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農業領域

 

鼠李糖脂在綠色農業中的應用

 

一、鼠李糖脂簡介

1.1 來源及結構

    鼠李糖脂是由銅綠假單胞菌在一定培養條件下,通過生物合成的方法產生出的具有表面活性的糖脂類產物,它由鼠李糖元和脂肪酸組成,其分子結構通式為:

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R1: R1=α-L吡喃鼠李糖基             R2: R1=H

   R2=β羥基癸酸                       R2=β羥基癸酸

鼠李糖脂的分子結構中既有極性基團又有非極性基團,是一類中性兩極分子。親水基團是非離子形式的單糖、二糖、多糖、羧基、氨基或肽鏈,疏水基團由帶羥基的脂肪酸組成。

1.2鼠李糖脂粗提純品組分構成

    鼠李糖脂生物表面活性劑是生物發酵制品,粗提純的產品中還含有一些如糖脂、多糖、甘油、有機脂肪酸等代謝物,另外還包括少量的蛋白類物質,如菌體細胞蛋白、核酸蛋白、多糖類蛋白等。

1.3鼠李糖脂主要功能特點

    鼠李糖脂是目前生物表面活性劑中最重要、應用最廣泛的一類,它屬于水溶性陰離子生物表面活性劑,具有降低界面張力、增溶、乳化、滲透、潤濕等多種功能,同時它又具有較好的熱穩定性和化學穩定性,在90時仍具有很好的表面性能,并且能被微生物100%降解,是典型的環保型綠色產品。

1.4鼠李糖脂已獲得的綠色認證

1)急性經口毒性試驗LD505000mg/kg·Bw,屬實際無毒。

22004年,美國環保署即通過了鼠李糖脂作為生物農藥的備案(PC Code 110029)。

3)紐約州環境保護部固體和危險材料農藥管理局,新的活性成分鼠李糖脂登記農藥新產品的注冊文件(EPA注冊編號72431-1)。

4)鼠李糖脂作為一種新的活性成分,申請登記生物殺菌劑的聯幫登記公告。200357日(68 FR 24456)。

5)美國環保署(EPA),關于鼠李糖脂生物表面活性劑在食品中、農藥化學品中的容許量申請及批復。(68 FR 2502668 FR 16796

1.5 鼠李糖脂農業應用方向

1)添加于肥料中提高肥料利用率,增強肥效;

2)直接作為生物農藥或添加于農藥產品中,增強藥效;

3)用于土壤調節,增強土壤活力;

4)用于果蔬保鮮。

二、鼠李糖脂農業應用機理

2.1肥料中提高肥料利用率,增強肥效

2.1.1具有優良的表面活性,能促進有效營養成分的吸收利用

    鼠李糖脂本身具有優良的表面活性,能夠有效降低接觸面的表面張力,增大潤濕面積,可以讓目標物表面完整均勻的覆蓋,增加液體攜帶營養物質與植物表面接觸機會,同時改善植物細胞通透性,使不易于被植物直接吸收利用的元素可通過鼠李糖脂對植物細胞膜滲透的改善作用進入植物細胞內,被植物吸收,從而提高肥料利用率。

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鼠李糖脂作用于葉面改變液滴與葉面蠟質層接觸角

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鼠李糖脂作用于葉面改善潤濕性

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鼠李糖脂改善植物細胞通透性作用示意圖

2.1.2可與金屬離子鰲合,促進植物對微量金屬元素的吸收

    農業應用的鼠李糖脂螯合的金屬離子可以有兩種來源,一是與液相中的游離金屬離子鰲合;二是通過表面活性劑的作用,使土壤中的金屬離子從土壤顆粒表面脫附,再與鼠李糖脂鰲合溶解于土壤溶液中,這兩種方式形成的鰲合體均有脂溶性性能,能使微量金屬離子通過植物表面膜或角質層滲入植物體內,從而被植物有效吸收,增加微量元素肥料有效物質的利用率。

2.2 直接作為生物農藥或添加于農藥產品中增強藥效

2.2.1鼠李糖脂對于孢子類植物病原菌的生物合成有控制作用

    鼠李糖脂能破壞游離孢子的質膜,添加鼠李糖脂后,破壞了游離孢子的質膜滲透性,導致游離孢子喪失活性并快速的溶解死亡,這對于植物真菌性病害,如霜霉菌,根腐病、枯萎病等有很好的防治作用。

    下圖表明了鼠李糖脂對游離孢子病原菌的細胞溶解過程

A游離孢子細胞溶解的簡圖

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游離孢子                鼠李糖脂               細胞溶解

 

 

 

B鼠李糖脂破壞游離孢子質膜細節

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游離孢子質膜                          鼠李糖脂

C游離孢子細胞溶解機制

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鼠李糖脂進入游離孢子質膜

 

 

 

2.2.2 具有優良的乳化性能及滲透性能

     鼠李糖脂在農藥產品中可作為乳化劑添加,同時由于其優良的表面活性及改善植物細胞通透性的作用,在促進農藥有效成分植物吸收上也能發揮很好的作用。

2.3 用于土壤調節,增強土壤活力

1)鼠李糖脂在堿性條件下,可以電離出Rh-H+H+與堿性土壤中的OH-中和,使土壤的PH降低,從而改變土壤板結環境條件;

2)鼠李糖脂作用于土壤的過程中,有效提高了地層微生物的活性,改善了土壤的顆粒結構;

3)鼠李糖脂具有特殊的兩親結構——親水性極性基團(鼠李糖元)和憎水性非極性基團(β—羥基癸酸),能改變固體和液體之間的界面張力,減弱顆粒間的粘結力同時擴散液膜,當鼠李糖脂在土壤顆粒表面被吸附后,親水基的一端朝向土壤顆粒內部,疏水基的一端朝外,形成了包覆在土壤顆粒表面上的疏水膜,起到保護結晶水的作用。

2.4 用于果蔬保鮮

鼠李糖脂是一種活性較高的生物表面活性劑,有良好的親水性能,易于在吸附體表面形成一層薄膜,減緩水分的散失,體現了其良好的保水功能。在進行果蔬保鮮的過程中,也是利用它的成膜特性,阻止空氣中的氧氣進入果蔬表面,在膜內形成低氧氣分壓的小氣調環境,降低呼吸,來達到延長果蔬貯存期的目的。

三、鼠李糖脂農業應用推薦方法

1)鼠李糖脂在農業領域作為農肥和農藥增效助劑與其他組分進行復配時,建議最終作用于植物的鼠李糖脂有效濃度在0.007%-0.01%之間。(例如原產品需要在最終用戶稀釋200倍使用,則生產時建議添加純鼠李糖脂1.4%-2%

2)作為果蔬保鮮劑應用時,建議最終使用濃度在0.5%-1.5%之間。

3)作為土壤調節劑使用時,由于不同區域土壤條件差別較大,具體添加量需根據當地土壤進行實驗確定。

四、現有產品類型及技術指標

 

指 標

B18

E50

 

外觀

棕色粘稠膏體

棕色粘稠膏體

 

近似溶解性(g/L

200-1000

>200

 

pH10%水溶液)

7-9

6-8

 

鼠李糖脂含量(%

18±2

50±5

 

干物質純度,%

40

85

 

表面張力,10-3mN/m)≤

45

40