CN115260354B - 一种两亲性温敏材料、合成方法及其在绿僵菌野外防治害虫中的应用 - Google Patents

一种两亲性温敏材料、合成方法及其在绿僵菌野外防治害虫中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及烟田害虫防治技术领域，公开了一种两亲性温敏材料、合成方法及其在绿僵菌野外防治害虫中的应用，包括以2‑(十二烷基三硫代碳酸酯基)‑2‑甲基丙酸为链转移剂，2‑(2‑乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯为聚合单体，经多次冻融循环后，在氮气环境下由引发剂引发聚合反应，得到聚合物C12‑EOEOEA。本发明的有益效果在于：本申请利用可逆加成断裂链转移聚合的方法，制备两亲性温敏材料具有低临界溶解温度，其附着在绿僵菌孢子表面，在野外高温环境下，低临界溶解温度的性质使其对绿僵菌孢子形成保护，以此降低高温和紫外胁迫对孢子的损伤，提高了孢子萌发率，解决了绿僵菌在野外防治害虫时受高温和紫外胁迫限制的问题。

Description

一种两亲性温敏材料、合成方法及其在绿僵菌野外防治害虫 中的应用
技术领域
本发明涉及野外害虫防治技术领域，尤其涉及一种两亲性温敏材料、合成方法及其在绿僵菌野外防治害虫中的应用。
背景技术
病虫害作为农业作物在生长过程中不可避免的问题，广泛受到关注，防治措施可以分为物理防治、化学防治以及生物防治措施。随着化学农药的大面积使用和积累，给人类的生存环境和消费环境带来巨大隐患，且害虫容易产生抗药性。
生物防治的优点是不污染环境且目标害虫难以产生抗性，是农药等非生物防治方法所不具有的，因此生物防治的发展及应用受到了广泛关注。其中昆虫病原真菌作为一种重要的生物杀虫剂，由于其环境友好性，对人和动物无害，具有广谱性且致病性强，目前在国内外广泛应用。杨华等(绿僵菌防治烟田主要害虫的研究进展与展望，[J].中国烟草科学,2015,36(05):101-107.)讨论了国内外利用绿僵菌防治烟田害虫的研究进展，研究了绿僵菌在烟草害虫综合防治中具有巨大的应用潜力。
然而，绿僵菌在实际应用时受高温和紫外胁迫的影响会造成孢子萌发率的降低，从而限制了其生物防治功能的发挥。因此，如何保护绿僵菌降低高温和紫外胁迫对其造成的影响是急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种两亲性温敏材料，拟解决绿僵菌在野外防治害虫时受高温和紫外胁迫限制的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
本发明第一方面提出一种两亲性温敏材料的合成方法，包括以2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸为链转移剂，2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯为聚合单体，经多次冻融循环后，在氮气环境下由引发剂引发聚合反应，得到聚合物C12-EOEOEA。
有益效果：本申请利用可逆加成断裂链转移聚合的方法，将2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯聚合单体与2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸进行聚合，以此制备两亲性温敏材料，聚合物的疏水碳链可以通过亲疏水相互作用嵌合在罗伯茨绿僵菌分生孢子表面，亲水链具有低临界溶解温度(LCST)的性质，当温度高于低临界溶解温度时，亲水链发生塌缩，可以降低热胁迫对分生孢子的影响；同时聚合物主链上的三硫代酯可以吸收紫外，因此也具有保护分生孢子抗紫外胁迫的能力。
在绿僵菌的实际应用中，将本申请的两亲性温敏材料附着在绿僵菌孢子表面，在野外高温和紫外照射环境下，低临界溶解温度的性质使其对绿僵菌孢子形成保护，以此降低高温和紫外胁迫对孢子的损伤，提高了孢子萌发率，解决了绿僵菌在野外防治害虫时受高温和紫外胁迫限制的问题。
优选的，所述两亲性温敏材料的合成方法，包括以下步骤：
(1)将2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯溶解到四氢呋喃中，加入引发剂后混匀；
(2)对上述混合溶液进行多次冻融循环，在60～70℃的氮气环境下聚合反应20～24h，然后将聚合反应产物用透析袋透析纯化，得到纯化的聚合物C12-EOEOEA。
优选的，所述步骤(1)中2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、引发剂的摩尔比为1：35～45：0.2～0.3。
优选的，所述步骤(1)中引发剂为偶氮二异丁腈。
优选的，所述步骤(1)中2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯使用前，采用碱性氧化铝过滤以除去其中的阻聚剂。
优选的，所述步骤(2)中透析袋的截留分子量为3500～4000，透析时间为48～50h，且透析过程中至少更换五次水。
本发明第二方面提出一种上述合成方法制备的两亲性温敏材料。
优选的，所述两亲性温敏材料的化学式如下：
Figure BDA0003807339750000021
其中35≤n≤45。
本发明第三方面提出一种上述两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用。
优选的，所述两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，包括以下步骤：
(1)将聚合物C12-EOEOEA加入溶解助剂中，超声处理30～35min，在0～8℃环境中放置30～35min，反复三遍，得到浓度为0.1～2mg/mL的C12-EOEOEA溶液；
(2)在35～45℃的条件下，将绿僵菌孢子在C12-EOEOEA溶液中热处理10～60min。
所述步骤(2)中的溶解助剂为吐温20、吐温80中的至少一种。
本发明的优点在于：
1.本申请利用可逆加成断裂链转移聚合的方法，将2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯聚合单体与2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸进行聚合，以此制备两亲性温敏材料。
2.在绿僵菌的实际应用中，将本申请的两亲性温敏材料通过亲疏水相互作用嵌合在绿僵菌孢子表面，在野外高温和紫外照射环境下，亲水链具有低临界溶解温度(LCST)的性质，当温度高于低临界溶解温度时，亲水链发生塌缩，可以降低热胁迫对分生孢子的影响；同时聚合物主链上的三硫代酯可以吸收紫外，因此也具有保护分生孢子抗紫外胁迫的能力，以此对绿僵菌孢子形成保护，降低高温和紫外胁迫对孢子的损伤，进而提高了孢子萌发率，解决了绿僵菌在野外防治害虫时受高温和紫外胁迫限制的问题。
附图说明
图1为本申请实施例1中聚合物C12-EOEOEA的核磁氢谱图。
图2为本申请实施例1中聚合物C12-EOEOEA的傅里叶红外变换光谱图。
图3为本申请实施例1中聚合物C12-EOEOEA的凝胶渗透色谱图。
图4为本申请实施例1中聚合物C12-EOEOEA的动态光散射曲线图。
图5为本申请实施例1中聚合物C12-EOEOEA的透射电子显微镜和原子力显微镜观察图。
图6为本申请实施例1中聚合物C12-EOEOEA的热重分析曲线图。
图7为本申请实施例1中聚合物C12-EOEOEA溶液的紫外强度随温度增加的变化曲线图。
图8为本申请试验例1中与不同浓度C12-EOEOEA混合后热处理绿僵菌孢子的萌发率。
图9为本申请试验例2中不同热处理温度处理绿僵菌孢子后的萌发率。
图10为本申请试验例3中不同热处理时间处理绿僵菌孢子后的萌发率。
图11为本申请试验例4中与不同浓度C12-EOEOEA混合后紫外处理绿僵菌孢子的萌发率。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
本实施例提供一种两亲性温敏材料的合成方法，包括以下步骤：
(1)将2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯(EOEOEA)用碱性氧化铝过滤以除去其中的阻聚剂，然后将0.027mmol的2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸(C12CTA，9.69mg)和1.06mmol的2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯(EOEOEA，200mg)加入安瓿瓶中，并溶解到1mL的四氢呋喃中。
将偶氮二异丁腈(AIBN)用四氢呋喃溶解为54.5mg/mL的溶液，取20μL(0.0066mmol，1.09mg)加入安瓿瓶中混匀，将安瓿瓶密封。
(2)对密封在安瓿瓶中的混合溶液进行三次冻融循环，然后在70℃的氮气环境下聚合反应24h，然后将聚合反应产物用截留分子量为3500的透析袋透析48h，且透析过程中至少更换五次水，以此得到纯化的聚合产物，即两亲性温敏材料。
对制备的聚合产物进行核磁共振分析和傅里叶红外光谱分析，得到核磁氢谱如图1所示，证明了聚合物C12-EOEOEA的成功合成。傅里叶红外变换光谱如图2所示，可以看出，1731cm-1出现酯键中碳氧双键的特征峰，1107cm-1出现脂肪醚的特征峰，进一步证明目标聚合物的合成。
两亲性温敏材料的合成路线如下：
Figure BDA0003807339750000041
其中，35≤n≤45。
对制备的聚合物C12-EOEOEA进行凝胶渗透色谱分析和动态光散射分析，得到凝胶渗透色谱如图3所示，可以看出C12-EOEOEA的数均分子量Mn＝4703，多分散系数PDI＝1.29，分子量分布较窄。得到动态光散射曲线如图4所示，可以看出C12-EOEOEA的动力学直径为543.14nm。
对制备的聚合物C12-EOEOEA进行透射电子显微镜和原子力显微镜观察，结果如图5所示。图5-A为透射电子显微镜图像，图5-B为原子力显微镜图像，可以看出聚合物C12-EOEOEA形成了纳米微球的形貌。
对制备的聚合物C12-EOEOEA进行热重分析，得到热重分析曲线如图6所示，可以看出C12-EOEOEA的热分解温度为286.3℃。用吐温20水溶液溶解制备的聚合物C12-EOEOEA，配制成C12-EOEOEA溶液，并在500nm波长处进行紫外分析，其紫外强度随温度增加的变化曲线如图7所示，可以看出C12-EOEOEA的最低临界溶解温度为27.8℃。可见，本申请制备的两亲性温敏材料具有低临界溶解温度，在野外高温环境下，其附着在绿僵菌孢子表面形成保护，进而降低高温和紫外胁迫对孢子的损伤。
实施例2
本实施例提供一种两亲性温敏材料的合成方法，包括以下步骤：
(1)将2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯(EOEOEA)用碱性氧化铝过滤以除去其中的阻聚剂，然后将0.03mmol的2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸(C12CTA，11.0mg)和1.06mmol的2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯(EOEOEA，200mg)加入安瓿瓶中，并溶解到1mL的四氢呋喃中。
将偶氮二异丁腈(AIBN)用四氢呋喃溶解为54.5mg/mL的溶液，取18.3μL(0.0061mmol，1.00mg)加入安瓿瓶中混匀，将安瓿瓶密封。
(2)对密封在安瓿瓶中混合溶液进行三次冻融循环，然后在60℃的氮气环境下聚合反应22h，然后将聚合反应产物用截留分子量为3800的透析袋透析49h，且透析过程中至少更换五次水，以此得到纯化的聚合产物，即两亲性温敏材料。
对制备的聚合物C12-EOEOEA进行热重分析和C12-EOEOEA水溶液在500nm波长处进行紫外分析，得到C12-EOEOEA的热分解温度为287.7℃，最低临界溶解温度为29.1℃。
实施例3
本实施例提供一种两亲性温敏材料的合成方法，包括以下步骤：
(1)将2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯(EOEOEA)用碱性氧化铝过滤以除去其中的阻聚剂，然后将0.024mmol的2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸(C12CTA，8.75mg)和1.06mmol的2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯(EOEOEA，200mg)加入安瓿瓶中，并溶解到1mL的四氢呋喃中。
将偶氮二异丁腈(AIBN)用四氢呋喃溶解为54.5mg/mL的溶液，取21.3μL(0.0071mmol，1.16mg)加入安瓿瓶中混匀，将安瓿瓶密封。
(2)对密封在安瓿瓶中混合溶液进行三次冻融循环，然后在65℃的氮气环境下聚合反应20h，然后将聚合反应产物用截留分子量为4000的透析袋透析50h，且透析过程中至少更换五次水，以此得到纯化的聚合产物，即两亲性温敏材料。
对制备的聚合物C12-EOEOEA进行热重分析和C12-EOEOEA水溶液在500nm波长处进行紫外分析，得到C12-EOEOEA的热分解温度为284.3℃，最低临界溶解温度为27.4℃。
实施例4
本实施例提供一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，包括以下步骤：
(1)将吐温20溶解在纯水中，制备1mg/mL的吐温20溶液，然后将吐温20溶液加入到实施例1制备的聚合物C12-EOEOEA中，超声处理30min，再在0℃环境中放置30min，反复三遍，得到浓度为2mg/mL且澄清透明的C12-EOEOEA溶液。
(2)将绿僵菌孢子与2mg/mLC12-EOEOEA溶液混合，在室温下孵育30min，后在45℃的条件下水浴加热处理30min。
实施例5
本实施例提供一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其与实施例4的区别在于：C12-EOEOEA溶液的浓度为1mg/mL。
实施例6
本实施例提供一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其与实施例4的区别在于：C12-EOEOEA溶液的浓度为0.5mg/mL。
实施例7
本实施例提供一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其与实施例4的区别在于：C12-EOEOEA溶液的浓度为0.25mg/mL。
实施例8
本实施例提供一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其与实施例4的区别在于：C12-EOEOEA溶液的浓度为0.1mg/mL。
实施例9
本实施例提供一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其与实施例4的区别在于：绿僵菌孢子与C12-EOEOEA溶液混合后的热处理温度为39℃。
实施例10
本实施例提供一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其与实施例4的区别在于：绿僵菌孢子与C12-EOEOEA溶液混合后的热处理温度为42℃。
实施例11
本实施例提供一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其与实施例4的区别在于：绿僵菌孢子与C12-EOEOEA溶液混合后热处理时间为10min。
实施例12
本实施例提供一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其与实施例4的区别在于：绿僵菌孢子与C12-EOEOEA溶液混合后热处理时间为20min。
实施例13
本实施例提供一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其与实施例4的区别在于：绿僵菌孢子与C12-EOEOEA溶液混合后热处理时间为40min。
实施例14
本实施例提供一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其与实施例4的区别在于：绿僵菌孢子与C12-EOEOEA溶液混合后热处理时间为50min。
实施例15
本实施例提供一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其与实施例4的区别在于：绿僵菌孢子与C12-EOEOEA溶液混合后热处理时间为60min。
试验例1
按照实施例4的方法，以不加C12-EOEOEA的吐温20溶液作为对照组(WT)，先将绿僵菌孢子与不加C12-EOEOEA的吐温20溶液混合，在室温下孵育30min，后水浴加热处理30min。将实施例4-8、对照组中热处理后的绿僵菌孢子在25℃的培养箱中培养，观察生长20h、24h后的萌发率，结果如图8所示。
可以看出，与对照组相比，浓度为0.1～2mg/mL的C12-EOEOEA溶液均可提高绿僵菌孢子热处理后的萌发率。且热处理后24h的萌发率均可达80％以上，相对于对照组的71.8％有明显俺的提升。
试验例2
按照实施例4的方法，以不加C12-EOEOEA的吐温20溶液作为对照组(WT)，将四组绿僵菌孢子与不加C12-EOEOEA的吐温20溶液混合，在室温下孵育30min，然后分别在温度为39、42、45℃条件下热处理30min。将实施例4、实施例9、实施例10、对照组中热处理后的绿僵菌孢子在25℃的培养箱中培养，观察生长16h后的萌发率，结果如图9所示。
可以看出，与对照组相比，在热处理温度为39～45℃的条件下，C12-EOEOEA溶液均可提高绿僵菌孢子热处理后的萌发率。且当热处理温度为42℃时，混合C12-EOEOEA溶液的绿僵菌孢子的16h萌发率较对照组提高了15.32％，优于39℃条件下提高萌发率5.2％和45℃条件下提高9.52％。
试验例3
按照实施例4的方法，以不加C12-EOEOEA的吐温20溶液作为对照组(WT)，将绿僵菌孢子与不加C12-EOEOEA的吐温20溶液混合，在室温下孵育30min，然后在45℃下分别热处理10、20、30、40、50、60min。将观察实施例4、11-15、对照组中热处理后绿僵菌孢子在25℃的培养箱中培养，观察生长的半数萌发时间，结果如图10所示。
可以看出，与对照组相比，在热处理时间为10～60min的条件下，加C12-EOEOEA溶液的均明显缩短了绿僵菌孢子的半数萌发时间。且当热处理时间为60min时，绿僵菌孢子的半数萌发时间由35.87h缩短为26.4h，缩短了9.5h。较10～50min的半数萌发时间缩短效果好，分别缩短了3.07h、1.87h、1.44h、1.84h、6.8h。
试验例4
以不加C12-EOEOEA的吐温20溶液作为对照组(WT)，先将绿僵菌孢子分别与实施例4-8中不同浓度C12-EOEOEA溶液、对照组中不加C12-EOEOEA的吐温20溶液混合，在室温下孵育30min，取10μL滴在培养基上，待液体挥发后在波长312nm、强度为100μJ/cm3的紫外光下照射6s。将紫外照射处理后的绿僵菌孢子在25℃的培养箱中培养，观察生长24h后的萌发率，结果如图11所示。
可以看出，与对照组相比，浓度为0.5～2mg/mL的C12-EOEOEA溶液均可提高绿僵菌孢子紫外照射后的萌发率。且浓度为1mg/mL、2mg/mL的C12-EOEOEA溶液对绿僵菌孢子热处理后，绿僵菌孢子24h的萌发率均可达84％左右，相对于对照组的63.20％有明显的提高。
本申请的实施原理为：本申请利用可逆加成断裂链转移聚合的方法，将2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯聚合单体与2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸进行聚合，以此制备两亲性温敏材料，聚合物的疏水碳链可以通过亲疏水相互作用嵌合在罗伯茨绿僵菌分生孢子表面，亲水链具有低临界溶解温度(LCST)的性质，当温度高于低临界溶解温度时，亲水链发生塌缩，可以降低热胁迫对分生孢子的影响；同时聚合物主链上的三硫代酯可以吸收紫外，因此也具有保护分生孢子抗紫外胁迫的能力。
在绿僵菌的实际应用中，将本申请的两亲性温敏材料附着在绿僵菌孢子表面，在野外高温和紫外照射环境下，低临界溶解温度的性质使其对绿僵菌孢子形成保护，以此降低高温和紫外胁迫对孢子的损伤，提高了孢子萌发率，解决了绿僵菌在野外防治害虫时受高温胁迫限制的问题。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将两亲性温敏材料聚合物C12-EOEOEA加入溶解助剂中，超声处理30~35min，在0~8℃环境中放置30~35min，反复三遍，得到浓度为0.1~2mg/mL的C12-EOEOEA溶液；
（2）在35~45℃的条件下，将绿僵菌孢子在C12-EOEOEA溶液中热处理10~60 min；
所述两亲性温敏材料聚合物C12-EOEOEA的合成方法，包括以2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸为链转移剂，2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯为聚合单体，经多次冻融循环后，在氮气环境下由引发剂引发聚合反应，得到聚合物C12-EOEOEA。
2.根据权利要求1所述的一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其特征在于：所述两亲性温敏材料聚合物C12-EOEOEA的合成方法，包括以下步骤：
（1）将2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯溶解到四氢呋喃中，加入引发剂后混匀；
（2）对上述混合溶液进行多次冻融循环，在60~70℃的氮气环境下聚合反应20~24h，然后将聚合反应产物用透析袋透析纯化，得到纯化的聚合物C12-EOEOEA。
3.根据权利要求2所述的一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其特征在于：所述步骤（1）中2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、引发剂的摩尔比为1：35~45：0.2~0.3。
4.根据权利要求2所述的一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其特征在于：所述步骤（1）中引发剂为偶氮二异丁腈。
5.根据权利要求2所述的一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其特征在于：所述步骤（1）中2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯使用前，采用碱性氧化铝过滤以除去其中的阻聚剂。
6.根据权利要求2所述的一种两亲性温敏材料在绿僵菌野外防治害虫中的应用，其特征在于：所述步骤（2）中透析袋的截留分子量为3500~4000，透析时间为48~50 h，且透析过程中至少更换五次水。
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