​氟吡菌酰胺纳米纤维剂的研制及其对根结线虫的生物活性

作者:农业科学微平台、植物线虫防控 2024/8/24 9:27:08
根结线虫病导致蔬菜、水果等作物一定程度减产,世界范围内每年造成严重的经济损失,该病害目前已成为制约我国设施农业健康发展的重要因素,其中以南方根结线虫(Meloidogyne incognita)危害最为严重。琥珀酸脱氢酶抑制剂类(SDHIs)杀线虫剂氟吡菌酰胺具有较高的杀线虫活性,受化合物物化性质影响,以悬浮剂剂型登记为主,且相关制剂的靶向接触效率低,制约药剂的高效利用。利用纳米技术实现新剂型创制
根结线虫病导致蔬菜、水果等作物一定程度减产,世界范围内每年造成严重的经济损失,该病害目前已成为制约我国设施农业健康发展的重要因素,其中以南方根结线虫(Meloidogyne incognita)危害最为严重。琥珀酸脱氢酶抑制剂类(SDHIs)杀线虫剂氟吡菌酰胺具有较高的杀线虫活性,受化合物物化性质影响,以悬浮剂剂型登记为主,且相关制剂的靶向接触效率低,制约药剂的高效利用。利用纳米技术实现新剂型创制,提升氟吡菌酰胺的靶向接触效率,是实现农药高效利用与药剂减量的有效途径。氟吡菌酰胺是登记于甘薯根结线虫防治的优质农药成分。
近期,中国农业科学院烟草研究所完成的题为“氟吡菌酰胺纳米纤维剂的研制及其对南方根结线虫的生物活性”的研究在《中国农业科学》正式发表。
采用同轴静电纺丝技术,以不同生物可降解材料为壳材,以溶剂化氟吡菌酰胺为芯材,制备两种氟吡菌酰胺纳米纤维剂(Flu@NF)。利用SEM、EDS、TEM、FTIR、TGA等,表征Flu@NF的形貌结构、元素组成、官能组分与热稳定性能;以41.7%氟吡菌酰胺悬浮剂为对照药剂,评价Flu@NF对南方根结线虫2龄幼虫(J2)与卵的生物活性。

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制备芯-壳结构纳米纤维的同轴静电纺丝装置示意图

在高压+15 kV,芯-壳溶液流速比1﹕4,与接收器边距24 cm的条件下,成功制备了以聚乙二醇(PEG)/聚己内酯(PCL)与醋酸纤维素(CA)为壳材的PEG/PCL-Flu@NF与CA-Flu@NF,平均直径分别为316与440 nm,且两种载药纤维符合芯-壳的内外微观结构,壳层厚度分别为71.15和24.84 nm,载药量分别为15.32%与20.37%,经壳材包覆后,氟吡菌酰胺的热稳定性显著提高。

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两种载药纤维的芯-壳微观结构特征
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氟吡菌酰胺与两种载药纤维热重分析图

相较于氟吡菌酰胺悬浮剂,载药纤维的缓释性能显著提高,在不同浓度下,随处理时间的延长线虫死亡率显著提高,于高浓度(25 mg·L-1)处理24 h后,两种纤维剂对2龄幼虫的致死率均高于98%,于低浓度(4 mg·L-1)处理24 h后,两种纤维剂对2龄幼虫的致死率分别为91.4%和79.6%;PEG/PCL-Flu@NF与CA-Flu@NF对线虫卵孵化均具有较好的抑制作用,于高浓度(25 mg·L-1)下处理3 d后卵未孵化率分别为71.8%和89.2%,于低浓度(4 mg·L-1)下处理3 d后卵未孵化率分别为59.4%和76.2%。

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两种氟吡菌酰胺载药纤维在不同浓度下对南方根结线虫2龄幼虫的致死率
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两种氟吡菌酰胺载药纤维在不同浓度下对南方根结线虫卵孵化的抑制作用

基于同轴静电纺丝技术,以PEG/PCL与CA分别为壳材制备的纳米纤维对氟吡菌酰胺具有优异的包覆效果,纤维剂通过缓释作用保护作物根系,对南方根结线虫具有较高生物活性,其在防控根结线虫病的应用方面具有巨大潜力。
论文链接:
https://www.chinaagrisci.com/CN/10.3864/j.issn.0578-1752.2024.15.007
作者:凌文政, 曹海潮, 余佳敏, 宗浩, 王凯, 冯超, 陈丹

氟吡菌酰胺防治根结线虫的作用机理和特点

氟吡菌酰胺作为新一代杀线剂具有使用安全、能够显著减少根结线虫对作物根系的侵染、杀线杀菌的双重功效等优点。
作用机理:氟吡菌酰胺作用靶标是线粒体呼吸电子传递链上的复合体Ⅱ,即琥珀酸脱氢酶或琥珀酸辅酶Q还原酶,主要损害琥珀酸脱氢酶的电子转移,抑制线粒体呼吸。线粒体是细胞能量代谢的中心抑制线虫线细胞粒体会干扰其自身的氧化磷酸化,从而抑制线虫体内能量的生成,降低线虫活力,最终导致线虫死亡。

作用方式:

1、氟吡菌酰胺没有内吸性、且不能在木质部移动,在根外与根结线虫直接接触是发挥杀线作用的关键。

2、低剂量时对根结线虫的抑制活性是可逆的,并且恢复活性后的线虫仍保持侵染性;亚致死剂量对线虫的移动性无影响,对线虫卵孵化有较低的抑制活性。

3、亚致死剂量的氟吡菌酰胺处理土壤,无法抑制根结线虫的繁殖。

对土壤微生物的影响:

1、研究表明当氟吡菌酰胺在土壤中的浓度为1.5和5 mg/kg时,施用不同天数后,土壤真菌、革兰氏阴性细菌的生物量以及微生物磷脂脂肪酸含量显著降低,这表明氟吡菌酰胺对土壤微生物的数量和代谢活性产生了抑制作用。

2、氟吡菌酰胺还导致土壤细菌的代谢活性、丰富度和均一度、常见种群优势度和群落物种多维空间距离的多样性有所降低,这表明氟吡菌酰胺对土壤微生物的群落结构和多样性产生了负面影响。

关于氟吡菌酰胺的分解、降解与吸附

1、氟吡菌酰胺在土壤中的半衰期为22.4-28.9天,属于易降解农药,能快速消解、且不易在土壤中残留。在相同条件不同类型土壤中降解的半衰期快慢以此为:棕壤土>红壤土>沙壤土。  在土壤中降解快慢与酸碱度相关,在不同PH环境中降解速率快慢的排序:PH4.0>PH9.0>PH7.0.

2、氟吡菌酰胺在水中和土表光解作用微弱,属于难光解农药。

3、氟吡菌酰胺在红壤土、棕壤土和沙壤土中均属于较难吸附农药。

使用方法建议:

1、氟吡菌酰胺内吸性差,主要在土壤中与线虫接触杀灭线虫,因此,应在线虫孵化后未侵入根内前施用,通常为定植后2-3天。

 2、对已侵入根内建立寄生点的线虫,在使用时应配合内吸性杀线剂,如噻唑膦、阿维菌素等。与噻唑膦配合使用时,尽可能选择噻唑膦微囊悬浮剂;由于阿维菌素在土壤中移动性差,在选择阿维菌素时应选择微乳剂或微囊悬浮剂。

 3、氟吡菌酰胺灌根施药防效略高于药土穴施,且都显著高于滴灌施药。在使用时,优先选择灌根施药。在使用滴灌施药时,应注意用水量,确保药剂能够到达根系的生长范围。

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