g-BC，数均分子量为2.4×103，季铵盐接枝率为1/5，其具体制备方法参照文献“LinYaling,Liu Qiongqiong,Cheng Liujun,Lei Yufeng,Zhang Anqiang.Synthesis andantimicrobial activities of polysiloxane-containing quaternary ammonium saltson bacteria and phytopathogenic fungi.Reactive&Functional Polymers,2014,85:36-44.”或是“刘琼琼.高分子季铵盐的合成、表征及其对细菌和真菌的抑制特性研究；华南理工大学硕士论文，2014”；制备原料八甲基环四硅氧烷(D4)、四甲基四氢环四硅氧烷(D4 H)与六甲基二硅氧烷(MM)的投料摩尔比为4:1:1，季铵化反应所用原料为氯化苄)，配制成浓度为1g/L的PDMS-g-BC水溶液，并逐级稀释为0.8、0.5、0.3、0.1、0.05、0.03和0.01g/L的PDMS-g-BC水溶液。
(2)浸泡水稻纹枯病菌(R.solani)菌核：将160颗水稻纹枯病菌(华南农业大学资源环境学院植物病理学系真菌研究室惠赠，可在中国普通微生物菌种保藏管理中心或其他微生物保藏公司购买)老熟的菌核(菌核是在实验室中，由28℃培养箱，PDA培养基培养并老熟30天得到)分成8组，分别置入上述0.01～1g/L的PDMS-g-BC水溶液中，在室温下浸泡48小时；同时设置对照组，将20颗水稻纹枯病菌老熟的菌核在蒸馏水中浸泡同样的时间。
(3)使用培养基培养浸泡过的菌核检验抑制率：取出浸泡后的菌核，将其自然晾干后置于土豆葡萄糖琼脂(PDA，其中，土豆：葡萄糖：琼脂按质量比10:1:1配比)培养基上，并在28℃的霉菌培养箱中培养，5天后，记录各组菌核的萌发数量及萌发菌核的菌落扩展直径。
按式(A)计算每组菌核的菌核萌发抑制率：
菌核萌发抑制率＝(菌核总数–可萌发的菌核数量)/菌核总数×100％ (A)
实施例2：
用聚硅氧烷接枝正丁基溴化铵(PDMS-g-BB，如图1B所示)水溶液抑制水稻纹枯病菌菌核萌发的方法，基本与实施例1相同，区别仅在于：步骤(1)中的大分子季铵盐为聚硅氧烷接枝正丁基溴化铵(PDMS-g-BB，数均分子量为3.0×103，季铵盐接枝率为1/6，具体制备方法参照文献“Lin Yaling,Liu Qiongqiong,Cheng Liujun,Lei Yufeng,ZhangAnqiang.Synthesis and antimicrobial activities of polysiloxane-containingquaternary ammonium salts on bacteria and phytopathogenic fungi.Reactive&Functional Polymers,2014,85:36-44.”或是“刘琼琼.高分子季铵盐的合成、表征及其对细菌和真菌的抑制特性研究；华南理工大学硕士论文，2014”；制备原料八甲基环四硅氧烷(D4)、四甲基四氢环四硅氧烷(D4 H)与六甲基二硅氧烷(MM)的投料摩尔比为5:1:1，季铵化反应所用原料为溴代正丁烷)。
实施例3：
用聚硅氧烷接枝正己基溴化铵(PDMS-g-HEB，如图1C所示)水溶液抑制水稻纹枯病菌菌核萌发的方法，基本与实施例1相同，区别仅在于：步骤(1)中的大分子季铵盐为聚硅氧烷接枝正己基溴化铵(PDMS-g-HEB，数均分子量为2.5×103，季铵盐接枝率为1/4，具体制备方法参照文献“Lin Yaling,Liu Qiongqiong,Cheng Liujun,Lei Yufeng,ZhangAnqiang.Synthesis and antimicrobial activities of polysiloxane-containingquaternary ammonium salts on bacteria and phytopathogenic fungi.Reactive&Functional Polymers,2014,85:36-44.”或是“刘琼琼.高分子季铵盐的合成、表征及其对细菌和真菌的抑制特性研究；华南理工大学硕士论文，2014”；制备原料八甲基环四硅氧烷(D4)、四甲基四氢环四硅氧烷(D4 H)与六甲基二硅氧烷(MM)的投料摩尔比为3:1:1，季铵化反应所用原料为1-溴代正己烷)。
实施例4：
将不同季铵盐侧基接枝率(侧基接枝率介于1/3～1/8，制备原料八甲基环四硅氧烷(D4)、四甲基四氢环四硅氧烷(D4 H)与六甲基二硅氧烷(MM)的投料摩尔比分别为2:1:1～7:1:1)的聚硅氧烷接枝苄基氯化铵(PDMS-g-BC)配制成0.01、0.1和1.0g/L的水溶液，采用与实施例1相同的浸泡方法和菌核培养方法，计算不同季铵盐侧基接枝率的PDMS-g-BC对水稻纹枯病菌菌核的萌发抑制率，其结果如图2所示。结果表明，随着季铵盐基团接枝率的上升，对水稻纹枯病菌菌核的抑制作用有所增强，但溶液浓度较高时，由于菌核的萌发抑制率已接近100％，这种增强效果不显著。
实施例5：
将不同季铵盐基团的PDMS-g-QAS以及十二烷基二甲基苄基氯化铵(季铵盐1227)配制成1.0g/L的溶液，按季铵盐有效量100g/hm2喷洒至当年发过病的试验田还田的秸秆中，待来年春耕灌水插秧后15d，观察记录水稻纹枯病发病率，其结果如图4所示。
对比实施例：
用十二烷基二甲基苄基氯化铵(季铵盐1227)水溶液抑制水稻纹枯病菌菌核萌发的使用方法。
与实施例1相比，除步骤(1)中的大分子季铵盐为十二烷基二甲基苄基氯化铵(季铵盐1227)之外，其余均与实施例1相同。
不同结构的PDMS-g-QAS(图1A-C，实施例1-3制备得到的)和小分子季铵盐浸泡菌核后，菌核的萌发抑制率与药物浓度之间的关系如图3所示。结果表明，PDMS-g-BC抑制菌核萌发的效果最好，且浓度达到0.8g/L时，经其浸泡过的水稻纹枯病菌菌核完全没有萌发，培养基上未观察到有菌丝从菌核中生长出来；其他两种结构的PDMS-g-QAS，也对菌核萌发也有很好的抑制作用。而小分子季铵盐(季铵盐1227)对菌核的萌发几乎没有抑制作用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.大分子季铵盐在抑制水稻纹枯病菌菌核萌发中的用途，其特征在于：所述的大分子季铵盐的结构式如式I所示：
其中，R为CH3CH2CH2-或所述的m的值为4～16；所述的n的值为8～48；m、n均为4的倍数。
2.根据权利要求1所述的大分子季铵盐在抑制水稻纹枯病菌菌核萌发中的用途，其特征在于：所述的大分子季铵盐的聚硅氧烷主链的数均分子量为2000～8000；
所述的大分子季铵盐中的接枝季铵盐基团的链节数占总链节数为1/3～1/8。
3.根据权利要求1所述的大分子季铵盐在抑制水稻纹枯病菌菌核萌发中的用途，其特征在于：包括如下步骤：将大分子季铵盐配制成溶液，喷洒到用于种植水稻的载体上，搅拌均匀即可。
4.根据权利要求3所述的大分子季铵盐在抑制水稻纹枯病菌菌核萌发中的用途，其特征在于：所述的载体为田间土壤或是还田秸秆。
5.根据权利要求4所述的大分子季铵盐在抑制水稻纹枯病菌菌核萌发中的用途，其特征在于：所述的还田秸秆或田间土壤与所述的大分子季铵盐按还田秸秆量或田间土壤量：大分子季铵盐有效量＝1hm2:100g计算。
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