松香 ? 海藻酸鈉膜劑的制備及其對褐飛虱的防控效果

宋星陳, 韓晶波, 李 明*,,2,3, 廖 遜,2,3, 李榮玉*,,2,3

(1. 貴州大學(xué) 作物保護(hù)研究所，貴陽 550025；2. 貴州省山地農(nóng)業(yè)病蟲害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550025；3. 貴州大學(xué) 獼猴桃工程技術(shù)研究中心，貴陽 550025)

褐飛虱Nilaparvata lugens(St?l) 是水稻上危害嚴(yán)重的遷飛性害蟲之一[1]，極易暴發(fā)成災(zāi)，已危害中國23%～30%水稻種植區(qū)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)量損失[2]。此外，其還可通過刺吸式口器進(jìn)行病毒傳染，造成其他危害[3-5]。

目前，中國對于水稻褐飛虱主要采用化學(xué)防治[6]，但隨著化學(xué)殺蟲劑的大量使用，水稻褐飛虱已對多種殺蟲劑產(chǎn)生不同程度的抗性，導(dǎo)致防治難度增加[7-12]。凌炎等[13]研究表明，中國和越南共14個褐飛虱田間種群已對吡蟲啉、噻嗪酮、氟蟲腈等產(chǎn)生抗性。據(jù)節(jié)肢動物抗性倍數(shù)數(shù)據(jù)庫(APRD) 最新發(fā)布，褐飛虱在節(jié)肢動物抗性倍數(shù)中排名第十，表明其抗藥性問題日益嚴(yán)重[14]。鑒于此，尋求水稻褐飛虱的新型綠色防控技術(shù)迫在眉睫。

基于植物保護(hù)防御角度而制備的膜劑是一種新型防控水稻褐飛虱的綠色防治技術(shù)[15]。該技術(shù)對環(huán)境、寄主植物、天敵生物等安全，且可有效控制病蟲害的發(fā)生與蔓延[16]。Peng等研究表明，高嶺土顆粒膜劑可有效防治馬鈴薯木虱[17]；Sahraee等研制出了一種明膠基納米復(fù)合膜，具有抗真菌性能[18]?；诖耍狙芯扛鶕?jù)褐飛虱危害特點(diǎn)，以松香、海藻酸鈉等天然產(chǎn)物為主要成分，添加一定的乳化劑和防腐劑，通過混合、加熱、成膜等工藝制備成了一種可穩(wěn)定存在于水稻表面的薄膜——松香 ? 海藻酸鈉膜劑，旨在為水稻褐飛虱的防治提供一種新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 蟲源 供試褐飛虱Nilaparvata lugens(St?l)采集于貴州省黃平縣試驗(yàn)基地，飼養(yǎng)于貴州大學(xué)農(nóng)安科研室。飼養(yǎng)條件：溫度為 28℃ ± 1℃，相對濕度為70%～80%，光照周期為16 h (L) : 8 h (D)。

1.1.2 試劑及藥劑 海藻酸鈉 (化學(xué)純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)；蛋白胨 (北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司)；特級松香 (深圳市吉田化工有限公司)；菜油 (貴州長城油脂化工有限公司)；苯甲酸鈉 (分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)。20%異丙威乳油 (isoprocarb EC，田間推薦劑量：150～200 mL/667 m2，江西易順作物科學(xué)有限公司)；98%乳化劑LAE-4 (南通宇源新材料科技有限公司)；99%乳化劑OP-15 (海安縣國力化工有限公司)。

1.1.3 儀器 PHS-3C精密pH計(jì) (上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)；NDJ-8S數(shù)字粘度計(jì) (上海佑科儀器儀表有限公司)；AL104分析天平 (梅特勒-托利多儀器有限公司，量程為 110 g，精度為：0.1 mg)；DM500顯微鏡 (徠卡顯微系統(tǒng) (上海) 有限公司)；NSZ818體視鏡 (寧波永新光學(xué)股份有限公司)；SX-CS8A型農(nóng)用手動氣壓噴霧器 (浙江黃巖市下噴霧器化工有限公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 松香 ? 海藻酸鈉膜劑的制備及其優(yōu)化 采用Cheng[19]等方法并稍作修改。將成膜物質(zhì)海藻酸鈉與蛋白胨按質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%和10%混合，加入100 mL去離子水，作為水相；磁力攪拌下，添加由菜油和松香 (體積比1 : 1，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.5%) 組成的油相，繼續(xù)攪拌至溶液為膠體狀態(tài)，靜置至表面氣泡消失，得到膜劑初步配方。分別對海藻酸鈉和蛋白胨的含量以及水相與油相的體積比進(jìn)行優(yōu)化，以成膜物質(zhì)的延展性、黏度、拉絲度作為評定指標(biāo)，確定膜劑的最終配方。

1.2.2 松香 ? 海藻酸鈉膜劑理化性質(zhì)的測定

1.2.2.1 pH值測定 采用pH計(jì)測定松香 ? 海藻酸鈉膜劑的pH值。

1.2.2.2 黏度測定 采用NDJ-8S數(shù)字粘度計(jì)測定。將膜劑倒入直徑不小于60 mm的圓形平底容器中，旋轉(zhuǎn)升降塊將轉(zhuǎn)子緩慢浸入膜劑中，使轉(zhuǎn)子液面標(biāo)志與膜劑成一平面 (環(huán)境溫度25℃ ± 5 ℃，相對濕度 ≤ 80%)，記錄數(shù)據(jù)。

1.2.2.3 固含量測定 準(zhǔn)確稱量玻片質(zhì)量，記為ma，g；將松香 ? 海藻酸鈉膜劑涂抹于玻片上，稱其質(zhì)量，記為m1，g；在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘至恒重，稱其質(zhì)量，記為m2，g，用公式 (1) 計(jì)算膜劑的固含量m。

1.2.2.4 成膜時間測定 將優(yōu)化后的松香 ? 海藻酸鈉膜劑用清水分別稀釋成25、50、100、200和400倍的成膜溶液，取1 mL噴于玻板上，垂直靜置，記錄成膜時間。

1.2.2.5 耐雨水沖刷測試 準(zhǔn)確稱量玻片質(zhì)量，記為mb，g；將采用優(yōu)化配方制備的松香 ? 海藻酸鈉膜劑用清水分別稀釋成25、50和100倍，取0.5 mL涂于玻片上。晾干后烘干至恒重，其質(zhì)量記為m3，g；用噴壺噴水模擬降雨 (環(huán)境溫度25℃ ± 5 ℃，相對濕度 ≤ 80%)，再烘干至恒重，其質(zhì)量記為m4，g。用固含量的流失率m'來反映松香 ? 海藻酸鈉膜劑的耐雨水沖刷能力，計(jì)算公式見公式 (2)。

1.2.2.6 外觀結(jié)構(gòu) 將制備好的松香 ? 海藻酸鈉膜劑置于載玻片上，用顯微鏡觀察；同時將其噴灑在水稻莖稈上，用刀片進(jìn)行橫切、縱切后，用體視鏡觀察，記錄膜劑外觀。

1.2.3 松香 ? 海藻酸鈉膜劑對水稻褐飛虱的室內(nèi)阻吸活性測定 參考稻稈浸漬法[20]并略作修改。選取長勢一致、高約20 cm的水稻苗，用清水洗凈，靜置晾干至莖稈無水珠滴落。每15株為1組。用清水將優(yōu)化后的松香 ? 海藻酸鈉膜劑分別稀釋成25、50、100、200和400倍，并以清水為空白對照，共6個處理。每處理取5 mL噴施于已晾干的水稻莖稈上，晾干備用。將水稻根部用醫(yī)用脫脂棉包裹，放入玻璃管中，使水稻保持直立，加入少量營養(yǎng)液。用吸蟲器吸取生長狀況一致的褐飛虱3齡若蟲，接入上述玻璃管中，每管10頭，每處理3個重復(fù)，共30頭。用保鮮膜將玻璃管封口 (保鮮膜上打孔)，觀察褐飛虱若蟲生理活動是否正常。將玻璃管至于溫度為 28℃ ± 1℃、光照周期為16 h(L) : 8 h(D) 的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，分別記錄處理3、5和7 d后的死亡蟲數(shù)和活蟲質(zhì)量，用0號毛筆尖輕觸試蟲，試蟲無任何反應(yīng)視為死亡。將試蟲用乙醚麻醉 (5～10 s)，稱量其活蟲體重 (對照活蟲增重W1、處理活蟲增重W2)，用公式（3）計(jì)算活蟲體重減少百分率Rw。

1.2.4 田間試驗(yàn) 田間試驗(yàn)在貴州省黃平縣舊州鎮(zhèn)開展。供試水稻品種為內(nèi)香8518，基地土壤肥力中等，地勢平坦，灌溉條件良好，栽培條件一致。設(shè)置各處理如下：A. 松香 ? 海藻酸鈉膜劑1.2 kg/667 m2(稀釋50倍)；B. 松香 ? 海藻酸鈉膜劑0.6 kg/667 m2(稀釋100倍)；C. 松香 ? 海藻酸鈉膜劑0.3 kg/667 m2(稀釋200倍)；G. 20%異丙威乳油200 mL/667 m2(稀釋1 500倍)；CK. 清水60 kg/667 m2。每處理3次重復(fù)，共15個小區(qū)，每小區(qū)面積30 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，整個試驗(yàn)區(qū)設(shè)立寬為1 m的保護(hù)帶。使用SX-CS8A型農(nóng)用手動氣壓噴霧器對準(zhǔn)水稻各部位噴施膜劑和對照藥劑，保證其均勻分布在水稻各部位。根據(jù)《農(nóng)藥田間藥效試驗(yàn)準(zhǔn)則》[21]進(jìn)行藥效調(diào)查，噴膜前調(diào)查褐飛虱蟲口基數(shù)，于噴膜后1、3、5和7 d采用盆拍法調(diào)查記錄各小區(qū)處理稻田褐飛虱的蟲口密度。每小區(qū)調(diào)查10點(diǎn)，每點(diǎn)1叢，分別按照公式 (4) 和 (5)計(jì)算蟲口減退率和防治效果。試驗(yàn)期間觀察松香 ?海藻酸鈉膜劑對作物生長是否產(chǎn)生影響。

其中：R為蟲口減退率，%；N0為施藥前蟲口數(shù)；N1為施藥后蟲口數(shù)。E為防控效果，%；R1為處理區(qū)蟲口減退率，%；R0為對照區(qū)蟲口減退率，%。

1.2.5 統(tǒng)計(jì)方法 采用DPS分析軟件，利用新復(fù)極差法對調(diào)查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，比較5%和1%水平差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方組成對松香 ? 海藻酸鈉膜劑成膜效果的影響

當(dāng)海藻酸鈉與蛋白胨的質(zhì)量比例以及油相含量一定時，研究了水相和油相的不同體積比對膜劑成膜效果的影響。結(jié)果如表1所示：當(dāng)水相與油相體積比為3 : 1時，膜劑具有較好的拉絲度、黏度和延展性。通過對海藻酸鈉和蛋白胨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行探究(表2)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時，膜劑的延展性有所降低，而當(dāng)?shù)鞍纂速|(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時，膜劑黏度降低。當(dāng)海藻酸鈉和蛋白胨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%和8%時，膜劑的拉絲度、延展性和黏度等均較好。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在膜劑中添加苯甲酸鈉和乳化劑 [V(LAE-4) :V(OP-15）= 1 : 3] 時，不僅可延長膜劑的自然保存時間，還可增強(qiáng)膜劑油相的分散程度。綜上所述，在海藻酸鈉、蛋白胨以及油/水相比例明確后，對其余物質(zhì)的添加量進(jìn)行了調(diào)整，最終得出膜劑的最優(yōu)配方 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 為：松香 (12.5%)、菜油 (10%)、海藻酸鈉 (3%)、蛋白胨 (8%)、乳化劑V(LAE-4) :V(OP-15) = 1 : 3 (2.5%)、苯甲酸鈉 (1%) 和水 (63%)。

表1 松香 ? 海藻酸鈉膜劑的成膜效果Table 1 Film-forming effect of rosin + sodium alginate film

表2 優(yōu)化后松香 ? 海藻酸鈉膜劑的成膜效果Table 2 Film forming effect after optimized rosin + sodium alginate film

2.2 松香 ? 海藻酸鈉膜劑的理化性質(zhì)

測定結(jié)果 (表3) 表明，所制備的膜劑呈弱酸性，pH范圍為6.34～6.91，黏度值為108～114 Pa·s，固含量為38.62%，具有較好的成膜性。且通過模擬降水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著膜劑稀釋倍數(shù)的提高，其固含量流失率不斷降低。當(dāng)稀釋100倍時，其固含量流失率為45.15%，表明該膜劑具有一定的耐雨水沖刷的能力，可穩(wěn)定持續(xù)地附著在水稻上。

表3 松香 ? 海藻酸鈉膜劑模擬降雨后固含量流失率Table 3 The rosin + sodium alginate film of Nilaparvata lugens solid content loss rate after simulated rainfall

2.2.1 不同稀釋倍數(shù)的膜劑成膜時間 如圖1所示，隨著稀釋倍數(shù)的增大，膜劑固含量隨之降低，成膜時間縮短。當(dāng)稀釋25倍時，其成膜時間為4.82 min；而稀釋400倍時，成膜時間縮短至1.62 min。

2.2.2 膜劑微觀結(jié)構(gòu)特征 分別采用顯微鏡和體視鏡對松香 ? 海藻酸鈉膜劑進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)特征觀察。結(jié)果如圖2所示，膜劑在自然狀態(tài)下是柔性的，呈黃色，膜表面有黏性，邊緣光滑且薄，具有通透性；將其噴灑至水稻莖稈后，在體視鏡下能看到水稻莖稈被一層薄膜所包裹。

2.3 松香 ? 海藻酸鈉膜劑對褐飛虱的室內(nèi)阻吸活性

2.3.1 膜劑對褐飛虱的阻吸作用 結(jié)果 (表4) 顯示，松香 ? 海藻酸鈉膜劑對褐飛虱具有一定的阻吸作用，且不同稀釋倍數(shù)阻吸效果不同。其中，處理后7 d，稀釋100倍的膜劑對褐飛虱的阻吸活性較高，其校正死亡率為59.26%；而稀釋50和200倍時，對褐飛虱也具有較好的阻吸活性，其校正死亡率分別為48.15%和55.56%；但其余各處理3 d時對褐飛虱的矯正死亡率最高僅為20%，活性較差。

表4 松香 ? 海藻酸鈉膜劑對褐飛虱的室內(nèi)阻吸活性Table 4 Piercing-sucking barrier activity results of the rosin + sodium alginate film to Nilaparvata lugens

2.3.2 膜劑對褐飛虱體重的影響 結(jié)果 (表5) 表明：所制備的松香 ? 海藻酸鈉膜劑能顯著降低褐飛虱的體重，且隨著稀釋倍數(shù)的增加，顯著作用呈現(xiàn)出先上升再下降的趨勢。處理后3 d，稀釋50倍的膜劑顯著降低了褐飛虱體重，減重率高達(dá)92.78%；處理后5 d和7 d時，稀釋100倍的膜劑對褐飛虱的減重率分別為83.08%和83.91%。表明膜劑可能阻礙了褐飛虱口器的刺入，從而減少了營養(yǎng)攝取，導(dǎo)致褐飛虱體重減輕。

表5 松香 ? 海藻酸鈉膜劑對褐飛虱活蟲體重變化的影響Table 5 The change of Nilaparvata lugens live insect weight after spraying the rosin + sodium alginate film

2.3.3 田間防控效果 田間試驗(yàn)結(jié)果 (表6) 表明，用清水稀釋50、100和200倍的松香 ? 海藻酸鈉膜劑對田間褐飛虱均表現(xiàn)出良好的防控效果。其中稀釋50倍的膜劑防效較好，其處理后3、5 和7 d的平均防效分別為52.06%、55.42%和64.21%，顯著高于稀釋100倍和200倍的防效。與20%異丙威EC稀釋1 500倍的處理相比，稀釋50倍的松香 ? 海藻酸鈉膜劑處理后1、3 和5 d的防治效果顯著降低，但處理后7 d的防控效果與異丙威的防效相當(dāng)。表明松香 ? 海藻酸鈉膜劑可能阻止了褐飛虱的刺吸取食，從而達(dá)到防治褐飛虱的目的。

表6 松香 ? 海藻酸鈉膜劑對褐飛虱的防控效果Table 6 The control efficacy of the rosin + sodium alginate film to Nilaparvata lugens

3 結(jié)論與討論

近年來，褐飛虱對水稻產(chǎn)量造成嚴(yán)重危害[21-25]，基于植物防御理論建立的植物保護(hù)膜是通過在植物表面形成一層保護(hù)膜，阻擋刺吸式口器害蟲危害植物，從而達(dá)到保護(hù)植物正常生長發(fā)育的目的[16]。植物保護(hù)膜通?；谔烊怀赡げ牧线M(jìn)行制備，如多糖、植物蛋白和高分子聚合物等[26-29]。海藻酸鈉具有良好的成膜、阻濕、抗拉等特性[30]，并且具有一定的增稠作用[31]。有研究表明，海藻酸鈉與百里香酚、可食性馬鈴薯淀粉、殼聚糖等天然產(chǎn)物可形成復(fù)合膜[32-33]。

耐雨水沖刷、黏度和延展性等成膜物理化學(xué)性能是評價成膜劑的重要指標(biāo)[34]。本研究利用海藻酸鈉良好的成膜性，通過添加松香、蛋白胨、菜油等物質(zhì)制備了松香 ? 海藻酸鈉膜劑。該膜劑外觀呈淡黃色乳油狀，能夠穩(wěn)定附著于水稻表面。該膜劑稀釋100倍處理后7 d對褐飛虱的校正死亡率可達(dá)59.26%，與空白對照 (CK) 相比較，其體重減輕83.91%，與噴施20%異丙威EC(稀釋1 500倍) 單劑防效相當(dāng)。這與馬長亮等[35]研制的以黃腐酸、米糠蠟及混合脂肪酸等天然原料制成的植物保護(hù)膜劑效果類似；Puterka等[36]研制的疏水性顆粒涂抹劑可對宿主視覺或觸覺造成干擾，使其無法識別寄主植物，從而減少病蟲害對植物的危害。

本研究制備的松香 ? 海藻酸鈉膜劑為一種可以穩(wěn)定存在于水稻表面并對褐飛虱具有一定防控效果的膜劑，對水稻褐飛虱的防治提供了一種新思路，但其對褐飛虱體重的影響是通過阻止其口器的刺入還是依靠松香對其對寄主識別的干擾尚不清楚，有待進(jìn)一步研究。