CN110037025B

CN110037025B - 一种环保型果树用防冻剂及其制备方法

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Publication number: CN110037025B
Application number: CN201910386951.XA
Authority: CN
Inventors: 张宗兴
Original assignee: Linyi Boteli Biotechnology Co ltd
Current assignee: Linyi Boteli Biotechnology Co ltd
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2039-05-10
Also published as: CN110037025A

Abstract

本发明属于果树防冻剂技术领域，具体涉及一种环保型果树用防冻剂及其制备方法。本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种环保型果树用防冻剂及其制备方法，本发明将海藻多糖、植物源小分子多肽制备成类纳米脂质体溶液、将调环酸钙制备成纳米微胶囊分散液，与甘油、维生素E、海藻酸钠、50wt%的聚乙烯亚胺水溶液、甘露醇形成环保型果树用防冻剂。本发明制备的防冻剂可以起到速效和长效的防冻效果，适用于多种经济作物，如苹果树、茶、桑、草莓、葡萄及各种花果苗木,尤其是对苹果树花蕾、芽、叶等都有防冻作用。

Description

一种环保型果树用防冻剂及其制备方法

技术领域

本发明属于果树防冻剂技术领域，具体涉及一种环保型果树用防冻剂及其制备方法。

背景技术

我国北方经常遇到在初春、秋末和冬初季节气温变化无常等情况，农作物往往因为天气骤变、气温急剧下降而造成严重冻害，导致果蔬等经济作物的叶、花等部分组织受到损害。目前在农业生产实践中为了防止植物受到冻害常常采取烟熏或者覆盖法，但是烟熏法产生大量一氧化碳和二氧化碳，而且效果甚微；覆盖法是以干草、稻草、麦草等覆盖农作物，这种方法具有局限性，只限于小规模的田园，且过后需要对覆盖物进行清除、费时费力。

冻害对作物的影响主要是植物细胞间隙结冰和植物细胞内结冰而引起的，当气温迅速下降时，首先细胞间隙中的水结成冰，周围细胞的水蒸气便向细胞间隙的冰晶体聚集，而使冰晶体的体积变大，对细胞原生质发生机械伤害；当温度迅速下降到0℃以下，除了在细胞间隙结冰外，细胞内的原生质也结冰，冰晶体严重的破坏生物膜结构，使细胞亚结构的隔离被破坏，使细胞原生质过度脱水，要解决植物的冻害问题，首先就要提高细胞液的浓度，其次延缓茎叶的伸长，使植物进入半休眠状态，使植物代谢减弱、生长缓慢。

CN 1166297 C中公开了一种多功能无公害植物防冻护绿剂及制备方法，其组成包括微生物发酵液、成膜剂、比久、复硝酚钠和黄腐酸，主要解决减少水分损失，使植物处于半休眠状态，从而阻止植物因水分损失和养分失衡而落叶成颜色褐变，但该防冻护绿剂主要用于观赏花类。

CN 100358415 C 中公开了一种植物防冻液，该防冻液以马齿苋提取液为原料，辅以葡萄糖、蔗糖、维生素C、甘油、氯化胆碱等润活保护剂和植物生长延缓剂等配制而成。虽然氯化胆碱能够起到部分植物生长延缓剂的作用，但在植物生长调节领域也用于植物光合作用促进剂，例如对小麦、水稻在孕穗期喷施可促进小穗分化，块根等地下部分生长作物在膨大初期起到膨胀作用，从而起到增产、增收的目的；所以其生长延缓作用有限。

CN 103875672 B中公开了一种核桃早霜防冻剂，该防冻剂由脱落酸的乙醇溶液、昆虫壳聚糖的醋酸溶液、脯氨酸水溶液、海藻糖水溶液、乙醇、甘油和水复配而成。防冻剂具有延迟核桃树花芽、叶芽萌发效果，但对其余果树防冻效果有限，且一旦浓度掌握不准确，可能造成植物发芽被强烈抑制、严重情况甚至导致减产和植物生长发育紊乱。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种环保型果树用防冻剂及其制备方法，本发明将海藻多糖、植物源小分子多肽制备成类纳米脂质体溶液、将调环酸钙制备成纳米微胶囊分散液，与甘油、维生素E、海藻酸钠、50wt%的聚乙烯亚胺水溶液、甘露醇形成环保型果树用防冻剂。本发明制备的防冻剂可以起到速效和长效的防冻效果，适用于多种经济作物，如苹果树、茶、桑、草莓、葡萄及各种花果苗木, 尤其是对苹果树花蕾、芽、叶等都有防冻作用。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种环保型果树用防冻剂乳液，按重量份数计算，由以下组分构成：

调环酸钙的纳米微胶囊分散液60-80重量份、甘油20-25重量份、维生素E 5-8重量份、海藻酸钠3-5重量份、50wt%的聚乙烯亚胺水溶液10-16重量份、甘露醇8-10重量份、植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液30-50重量份、纯化水100-200重量份；

所述植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液是采用薄膜-超声分散法制备而成，以大豆卵磷脂和β-谷甾醇为原料制备出磷脂薄膜，在pH=7.0的磷酸盐水溶液中于超声条件下与海藻多糖、植物源小分子多肽、表面活性剂作用制备出植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液。

优选的，所述植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液的制备方法具体包括如下步骤：

1）将0.8 g大豆卵磷脂和0.05-0.08 g β-谷甾醇采用氯仿超声溶解后，20-30℃下减压脱溶得光滑的磷脂薄膜；

2）磷脂薄膜中加入20 mg海藻多糖、植物源小分子多肽20mg 和10mg表面活性剂PVP-K15，再加入20ml pH 7.0的磷酸缓冲液，水浴超声条件下进行扩散，超声扩散后于细胞超微粉碎仪中粉碎(工作2 s/间隙2s，功率350 W，20min)，然后将所得产品进行离心(5℃，6000 r/min，10 min)，去除下层杂质，最后用0.22 微孔滤膜进行过滤，得到的滤液即植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液。本发明采用植物甾醇β-谷甾醇和大豆卵磷脂为原料形成磷脂薄膜，形成的磷脂薄膜提高了与果树的磷脂层的相容性，增加渗透作用；构筑的类脂质体有利于海藻多糖和植物源小分子多肽填充于植物的细胞间质、细胞壁和细胞质中，促进植物原生质流动；提高细胞浓度，使冰点降低，大大缓冲了细胞质过度脱水，保护细胞质胶体不会预冷凝固；对细胞间隙及其细胞原生质起到了防冻效果；另一方面，植物源小分子和海藻多糖可以为提供营养物质，可修复受伤或受冻的植物细胞，使受冻植物细胞逐渐恢复健康生长，起到了细胞复活剂的作用。

优选的，所述调环酸钙的纳米微胶囊分散液的制备方法包括如下步骤：

1）1.0g调环酸钙采用50ml乙醇溶液加热溶解作为芯材分散液；

2）取8-10g β-环糊精和0.3-0.5g纳米碳酸钙采用100ml纯化水在50-70℃下搅拌溶解得壁材溶液；

3）将芯材分散液滴加到壁材溶液中，在5-10℃下超声12-24h得调环酸钙的纳米微胶囊分散液；β-环糊精是环状低聚糖，β-环糊精内侧是由疏水性的环氧基和 C-H 键组合形成的空穴内壁腔，腔外亲水，腔内疏水；本发明采用调环酸钙作为芯材，以β-环糊精作为壁材，利用β-环糊精的空穴内壁腔对调环酸钙进行包埋，在超声条件下形成微胶囊。纳米碳酸钙的添加增加了纳米微胶囊在乳液中的分散性，提高纳米微胶囊的稳定性；

优选的，所述植物源小分子多肽为植物来源的2到10个氨基酸组成的小分子片段，优选为大豆肽、玉米肽；植物源小分子多肽可提供营养物质，修复受伤或受冻的植物细胞，使受冻植物细胞逐渐恢复健康生长，起到了细胞复活剂的作用。

本发明以甘油和甘露醇联用作为防冻辅助剂,且甘露醇的加入改善了防冻剂乳液的流动性；

海藻酸钠是一种天然多糖，聚乙烯亚胺（Polyethyleneimine，PEI）是一种水溶性高分子聚合物，二者共同起到了成膜剂的作用，是在树体、花蕾、芽、叶面等部位的表面形成防冻膜，并与保水剂共同作用，减少植物水分蒸发。

维生素E起到愈伤促进剂的作用，可修复受伤或受冻的植物细胞，使受冻果树逐渐恢复健康生长。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种环保型果树用防冻剂乳液的制备方法，包括如下步骤：

1）取维生素E和甘露醇加入到甘油中加热至40-50℃溶解得油相，保温备用；

2）将海藻酸钠溶于纯化水中，控温至35-40℃超声，在超声条件下依次加入调环酸钙的纳米微胶囊分散液和植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液超声分散均匀得水相；

3）保持对水相进行超声，然后将油相滴加到水相中，滴加过程中控制水相的温度为10-20℃，油相滴加结束超声1-3h调节体系pH=6.5-7.5，最后加入50wt%的聚乙烯亚胺水溶液超声分散均匀后灌装得环保型果树用防冻剂乳液。

本发明所制备的环保型果树用防冻剂乳液内含有提高作物抗寒能力的物质、促长剂及多种营养元素, 被作物吸收后, 既提高作物抗寒防冻能力,又能促进生长。适用于多种经济作物，如苹果树、梨树、茶、桑、草莓、葡萄及各种花果苗木, 尤其是对苹果树花蕾、芽、叶等都有防冻作用。喷洒一次即可防止果树花芽在零下3~4℃时不受冻害。

本发明制备的环保型果树用防冻剂乳液在使用时每20ml兑水15-20kg进行喷洒于果树；可有效防止作物的冻害或减轻气温突降给作物带来的损失。作物受冻后喷施本品,可有效缓解受冻作物的情况, 修复受冻作物的细胞, 促使受冻作物尽快恢复正常生长。晚秋植物休眠前或霜冻或寒潮来临前一周内进行喷洒，如早秋、晚春季节突遇霜害，或连日雨雪，或寒冷天气转好时，要及时补喷，以防植物产生冻害。

本发明采用的植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液具有类似于植物细胞膜的磷脂膜，膜内营养物质能够迅速渗透进植物细胞中提高细胞浓度，迅速起到防冻效果；另外，本发明将调环酸钙制备成纳米微球的形式，纳米微球的形式有利于延长防冻时间，持续 7~10天有效；即本发明制备的环保型果树用防冻剂乳液具有速效和长效的防冻效果。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1）本发明制备的环保型果树用防冻剂乳液主体为水溶性，未添加甲苯、二甲苯、甲基萘等石油类溶剂，绿色环保；

2）本发明将调环酸钙作为芯材制备成纳米微胶囊形式，调环酸钙从纳米微胶囊中缓慢释放，增加了与果树的作用时间；较传统的调环酸钙悬浮剂防冻效果更持久，延长了有效防冻期；

3）本发明采用的植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液具有类似于植物细胞膜的磷脂膜，膜内营养物质能够迅速渗透进植物细胞中提高细胞浓度，迅速起到防冻效果；即与调环酸钙相互配合起到了速效和长效的防冻效果；

4）本发明制备的环保型果树用防冻剂乳液适用于多种经济作物，如苹果树、茶、桑、草莓、葡萄及各种花果苗木, 尤其是对苹果树花蕾、芽、叶等都有防冻作用。

附图说明

图1为本发明制备的环保型果树用防冻剂乳液的扫描电镜图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

海藻酸钠（粘度为0.022Pa.s）、纳米碳酸钙来自于北京德科岛金科技有限公司，平均粒径为20nm；50wt%聚乙烯亚胺水溶液（M_w=2.2X10⁴）来自于上海麦凯林生化科技公司。

实施例1

一、制备植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液：

1）将0.8 g大豆卵磷脂和0.06 g β-谷甾醇采用氯仿超声溶解后，20-30℃下减压脱溶得光滑的磷脂薄膜；

2）磷脂薄膜中加入20 mg海藻多糖、大豆肽20mg 和10mg表面活性剂PVP-K15，再加入20ml pH 7.0的磷酸缓冲液，水浴超声条件下进行扩散，超声扩散后于细胞超微粉碎仪中粉碎(工作2 s/间隙2s，功率350 W，20min)，然后将所得产品进行离心(5℃，6000 r/min，10min)，去除下层杂质，最后用0.22 微孔滤膜进行过滤，得到的滤液即植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液。

二、制备调环酸钙的纳米微胶囊分散液：

1）1.0g调环酸钙采用50ml乙醇溶液在40℃下加热溶解作为芯材分散液；

2）取9g β-环糊精和0.4g纳米碳酸钙采用100ml纯化水在50-70℃下搅拌溶解得壁材溶液；

3）室温下将芯材分散液滴加到壁材溶液中，滴加结束后在5-10℃下超声12-24h得调环酸钙的纳米微胶囊分散液；

三、制备环保型果树用防冻剂乳液

1）取6.0g维生素E和9.0g甘露醇加入到22g甘油中加热至40-50℃溶解得油相，保温备用；

2）将4.0g海藻酸钠溶于150g纯化水中，控温至35-40℃超声，在超声条件下依次加入70g调环酸钙的纳米微胶囊分散液和40g植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液超声分散均匀得水相；

3）保持对水相进行超声，然后将油相滴加到水相中，滴加过程中控制水相的温度为10-20℃，油相滴加结束超声1-3h，采用磷酸盐调节体系pH=6.5-7.5，最后加入12g浓度为50wt%的聚乙烯亚胺水溶液超声分散均匀后灌装得环保型果树用防冻剂乳液（定义为D型），灌装每袋20ml（约20.2g）。

对比例1

与上述实施例1的环保型果树用防冻剂乳液制备方法相比，调环酸钙的纳米微胶囊分散液采用相同浓度的调环酸钙水溶液替代，其余原料及其制备方法同实施例1，制备出的环保型果树用防冻剂乳液定义为（D-1型）

对比例2

与上述实施例1的环保型果树用防冻剂乳液制备方法相比，植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液采用相同浓度的海藻多糖和大豆肽水溶液（pH=7.0）替代，其余原料及其制备方法同实施例1，制备出的环保型果树用防冻剂乳液定义为（D-2型）。

实施例2

对实施例1及其对比例1和2制备出的环保型果树用防冻剂乳液进行防冻性能测试，以烟台招远地区红富士苹果树（树龄8年）为测试对相，在苹果花期（4月中下旬）天气预报4月26日凌晨（仅当天）有霜冻预报，采用实施例1、对比例1、2制备的环保型果树用防冻剂乳液（每20g兑水15-20kg）在4月25日中午前后对苹果树冠整体进行喷洒（每100棵树采用一种防冻剂）；4月25日夜间到26日早晨最低气温为-3.2℃，4月28日中午统计每株树冠上、中、下相邻的共90朵已展开的花瓣，凡花器变浅褐或褐色的花为受害花（若90朵中，受害花≤1朵视为未受冻，2≤受害花≤5视为轻微受冻，6≤受害花＜20视为中级受冻，受害花大于20朵视为严重受冻）,统计100颗苹果树花朵冻害情况;结果如表1所示：

表1 不同防冻剂的苹果花朵的防冻效果

注：空白是指100颗苹果树未喷洒任何防冻剂。

试验结果表明，本发明制备的环保型果树用防冻剂乳液可以有效减少苹果花期的冻害（D）；D-2型防冻剂较D型防冻剂防冻效果差，表明将海藻多糖和大豆肽制备成类纳米脂质体溶液可以起到快速防冻的效果，因为植物甾醇β-谷甾醇和大豆卵磷脂形成的磷脂薄膜提高了与植物细胞的磷脂层的相容性，增加渗透作用；构筑的类脂质体有利于海藻多糖和植物源小分子多肽快速填充于植物的细胞间质、细胞壁和细胞质中，促进植物原生质流动；提高细胞浓度，使冰点降低，大大缓冲了细胞质过度脱水，保护细胞质胶体不会预冷凝固；对细胞间隙及其细胞原生质起到了快速防冻的效果。

实施例3

对实施例1及其对比例1和2制备出的环保型果树用防冻剂乳液进行防冻性能测试，以烟台莱阳地区梨树（树龄6年）为测试对相，在梨树花期，天气预报2015年3月09日凌晨有降温预报，采用实施例1、对比例1、2制备的环保型果树用防冻剂乳液（每20g兑水15-20kg）在3月03日中午前后对梨树整体进行喷洒（每100棵树采用一种防冻剂）；3月08日夜间到09日早晨最低气温为-3.6℃，3月10日中午统计每株树冠上、中、下相邻的共90朵梨花，凡花器变黑或褐色的花为受害花（若90朵中，受害花≤1朵视为未受冻；2≤受害花≤5视为轻微受冻，6≤受害花＜20视为中级受冻，受害花大于20朵视为严重受冻）,统计100颗梨树花朵冻害情况;结果如表2所示：

表2 防冻液对梨花的防冻效果

试验结果表明，本发明对梨树（初花期）具有良好的防冻效果，D-1型防冻剂防冻效果较D型差，表明调环酸钙的纳米微胶囊分散液形式较传统溶液形式制备出的防冻剂防冻周期长。

实施例4

防冻剂乳液SEM测试：取 0.1 mL 本发明实施例1制备的防冻剂乳液稀释 20 倍，用 50 μL 移液枪吸取稀释的防冻剂乳液并滴涂于洁净处理过的云母片上，将云母片置于干净滤纸上，使用 N₂流将云母片表面的液滴吹匀，并放置于 45 ℃烘箱中隔夜干燥。在扫描电镜的样品台上贴上适宜大小的导电双面胶，将需要观察的干燥云母片轻轻置于双面胶上，压实，喷金处理后使用场发射扫描电子显微镜观察其形态、分布，测量防冻剂乳液中纳米胶囊和脂质体的平均尺寸，并拍照记录。

从图1中可以直观地看出，本发明所制备的防冻剂乳液中纳米微胶囊和/或脂质体的表面相对光滑，大小均在 200 nm 以下，颗粒均匀，壁膜致密，呈较为规则的球形。

尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

Claims

1.一种环保型果树用防冻剂，其特征在于：按重量份数计算，由以下组分构成：

所述植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液是采用薄膜-超声分散法制备而成，以大豆卵磷脂和β-谷甾醇为原料制备出磷脂薄膜，在pH=7.0的磷酸盐水溶液中于超声条件下与海藻多糖、植物源小分子多肽、表面活性剂作用制备出植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液；

所述调环酸钙的纳米微胶囊分散液制备方法如下：

1）1.0g调环酸钙采用50ml乙醇溶液加热溶解作为芯材分散液；

3）将芯材分散液滴加到壁材溶液中，在5-10℃下超声12-24h得调环酸钙的纳米微胶囊分散液。

2.根据权利要求1所述的环保型果树用防冻剂，其特征在于：所述植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液的具体制备方法为：

2）磷脂薄膜中加入20 mg海藻多糖、植物源小分子多肽20mg 和10mg表面活性剂PVP-K15，再加入20ml pH 7.0的磷酸缓冲液，水浴超声条件下进行扩散，超声扩散后于细胞超微粉碎仪中粉碎，然后将所得产品进行离心，去除下层杂质，最后用孔径为0.22 微孔滤膜进行过滤，得到的滤液即植物细胞复活剂类纳米脂质体溶液。

3.根据权利要求1-2任一项所述的环保型果树用防冻剂，其特征在于：所述植物源小分子多肽为植物来源的2到10个氨基酸组成的小分子片段。

4.根据权利要求3所述的环保型果树用防冻剂，其特征在于：所述植物源小分子多肽为大豆肽或玉米肽。

5.一种权利要求1所述的环保型果树用防冻剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

3）保持对水相进行超声，然后将油相滴加到水相中，滴加过程中控制水相的温度为10-20℃，油相滴加结束超声1-3h调节体系pH=6.5-7.5，最后加入50wt%的聚乙烯亚胺水溶液超声分散均匀后灌装得环保型果树用防冻剂。

6.一种权利要求1所述的环保型果树用防冻剂的用途，其特征在于：用于苹果树、茶、桑、草莓和葡萄的幼枝、保花保果的防冻和缓解冻伤。

7.根据权利要求6所述的用途，其特征在于：用于苹果树花蕾、芽、叶的防冻和缓解冻伤。