荸荠皮环保型乳油的研制及其杀蚜活性研究

李晶晶，王艺臻，高 铭，封英建，赵玉敬，马树杰，张利辉，董金皋

（河北农业大学 植物保护学院，河北 保定 071001）

蚜虫是农业上最具破坏性的害虫之一，可损害多种经济作物和粮食作物，其中豌豆修尾蚜（Megoura crassicauda）通过刺吸寄主植物韧皮部的汁液和传递多种病毒的方式为害大豆、蚕豆、豌豆等豆科作物［1］；桃蚜（Myzus persicaeSulzer）的若虫、成虫常常群集于桃树新梢幼嫩叶片背面，通过刺吸树体汁液，导致叶片卷曲，植株萎蔫，其分泌的蜜露还可污染叶片和果实，易诱发煤污病，影响树体生长和果实品质［2］；麦长管蚜（Sitobion avenaeFabricius）是我国北方麦区的优势蚜虫种群，主要在小麦抽穗后发生，吸食小麦汁液造成萎蔫，还传播大麦黄矮病毒（Barley yellow dwarf virus, BYDV）造成小麦减产［3］；棉蚜（Aphis gossypiiGlover）通过刺吸棉花叶片和茎秆幼嫩部位，造成叶片卷曲和植株矮化，严重时影响棉花的光合作用，造成棉花减产，品质下降［4］。目前，针对上述蚜虫的防治主要以化学农药为主，但化学农药的大量使用不仅使蚜虫的抗药性逐年增加，且对非靶标生物及生态环境造成严重影响［5］。因此，研发安全、高效的绿色农药迫在眉睫。

植物源农药具有选择性强、低毒、不易产生抗药性和环境兼容性强等优点，已成为绿色农药创制的主要方向之一［6］。据报道多种植物源农药对蚜虫具有防治效果，如荆条（Vitex negundovar.heterophylla(Franch.) Rehd.）提取物在600 mg/mL浓度下对萝卜蚜（Lipaphis erysimi）48 h 的触杀活性为95.19%［7］；曼陀罗（Datura stramoniumL.）乙醇提取物在50 mg/mL 浓度下对棉蚜（A.gossypii）72 h 的触杀活性为91.26%［8］；毛竹叶（Phyllostachys pubescens）石油醚提取物对萝卜蚜（L.erysimi）的LC50为2.21×103mg/L［9］；刺槐（Robinia pseudoacaciaL.）种子提取物对棉蚜（A.gossypii）和甘蓝蚜（Brevicoryne brassicaeL.）均具有较强的触杀活性，其24 h 的 LD50分别为7.04 和6.87 ng/头［10］。然而，上述研究大多集中于植物提取物的室内生物活性，关于制剂研制及田间药效的研究报道相对少。 荸 荠 (Eleocharis dulcis(Burm. f.) Trin.) 为 莎草科植物，具有治疗咽炎、喉炎、咳嗽、肝炎和高血压等多种药理活性［11］。由于其独特的风味，也是中国南方最受欢迎的蔬菜之一，但在食用时需将其果皮丢弃，造成浪费。据报道荸荠对棉铃象甲（Anthonomous grandisBoheman）有拒食活性，且可作为诱饵在稻田诱捕稻白螟（Scirpophaga innotataWalker）［12-13］。实验室前期发现，荸荠皮提取物对多种害虫具有良好的杀虫活性，其对豌豆修尾蚜（M.crassicauda）的LC50为21.87 mg/mL；对小菜蛾（Plutella xylostellaLinnaeus）3 龄幼虫的LC50为352.46 mg/mL［14］。可见，荸荠皮提取物具有开发成新型植物源杀虫剂的潜质。

植物源农药的剂型加工一般考虑其来源、溶解性等因素，如水提取的多加工成水剂，有机溶剂提取的大多被加工成乳油。乳油是由原药、有机溶剂、乳化剂和其它助剂组成的一种均相透明的油状液体，具有加工工艺简单、理化性质稳定、易于储存、使用方便等优点［15］。然而，乳油中大多含有易燃且有毒的有机溶剂如甲苯、二甲苯等，使其环境相容性较差［16］。溶剂油150#是矿物源溶剂，具有闪点高、分子量大、毒性低等优点，已成为环保型乳油加工的主要选择之一［17］。考虑到荸荠皮乙醇提取物的溶解性、溶剂油150#的环保性等因素，可将其加工成环保型乳油。

本研究在前期已确定荸荠皮提取物具有较强杀蚜活性的基础上，通过对溶剂和乳化剂等助剂的筛选研制荸荠皮乳油制剂，并对制剂性能指标进行测定，采用室内盆栽法和田间药效试验评价其杀虫活性，以期为荸荠皮提取物的进一步开发和应用奠定基础，也可为其他新型植物源农药乳油研制提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试昆虫和植物 豌豆修尾蚜（Megoura crassicaudaMordvilko）饲养于河北农业大学植物保护学院养虫室，温度：(25±2)℃，相对湿度：(55±5)%，L/D=16 h/8 h 长期饲养的敏感品系。

荸荠皮（Eleocharis dulcis(Burm. f.) Trin.）购买于河北省安国市冷背药材有限公司。

1.1.2 供试药剂溶剂 溶剂油150#购买自江苏华伦化工有限公司，桉树油、大豆油和松节油购自北京宇悦生物科技有限公司。

表面活性剂：Span-80、Tween-80、1602#、OP-10和BY-120 购买自北京宇悦生物科技有限公司；农乳500#、、AEO-9、656H、EL-40 和7809#均购自石家庄市金鹏化工助剂有限公司。

对照药剂：0.5%苦参碱水剂购买自河北中保绿农作物科技有限公司；70%吡虫啉水分散粒剂购自拜耳作物科学（中国）有限公司。

1.2 植物乙醇提取物的制备

将荸荠皮（3 kg）粉碎，用95%乙醇浸提7 d后用布氏漏斗进行抽滤，将得到的滤液用旋转蒸发仪减压浓缩至浸膏状，将滤渣回收继续用95%的乙醇继续浸提2 次，合并3 次浓缩液，得到荸荠皮乙醇提取物（186.25 g）。

1.3 荸荠皮乳油的研制

1.3.1 溶剂筛选 参照郭武棣［18］的方法进行溶剂筛选，方法如下：在具塞的10 mL 试管中加入（1.2±0.02）g 的荸荠皮浸膏，取2 mL 溶剂加入试管中，摇晃观察其溶解情况，若不溶可用超声波辅助其溶解，若仍不能完全溶解，继续向试管中加入2 mL 溶剂，继续摇晃观察溶解情况，直至溶剂加到10 mL 时，还不能完全溶解，舍弃该溶剂，选择另一种溶剂继续筛选。若原药可以完全溶解，便将其放置在0 ℃冰箱中和54 ℃恒温箱中检测其稳定性，4 h 后观察是否有无分层、沉淀等现象，若无上述现象出现说明该溶剂的稳定性合格。

1.3.2 乳化剂筛选 称取0.50 g 原药，再加入0.40 g乳化剂，加入上述筛选出的溶剂溶解并搅拌均匀。以乳化分散性制剂的外观，冷贮、热贮稳定性为指标，选择合适的乳化剂。若单一乳化剂效果达不到预期，可将非离子乳化剂和阴离子乳化剂组合，最终确定乳化剂的种类、配比。

分别取原药0.5 g 置于5 支试管中，然后分别加入乳化剂0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 和1.1 g 于试管中，加溶剂补足10 g，得到含乳化剂质量分数分别为1 %、3%、5%、7%、9%和20%的溶液。根据上述指标，确定乳化剂含量。

1.3.3 原药含量的确定 取5 支试管，将0.50 g 荸荠皮浸膏和上述筛选出的乳化剂及其用量，添加至每个试管中，分别加溶剂补足至12.5、8.33、6.25、5.00 和4.17 g，配制成荸荠皮质量分数分别为4%、6%、8%、10%和12%的溶液，评价原药在溶剂中的溶解情况。

1.3.4 制剂配方的确定 根据上述结果，确定最终配方，并配制成环保型荸荠皮乳油。

1.4 荸荠皮乳油的质量检测

1.4.1 制剂配方的确定 取 1 mL 乳油样品，在距离水面 2 cm 处，缓缓地滴加到装有100 mL（25±1）℃硬水的烧杯中，观察乳油在水中的自然分散和乳化状况，乳油乳化分散评价方法见表1。

表1 乳油乳化分散评价方法Table 1 Evaluation method for emulsification and dispersion of EC

1.4.2 乳化稳定性测定 参照GB/T1603-2001 进行测定。准备100 mL 的（25±2）℃的标准硬水，吸取适量荸荠皮乳油样品，边搅拌边缓慢加入样品，使其配成100 mL 乳状液。搅拌30 s 后转移至量筒中。将量筒置于温度28～32 ℃范围内的恒温水浴锅中，静置1 h 后取出，观察乳状液分离情况，若无沉淀和油析出，说明该乳液稳定性合格。

1.4.3 热贮稳定性试验方法 将荸荠皮乳油样品放入带塞的玻璃试管中，密封后放入54 ℃的恒温箱中贮存14 d，观察其是否有沉淀和析油现象出现。

1.4.4 冷贮稳定性试验方法 将荸荠皮乳油样品放入带塞的玻璃试管中，密封后放入0 ℃的冰箱中贮存7 d，观察其是否有冻结、沉淀和析油现象出现。若有上述情况出现，将其放置在室温条件下2 h，可以恢复原状，则其仍为合格。

1.4.5 酸碱度的测定 取1 g 乳油加入至100 mL 的蒸馏水中，将其均匀搅拌后静置。测定其pH 值。重复3 次，求其平均值，即为该乳油的pH 值。

1.4.6 持久起泡性的测定 在250 mL 的量筒中加入180 mL 的标准硬水，再向其加入1 g 试样，用硬水补足至距塞(9 ±1) cm，在垂直方向上下180°颠倒30 次，静置(60 ±10) s 后记录产生的气泡体积。

1.5 荸荠皮乳油杀虫活性测定

1.5.1 盆栽试验 使用盆栽法测定荸荠皮乳油制剂对豌豆修尾蚜（M.crassicauda）的杀虫活性。用清水将荸荠皮乳油制剂稀释到400、800、1600倍，以0.5%的苦参碱水剂稀释100 倍（推荐剂量）为阳性对照，稀释400 倍后的助剂（农乳500#+tween-80+150#）为空白对照。在蚕豆长到2 ～5 cm时，每株接90 头以上的豌豆修尾蚜，罩上防虫网，24 h 后统计虫口基数，若不够90 头补足后用喷雾器进行常量喷雾，每组试验3 次重复。在喷药1、3 和7 d 后调查蚜虫死亡情况，计算虫口减退率。

1.5.2 田间小区试验设计 田间药效试验设计参照《农药田间药效试验准则》进行。试验对象为桃蚜（M.persicae）、麦长管蚜（S.avenae）和棉蚜（A.gossypii），将供试药剂用水稀释成有效成份用量为112.50、56.25、28.17 和14.08 g a.i./hm2进 行 常 量喷雾，以0.5%苦参碱水剂有效成份用量为45.83 g a.i./hm2（推荐剂量）和70%吡虫啉水分散粒剂有效成份用量为105.00 g a.i./hm2（推荐剂量）为对照药剂，并设清水空白对照。小麦和棉花的试验小区面积均为20 m2，四周设有保护行每个处理3 次重复，各小区随机区组排列；每小区调查2 株桃树，每株按东、南、西、北、中固定5 个被害梢，每梢调查顶梢5 ～10片叶的活蚜虫数。施药前先调查虫口基数，在施药后3 d 调查活虫数，根据计算虫口减退率和防效。

1.6 数据处理及分析

采用Microsoft Excel 对所有数据处理，试验数据为3 次重复的平均值±标准差；使用Origin2018作图；使用SPSS 22.0 软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和Tukey HSD 来评估组间差异。

2 结果与分析

2.1 荸荠皮乳油制剂的研制

2.1.1 溶剂的选择 根据荸荠皮提取物在不同溶剂中的溶解性来选择合适的溶剂，结果表明在所选的14种溶剂中4 种溶解8 种微溶2 种不溶，5 种质量合格。N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、溶剂油150#均有较好的溶解性且质量合格（表2）。但N,N-二甲基甲酰胺、甲苯、乙醇等作为传统乳油制作过程中使用的有害有机溶剂，它们具有挥发性强、毒性高、对靶标生物有害等特点。因此，最终选择溶剂油150#作为环保溶剂，其不仅可显著降低传统乳油的毒性，且具有较高的溶解度不会影响药效。

表2 荸荠提取物在不同溶剂中的溶解情况Table 2 The dissolve situation of E. dulcis extract in different solvent

2.1.2 乳化剂及其含量的确定 乳化剂种类选择：农药乳化剂是制备农药乳油制剂并保证其处于最低稳定性状态所使用的物质。本研究筛选了8 种乳化剂，从表3 可以看出，阴离子乳化剂的效果均达不到预期，但非离子乳化剂农乳500#的效果较好，因此选择农乳500#作为该制剂的乳化剂之一，并与其阴离子它乳化剂进行复配。

表3 乳化剂筛选结果Table 3 The screening results of emulsifiers

乳化剂含量的确定：在复配前评价了含量为1%～11%的农乳500#的乳化效果。结果表明：乳化剂添加量越多，溶液的各项性能表现越好；当乳化剂添加量为3%时，溶液的乳化性能就达到预期。考虑到试验生产成本价格，将乳化剂的添加量定为3%。

复配乳化剂确定：由于选择单一乳化剂会导致乳化效果不理想，因此采用阴离子和非离子乳化剂复配。通过上述的筛选结果，最终选择农乳500#与Tween-80、AEO9、OP-10 和1602 进行复配，质量比为3∶1、3∶2、3∶3 进行乳化剂用量的筛选，通过上述指标，确定最合适的乳化剂及其用量。

乳化剂复配方案及其比例的筛选结果如表4，可以看出农乳500#与Tween-80 的复配体系较好。农乳500#与AEO9 的复配体系次之。在农乳500#与Tween-80 的复配体系中农乳500#和Tween-80 的用量比达到3∶1 和3∶2 时，乳化效果达到预期。考虑到试验生产成本价格，最终选择使用的乳化剂复配方案及用量是：农乳500#∶Tween-80=3%∶1%。

表4 复配乳化剂的筛选Table 4 The screening results of mixed emulsifier

2.1.3 母药含量的确定 试验评价了荸荠皮在4%～12%的溶剂油150#中溶解情况，结果表明，荸荠皮提取物有较好的溶解性，当含量达到10%时，仍能被所选溶剂完全溶解，但当含量达到 12%时，溶解性变差，不能完全溶解（表5）。因此，本试验将荸荠皮提取物乳油的原药含量定为10%。

表5 母药含量的确定Table 5 The determination of the content of E. dulcis peel extract

2.1.4 制剂配方的确定 根据以上一系列试验结果，最终确定了荸荠皮提取物环保型乳油制剂（EC）的配方组成为：10% 荸荠皮提取物+3% 农乳500#+1% Tween-80+86 %溶剂油150#（表6）。

表6 荸荠皮乳油配方组成Table 6 Formulation composition of E. dulcis peel EC

2.2 质量检测

通过对10%荸荠皮乳油制剂进行各项质量检测，试验结果见表7。可知制剂的外观为单相透明液体，其乳液分散性、乳液稳定性、冷贮稳定性试验和热贮稳定性试验等各项指标均合格，1 min 泡沫体积＜10 mL, pH 值为6.78，达到商品农药要求标准。

表7 荸荠皮提取物乳油性能指标Table 7 The performance index of E. dulcis peel extract EC

2.3 盆栽试验

盆栽试验结果表明，不同浓度的10%的荸荠皮提取物乳油制剂对豌豆修尾蚜具有较好的防治效果（图1）。在处理1 d 后，稀释400 倍的乳油制剂防效达到77.18%，稀释800 倍的乳油制剂防效为52.15%与稀释100 倍的苦参碱水剂防效相当（57.50%）。在处理7 d 后，稀释400 倍的乳油制剂防效达到90%以上；稀释1600 倍的乳油制剂防效达到50%以上；稀释800 倍的乳油制剂防效达到70%以上与稀释100 倍的苦参碱水剂防效相当（71.25%）。

图1 荸荠皮乳油制剂对豌豆修尾蚜的盆栽防治效果Fig.1 The control effect of E. dulcis peel EC against M. crassicauda

2.4 田间药效试验

田间药效结果表明：不同浓度的10%的荸荠皮提取物乳油制剂对桃蚜、麦长管蚜、棉蚜均有一定的防效（表8）。当10%的荸荠皮提取物乳油制剂有效成份用量为56.25 g a.i./hm2时对桃蚜的防效为57.58%，优于有效成份用量为45.83 g a.i./hm2时0.5%苦参碱水剂防效（50.34%）；当其有效成份用量为56.25 g a.i./hm2时对麦长管蚜的防效为57.58%，与有效成份用量为45.83 g a.i./hm2时0.5%苦参碱水剂防效（57.22%）相当；当其有效成份用量为112.50 g a.i./hm2时对棉蚜的防效为79.14%，与70%吡虫啉水分散粒剂的防效（66.15%）相当，优于0.5%苦参碱水剂防效（57.05%）。

表8 荸荠皮乳油制剂对3 种蚜虫的田间防治效果Table 8 Field control effect of E. dulcis peel EC against three species of aphids

3 结论与讨论

将具有高活性的植物资源研制成新型植物源杀虫剂是新农药创制的方向之一，对促进我国绿色农业健康发展具有重要意义。本研究以荸荠皮为原料，通过配方筛选研制出10%的荸荠皮环保型乳油，经室内盆栽和田间药效试验确定该制剂对豌豆修尾蚜、桃蚜、麦长管蚜和棉蚜均有较好的防治效果，与商业化药剂0.5%苦参碱水剂防效相当。新型植物源农药产品是否具有开发前景主要在于评价其防效、安全性、资源丰富性等［19］。与同类研究相比，该制剂的杀虫活性较为理想，如：10%毛竹提取物水乳剂在150 g a.i./hm2处理3 和7 d 后对萝卜蚜的田间防效为53.80%和59.20%［20］；1.5%除虫菊素水乳剂在55.55 mg/L 处理3 和7 d 后对胡萝卜微管蚜的防效为75.60% 和79.66%［21］；0.08% 竹源异荭草苷水剂750 g a.i./hm2在施药后3 和7 d 后对桃蚜的防效为79.76%和74.57%［22］。相比而言，荸荠皮环保型乳油杀虫活性高于或等同于同类制剂。另外，荸荠皮作为食品厂的主要残余垃圾，不仅污染环境，还造成资源浪费，将其作为植物源农药的主要原料，不仅资源丰富而且价格低廉，符合绿色农药和碳中和的发展要求。

环保型乳油是植物源农药制剂加工的主要研究方向之一［23］。乳油是传统农药剂型之一，在农药市场中占据着巨大的份额，具有有效成分含量高、稳定性好、使用方便等特点。但在制备时，往往需要将活性成分溶解在苯、二甲苯等大量有机溶剂中，不仅造成环境污染，而且危害人体健康［24］。随着公众环保意识的不断增强，减少有机溶剂的使用以及探索新的绿色替代溶剂已成为乳油未来发展的主要趋势。目前多种环境友好溶剂，如生物源溶剂中的玉米油、矿物源溶剂中的溶剂油以及人工合成溶剂中的乙酸仲丁酯，在替代乳油中有害有机溶剂方面取得了一定进展［25］。本研究以绿色溶剂中的溶剂油150#代替苯类、芳烃类等对环境危害较大的有机溶剂，大大降低了化学农药以及传统溶剂对环境及对非靶标生物体的危害，为环保剂型的研制提供借鉴。

近几年，我国有机农业呈现快速增长的趋势，一些以植物源、微生物源为主的农药先后获得国内、国际有机认证，并应用于有机农业生产，如植物源农药除虫菊素、印楝素、藜芦碱，微生物源农药苏云金芽孢杆菌、白僵菌、绿僵菌等［26］。用天然农药防治病虫害，使有机农业生产得到最大限度的发展。本研究利用植物资源荸荠皮和绿色溶剂油150#，研制的环保乳油对多种蚜虫均显示出一定的防效，可作为化学农药的替代品，在绿色农业生产和有机农业发展中具有较大的开发潜力和广阔的应用前景。