荸薺皮環(huán)保型乳油的研制及其殺蚜活性研究

李晶晶，王藝臻，高 銘，封英建，趙玉敬，馬樹杰，張利輝，董金皋

（河北農(nóng)業(yè)大學 植物保護學院，河北 保定 071001）

蚜蟲是農(nóng)業(yè)上最具破壞性的害蟲之一，可損害多種經(jīng)濟作物和糧食作物，其中豌豆修尾蚜（Megoura crassicauda）通過刺吸寄主植物韌皮部的汁液和傳遞多種病毒的方式為害大豆、蠶豆、豌豆等豆科作物［1］；桃蚜（Myzus persicaeSulzer）的若蟲、成蟲常常群集于桃樹新梢幼嫩葉片背面，通過刺吸樹體汁液，導致葉片卷曲，植株萎蔫，其分泌的蜜露還可污染葉片和果實，易誘發(fā)煤污病，影響樹體生長和果實品質(zhì)［2］；麥長管蚜（Sitobion avenaeFabricius）是我國北方麥區(qū)的優(yōu)勢蚜蟲種群，主要在小麥抽穗后發(fā)生，吸食小麥汁液造成萎蔫，還傳播大麥黃矮病毒（Barley yellow dwarf virus, BYDV）造成小麥減產(chǎn)［3］；棉蚜（Aphis gossypiiGlover）通過刺吸棉花葉片和莖稈幼嫩部位，造成葉片卷曲和植株矮化，嚴重時影響棉花的光合作用，造成棉花減產(chǎn)，品質(zhì)下降［4］。目前，針對上述蚜蟲的防治主要以化學農(nóng)藥為主，但化學農(nóng)藥的大量使用不僅使蚜蟲的抗藥性逐年增加，且對非靶標生物及生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響［5］。因此，研發(fā)安全、高效的綠色農(nóng)藥迫在眉睫。

植物源農(nóng)藥具有選擇性強、低毒、不易產(chǎn)生抗藥性和環(huán)境兼容性強等優(yōu)點，已成為綠色農(nóng)藥創(chuàng)制的主要方向之一［6］。據(jù)報道多種植物源農(nóng)藥對蚜蟲具有防治效果，如荊條（Vitex negundovar.heterophylla(Franch.) Rehd.）提取物在600 mg/mL濃度下對蘿卜蚜（Lipaphis erysimi）48 h 的觸殺活性為95.19%［7］；曼陀羅（Datura stramoniumL.）乙醇提取物在50 mg/mL 濃度下對棉蚜（A.gossypii）72 h 的觸殺活性為91.26%［8］；毛竹葉（Phyllostachys pubescens）石油醚提取物對蘿卜蚜（L.erysimi）的LC50為2.21×103mg/L［9］；刺槐（Robinia pseudoacaciaL.）種子提取物對棉蚜（A.gossypii）和甘藍蚜（Brevicoryne brassicaeL.）均具有較強的觸殺活性，其24 h 的 LD50分別為7.04 和6.87 ng/頭［10］。然而，上述研究大多集中于植物提取物的室內(nèi)生物活性，關(guān)于制劑研制及田間藥效的研究報道相對少。 荸 薺 (Eleocharis dulcis(Burm. f.) Trin.) 為 莎草科植物，具有治療咽炎、喉炎、咳嗽、肝炎和高血壓等多種藥理活性［11］。由于其獨特的風味，也是中國南方最受歡迎的蔬菜之一，但在食用時需將其果皮丟棄，造成浪費。據(jù)報道荸薺對棉鈴象甲（Anthonomous grandisBoheman）有拒食活性，且可作為誘餌在稻田誘捕稻白螟（Scirpophaga innotataWalker）［12-13］。實驗室前期發(fā)現(xiàn)，荸薺皮提取物對多種害蟲具有良好的殺蟲活性，其對豌豆修尾蚜（M.crassicauda）的LC50為21.87 mg/mL；對小菜蛾（Plutella xylostellaLinnaeus）3 齡幼蟲的LC50為352.46 mg/mL［14］?？梢?，荸薺皮提取物具有開發(fā)成新型植物源殺蟲劑的潛質(zhì)。

植物源農(nóng)藥的劑型加工一般考慮其來源、溶解性等因素，如水提取的多加工成水劑，有機溶劑提取的大多被加工成乳油。乳油是由原藥、有機溶劑、乳化劑和其它助劑組成的一種均相透明的油狀液體，具有加工工藝簡單、理化性質(zhì)穩(wěn)定、易于儲存、使用方便等優(yōu)點［15］。然而，乳油中大多含有易燃且有毒的有機溶劑如甲苯、二甲苯等，使其環(huán)境相容性較差［16］。溶劑油150#是礦物源溶劑，具有閃點高、分子量大、毒性低等優(yōu)點，已成為環(huán)保型乳油加工的主要選擇之一［17］?？紤]到荸薺皮乙醇提取物的溶解性、溶劑油150#的環(huán)保性等因素，可將其加工成環(huán)保型乳油。

本研究在前期已確定荸薺皮提取物具有較強殺蚜活性的基礎(chǔ)上，通過對溶劑和乳化劑等助劑的篩選研制荸薺皮乳油制劑，并對制劑性能指標進行測定，采用室內(nèi)盆栽法和田間藥效試驗評價其殺蟲活性，以期為荸薺皮提取物的進一步開發(fā)和應用奠定基礎(chǔ)，也可為其他新型植物源農(nóng)藥乳油研制提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試昆蟲和植物 豌豆修尾蚜（Megoura crassicaudaMordvilko）飼養(yǎng)于河北農(nóng)業(yè)大學植物保護學院養(yǎng)蟲室，溫度：(25±2)℃，相對濕度：(55±5)%，L/D=16 h/8 h 長期飼養(yǎng)的敏感品系。

荸薺皮（Eleocharis dulcis(Burm. f.) Trin.）購買于河北省安國市冷背藥材有限公司。

1.1.2 供試藥劑溶劑 溶劑油150#購買自江蘇華倫化工有限公司，桉樹油、大豆油和松節(jié)油購自北京宇悅生物科技有限公司。

表面活性劑：Span-80、Tween-80、1602#、OP-10和BY-120 購買自北京宇悅生物科技有限公司；農(nóng)乳500#、、AEO-9、656H、EL-40 和7809#均購自石家莊市金鵬化工助劑有限公司。

對照藥劑：0.5%苦參堿水劑購買自河北中保綠農(nóng)作物科技有限公司；70%吡蟲啉水分散粒劑購自拜耳作物科學（中國）有限公司。

1.2 植物乙醇提取物的制備

將荸薺皮（3 kg）粉碎，用95%乙醇浸提7 d后用布氏漏斗進行抽濾，將得到的濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓濃縮至浸膏狀，將濾渣回收繼續(xù)用95%的乙醇繼續(xù)浸提2 次，合并3 次濃縮液，得到荸薺皮乙醇提取物（186.25 g）。

1.3 荸薺皮乳油的研制

1.3.1 溶劑篩選 參照郭武棣［18］的方法進行溶劑篩選，方法如下：在具塞的10 mL 試管中加入（1.2±0.02）g 的荸薺皮浸膏，取2 mL 溶劑加入試管中，搖晃觀察其溶解情況，若不溶可用超聲波輔助其溶解，若仍不能完全溶解，繼續(xù)向試管中加入2 mL 溶劑，繼續(xù)搖晃觀察溶解情況，直至溶劑加到10 mL 時，還不能完全溶解，舍棄該溶劑，選擇另一種溶劑繼續(xù)篩選。若原藥可以完全溶解，便將其放置在0 ℃冰箱中和54 ℃恒溫箱中檢測其穩(wěn)定性，4 h 后觀察是否有無分層、沉淀等現(xiàn)象，若無上述現(xiàn)象出現(xiàn)說明該溶劑的穩(wěn)定性合格。

1.3.2 乳化劑篩選 稱取0.50 g 原藥，再加入0.40 g乳化劑，加入上述篩選出的溶劑溶解并攪拌均勻。以乳化分散性制劑的外觀，冷貯、熱貯穩(wěn)定性為指標，選擇合適的乳化劑。若單一乳化劑效果達不到預期，可將非離子乳化劑和陰離子乳化劑組合，最終確定乳化劑的種類、配比。

分別取原藥0.5 g 置于5 支試管中，然后分別加入乳化劑0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 和1.1 g 于試管中，加溶劑補足10 g，得到含乳化劑質(zhì)量分數(shù)分別為1 %、3%、5%、7%、9%和20%的溶液。根據(jù)上述指標，確定乳化劑含量。

1.3.3 原藥含量的確定 取5 支試管，將0.50 g 荸薺皮浸膏和上述篩選出的乳化劑及其用量，添加至每個試管中，分別加溶劑補足至12.5、8.33、6.25、5.00 和4.17 g，配制成荸薺皮質(zhì)量分數(shù)分別為4%、6%、8%、10%和12%的溶液，評價原藥在溶劑中的溶解情況。

1.3.4 制劑配方的確定 根據(jù)上述結(jié)果，確定最終配方，并配制成環(huán)保型荸薺皮乳油。

1.4 荸薺皮乳油的質(zhì)量檢測

1.4.1 制劑配方的確定 取 1 mL 乳油樣品，在距離水面 2 cm 處，緩緩地滴加到裝有100 mL（25±1）℃硬水的燒杯中，觀察乳油在水中的自然分散和乳化狀況，乳油乳化分散評價方法見表1。

表1 乳油乳化分散評價方法Table 1 Evaluation method for emulsification and dispersion of EC

1.4.2 乳化穩(wěn)定性測定 參照GB/T1603-2001 進行測定。準備100 mL 的（25±2）℃的標準硬水，吸取適量荸薺皮乳油樣品，邊攪拌邊緩慢加入樣品，使其配成100 mL 乳狀液。攪拌30 s 后轉(zhuǎn)移至量筒中。將量筒置于溫度28～32 ℃范圍內(nèi)的恒溫水浴鍋中，靜置1 h 后取出，觀察乳狀液分離情況，若無沉淀和油析出，說明該乳液穩(wěn)定性合格。

1.4.3 熱貯穩(wěn)定性試驗方法 將荸薺皮乳油樣品放入帶塞的玻璃試管中，密封后放入54 ℃的恒溫箱中貯存14 d，觀察其是否有沉淀和析油現(xiàn)象出現(xiàn)。

1.4.4 冷貯穩(wěn)定性試驗方法 將荸薺皮乳油樣品放入帶塞的玻璃試管中，密封后放入0 ℃的冰箱中貯存7 d，觀察其是否有凍結(jié)、沉淀和析油現(xiàn)象出現(xiàn)。若有上述情況出現(xiàn)，將其放置在室溫條件下2 h，可以恢復原狀，則其仍為合格。

1.4.5 酸堿度的測定 取1 g 乳油加入至100 mL 的蒸餾水中，將其均勻攪拌后靜置。測定其pH 值。重復3 次，求其平均值，即為該乳油的pH 值。

1.4.6 持久起泡性的測定 在250 mL 的量筒中加入180 mL 的標準硬水，再向其加入1 g 試樣，用硬水補足至距塞(9 ±1) cm，在垂直方向上下180°顛倒30 次，靜置(60 ±10) s 后記錄產(chǎn)生的氣泡體積。

1.5 荸薺皮乳油殺蟲活性測定

1.5.1 盆栽試驗 使用盆栽法測定荸薺皮乳油制劑對豌豆修尾蚜（M.crassicauda）的殺蟲活性。用清水將荸薺皮乳油制劑稀釋到400、800、1600倍，以0.5%的苦參堿水劑稀釋100 倍（推薦劑量）為陽性對照，稀釋400 倍后的助劑（農(nóng)乳500#+tween-80+150#）為空白對照。在蠶豆長到2 ～5 cm時，每株接90 頭以上的豌豆修尾蚜，罩上防蟲網(wǎng)，24 h 后統(tǒng)計蟲口基數(shù)，若不夠90 頭補足后用噴霧器進行常量噴霧，每組試驗3 次重復。在噴藥1、3 和7 d 后調(diào)查蚜蟲死亡情況，計算蟲口減退率。

1.5.2 田間小區(qū)試驗設(shè)計 田間藥效試驗設(shè)計參照《農(nóng)藥田間藥效試驗準則》進行。試驗對象為桃蚜（M.persicae）、麥長管蚜（S.avenae）和棉蚜（A.gossypii），將供試藥劑用水稀釋成有效成份用量為112.50、56.25、28.17 和14.08 g a.i./hm2進 行 常 量噴霧，以0.5%苦參堿水劑有效成份用量為45.83 g a.i./hm2（推薦劑量）和70%吡蟲啉水分散粒劑有效成份用量為105.00 g a.i./hm2（推薦劑量）為對照藥劑，并設(shè)清水空白對照。小麥和棉花的試驗小區(qū)面積均為20 m2，四周設(shè)有保護行每個處理3 次重復，各小區(qū)隨機區(qū)組排列；每小區(qū)調(diào)查2 株桃樹，每株按東、南、西、北、中固定5 個被害梢，每梢調(diào)查頂梢5 ～10片葉的活蚜蟲數(shù)。施藥前先調(diào)查蟲口基數(shù)，在施藥后3 d 調(diào)查活蟲數(shù)，根據(jù)計算蟲口減退率和防效。

1.6 數(shù)據(jù)處理及分析

采用Microsoft Excel 對所有數(shù)據(jù)處理，試驗數(shù)據(jù)為3 次重復的平均值±標準差；使用Origin2018作圖；使用SPSS 22.0 軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)和Tukey HSD 來評估組間差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 荸薺皮乳油制劑的研制

2.1.1 溶劑的選擇 根據(jù)荸薺皮提取物在不同溶劑中的溶解性來選擇合適的溶劑，結(jié)果表明在所選的14種溶劑中4 種溶解8 種微溶2 種不溶，5 種質(zhì)量合格。N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、溶劑油150#均有較好的溶解性且質(zhì)量合格（表2）。但N,N-二甲基甲酰胺、甲苯、乙醇等作為傳統(tǒng)乳油制作過程中使用的有害有機溶劑，它們具有揮發(fā)性強、毒性高、對靶標生物有害等特點。因此，最終選擇溶劑油150#作為環(huán)保溶劑，其不僅可顯著降低傳統(tǒng)乳油的毒性，且具有較高的溶解度不會影響藥效。

表2 荸薺提取物在不同溶劑中的溶解情況Table 2 The dissolve situation of E. dulcis extract in different solvent

2.1.2 乳化劑及其含量的確定 乳化劑種類選擇：農(nóng)藥乳化劑是制備農(nóng)藥乳油制劑并保證其處于最低穩(wěn)定性狀態(tài)所使用的物質(zhì)。本研究篩選了8 種乳化劑，從表3 可以看出，陰離子乳化劑的效果均達不到預期，但非離子乳化劑農(nóng)乳500#的效果較好，因此選擇農(nóng)乳500#作為該制劑的乳化劑之一，并與其陰離子它乳化劑進行復配。

表3 乳化劑篩選結(jié)果Table 3 The screening results of emulsifiers

乳化劑含量的確定：在復配前評價了含量為1%～11%的農(nóng)乳500#的乳化效果。結(jié)果表明：乳化劑添加量越多，溶液的各項性能表現(xiàn)越好；當乳化劑添加量為3%時，溶液的乳化性能就達到預期?？紤]到試驗生產(chǎn)成本價格，將乳化劑的添加量定為3%。

復配乳化劑確定：由于選擇單一乳化劑會導致乳化效果不理想，因此采用陰離子和非離子乳化劑復配。通過上述的篩選結(jié)果，最終選擇農(nóng)乳500#與Tween-80、AEO9、OP-10 和1602 進行復配，質(zhì)量比為3∶1、3∶2、3∶3 進行乳化劑用量的篩選，通過上述指標，確定最合適的乳化劑及其用量。

乳化劑復配方案及其比例的篩選結(jié)果如表4，可以看出農(nóng)乳500#與Tween-80 的復配體系較好。農(nóng)乳500#與AEO9 的復配體系次之。在農(nóng)乳500#與Tween-80 的復配體系中農(nóng)乳500#和Tween-80 的用量比達到3∶1 和3∶2 時，乳化效果達到預期?？紤]到試驗生產(chǎn)成本價格，最終選擇使用的乳化劑復配方案及用量是：農(nóng)乳500#∶Tween-80=3%∶1%。

表4 復配乳化劑的篩選Table 4 The screening results of mixed emulsifier

2.1.3 母藥含量的確定 試驗評價了荸薺皮在4%～12%的溶劑油150#中溶解情況，結(jié)果表明，荸薺皮提取物有較好的溶解性，當含量達到10%時，仍能被所選溶劑完全溶解，但當含量達到 12%時，溶解性變差，不能完全溶解（表5）。因此，本試驗將荸薺皮提取物乳油的原藥含量定為10%。

表5 母藥含量的確定Table 5 The determination of the content of E. dulcis peel extract

2.1.4 制劑配方的確定 根據(jù)以上一系列試驗結(jié)果，最終確定了荸薺皮提取物環(huán)保型乳油制劑（EC）的配方組成為：10% 荸薺皮提取物+3% 農(nóng)乳500#+1% Tween-80+86 %溶劑油150#（表6）。

表6 荸薺皮乳油配方組成Table 6 Formulation composition of E. dulcis peel EC

2.2 質(zhì)量檢測

通過對10%荸薺皮乳油制劑進行各項質(zhì)量檢測，試驗結(jié)果見表7?？芍苿┑耐庥^為單相透明液體，其乳液分散性、乳液穩(wěn)定性、冷貯穩(wěn)定性試驗和熱貯穩(wěn)定性試驗等各項指標均合格，1 min 泡沫體積＜10 mL, pH 值為6.78，達到商品農(nóng)藥要求標準。

表7 荸薺皮提取物乳油性能指標Table 7 The performance index of E. dulcis peel extract EC

2.3 盆栽試驗

盆栽試驗結(jié)果表明，不同濃度的10%的荸薺皮提取物乳油制劑對豌豆修尾蚜具有較好的防治效果（圖1）。在處理1 d 后，稀釋400 倍的乳油制劑防效達到77.18%，稀釋800 倍的乳油制劑防效為52.15%與稀釋100 倍的苦參堿水劑防效相當（57.50%）。在處理7 d 后，稀釋400 倍的乳油制劑防效達到90%以上；稀釋1600 倍的乳油制劑防效達到50%以上；稀釋800 倍的乳油制劑防效達到70%以上與稀釋100 倍的苦參堿水劑防效相當（71.25%）。

圖1 荸薺皮乳油制劑對豌豆修尾蚜的盆栽防治效果Fig.1 The control effect of E. dulcis peel EC against M. crassicauda

2.4 田間藥效試驗

田間藥效結(jié)果表明：不同濃度的10%的荸薺皮提取物乳油制劑對桃蚜、麥長管蚜、棉蚜均有一定的防效（表8）。當10%的荸薺皮提取物乳油制劑有效成份用量為56.25 g a.i./hm2時對桃蚜的防效為57.58%，優(yōu)于有效成份用量為45.83 g a.i./hm2時0.5%苦參堿水劑防效（50.34%）；當其有效成份用量為56.25 g a.i./hm2時對麥長管蚜的防效為57.58%，與有效成份用量為45.83 g a.i./hm2時0.5%苦參堿水劑防效（57.22%）相當；當其有效成份用量為112.50 g a.i./hm2時對棉蚜的防效為79.14%，與70%吡蟲啉水分散粒劑的防效（66.15%）相當，優(yōu)于0.5%苦參堿水劑防效（57.05%）。

表8 荸薺皮乳油制劑對3 種蚜蟲的田間防治效果Table 8 Field control effect of E. dulcis peel EC against three species of aphids

3 結(jié)論與討論

將具有高活性的植物資源研制成新型植物源殺蟲劑是新農(nóng)藥創(chuàng)制的方向之一，對促進我國綠色農(nóng)業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。本研究以荸薺皮為原料，通過配方篩選研制出10%的荸薺皮環(huán)保型乳油，經(jīng)室內(nèi)盆栽和田間藥效試驗確定該制劑對豌豆修尾蚜、桃蚜、麥長管蚜和棉蚜均有較好的防治效果，與商業(yè)化藥劑0.5%苦參堿水劑防效相當。新型植物源農(nóng)藥產(chǎn)品是否具有開發(fā)前景主要在于評價其防效、安全性、資源豐富性等［19］。與同類研究相比，該制劑的殺蟲活性較為理想，如：10%毛竹提取物水乳劑在150 g a.i./hm2處理3 和7 d 后對蘿卜蚜的田間防效為53.80%和59.20%［20］；1.5%除蟲菊素水乳劑在55.55 mg/L 處理3 和7 d 后對胡蘿卜微管蚜的防效為75.60% 和79.66%［21］；0.08% 竹源異葒草苷水劑750 g a.i./hm2在施藥后3 和7 d 后對桃蚜的防效為79.76%和74.57%［22］。相比而言，荸薺皮環(huán)保型乳油殺蟲活性高于或等同于同類制劑。另外，荸薺皮作為食品廠的主要殘余垃圾，不僅污染環(huán)境，還造成資源浪費，將其作為植物源農(nóng)藥的主要原料，不僅資源豐富而且價格低廉，符合綠色農(nóng)藥和碳中和的發(fā)展要求。

環(huán)保型乳油是植物源農(nóng)藥制劑加工的主要研究方向之一［23］。乳油是傳統(tǒng)農(nóng)藥劑型之一，在農(nóng)藥市場中占據(jù)著巨大的份額，具有有效成分含量高、穩(wěn)定性好、使用方便等特點。但在制備時，往往需要將活性成分溶解在苯、二甲苯等大量有機溶劑中，不僅造成環(huán)境污染，而且危害人體健康［24］。隨著公眾環(huán)保意識的不斷增強，減少有機溶劑的使用以及探索新的綠色替代溶劑已成為乳油未來發(fā)展的主要趨勢。目前多種環(huán)境友好溶劑，如生物源溶劑中的玉米油、礦物源溶劑中的溶劑油以及人工合成溶劑中的乙酸仲丁酯，在替代乳油中有害有機溶劑方面取得了一定進展［25］。本研究以綠色溶劑中的溶劑油150#代替苯類、芳烴類等對環(huán)境危害較大的有機溶劑，大大降低了化學農(nóng)藥以及傳統(tǒng)溶劑對環(huán)境及對非靶標生物體的危害，為環(huán)保劑型的研制提供借鑒。

近幾年，我國有機農(nóng)業(yè)呈現(xiàn)快速增長的趨勢，一些以植物源、微生物源為主的農(nóng)藥先后獲得國內(nèi)、國際有機認證，并應用于有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如植物源農(nóng)藥除蟲菊素、印楝素、藜蘆堿，微生物源農(nóng)藥蘇云金芽孢桿菌、白僵菌、綠僵菌等［26］。用天然農(nóng)藥防治病蟲害，使有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)得到最大限度的發(fā)展。本研究利用植物資源荸薺皮和綠色溶劑油150#，研制的環(huán)保乳油對多種蚜蟲均顯示出一定的防效，可作為化學農(nóng)藥的替代品，在綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和有機農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有較大的開發(fā)潛力和廣闊的應用前景。