CN112075462A - 一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法，属于除草剂生产技术领域，包括步骤：称取一定质量的山核桃青皮、青蒿、桉树叶与小麦秸秆，混合粉碎得到原料粉末；将上述原料粉末装入生物反应器，加入水、ISM菌群与纤维素酶进行反应；将上述反应结束后的物料进行提取，采用多次逆流提取，并将提取后的提取液混合；将上述提取液进行浓缩处理得到浓缩液；将上述浓缩液进行干燥处理得到粉状提取物；取粉状提取物，加入吐温‑80，搅拌至充分溶解，然后加入纯水中稀释，搅拌均匀，得到除草剂。本发明除草剂具有低毒、环保的优点，对杂草具有显著的抑制作用。

Description

一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法
技术领域
本发明涉及除草剂生产技术领域，具体涉及一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法。
背景技术
随着人们对绿色食品的广泛需求，对除草剂的要求与限制将更加严格，不仅在毒性方面要求更高，而且更加重视生态环境的保护。利用化感作用控制田间杂草是利用作物自身分泌的化感物质防治杂草，具有剂量小、选择性强、无3R问题等，因此被认为是21世纪发展可持续农业的生物工程技术之一。植物化感作用是指一个活体植物(供体植物)通过茎叶挥发、淋溶、根系分泌等途径向环境中释放其产生的某些化学物质，从而影响周围植物(受体植物)的生长和发育的化学生态学现象。如桉树叶中含有5-羟基-7，4’-二甲氧基-6，8-二甲基黄酮、熊果醇、熊果酸、B-谷甾醇等，青蒿地上部分的乙醇提取物含有青蒿酸、青蒿素B、香豆素、棕榈酸、豆甾醇混合物，均对萝卜、菜心、白菜和水稻的种子发芽和幼苗生长具有较强的抑制作用；此外，小麦高留茬对农田杂草和作物生长具有一定的影响作用，经过实验发现，小麦秸秆浸液中的酚酸等物质具有一定的化感作用，具体表现为低浓度促进生长，高浓度抑制生长；山核桃青皮含有丰富的1,8-桉叶素、胡桃醌、胡桃甙、金丝桃甙、挥发油等多种植物次生物质，具有明显的植物化感作用。
核桃青皮的提取物可严重破坏杂草细胞结构，导致其根部细胞膜系统受到严重损害，细胞变形堆积，细胞内物质混乱无序，细胞代谢失调，细胞核体积变小，植株体内保护酶活性、可溶性蛋白质含量、叶绿素浓度降低，根系活力也受到抑制，因而抑制了细胞光合作用、呼吸作用和养分吸收利用，降低生长活力，使整株植株死亡。此外，核桃青皮中胡桃醌含量达0.229mg/g，是核桃青皮中主要的活性物质，且胡桃醌是已经被证实的效果较好、可以检测的单一的除草剂活性成分。
现代科学研究表明，青蒿素及其生物合成前体3-脱氧-双氢青蒿素具有调节植物生长的作用，连同青蒿素水提物一起，均对常见杂草地上地下部分具有显著的抑制效果，主要抑制途径为：1、改变植物细胞膜透性，使细胞内容物外渗，造成根形态变形，抑制根的生长发育和分化；2、降低了受体体内多酚氧化酶(PPOD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等抗性酶的活性，使苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性升高，使其对外界不良环境的抵抗力降低，使受体植物的生长发育受到抑制，从而表现出强烈的克生能力。因此，青蒿提取物可作为植物源除草剂进行开发利用。
桉树次生代谢产物非常丰富,具有较强的杀虫、杀菌和除草活性,是良好的植物源农药生产原料。多项研究表明，桉树叶中含有单帖类、挥发油、生物碱类物质等，其提取物对黑麦草等多种植物种子及植株生长发育具有显著抑制作用，除已开发的杀虫剂外，桉树叶提取物也可作为良好的除草剂。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法，选取山核桃青皮、青蒿、桉树叶与小麦秸秆作为原料，通过生物反应器对其中具有杂草抑制作用的有效物质进行提取，并配制成除草剂，提取效率高，且通过实验证明该除草剂对杂草有显著的抑制作用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取一定质量的山核桃青皮、青蒿、桉树叶与小麦秸秆，混合粉碎得到原料粉末；
(2)将上述原料粉末装入生物反应器，加入水、ISM菌群与纤维素酶进行反应；
(3)将上述反应结束后的物料进行提取，采用多次逆流提取，并将提取后的提取液混合；
(4)将上述提取液进行浓缩处理得到浓缩液；
(5)将上述浓缩液进行干燥处理得到粉状提取物；
(6)取粉状提取物，加入吐温-80，搅拌至充分溶解，然后加入纯水中稀释，搅拌均匀，得到除草剂。
优选的，所述步骤(1)中，山核桃青皮、青蒿、桉树叶、小麦秸秆的质量比为3-5:2-5:1-3：5，原料粉末为直径小于1mm的片状。
优选的，所述步骤(2)的具体工艺为：先加入水，原料粉末与水的质量比为＝1:4，并调节pH为6.4，然后加入质量分数为1％的ISM菌群以及质量分数为1％的纤维素酶，反应时间2小时，所述ISM菌群为复合微生物菌剂，由等量的木醋杆菌、枯草芽孢杆菌、硝化细菌、醋酸杆菌、丁酸梭菌、乳酸杆菌、双歧杆菌组成。
优选的，所述步骤(3)中，提取用的溶剂分别为浓度为0、30％、50％、70％的乙醇溶液。
优选的，所述步骤(4)中，采用三效浓缩器将提取液浓缩至30％体积，并将乙醇回流收集。
优选的，所述步骤(5)中，采用喷雾干燥机进行干燥处理.
优选的，所述步骤(6)中，粉状提取物与吐温-80的质量比为1:2-6。
本发明的有益技术效果为：
(1)选取山核桃青皮、青蒿、桉树叶与小麦秸秆作为原料，原料易取材，成本低，可消化大量原料，具有低毒、环保的优点；
(2)通过生物反应器对植物中具有杂草抑制作用的有效物质进行提取，并配制成除草剂，提取效率高，工艺简单；
(3)本发明创造性地选取山核桃青皮、青蒿、桉树叶与小麦秸秆四种原料，不仅利用四种原料的化感作用来抑制杂草的生长，且通过将四种原料中的提取物进行提取得到抑制杂草生长的活性成分，并通过实验证明该除草剂对杂草有显著的抑制作用。
附图说明
图1为本发明喷施实施例1所得除草剂的效果对比照片示意图(禾本科杂草)；
图2为本发明喷施实施例1所得除草剂的效果对比照片示意图(阔叶类杂草)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取一定质量的山核桃青皮、青蒿、桉树叶与小麦秸秆，混合粉碎得到直径小于1mm的片状原料粉末，其中，山核桃青皮、青蒿、桉树叶、小麦秸秆的质量比为3：5：2：5；
(2)将上述原料粉末装入生物反应器，先加入水，原料粉末与水的质量比为＝1:4，并调节pH为6.4，然后加入质量分数为1％的ISM菌群以及质量分数为1％的纤维素酶，反应时间2小时，所述ISM菌群为复合微生物菌剂，由等量的木醋杆菌、枯草芽孢杆菌、硝化细菌、醋酸杆菌、丁酸梭菌、乳酸杆菌、双歧杆菌组成；
(3)将上述反应结束后的物料进行提取，采用多次逆流提取，提取用的溶剂分别为浓度为0、30％、50％、70％的乙醇溶液，并将提取后的提取液混合；
(4)将上述提取液进行浓缩处理得到浓缩液，采用三效浓缩器将提取液浓缩至30％体积，并将乙醇回流收集；
(5)将上述浓缩液采用喷雾干燥机进行干燥处理得到粉状提取物；
(6)取粉状提取物，取粉状提取物10.0g，加入20g-60g吐温-80，搅拌至充分溶解，然后加入纯水至100ml稀释，搅拌均匀，得到除草剂。
将上述配制好的除草剂取10ml分别稀释至100ml、500ml、1500ml、2000ml、3000ml，均匀喷洒在长满杂草的草地上。第2天杂草全部发黄枯萎。
将上述粉状提取物(10.0g)中的主要组分含量进行检测，结果如下表所示：
主要组分 含量(％)
胡桃醌 10.0
青蒿素 4.0
总酚酸 15.0
总黄酮 24.9
辅料 20.0
实施例2
实施例2与实施例1的制备工艺相同，不同之处在于原料质量不同，山核桃青皮、青蒿、桉树叶、小麦秸秆的质量比为5：5：3：5；取粉状提取物10.0g，加入20g-60g吐温-80，搅拌至充分溶解，然后加入纯水至100ml稀释，搅拌均匀，得到除草剂。
将上述配制好的除草剂取10ml分别稀释至100ml、500ml、1500ml、2000ml、3000ml，均匀喷洒在长满杂草的草地上。第2天杂草全部发黄枯萎。
将上述粉状提取物(10.0g)中的主要组分含量进行检测，结果如下表所示：
主要组分 含量(％)
胡桃醌 12.2
青蒿素 2.89
总酚酸 11.0
总黄酮 19.2
辅料 20.0
实施例3
实施例2与实施例1的制备工艺相同，不同之处在于原料质量不同，山核桃青皮、青蒿、桉树叶、小麦秸秆的质量比为3：2：1：5；取粉状提取物10.0g，加入20g-60g吐温-80，搅拌至充分溶解，然后加入纯水至100ml稀释，搅拌均匀，得到除草剂。
将上述配制好的除草剂取10ml分别稀释至100ml、500ml、1500ml、2000ml、3000ml，均匀喷洒在长满杂草的草地上。第2天杂草全部发黄枯萎。
将上述粉状提取物(10.0g)中的主要组分含量进行检测，结果如下表所示：
主要组分 含量(％)
胡桃醌 8.6
青蒿素 2.2
总酚酸 14
总黄酮 20.3
辅料 20.0
通过设置下述对比实验来验证本发明的除草剂对杂草的抑制作用，并选择常规除草剂草甘膦作为对比。
实验一：田间除草剂药效实验
具体实验过程为：本实验在北京大兴，土质沙壤，肥力中等，前茬红薯，施药时未种植任何作物，施药时杂草繁茂，已经遮盖地面。选三个小区，每小区20m2，不设重复，按每亩30kg用水量配制药剂，其中除草剂选择本发明实施例1制备所得的粉状提取物750750g，加入1500g吐温-80，溶解于30kg水，草甘膦每亩用草甘膦10％水剂0.75公斤，兑水30kg，喷雾器喷施，施药后24h无降水天气。施药30d后进行小区抽样调查，每小区选3点进行统计，每个点2m2。实验结果如下表所示：
Figure BDA0002710815750000051
上述实验说明本发明除草剂除草效果好，药效持久，尤其是对于禾本科杂草，除草效果优于草甘膦，且相比于草甘膦，本发明除草剂来源于植物本身代谢物，具有低毒、环保的优点。
此外，采用实施例1除草剂除草前后的效果图如图1与图2所示，图1杂草为禾本科杂草，图2杂草为阔叶类杂草，由此可以看出，在喷施除草剂12h后，杂草几乎全部枯萎。
实验二、温室大棚除草剂药效实验
具体实验过程为：本实验在河北承德，土质黏土，肥力中上等，前茬白菜，白菜收获后未作种植，主要杂草为灰灰菜和少量禾本科杂草。选一个大棚，共三垄，垄宽1.2m，按垄划分小区，每垄分别划分两种药剂试验小区，长1.2m，每垄为一个重复。按每亩30kg用水量配制药剂，其中除草剂选择本发明实施例1制备所得的粉状提取物750g，加入1500g吐温-80，溶解于30kg水，草甘膦每亩用10％水剂0.75公斤，兑水30kg，喷雾器喷施。施药43h后进行统计调查，茎叶未完全干枯的杂草按活草计，实验结果如下表所示：
Figure BDA0002710815750000061
上述实验说明本发明除草剂除草效果好，不管是对于禾本科杂草还是阔叶类杂草，除草效果均优于草甘膦，且在短期内即可达到良好的防杀效果，起效快，优于甘草膦。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取一定质量的山核桃青皮、青蒿、桉树叶与小麦秸秆，混合粉碎得到原料粉末；
(2)将上述原料粉末装入生物反应器，加入水、ISM菌群与纤维素酶进行反应；
(3)将上述反应结束后的物料进行提取，采用多次逆流提取，并将提取后的提取液混合；
(4)将上述提取液进行浓缩处理得到浓缩液；
(5)将上述浓缩液进行干燥处理得到粉状提取物；
(6)取粉状提取物，加入吐温-80，搅拌至充分溶解，然后加入纯水中稀释，搅拌均匀，得到除草剂。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，山核桃青皮、青蒿、桉树叶、小麦秸秆的质量比为3-5:2-5:1-3：5，原料粉末为直径小于1mm的片状。
3.根据权利要求1所述的一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体工艺为：先加入水，原料粉末与水的质量比为＝1:4，并调节pH为6.4，然后加入质量分数为1％的ISM菌群以及质量分数为1％的纤维素酶，反应时间2小时，所述ISM菌群为复合微生物菌剂，由等量的木醋杆菌、枯草芽孢杆菌、硝化细菌、醋酸杆菌、丁酸梭菌、乳酸杆菌、双歧杆菌组成。
4.根据权利要求1所述的一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，提取用的溶剂分别为浓度为0、30％、50％、70％的乙醇溶液。
5.根据权利要求1所述的一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，采用三效浓缩器将提取液浓缩至30％体积，并将乙醇回流收集。
6.根据权利要求1所述的一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，采用喷雾干燥机进行干燥处理。
7.根据权利要求1所述的一种基于生物反应器提取的高效生物除草剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，粉状提取物与吐温-80的质量比为1:2-6。
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