农业领域

 

鼠李糖脂在绿色农业中的应用

 

一、鼠李糖脂简介

1.1 来源及结构

    鼠李糖脂是由铜绿假单胞菌在一定培养条件下,通过生物合成的方法产生出的具有表面活性的糖脂类产物,它由鼠李糖元和脂肪酸组成,其分子结构通式为:

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R1: R1=α-L吡喃鼠李糖基             R2: R1=H

   R2=β羟基癸酸                       R2=β羟基癸酸

鼠李糖脂的分子结构中既有极性基团又有非极性基团,是一类中性两极分子。亲水基团是非离子形式的单糖、二糖、多糖、羧基、氨基或肽链,疏水基团由带羟基的脂肪酸组成。

1.2鼠李糖脂粗提纯品组分构成

    鼠李糖脂生物表面活性剂是生物发酵制品,粗提纯的产品中还含有一些如糖脂、多糖、甘油、有机脂肪酸等代谢物,另外还包括少量的蛋白类物质,如菌体细胞蛋白、核酸蛋白、多糖类蛋白等。

1.3鼠李糖脂主要功能特点

    鼠李糖脂是目前生物表面活性剂中最重要、应用最广泛的一类,它属于水溶性阴离子生物表面活性剂,具有降低界面张力、增溶、乳化、渗透、润湿等多种功能,同时它又具有较好的热稳定性和化学稳定性,在90时仍具有很好的表面性能,并且能被微生物100%降解,是典型的环保型绿色产品。

1.4鼠李糖脂已获得的绿色认证

1)急性经口毒性试验LD505000mg/kg·Bw,属实际无毒。

22004年,美国环保署即通过了鼠李糖脂作为生物农药的备案(PC Code 110029)。

3)纽约州环境保护部固体和危险材料农药管理局,新的活性成分鼠李糖脂登记农药新产品的注册文件(EPA注册编号72431-1)。

4)鼠李糖脂作为一种新的活性成分,申请登记生物杀菌剂的联帮登记公告。200357日(68 FR 24456)。

5)美国环保署(EPA),关于鼠李糖脂生物表面活性剂在食品中、农药化学品中的容许量申请及批复。(68 FR 2502668 FR 16796

1.5 鼠李糖脂农业应用方向

1)添加于肥料中提高肥料利用率,增强肥效;

2)直接作为生物农药或添加于农药产品中,增强药效;

3)用于土壤调节,增强土壤活力;

4)用于果蔬保鲜。

二、鼠李糖脂农业应用机理

2.1肥料中提高肥料利用率,增强肥效

2.1.1具有优良的表面活性,能促进有效营养成分的吸收利用

    鼠李糖脂本身具有优良的表面活性,能够有效降低接触面的表面张力,增大润湿面积,可以让目标物表面完整均匀的覆盖,增加液体携带营养物质与植物表面接触机会,同时改善植物细胞通透性,使不易于被植物直接吸收利用的元素可通过鼠李糖脂对植物细胞膜渗透的改善作用进入植物细胞内,被植物吸收,从而提高肥料利用率。

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鼠李糖脂作用于叶面改变液滴与叶面蜡质层接触角

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鼠李糖脂作用于叶面改善润湿性

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鼠李糖脂改善植物细胞通透性作用示意图

2.1.2可与金属离子鳌合,促进植物对微量金属元素的吸收

    农业应用的鼠李糖脂螯合的金属离子可以有两种来源,一是与液相中的游离金属离子鳌合;二是通过表面活性剂的作用,使土壤中的金属离子从土壤颗粒表面脱附,再与鼠李糖脂鳌合溶解于土壤溶液中,这两种方式形成的鳌合体均有脂溶性性能,能使微量金属离子通过植物表面膜或角质层渗入植物体内,从而被植物有效吸收,增加微量元素肥料有效物质的利用率。

2.2 直接作为生物农药或添加于农药产品中增强药效

2.2.1鼠李糖脂对于孢子类植物病原菌的生物合成有控制作用

    鼠李糖脂能破坏游离孢子的质膜,添加鼠李糖脂后,破坏了游离孢子的质膜渗透性,导致游离孢子丧失活性并快速的溶解死亡,这对于植物真菌性病害,如霜霉菌,根腐病、枯萎病等有很好的防治作用。

    下图表明了鼠李糖脂对游离孢子病原菌的细胞溶解过程

A游离孢子细胞溶解的简图

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游离孢子                鼠李糖脂               细胞溶解

 

 

 

B鼠李糖脂破坏游离孢子质膜细节

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游离孢子质膜                          鼠李糖脂

C游离孢子细胞溶解机制

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鼠李糖脂进入游离孢子质膜

 

 

 

2.2.2 具有优良的乳化性能及渗透性能

     鼠李糖脂在农药产品中可作为乳化剂添加,同时由于其优良的表面活性及改善植物细胞通透性的作用,在促进农药有效成分植物吸收上也能发挥很好的作用。

2.3 用于土壤调节,增强土壤活力

1)鼠李糖脂在碱性条件下,可以电离出Rh-H+H+与碱性土壤中的OH-中和,使土壤的PH降低,从而改变土壤板结环境条件;

2)鼠李糖脂作用于土壤的过程中,有效提高了地层微生物的活性,改善了土壤的颗粒结构;

3)鼠李糖脂具有特殊的两亲结构——亲水性极性基团(鼠李糖元)和憎水性非极性基团(β—羟基癸酸),能改变固体和液体之间的界面张力,减弱颗粒间的粘结力同时扩散液膜,当鼠李糖脂在土壤颗粒表面被吸附后,亲水基的一端朝向土壤颗粒内部,疏水基的一端朝外,形成了包覆在土壤颗粒表面上的疏水膜,起到保护结晶水的作用。

2.4 用于果蔬保鲜

鼠李糖脂是一种活性较高的生物表面活性剂,有良好的亲水性能,易于在吸附体表面形成一层薄膜,减缓水分的散失,体现了其良好的保水功能。在进行果蔬保鲜的过程中,也是利用它的成膜特性,阻止空气中的氧气进入果蔬表面,在膜内形成低氧气分压的小气调环境,降低呼吸,来达到延长果蔬贮存期的目的。

三、鼠李糖脂农业应用推荐方法

1)鼠李糖脂在农业领域作为农肥和农药增效助剂与其他组分进行复配时,建议最终作用于植物的鼠李糖脂有效浓度在0.007%-0.01%之间。(例如原产品需要在最终用户稀释200倍使用,则生产时建议添加纯鼠李糖脂1.4%-2%

2)作为果蔬保鲜剂应用时,建议最终使用浓度在0.5%-1.5%之间。

3)作为土壤调节剂使用时,由于不同区域土壤条件差别较大,具体添加量需根据当地土壤进行实验确定。

四、现有产品类型及技术指标

 

指 标

B18

E50

 

外观

棕色粘稠膏体

棕色粘稠膏体

 

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

 

干物质纯度,%

40

85

 

表面张力,10-3mN/m)≤

45

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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