CN109430257A - 一种预防松材线虫病的含石墨烯纳米材料的注射针剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预防松材线虫病的含石墨烯纳米材料的树木注干液剂，制得的该含石墨烯纳米材料的树木注干液剂包括以下质量百分比的原料制成:活性成分:0.2‑20.0，石墨烯纳米材料:0.1‑30；所述活性成分与所述石墨烯纳米材料的重量比100：(10‑500)，所述活性成分包括抗生素类杀虫剂，所述抗生素类杀虫剂选自甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、阿维菌素、多杀霉素、乙基多杀菌素、伊维菌素中的一种或数种的组合。适用于树干注药防治林木的多种虫害，具有成本低、防效高，适用范围广的特点，适合防治林木病虫害，尤其是用于松树防治松墨天牛等钻蛀性害虫，以及防治松材线虫，从而控制预防松材线虫病。

Description

一种预防松材线虫病的含石墨烯纳米材料的注射针剂

技术领域

本发明属于农药技术领域的注射针剂，具体的说，是一种预防松材线虫病的含石墨烯纳米材料的注射针剂。

背景技术

我国松材线虫病感染松树后可在几十天内枯死，是一种毁灭性的林业灾害。松材线虫主要由松墨天牛传播，松墨天牛成虫羽化高峰期在5-8月，松墨天牛化蛹羽化前，在呼吸道内寄生有大量的松材线虫，在松墨天牛羽化后飞迁、采食嫩枝、刻槽产卵的过程中，松材线虫从松墨天牛的呼吸道脱落于刻槽内，并迅速钻入松树的木质部。

松墨天牛的幼虫属钻蛀性害虫，以松树木质部组织为食，是与松材线虫共生的害虫，从松树外部施药，同样也难以杀死松墨天牛的幼虫；松材线虫靠松墨天牛成虫传播，松材线虫危害部位是松树的木质部，并可顺木质部纤维管束上下移动。因此将农药喷于树的外部，很难杀死树干木质部中的松材线虫。松材线虫是几亿年前出现的原始生物，没有进化出神经系统，传统农药如有机磷无法杀死松材线虫，抗生素类杀虫剂如阿维菌素能用于防治松材线虫，但是阿维菌素没有内吸传导性，难以在松树的木质部内上下传导。

通过树干注药，药剂直接进入树体内，不与周围环境接触，不污染环境及对人畜和其它有益生物造成伤害，是一种非常理想的环境相容性无公害施药技术。

抗生素类杀虫剂，包括甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、阿维菌素、多杀霉素、乙基多杀菌素、伊维菌素，这些活性成分在鳞翅目害虫和松材线虫等有害生物防治中得到大量应用，但由于由于其在水中的溶解度很小，在植物体内具有及其微弱的内吸输导性，从而制约了该类药物在农林业害虫中的应用。另外，复配类药剂由于活性成分的内吸性性能不一致，传导到植株其他部位后，活性成分浓度配比易产生差异，甚至有复配药剂中活性成分一种能传导到目标部位，其他的根本就不能传导到的情况发生。

常规注干液剂，例如30％敌畏·氧乐杀虫注干液剂(ZL99111357.8)和发明专利(专利号：ZL200510043092.2)“一种含吡虫琳的注射针剂”，以及专利(CN105746566A)，这些专利产品树干注药后对刺吸式口器害虫、食叶类害虫具有理想的防效，尤其对于防治林木蛀干害虫意义重大，但是制剂体系主要为乳油体系，为活性成分溶解在溶剂中，加入表面活性剂。这种注射针剂有几个缺点，首先，由于其为乳油体系，在制剂中农药活性成分成分子状态，但是当其注入到树木体内后，乳化成颗粒，颗粒粒径在0.5-2μm，甚至更大，而且会随着时间不断长大，这直接影响活性成分在植株体内的运输传到；其次由于需要用溶剂溶解活性成分，一方面对溶剂对植株往往有害，会溶解植物细胞，另一方面，所用溶剂一般为极性溶剂，溶剂被吸收后，活性成分极易结晶析出，从而影响药效。另外溶剂一般呈弱酸性或弱碱性，在长期贮存中往往会导致活性成分降解，溶剂溶解包装材料等种种缺点，而不用溶剂，则可选活性成分范围就极其窄，仅限于水溶性活性成分，而不能实现防治林木病虫害，实现林木的相关植物保护目的。

发明内容

为了克服上述注射针剂的缺点，本发明采取如下的技术解决方案：

一种预防松材线虫病的含石墨烯纳米材料的注射针剂，所述含石墨烯纳米材料的注射针剂包括以下质量百分比的原料：

活性成分：0.2-20.0，石墨烯纳米材料：0.1-30，分散介质50-99；所述活性成分与所述石墨烯纳米材料的重量比100：10～100：500；所述活性成分包括抗生素类杀虫剂，所述抗生素类杀虫剂选自甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、阿维菌素、多杀霉素、乙基多杀菌素、伊维菌素中的一种或数种的组合，所述分散介质为水。

优选地，所述石墨烯纳米材料包括石墨烯及石墨烯的衍生物。

优选地，所述石墨烯的衍生物为氧化石墨烯及其衍生物。

进一步，所述氧化石墨烯包括纳米氧化石墨烯和化学修饰的氧化石墨烯；其中所述化学修饰的氧化石墨烯包括聚乙二醇修饰的氧化石墨烯、磺酸化修饰的氧化石墨烯、羧酸化修饰的石墨烯。

优选地，所述活性成分还包括拟除虫菊酯类杀虫剂、烟碱类杀虫剂、几丁质酶抑制剂类杀虫剂中的一种或数种的组合，所述拟除虫菊酯类杀虫剂包括高效氯氰菊酯、联苯菊酯、溴氰菊酯、醚菊酯、高效氯氰菊酯、甲氰菊脂中的一种或数种，所述烟碱类杀虫剂包括吡虫琳、吡蚜酮、啶虫眯、烯啶虫胺、噻虫琳、噻虫嗪、噻虫胺、呋虫胺中的一种或数种，所述几丁质酶抑制剂类杀虫剂包括灭虫脲、灭幼脲、除虫脲、氟虫脲、氟铃脲、虫酰肼、甲氧虫酰肼中的一种或数种。

优选地，所述含石墨烯纳米材料的注射针剂还包括具有润湿渗透作用的表面活性剂，包括氮酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基琥珀酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚、有机硅中的一种或数种的组合。

根据上述注射针剂的用途，所述注射针剂用于防治松墨天牛等钻蛀性害虫，以及防治松材线虫，从而控制预防松材线虫病。

一种上述的含石墨烯纳米材料的注射针剂，所述注射针剂的制备方法，包括如下步骤：

a)取一定量的活性成分，溶解于有机溶剂或水中得到活性成分溶液；

b)将含石墨烯材料的水溶液与所述活性成分溶液搅拌混合均匀，制得混合溶液；

c)将所述混合溶液蒸馏除去有机溶剂，加入其它组分，最后补加入水，稀释至合格的活性成分浓度即得所述注射针剂。

本发明制备的石墨烯纳米材料的注射针剂，采用注干法施用后，与现有技术相比，采用石墨烯包膜抗生素类杀虫剂后，使得有基本没有内吸性的活性成分能在松树内传导，从而利用松树的蒸腾拉力使药物散布到全树中去，能够杀灭松材线虫，并且石墨烯包膜后的抗生素类杀虫剂有一定的缓释性能，从而达到更好预防效果，达成预防的目的，使用方便而实用。采用本发明所制备的注射针剂中，抗生素类杀虫剂能用于杀死松材线虫，抗生素类杀虫剂和其他农药的组合，能用于杀死松墨天牛的幼虫或成虫。添加了其他类具有杀虫活性物质杀灭效果更加好，而且能起到预防效果。施药时，在树干的近地处打1-3个注药孔，注入本发明注射针剂，其中的活性成分通过树干和韧皮部的传输路径进行横向扩散和向上输送，直达细小的树枝，树干的木质部和韧皮部含有农药后，松材线虫被杀死，达到治愈感染松材线虫病的松树，同时可杀死钻蛀在木质部的松墨天牛幼虫。本发明具有长效缓释性能，在树干中有效期可达半年以上。通过采用树干打孔注药的方式，注入采用本发明所生产的注射针剂农药，有效地杀死飞迁的松墨天牛成虫和钻入树干内部的松墨天牛幼虫，杀死寄生于树干内的松材线虫，以节约防治成本和大幅度提高防治效果。早期的松材线虫病病树治愈率可达80％以上。

本发明制备的石墨烯纳米材料的注射针剂，采用注干法施用后，具有只对靶标有害生物起作用，不含有溶剂，对松树副作用小，不损害注射针剂包装材料，不污染环境，不伤害天敌昆虫，具有成本低、防效高等特点。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

活性成分阿维菌素、甲氨基阿维菌素、噻虫嗪、高效氯氰菊酯均按折百质量计算。

石墨烯(市售，石墨烯粉体由北京博宇高科新材料技术有限公司提供)

氧化石墨烯通过Hummers法自制。

磺酸化修饰的氧化石墨烯、羧酸化修饰的石墨烯的制备方法可参考专利CN101691204B《生理条件下稳定的纳米氧化石墨烯及其制备方法》；

聚乙二醇修饰的氧化石墨烯的制备方法可参照文献(参YANG K，ZHANG S，etal.ACS NANO，2010)。

实施例1

本实施例给出含石墨烯纳米材料的注射针剂的制备方法和质量检测方法。

注射针剂包括以下的原料：

活性成分：0.2-20.0，石墨烯纳米材料0.1-30。取一定量的活性成分如阿维菌素、高效氯氟氰菊酯，茚虫威，甲氨基阿维菌素、毒死蜱，溶于有机溶剂(如丙酮、乙酸乙酯、乙酸仲丁酯、DMF、DMSO等)，配制活性成分溶液。

将石墨烯水溶液或氧化石墨烯水溶液，参考活性成分和石墨烯纳米材料的重量比为100：(10-500)的比例，与活性成分溶液混合，混合溶液在通风橱搅拌24小时使有机溶剂完全挥发，或者减压蒸馏出有机溶剂，加入其他组分，最后补加入水，使活性成分浓度合格，混合均匀后得到所需活性成分浓度的注射针剂，分别做好标记。

取制备得到的注射针剂0.2mL，分别加入5mL水并混匀，静置48小时后观察其稳定性，再取1mL加入玻璃瓶中，于烘箱中52±2℃静置14天，观察其稳定性。

实施例2

1.8％阿维菌素注射针剂(活性成分与石墨烯纳米材料的重量比0.9：1)

称取18g阿维菌素，缓慢加入100m1乙酸乙酯，室温搅拌0.5小时，得阿维菌素透明溶液。

将上述阿维菌素透明溶液倒入1000mL含20g纳米氧化石墨烯的水溶液中，在通风橱中减压蒸馏出有机溶，称量剩余溶液重量，补加入水，使活性成分阿维菌素的浓度合格，即使制得1.8％阿维菌素注射针剂。

结果显示，1.8％阿维菌素注射针剂可稳定分散在水溶液中，且具有良好的热稳定性。

实施例3

1％甲氨基阿维菌素注射针剂(活性成分与氧化石墨烯纳米材料的重量比1：0.5)

称取2g甲氨基阿维菌素，缓慢加入20m1丙酮，室温搅拌5分钟，得甲氨基阿维菌素透明溶液。

将上述甲氨基阿维菌素透明溶液倒入200mL含1g纳米氧化石墨烯的水溶液中，在通风橱中减压蒸馏出丙酮，后补加入12克脂肪醇聚氧乙烯醚和16克聚醚，最后补加入一定量的水，使活性成分甲氨基阿维菌素的浓度合格，制得1％甲氨基阿维菌素注射针剂。

结果显示，1％甲氨基阿维菌素注射针剂可稳定分散在水溶液中，且具有良好的热稳定性。

实施例4

10.5％甲氨基阿维菌素·除虫脲注射针剂(活性成分与氧化石墨烯纳米材料的重量比1.2：1)

称取2g甲氨基阿维菌素，缓慢加入20m1丙酮，室温搅拌5分钟，得甲氨基阿维菌素透明溶液。

称取40g除虫脲，缓慢加入80ml DMF，室温搅拌5分钟，得除虫脲透明溶液。

将上述甲氨基阿维菌素透明溶液倒入3000mL含35g纳米氧化石墨烯的水溶液中，在通风橱中减压蒸馏出丙酮；再将除虫脲透明溶液加入上述溶液中，再次在通风橱中减压蒸馏出DMF，后补加入24克脂肪醇聚氧乙烯醚，最后补加入一定量的水，使活性成分甲氨基阿维菌素和除虫脲的浓度合格，制得10.5％甲氨基阿维菌素·除虫脲注射针剂。

结果显示，10.5％甲氨基阿维菌素·除虫脲注射针剂可稳定分散在水溶液中，且具有良好的热稳定性。

实施例5

9.8％阿维菌素·噻虫啉注射针剂(活性成分与氧化石墨烯纳米材料的重量比1.4：1)

称取1.8g阿维菌素，缓慢加入20m1乙酸乙酯，室温搅拌5分钟，得阿维菌素透明溶液。

称取8g噻虫啉，缓慢加入70ml DMF，室温搅拌5分钟，得噻虫啉透明溶液。

将上述噻虫啉透明溶液倒入200mL含7g纳米氧化石墨烯的水溶液中，在通风橱中减压蒸馏出乙酸乙酯；再将噻虫啉透明溶液加入上述溶液中，再次在通风橱中减压蒸馏出DMF，后补加入4克脂肪醇聚氧乙烯醚、3克氮酮，最后补加入一定量的水，使活性成分阿维菌素和噻虫啉的浓度合格，制得9.8％阿维菌素·噻虫啉注射针剂。

结果显示，9.8％阿维菌素·噻虫啉注射针剂可稳定分散在水溶液中，且具有良好的热稳定性。

实施例6

5％多杀霉素·高效氯氰菊酯注射针剂(活性成分与氧化石墨烯纳米材料的重量比1.5：1)

称取1.5g多杀霉素，缓慢加入6m1异丙醇，室温搅拌5分钟，得多杀霉素透明溶液。

称取13.5g高效氯氰菊酯，缓慢加入70ml二甲苯，室温搅拌5分钟，得高效氯氰菊酯透明溶液。

将上述多杀霉素透明溶液倒入1000mL含10g纳米氧化石墨烯的水溶液中，在通风橱中减压蒸馏出异丙醇；再将高效氯氰菊酯透明溶液加入上述溶液中，再次在通风橱中减压蒸馏出二甲苯，后补加入4克脂肪醇聚氧乙烯醚、3克氮酮和一定量，最后补加入一定量的水，使活性成分多杀霉素和高效氯氰菊酯的浓度合格，制得5％多杀霉素·高效氯氰菊酯注射针剂。

结果显示，5％多杀霉素·高效氯氰菊酯注射针剂可稳定分散在水溶液中，且具有良好的热稳定性。

对比例

称取阿维菌素1.8g，DMF 15g，吐温60 10g，甲醇补足至100g。用15gDMF溶解阿维菌素1.8g，搅拌将其溶解完全后，混匀，再加入表面活性剂吐温60 10g，充分搅拌溶解，加入甲醇补充至100g，即得1.8％阿维菌素注射针剂。

实施例7：田间防治试验

为了验证本发明制备的石墨烯纳米材料的注射针剂松材线虫病害的防治效果，将实施例2，3，4，5，6中制得的石墨烯纳米材料的注射针剂及采用传统注射针剂配制方法制得的相关供试药剂进行了林间注干施药防治树木虫害及病害的药效试验，具体试验结果如下。

一、注射针剂防治松材线虫病的试验

1材料与方法

1.1供试药械

1.1.1药剂

3活性成分注射针剂(自制，实施例2，)；

实施例2-6和对比例所得药剂

1.1.2药械

便携充电式手持电钻、注射针剂注射器等。

1.2供试树种及防治对象

1.2.1供试树种

试验地点为杭州市余杭区径山镇四岭库区，实验地为8-15年生的马尾松(Pinusmassoniana)与松阔次生混交林。

1.2.2防治对象

松墨天牛、松材线虫

1.3试验方法

2016年1月14日杭州市余杭区径山镇四岭库区松树林进行实验，在对试验地的松树林分区域进行实验，不同区域保持一定距离进行地理隔离，以保证防治虫害实验不互相干扰。不同区域施用实施例2-6的药剂、对比例药剂、CK(清水对照)进行防治，以去年发生有松材线虫病区域为实验区域，以未有明显发病松树为实验松树，测量松树直径，实验松树选取直径25-30cm，以10颗松树为一处理组进行药剂实验，每个处理三个重复。以注药松树周围区域选取20颗未有明显发病松树为对照例(CK)。施用方法采用林业上常用的树干打孔注药，所有试验区的每棵松树注药的药剂浓度保持一致(以活性成分计)，2016年1月14日进行树干注药，用电钻在树的基部距离地面20cm左右处向下倾斜15度打孔，孔径0.4cm，孔深约3-4cm。将装有药剂的自流式注药器尖端削开，用针将盲口捅破后插入孔内，使注射针剂注射器将药剂注入树体。按每树活性成分注药量为1.0g的量注入药剂，在松树树干的靠近地面处打1-3个深1厘米左右的注药孔，在每个注药孔内注入本发明实施例所生产的农药，然后用红油漆在树干上标记编号。

1.4药效检查

注入药剂后第20天、40天、60天，在树高7m处钻孔，取出钻孔的松树植物组织，以检测该药剂活性成分的浓度，结果见表1。注入药剂后2年后统计松树的松材线虫病发病情况，结果见表2。注药前调查各处理松树有新鲜排便的虫孔数，为松墨天牛虫口基数，即药前活虫数，注药5,10,15天后调查各处理松树上还有新鲜排便虫孔数，即药后活虫数，40天后再次调查以记录长期防治效果，结果见表3。

松墨天牛防效计算公式如下：

虫口减退率(％)＝(药前活虫数-药后活虫数)/药前活虫数×100

防效(％)＝(处理区虫口减退率-对照区虫口减退率)/(100-对照区虫口减退率)×100

1.5结果与分析

表1药剂在马尾松树干内的传输动态

由表1可知，在松树树干中的本发明药剂内吸量要远远高于对照例药剂。在树干中注入相同剂量阿维菌素(实施例2和对照例)，本发明实施例1样品在树干中的内吸量30d、60d、90d均要远远高于对照例，对照例由于阿维菌素基本没有内吸传导性，所以基本没有检测到。

实施例4-实施例6的实验结果表明，直到内吸至7m的位置，活性成分的比例大体上保持一致，这也为最后活性成分发挥出应有的药效提供保证。

表2药剂对松材线虫的林场防治实验

供试药剂	用药量(g a.i./颗)	发病率
			实施例2	1.0	13.3％
实施例3	1.0	10.0％
			实施例4	1.0	10.0％
实施例5	1.0	6.7％
			实施例6	1.0	6.7％
对照例	1.0	26.7％
			对照(CK)	-	43.3％

从表1可见，未经处理的松树(CK)，松材线虫病发生率明显高于处理后的松树；采用本发明杀虫剂(实施例2至实施例6)处理后的松树，松材线虫病的发病率低于现有防治剂(对比例)，表明本发明防治松褐天牛的杀虫剂能够较好防治松褐天牛，进而达到了抑制松材线虫病传播的目的；且本发明杀虫剂有配方简单，使用方便，持效期长的特点。

表3几种药剂对松墨天牛的防治效果

由表3可知，本发明制备的注射针剂药剂在防治松墨天牛上有与对照例相当的药效，在注药后40天，均没有再发现新鲜虫粪。但是本发明制备的注射针剂有更好的速效性，实施例2、实施例3、实施例4和实施例5在15天内，均没有再发现新鲜虫粪，已完全杀灭防治区域内松树上松墨天牛幼虫，实施例2甚至在10天后就没有再发现新鲜虫粪。这表明，相对于对照例，本发明实施例制备的注射针剂有更佳的内吸传导性，能更快速的将药剂传导至目标位置，发挥药效。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种预防松材线虫病的含石墨烯纳米材料的注射针剂，其特征在于，所述注射针剂包括以下质量百分比的原料：

活性成分0.2-20.0，石墨烯纳米材料0.1-30，分散介质50-99；所述活性成分与所述石墨烯纳米材料的重量比100：10～100：500；所述活性成分包括抗生素类杀虫剂，所述抗生素类杀虫剂选自甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、阿维菌素、多杀霉素、乙基多杀菌素、伊维菌素中的一种或数种的组合。

2.根据权利要求1所述的注射针剂，其特征在于，所述石墨烯纳米材料包括石墨烯及石墨烯的衍生物。

3.根据权利要求2所述的注射针剂，其特征在于，所述石墨烯的衍生物为氧化石墨烯及其衍生物。

4.根据权利要求1所述的注射针剂，其特征在于，所述氧化石墨烯包括纳米氧化石墨烯和化学修饰的氧化石墨烯；其中所述化学修饰的氧化石墨烯包括聚乙二醇修饰的氧化石墨烯、磺酸化修饰的氧化石墨烯、羧酸化修饰的石墨烯。

5.根据权利要求1所述的注射针剂，其特征在于，所述活性成分还包括拟除虫菊酯类杀虫剂、烟碱类杀虫剂、几丁质酶抑制剂类杀虫剂中的一种或数种的组合，所述拟除虫菊酯类杀虫剂包括高效氯氰菊酯、联苯菊酯、溴氰菊酯、醚菊酯、高效氯氰菊酯、甲氰菊脂中的一种或数种，所述烟碱类杀虫剂包括吡虫琳、吡蚜酮、啶虫眯、烯啶虫胺、噻虫琳、噻虫嗪、噻虫胺、呋虫胺中的一种或数种，所述几丁质酶抑制剂类杀虫剂包括灭虫脲、灭幼脲、除虫脲、氟虫脲、氟铃脲、虫酰肼、甲氧虫酰肼中的一种或数种。

6.根据权利要求1所述的注射针剂，其特征在于，所述注射针剂还包括具有润湿渗透作用的表面活性剂，包括氮酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基琥珀酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚、有机硅中的一种或数种的组合。

7.根据权利要求1所述的1至6中任一项所述的注射针剂，其特征在于，所述注射针剂用于防治钻蛀性害虫和防治松材线虫，所述钻蛀性害虫包括松墨天牛，从而预防松材线虫病。

8.一种根据权利要求1至6中任一项所述的注射针剂，其特征在于，所述注射针剂的制备方法包括如下步骤：

a)取一定量的活性成分，溶解于有机溶剂或水中得到活性成分溶液；

b)将含石墨烯材料的水溶液与所述活性成分溶液搅拌混合均匀，制得混合溶液；

c)将所述混合溶液蒸馏除去有机溶剂，添加制剂其他组分，最后用水稀释至合格的活性成分浓度后即得所述注射针剂。