20種甲酯化植物油助劑對二氯喹啉酸的增效作用

郭紅霞，紀(jì)明山，王維靜，李 京

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，沈陽 110161）

化學(xué)除草劑的大量使用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來眾多好處的同時，也造成了藥害加重、雜草抗性增強(qiáng)和農(nóng)藥殘留超標(biāo)等一系列問題，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1]。目前為了減少化學(xué)農(nóng)藥的使用，一種方法是研制新型的生物農(nóng)藥，但是由于目前技術(shù)和材料的制約，新型農(nóng)藥的研發(fā)需要很長的周期，成本較高，且存在一定的風(fēng)險，短期內(nèi)無法實現(xiàn)[2]。另一種方法是使用助劑，達(dá)到降低用藥量，節(jié)約成本，減少環(huán)境污染的目的[3]。為了使雜草表面更容易吸收藥劑的有效成分并將其運(yùn)輸?shù)阶饔梦稽c(diǎn)上[4]，減少農(nóng)藥的用量，普遍的方法是在施藥前向噴霧器中添加桶混助劑[5]，現(xiàn)在應(yīng)用較多的桶混助劑主要是植物油類助劑和酯化植物油助劑[6]。但是，植物油類助劑會存在溶解性差、易揮發(fā)、粘度大的缺點(diǎn)[7]，難以達(dá)到減量增效的目的；而酯化后的植物油更加穩(wěn)定，揮發(fā)性和滲透性增強(qiáng)，適應(yīng)性更廣，可以使不同類型的除草劑藥效增強(qiáng)[8]。因此，把酯化植物油作為除草劑助劑將成為研發(fā)的熱點(diǎn)之一[9]。二氯喹啉酸是一種激素型除草劑，具有持效期長和對作物安全等特點(diǎn)被廣泛用于水稻田防治稗草[10]；但是，長期高量的使用使稗草產(chǎn)生了較強(qiáng)的抗藥性[11-12]，嚴(yán)重制約了水稻產(chǎn)量的提高。因此，高效桶混助劑的研發(fā)顯得頗為重要。

近年來，將甲酯化植物油助劑作為除草劑桶混助劑使用越來越受到關(guān)注[13]，但大多數(shù)是將其用于旱田除草劑中，而在水稻田上的應(yīng)用研究較少。因此，本研究以此為切入點(diǎn)，選擇7種植物油合成甲酯化植物油并將其復(fù)配成20種助劑后與二氯喹啉酸混用，通過溫室盆栽法考察其對二氯喹啉酸的增效作用，篩選出增效作用最佳的助劑，以期提高二氯喹啉酸對稻稗的防效，為稻田農(nóng)藥新型助劑的研發(fā)提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試植物油助劑GY-Tmax為北京廣源益農(nóng)化學(xué)有限責(zé)任公司生產(chǎn)，在各種溶液中的體積分?jǐn)?shù)為0.5%；25%二氯喹啉酸（quinclorac，懸浮劑）為江蘇綠利來股份有限公司生產(chǎn)。供試稻稗（Echinochloa oryzicola Vasing）為東北水稻田常見雜草。供試植物油均為市場上零售成品油，各植物油基礎(chǔ)信息見表1。

表1 供試植物油基礎(chǔ)信息Table 1 Basic information of vegetable oil for testing

試驗采用的主要儀器：旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（Retavapor OSB-2000，上海愛朗儀器有限公司）、磁力攪拌器（梅穎浦98-2，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司）、BZY-B系列自動表面張力儀（上海方瑞儀器有限公司）、電子天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）、SZ-CAM系列接觸角測量儀（上海軒準(zhǔn)儀器有限公司）、SpectraMax190 光吸收酶標(biāo)儀（美谷分子儀器有限公司）和Agilent 1260型液相色譜儀（美國Agilent公司）。

供試無水氯化鈣（分析純）、六水合氯化鎂（分析純）為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；氫氧化鉀（分析純）為天津市永大化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；無水甲醇（分析純）為北京化工廠生產(chǎn)；麗春紅-2R為上海金穗生物科技有限公司生產(chǎn)；油酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品、亞油酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品、硬脂酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品和棕櫚酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品（純度為99%）為北京勤誠亦信科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)；甲醇（色譜純）為天津博納艾杰爾科技有限公司生產(chǎn)；乳化劑OP-7、PEG-400和ZR-5為江蘇省海安石油化工生產(chǎn)。

1.2 方法

1.2.1 甲酯化植物油合成及成分檢測 在裝有磁力攪拌器的三口圓底燒瓶中，按比例投入植物油，升溫至設(shè)定的溫度后，加入催化劑KOH-甲醇溶液，迅速攪拌均勻，控制反應(yīng)時間與反應(yīng)溫度。待反應(yīng)結(jié)束后，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀去除過量甲醇，冷卻，將反應(yīng)產(chǎn)物于分液漏斗中靜置分層，上層即為甲酯化植物油，根據(jù)下式計算產(chǎn)率。

式中：Y 為產(chǎn)率（%）；M1為上層甲酯質(zhì)量（g）；M0為投入植物油質(zhì)量（g）。

標(biāo)準(zhǔn)樣品配制：分別稱取0．01g（精確至0．0001g）油酸甲酯、亞油酸甲酯、硬脂酸甲酯和棕櫚酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品，用色譜純甲醇溶解并定容至10mL，配制成1000mg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)樣品。分別用色譜純甲醇逐級稀釋，配成5，10，50，100，250mg·L-1的系列混合標(biāo)準(zhǔn)樣品。

檢測條件：進(jìn)樣量10μL，柱溫40℃，流量為1mL·min-1，檢測波長為202nm，流動相為甲醇，等度洗脫。

1.2.2 甲酯化植物油的復(fù)配方法 將合成的各甲酯化植物油按一定比例復(fù)配，并加入不同種類、不同比例的乳化劑，即得20種復(fù)配甲酯化植物油助劑。配方見表2。

1.2.3 甲酯化植物油助劑乳化分散性及低溫穩(wěn)定性的測定 標(biāo)準(zhǔn)硬水配置：稱取氯化鈣0．304g和氯化鎂0．139 g于1000mL的容量瓶中，用蒸餾水溶解稀釋至刻度。用注射器將1mL乳化劑含量分別為0、5%、10%、15%、20%、25%、30%的甲酯化植物油助劑在距離水面2cm高處，慢慢加入裝有200mL硬水的250mL三角瓶中，觀察乳化分散性狀態(tài)[14]。

根據(jù)GB/T19137-2003測定助劑低溫穩(wěn)定性，取80mL的試樣置于100mL燒杯中，在（0±2）℃的冰箱中放置7d后取出，觀察是否有固體析出物沉降。固體析出物不超過0．3mL為合格。

1.2.4 表面張力和接觸角的測定 將20種甲酯化植物油助劑分別加入到二氯喹啉酸有效劑量300g·hm-2的溶液中，加入的甲酯化植物油助劑體積分?jǐn)?shù)為0．5%，以不添加助劑溶液為對照，在室溫條件下，用BZY-B系列自動表面張力儀測定各溶液的表面張力大小，用SZ-CAMA系列接觸角測量儀測定各溶液的接觸角的大小。

1.2.5 甲酯化植物油助劑對麗春紅-2R在葉表面沉積量的影響 采用紫外分光光度法測定[15]。用蒸餾水按梯度配制0，5，15，25，35，45mg·L-1的麗春紅-2R溶液， 用SpectraMax190光吸收酶標(biāo)儀在505nm的波長下測定各濃度下的吸光值（OD值）。以濃度為橫坐標(biāo)，吸光值為縱坐標(biāo)，繪制麗春紅-2R標(biāo)準(zhǔn)曲線。

用蒸餾水配制20g·L-1的麗春紅-2R溶液，每份2mL，共20份，加入甲酯化植物油助劑，使其體積分?jǐn)?shù)為0．5%。用直徑為7．5mm的打孔器在稻稗葉面上打孔，每5個葉片為一個處理，分別放入20份甲酯化植物油助劑與麗春紅-2R的混合溶液中，30s后取出，待藥液停止滴落后，將葉片放入蒸餾水中沖洗3遍，定容至10mL。用SpectraMax190光吸收酶標(biāo)儀在505nm的波長下測定各處理的吸光值（OD值），從標(biāo)準(zhǔn)曲線中求得各處理葉片麗春紅-2R的濃度，計算出葉表面沉積量，公式為：

式中：ω 為沉積量（μg·cm-2）；C 為樣品洗脫液濃度（μg·L-1）；V 為洗脫液體積（L）；S 為葉片總面積（cm2）。

1.2.6 不同甲酯化植物油助劑對二氯喹啉酸藥效的影響 采用溫室盆栽法測定稻稗防效[16]。每盆土（棕壤）表面積為132．6cm2，播種已催芽的稻稗種子，每盆10株，在溫室內(nèi)培養(yǎng)。溫室內(nèi)白天溫度為28℃，晚上為23℃；相對濕度為75%。于稻稗2～3葉期進(jìn)行噴藥，二氯喹啉酸有效劑量93．75g·hm-2，噴液量為450L·hm-2，甲酯化植物油助劑體積分?jǐn)?shù)均為噴液量的0．5%，每個處理3次重復(fù)。根據(jù)GB/T 17980．40-2000標(biāo)準(zhǔn)，藥后30d調(diào)查株死亡率，稱量稻稗地上部分鮮重，計算鮮重抑制率。

表2 20種甲酯化植物油助劑配方Table2 Formula of 20 kinds of methylated vegetable oil adjuvants

表3 乳化分散狀態(tài)評價標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Evaluation criteria of emulsion and dispersion state

式中：R 為株死亡率或鮮重抑制率（%）；X0為對照區(qū)活草數(shù)（株）或鮮重（g）；X1為處理區(qū)活草數(shù)（株）或鮮重（g）。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理 所有試驗數(shù)據(jù)經(jīng)MSOffice 2013 Excel軟件處理后，用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用Duncan檢驗比較各參數(shù)間的差異，顯著性水平設(shè)定為p＜0．05。

2 結(jié)果與分析

2.1 甲酯化植物油助劑的最佳合成工藝條件

7種甲酯化植物油的最佳合成工藝見表4。經(jīng)過多次試驗，確定7種植物油酯交換反應(yīng)產(chǎn)率最高的工藝條件，降低了脂肪酸皂化物引起的皂化效果，實現(xiàn)甘油與甲酯的快速分離，使甲酯化植物油的產(chǎn)率均達(dá)到了92．00%以上。其中甲酯化菜籽油、甲酯化葵花籽油、甲酯化花生油和甲酯化玉米油的產(chǎn)率達(dá)到了95．00%以上。

表4 甲酯化植物油的最佳合成工藝Table 4 Optimal synthesis process of methylated vegetable oil

2.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品與甲酯化植物油成分分析

混合標(biāo)準(zhǔn)樣品和甲酯化植物油的色譜分析見圖1和圖2。由圖1可知，亞油酸甲酯、棕櫚酸甲酯、油酸甲酯和硬脂酸甲酯的保留時間分別為 5．82，6．77，8．20，10．64min。由圖 2 可知，以甲酯化蓖麻油液相色譜圖為例，本分析方法可以很好地分離亞油酸甲酯、棕櫚酸甲酯、油酸甲酯和硬脂酸甲酯。

圖2 甲酯化蓖麻油液相色譜圖Figure 2 Liquid chromatogram of methylated castor oil

圖1 混合標(biāo)準(zhǔn)樣品液相色譜圖Figure 1 Liquid chromatogram of mixed standard samples

先用KOH催化7種植物油與甲醇進(jìn)行酯交換，分析產(chǎn)物中亞油酸甲酯、棕櫚酸甲酯、油酸甲酯和硬脂酸甲酯的含量。由表5可知，7種甲酯化植物油中均含有亞油酸甲酯、棕櫚酸甲酯、油酸甲酯和硬脂酸甲酯；其中，甲酯化菜籽油中脂肪酸甲酯總含量高達(dá)91．44%，甲酯化玉米油中脂肪酸甲酯總含量為88．32%。

表5 7種甲酯化植物油中脂肪酸甲酯的含量Table 5 Content of fatty acid methyl in 7 kinds of methylated vegetable oil

2.3 甲酯化植物油助劑乳化分散性及其低溫穩(wěn)定性

由表6可知，20種甲酯化植物油助劑均具有良好的乳化分散性，均達(dá)到三級以上標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)低溫處理后穩(wěn)定性合格，甲酯化植物油助劑均保持澄清透明狀態(tài)，既無浮油出現(xiàn)，也無固體析出物。

表6 20種甲酯化植物油助劑乳化分散性和低溫穩(wěn)定性Table 6 Emulsifying dispersibility and low temperature stability of 20 methylated vegetable oil adjuvants

2.4 甲酯化植物油助劑的添加對二氯喹啉酸表面張力和接觸角的影響

以二氯喹啉酸有效劑量300g·hm-2藥液為試驗對照，通過表面張力儀和接觸角測量儀分別測定添加20種甲酯化植物油助劑后各溶液表面張力和接觸角大小，見表7。結(jié)果表明：添加20種甲酯化植物油助劑后二氯喹啉酸藥液表面張力和接觸角均顯著降低。

與二氯喹啉酸藥液相比，添加20種甲酯化植物油助劑的處理表面張力降低率均達(dá)到差異顯著水平 （p＜0．05），降低的范圍為 11．63%～28．97%；其中降低效果較好的甲酯化植物油助劑為 JZ-12、JZ-29、JZ-35、JZ-38 和JZ-44，降低的幅度分別為 26．25%、25．92%、28．97%、25．48%和 27．06%。同時，添加 20 種甲酯化植物油助劑處理的接觸角降低率也均達(dá)到差異顯著水平（p＜0．05），降低的范圍為17．78%～49．77%；其中降低效果較好甲酯化植物油助劑為 JZ-12、JZ-13、JZ-21、JZ-35 和 JZ-42，降低的幅度分別為 36．54%、43．80%、38．33%、44．67%和 49．77%。

表7 添加助劑對二氯喹啉酸表面張力和接觸角的影響Table 7 Effect of adjuvant on surface tension and contact angle of quinclorac

2.5 甲酯化植物油助劑對麗春紅-2R在葉表面沉積量的影響測定

根據(jù)既定的麗春紅-2R濃度梯度，利用SpectraMax190光吸收酶標(biāo)儀在505nm的波長下測得的OD值，得到麗春紅-2R 回歸直線方程為 y=0．0401x+0．015，相關(guān)系數(shù) r=0．9998。

由圖3可知，與蒸餾水（CK）相比，添加20種甲酯化植物油助劑后，麗春紅-2R在稻稗葉面上沉積量均達(dá)到差異顯著水平（p＜0．05）。麗春紅-2R在稻稗葉面上沉積量增加率提高的范圍為11．71%～143．60%。其中，提高效果較好的甲酯化植物油助劑為 JZ-12、JZ-14、JZ-15、JZ-25 和 JZ-35， 增加的幅度分別為 143．60%、102．26%、87．96%、75．49%和 75．22%。

圖3 添加助劑對稻稗葉面沉積量的影響Figure 3 Effect of adjuvant on the retention of Echinochloa oryzicola Vasing

2.6 不同甲酯化植物油助劑對二氯喹啉酸藥效的影響

由表8分析可知，與二氯喹啉酸有效劑量93．75g·hm-2藥液相比，添加甲酯化植物油助劑的處理株死亡率提高的范圍為1．00%～38．67%。其中，除甲酯化植物油助劑 JZ-10、JZ-11、JZ-20、JZ-25 和 JZ-42 外， 其他處理的株死亡率均達(dá)到差異顯著水平（p＜0．05）；其中，增效作用較好的處理為 JZ-9、JZ-12、JZ-13、JZ-23 和JZ-35， 增加的幅度分別為 26．67%、38．67%、22．00%、26．33%和22．47%。添加甲酯化植物油助劑的處理鮮重抑制率提高的范圍為1．01%～22．98%。其中，除甲酯化植物油助劑 JZ-10、JZ-11、JZ-20、JZ-29、JZ-38、JZ-40和JZ-42外，其他處理的鮮重抑制率均達(dá)到了差異顯著水平（p＜0．05）；其中，增效作用較好的處理為 JZ-9、JZ-12、JZ-15、JZ-35 和 JZ-36， 增加的幅度分別為15．48%、22．98%、15．15%、21．26%和 11．11%。

3 討論與結(jié)論

本試驗以二氯喹啉酸有效劑量300g·hm-2為對照藥液，添加20種甲酯化植物油助劑后二氯喹啉酸藥液表面張力和接觸角均顯著降低。這與王秋霞[16]利用甲酯化大豆油在旱田雜草上的研究一致，但是藥液表面張力和接觸角降低的幅度由于供試材料的不同而存在差異。其研究結(jié)果表明，甲酯化大豆油助劑能夠有效的降低磺草酮藥液的表面張力，當(dāng)助劑體積分?jǐn)?shù)為2%時，磺草酮藥液的表面張力最低，比不添加助劑的處理表面張力降低47．65%；添加2%的甲酯化大豆油助劑后，殺草靈對闊葉雜草的防效達(dá)到98．3%，比不添加助劑處理的防效提高78．3%。楊利[17]的研究也發(fā)現(xiàn)將體積分?jǐn)?shù)為30%的甲酯化玉米油助劑加入到5%高效氯氟氰菊酯1000倍液中，表面張力降低25．56%，同時藥液在甘藍(lán)葉片上的干燥時間比未加助劑的處理延長3～18min。而在本研究中，由于二氯喹啉酸藥劑本身已含有表面活性劑等物質(zhì)，其自身的表面張力和接觸角已經(jīng)較低；因此在加入甲酯化植物油助劑后，二氯喹啉酸藥液的表面張力和接觸角降低的幅度較小。

使用助劑的其中一個目的就是提高藥劑在植物葉片上的沉積量[18]，本研究結(jié)果表明，添加20種助劑均可顯著提高麗春紅-2R在稻稗葉面上沉積量。這與ROBERT[19]等人的研究結(jié)果一致，其研究結(jié)果表明，在甲酰胺磺隆和碘甲磺隆混用中添加2種甲酯化菜籽油助劑（MSO1和MSO2）均可顯著地增加藥劑在葉面上的沉積量；與不添加助劑相比，分別提高6%和12%。李亦松[20]在氯蟲苯甲酰胺中添加5種自制的甲酯化動/植物油助劑的研究結(jié)果表明：當(dāng)助劑的體積分?jǐn)?shù)為0．2%時，表面張力降低35．41%；當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為0．025%時，甲酯化花生油助劑的增效作用最好，在甘藍(lán)葉片上的沉積量比不添加助劑的處理增加了5倍。

本研究結(jié)果表明，與二氯喹啉酸有效劑量93．75g·hm-2處理相比，添加20種甲酯化植物油助劑后二氯喹啉酸的藥效均有增強(qiáng)作用，即施藥后雜草出現(xiàn)受害癥狀較早，且受害程度也較嚴(yán)重。關(guān)于酯化植物油類助劑在除草劑上增效作用的研究較多[20-21]，但由于除草劑的種類和用量等因素不同而增效幅度不盡相同。例如李會芹[6]研究發(fā)現(xiàn)，二甲戊靈有效劑量1237．5g·hm-2對雜草的總防效為95．4%，而在二甲戊靈有效劑量990g·hm-2中加入甲酯化棉籽油助劑后，對雜草的總防效仍可以達(dá)到95．2%，二者無顯著性差異。張錦偉[22]在研究苯唑草酮對雜草的防除效果時也發(fā)現(xiàn)，與不添加助劑的處理相比，添加甲酯化大豆油助劑處理可以顯著增加狗尾草和苘麻的鮮重抑制率，分別達(dá)到5．15%和35．31%。本研究綜合分析后篩選出對二氯喹啉酸防除稻稗增效較好的助劑為JZ-12和JZ-35。

表8 甲酯化植物油助劑對二氯喹啉酸防除稻稗的增效作用Table 8 The enhancement effect of methylated vegetable oil adjuvants on quinclorac controlling Echinochloa oryzicola Vasing

本試驗以7種植物油為原材料，采用堿催化酯交換的原理合成7種甲酯化植物油，將其按一定比例復(fù)配并添加乳化劑得到20種甲酯化植物油助劑，通過溫室盆栽法測定了20種助劑對二氯喹啉酸的增效作用。結(jié)果表明：20種甲酯化植物油助劑均具有良好的乳化分散性和穩(wěn)定性；當(dāng)甲酯化植物油助劑的體積分?jǐn)?shù)為噴液量的0.5%時，能顯著降低二氯喹啉酸藥液的表面張力和接觸角大小，增加二氯喹啉酸藥液在稻稗葉面上的沉積量，進(jìn)而提高二氯喹啉酸對稻稗的防效。其中，增效作用最顯著的助劑為JZ-12[配方為：m（甲酯化花生油）∶m（甲酯化玉米油）=2∶1，乳化劑 m（OP-7）∶m（PEG-400）∶m（ZR-5）=1∶1∶0.5，含量為甲酯化植物油質(zhì)量的 20%]和 JZ-35[配方為：m（甲酯化玉米油）∶m（甲酯化蓖麻油）=1∶1，乳化劑 m（OP-7）∶m（PEG-400）∶m（ZR-5）=1∶2∶1.5，含量為甲酯化植物油質(zhì)量的20%]，與二氯喹啉酸有效劑量93.75g·hm-2相比，株死亡率分別提高38.67%和22.47%，鮮重抑制率分別提高22.98%和21.26%。