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赤霉酸的劑型及其發展動向

時間:2018/12/27 10:29:27文章來源:中國農資網瀏覽次數: 4638

    赤霉酸是目前國內外使用最廣泛的植物生長調節劑。赤霉酸制劑的有效成分主要為GA3和GA4+7,少有其他種類的赤霉酸用于實際生產。赤霉酸能溶于醇類、丙酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯、冰醋酸和pH 6.2的磷酸緩沖液中,難溶于水,不溶于石油醚、苯和氯仿等溶劑;在較低溫度和酸性條件下相對穩定,在pH過高或過低的溶液中易分解;主要活性基團是羧基。因其特殊的理化性質,目前的赤霉酸制劑以乳油、結晶粉和可溶粉劑(登記數>20)為主。越來越多國家的農藥登記管理機構要求農藥劑型對使用者更加安全,對環境影響更小和使用劑量更低。這些要求就促進了懸浮劑(SC)、水乳劑(EW)、微乳劑(ME)和微囊懸浮劑(CS)等農藥水基化劑型的開發。同時也加速了農藥粉劑向水分散粒劑(WG)和可溶粒劑(SG)的轉變。

 

    制劑技術的目的是優化農藥生物活性,提高安全性和便于使用。由于農藥活性成分的多樣性,根據不同有效成分的理化性質,目前已經開發了許多種不同類型的農藥制劑。劑型多以簡單的可溶液劑(SL)、含油基溶劑的乳油(EC)、粉劑(DP)和可濕性粉劑(WP)等劑型為主。農藥乳油中的溶劑和粉劑、可濕性粉劑中的粉塵在使用時存在安全問題,并且會對環境帶來負面影響。

    由于赤霉酸在水中溶解度低和不穩定的特殊理化性質,限制了赤霉酸劑型由傳統劑型向新型安全和水基化劑型的轉變。近年來,為了開發安全高效的水基化劑型,部分學者也開始做如何在水中保持赤霉酸穩定性的研究,希望可以找到合適的方法,開發出新的赤霉酸劑型。

 

    1  赤霉酸概況

   赤霉酸是一類重要的四環二萜類化合物,是植物五大激素之一,是目前國內外使用廣泛的植物生長調節劑。它廣泛分布于高等植物、真菌和細菌中,且多存在于生長旺盛部分,如莖端、嫩葉、根尖和果實種子,含量為1~100 mg/g鮮重。目前已有136種赤霉酸從植物、真菌和細菌中發現。赤霉酸能促進細胞分裂、細胞伸長、促進核酸和蛋白質的合成、促進和控制內源生長酸的合成和降解,提高多種酶的活性。因而被廣泛應用于蔬菜、水果、花卉等作物上。達到打破種子休眠、增加葉菜鮮重、增加果實產量、誘導單性結實和調整花卉花期的目的。

 

    2  赤霉酸的主要劑型

    2.1  赤霉酸乳油

   赤霉酸乳油是將萃取后的赤霉酸母液與溶劑和乳化劑配制而成的棕色透明液體,其中常用的溶劑是酒精,乳化劑是蓖麻油聚氧乙烯醚。赤霉酸乳油的優點是生產歷史較長,具有成熟的加工技術,且藥效高,施用方便,性質穩定等優點,所以產量大、應用范圍廣。其缺點是乳油中含有有機溶劑,對幼果有刺激作用,可使果面皮孔增大,降低果面光潔度,還有增加農藥滲入動植物和人體內的作用,如使用不當,容易造成藥害。

 

    2.2  赤霉酸可溶粉劑

   赤霉酸可溶粉劑是在一定條件下按一定程序將赤霉酸結晶粉和其他輔料烘烤、粉碎、混合而制得。可溶粉劑的優點是細度均勻、流動性好、易于計量,在水中溶解迅速,有效成分以分子狀態均勻地分散于水中,因此與其他劑型相比,更能充分發揮藥效;因該劑型不含有機溶劑,不會因溶劑而產生藥害和污染環境;貯存時穩定性好,生產成本較低,且使用安全。故近年來赤霉酸可溶粉劑得到了較廣泛的發展。

 

    2.3  赤霉酸結晶粉

   赤霉酸結晶粉是赤霉酸發酵液經一系列過濾、濃縮、萃取、結晶制得。結晶粉的優點是穩定性好,便于運輸,且保質期較長。但缺點是使用時需先用少量酒精或白酒將其溶解,然后再按所需濃度對水稀釋,但加水不當容易再結晶,從而影響藥效,也給實際應用帶來不便。

 

    2.4  赤霉酸片劑

   赤霉酸片劑是用一定比例的赤霉酸原藥和其他填料等經酒精噴漿得到的粒劑壓片制得。赤霉酸片劑克服了粉劑和水劑的缺點,可直接投入水中溶解,溶解徹底,無粉塵污染,對作業者安全,減少了對環境的污染;劑量準確,使用時勿需稱量,操作方便;減少有效成分與空氣直接接觸的面積,有效成分及產品的理化性質容易保持穩定,延長保質期。目前赤霉酸片劑主要用于出口。

 

    3  我國赤霉酸制劑生產(登記)現狀

   對中國農藥信息網發布的赤霉酸制劑登記基本情況進行了調查,分析了目前赤霉酸劑型的種類和制劑發展的基本情況。傳統的乳油和結晶粉等劑型仍然占據著主要地位。

 

    3.1  赤霉酸登記的劑型

   赤霉酸乳油劑型占調查數的28.6%,含量主要為3%和4%,已成為我國赤霉酸市場上一個主要劑型。赤霉酸可溶粉劑占調查數的22.4%,含量主要為10%、20%和40%等。赤霉酸結晶粉劑型占調查數的20.4%,含量主要為75%和85%,也是市面上主要的制劑類型。赤霉酸可溶片劑占調查數的9.2%,含量主要為10%和20%等(表1)。乳油和結晶粉的生產工藝簡單,性質穩定,這兩種劑型一直都受到大多數農藥生產企業的青睞。突破傳統的可溶粉劑和片劑也逐漸進入人們視野,成為赤霉酸的主要劑型。這4種劑型為當前赤霉酸生產的主要劑型,鮮有其他劑型出現。

 

表1  赤霉酸劑型、含量及產品數

劑型

產品數

含量(%)

占比(%)

總占比(%)

乳油

28

3、4

28.6

71.4

可溶粉劑

22

10、20、40

22.4

結晶粉

20

75、85

20.4

可溶片劑

9

10、15、20

9.2

28.6

可溶粒劑

5

40、80

5.1

可溶液劑

4

4

4.1

水劑

3

2、4

3.1

脂膏

3

2

3.1

水分散粒劑

2

2、10

2.0

膏劑

2

2.7

2.0

總數

98

 

100.0

100.0

 

    3.2  赤霉酸制劑的登記動態

   2015年2月17日,農業農村部印發了關于《到2020年化肥使用量零增長行動方案》和《到2020年農藥使用量零增長行動方案》的通知。這就要求生產者在少用農藥和化肥的同時還要保證產量甚至增加產量,而農作物產量和化肥之間存在著密切的關系。少用化肥和增加產量就形成了一對矛盾體,如何來使這對矛盾體達到統一是未來的研究方向。植物生長調節劑應用是目前解決這一矛盾體較好的方法。赤霉酸則是應用最為廣泛的植物生長調節劑,其已經成為目前研究和應用的熱點。就取得正式登記的赤霉酸制劑來看,赤霉酸制劑數呈逐年上升趨勢(圖1)。

 

 

圖1  赤霉酸制劑的登記動態

 

   乳油和結晶粉具有成熟的加工技術,且藥效高,施用方便,性質穩定等優點,因而赤霉酸乳油和結晶粉仍然是目前的主流劑型,占有相當大的比例。可溶粉劑和片劑具有可在水中溶解、不含有機溶劑、易于計量、操作方便安全等優點,近年來發展迅速,逐漸成為主流劑型。隨著赤霉酸劑型研究的深入,近年來也逐漸出現了水基化和特殊用法的赤霉酸制劑,如赤霉酸水劑、可溶液劑和脂膏等劑型。這些劑型的出現為以后赤霉酸的劑型開發提供了方向。

 

    4  未來赤霉酸劑型的發展趨勢

   當前全球農藥劑型發展的趨勢,一是發展如懸浮劑(SC)和水乳劑(EW)在內的水基化劑型,盡可能減少石油類溶劑的使用;二是以水分散粒劑(WG)和可溶粒劑(SG)替代粉劑或某些液劑。這種變化減少了農藥在運輸和儲存過程中的可燃幾率,同時降低了農藥使用時對使用者的經皮毒性。赤霉酸劑型未來的發展方向主要有3個:一是對現有劑型的改進;二是開發新的劑型;三是開發特定用途或使用方法的劑型。

 

    4.1  對現有劑型的改進

    4.1.1  對赤霉酸乳油的改進

    赤霉酸乳油中含有有毒的揮發性有機溶劑,存在易燃、易爆和中毒的危險,易產生藥害、污染環境和儲運不安全等問題。對赤霉酸乳油改造主要通過兩個方面進行:一方面是采用更高閃點的溶劑(如Exxon的Solvesso 100、150、200)代替乳油中的揮發性溶劑。這種方法在一些殺菌劑或殺蟲劑上已經得到應用,如用于防治水稻紋枯病的5%氟環唑展膜油劑。或者開拓以“綠色溶劑”,例如多元醇類酯(尤其是醇類的磷酸化三酯類)、醚類、酮類、水不溶的醇類、聚乙二醇類和植物油類代替石油基溶劑,從而制得更安全和環保的乳油劑型產品,如5%醚菊酯展膜油劑。另一方面是對某些適合的農藥活性成分加工成高質量濃度的乳油產品,也可大幅度減少(或不用)溶劑量,如毒死蜱加工成48%乳油,而不加工成15%或20%的乳油等。這些方法都可以借鑒應用在赤霉酸乳油研制上。

 

    4.1.2  對赤霉酸結晶粉的改進

   赤霉酸結晶粉使用時需先用少量酒精或白酒將其溶解,然后再按所需濃度對水稀釋,但加水不當容易再結晶,從而影響藥效,給實際應用帶來不便。對赤霉酸結晶粉的改造主要是將赤霉酸結晶粉和其他輔料烘烤、粉碎、混合制成可溶的粉劑、粒劑或者片劑。因此,赤霉酸的可溶粉劑、粒劑和片劑產品越來越多。

 

    4.2  赤霉酸新劑型的研發

   隨著現代農業的發展,人們對環保和食品安全的意識不斷增強,對農藥也提出了高效、環保的新要求。農藥中的主要有效成分,除了具有較高揮發性或水溶性的可以直接使用外,絕大多數必須加工成各種劑型才可使用。以往的赤霉酸制劑多為乳油,長期使用,易污染環境。隨著高性能、環保型水基性農藥制劑的開發與應用,乳油制劑逐漸被發達國家限制或禁用。與國外相比,我國對水基性農藥制劑的研究起步較晚,直到20世紀80年代才開始相關的研發。

 

    4.2.1  水基化劑型的開發

   以水代替有機溶劑制成水基化的制劑確實是一個有效的方法,但鑒于赤霉酸難溶于水(5 g/L)、不穩定等特性,水基化的赤霉酸制劑發展緩慢。直到近幾年才有學者慢慢探索如何保持赤霉酸在水中的穩定性。逯芳、楊睿、王曉婧等人通過制備赤霉酸與β-環糊精及其衍生物的包合物,發現包合物可以增加赤霉酸在水中的溶解性和穩定性。郭春立研究了不同條件下赤霉酸的穩定性,發現pH 3.0的檸檬酸-K2HPO4緩沖液可以較好地保護赤霉酸。但是這些只能是提供了方向,對于制成赤霉酸水劑還不能達到要求。肖勇等研究了赤霉酸A4+7水劑的穩定性,發現20%~25%助劑M可以將赤霉酸A4+7水劑的熱儲分解率控制在5%以下。

 

    4.2.2  功能性劑型的開發

   根據赤霉酸用法的不同,可以開發出方便使用的專用劑型。在果樹上,赤霉酸的應用可以促進果實增大、增重,達到增產的效果。由于花分散,葉叢生,且噴霧的農藥有效利用率最高的不到30%。噴霧往往不能達到很好的效果,且用藥量大。因此,一種專門用于涂抹果柄的赤霉酸膏劑應運而生了,如江蘇豐源生物工程有限公司開發的4.1%赤霉酸脂膏、江蘇省農墾生物化學有限公司開發的3%赤霉酸脂膏等。在育苗上,赤霉酸可以制成種衣劑用于種子處理。目前,殺菌劑和殺蟲劑更多地制成種衣劑,用于種子處理,其目的是防治種傳病害和害蟲侵染。目前的生長調節劑還少有品種制成種衣劑,這也是未來可以考慮的方向。

 

    5  結語

   我國是世界上應用植物生長物質最廣泛的國家,在農業生產中大面積應用植物生長物質已取得了舉世矚目的成就。隨著植物生長調節劑的不斷開發利用以及化學調控技術的不斷發展,植物生長調劑將更加廣泛地應用于農業生產的各個環節中。伴隨著食品安全問題和環境問題的日益突出,赤霉酸制劑在方便生產的同時,更應該注重制劑向更安全、更高效、對環境更友好方向發展。保障農藥的安全性和高效性是每個科研工作者和制劑研發人員的責任和義務。在新的劑型開發中,要充分考慮赤霉酸的理化性質及其在農業生產中的應用方式方法,才能充分地發揮赤霉酸制劑研發的主觀能動性,為赤霉酸制劑的發展奠定堅實的基礎。


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