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Preparation of 15% metalaxyl sustained-release microcapsules and the control efficacy to tobacco black shank

15%甲霜灵微胶囊缓释剂制备对烟草黑胫病的防治效果



全 文 :植物保护学报 Journal of Plant Protection, 2015, 42(3): 396 - 403 DOI: 10􀆰 13802 / j. cnki. zwbhxb. 2015􀆰 03􀆰 017
基金项目: 福建省南平市科技项目(201203)
∗通讯作者(Author for correspondence), E⁃mail: kongfanyu123@ 163. com
收稿日期: 2014 - 08 - 08
15%甲霜灵微胶囊缓释剂制备及
对烟草黑胫病的防治效果
董  瑜1,2   田  华1,2   冯  超1   袁会珠3   张成省1   孔凡玉1∗
(1.中国农业科学院烟草研究所, 山东 青岛 266101; 2.中国农业科学院研究生院, 北京 100081;
3.中国农业科学院植物保护研究所, 北京 100193)
摘要: 为明确 15%甲霜灵微胶囊缓释剂配方及对烟草黑胫病的防治效果,采用原位聚合法制备并
优化工艺,对获得的微胶囊进行释放规律研究及评价,并通过盆栽试验确定其防治效果。 结果显
示,微胶囊缓释剂最佳配方为(用质量分数表示):15%甲霜灵原药、27%二甲苯、2􀆰 5%农乳 0203、
2%氯化铵、4%乙二醇、0􀆰 2%黄原胶、2% NNO、47􀆰 3%水;制备优化工艺为:芯壁比例 1 ∶ 1、搅拌速
度 400 r / min、调酸时间 2 h、pH 4􀆰 5。 所获得微胶囊制剂表面光滑致密无凹陷,大小均一,平均粒径
12􀆰 93 μm,包覆率 93􀆰 58% 。 制剂有效成分在水相中缓慢释放,0 ~ 24 h为初期释放阶段,符合一级
动力学方程,R2 为 0􀆰 9115,累计释放量达 29􀆰 52% ;24 ~ 360 h 为匀速释放阶段,符合零级释放动力
学方程,R2 为 0􀆰 9945,累计释放量为 29􀆰 52% ~93􀆰 22% ;360 h后趋于稳定。 施用所制备的 15%甲
霜灵微胶囊 21 d 后对烟草黑胫病的盆栽防治效果为 82􀆰 2% ,高于 25% 甲霜灵可湿性粉剂
(75􀆰 7% )。 表明制备的 15%甲霜灵微胶囊具有良好的缓释性,对烟草黑胫病有较好的防治效果。
关键词: 甲霜灵; 微胶囊; 性能表征; 盆栽防效
Preparation of 15% metalaxyl sustained⁃release microcapsules and
the control efficacy to tobacco black shank
Dong Yu1,2   Tian Hua1,2   Feng Chao1   Yuan Huizhu3   Zhang Chengsheng1   Kong Fanyu1∗
(1. Tobacco Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao 266101, Shandong Province, China;
2. Graduate School, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;
3. Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China)
Abstract: In order to clarify the control efficacy of 15% sustained released metalaxyl microcapsules to
tobacco black shank, its release rule was studied by using the optimized in⁃situ polymerization. The effect
on black shank was evaluated through greenhouse pot experiment. The optimum formula of metalaxyl
microcapsules was as follows: 15% metalaxyl ingredient, 27% xylene, 2􀆰 5% 0203, 2% ammonium
chloride, 4% ethylene glycol, 0􀆰 2% xanthan gum, 2% NNO, and 47􀆰 3% water. The preparation
parameters were: a core wall ratio of 1 ∶ 1, a stirring rate of 400 r / min, 2 h of acid time, and a pH value
of 4􀆰 5. The obtained microcapsules had smooth surface, uniform particle size with an average diameter of
12􀆰 93 μm and a cover rate of 93􀆰 58% . The effective components of metalaxyl microcapsules were slowly
released in water. In line with the first⁃order kinetics equation, the period of 0 - 24 h was the initial
release phase, with a released amount of 29􀆰 52% . In accordance with the zero⁃order release kinetics
equation, it was released at a constant speed during the period of 24 - 360 h, with an amount of 29􀆰 52%
- 93􀆰 22% . The release became stable after 360 h. The control efficiency of the microcapsules was
82􀆰 2% to black shank 21 days after application, which was higher than 25% metalaxyl WP (75􀆰 7% ).
These results indicated that the 15% sustained released metalaxyl microcapsules had a good quality of
slow releasing, and could effectively control tobacco black shank.
Key words: metalaxyl; microcapsule; performance characterization; potted control efficacy
    微胶囊技术是指将芯材(固体、液体或气体)包
裹在囊壁材料中,形成直径几微米至几百微米微小
容器(即微胶囊)的技术(华乃震,2010),作为一种
新兴的工艺手段,在医学、食品、药物、胶粘剂、日用
化学品等诸多领域已成功应用。 在农药应用方面,
微胶囊剂具有缓慢释放(Zhang,2013)、持效期长、
有效利用率高、高毒农药低毒化、贮运安全等特点
(高德霖,2000),因此关于农药的微胶囊化研究也
尤为重要。 国内在上世纪 80 年代起开始了对微胶
囊技术的研究,涉及农药在内的多个领域,例如甲基
对硫磷和拟除虫菊酯等杀虫剂的微胶囊化研究。 目
前农药微胶囊的制备方法,从囊壁形成的原理上大
致可分为物理法、化学法及物理化学法。 化学法包
括界面聚合法和原位聚合法 (Morgan & Kwolek,
1996;Saihi et al. ,2006;Yuan et al. ,2006)。 由于原
位聚合法具有包封率高、稳定性好、抗水渗透力强、
成型稳定、综合成本较低等优点而被广泛使用(戴
杜雁,1994)。 虽然当前国内对微胶囊技术的基础
理论和应用技术进行了深入研究,并取得了一定的
进展,但在商品化生产中发展缓慢,目前登记注册的
品种很少,主要以杀虫剂为主,除草剂次之。
烟草黑胫病是世界烟草生产中危害最严重的病
害之一,也是中国烟草的主要病害(马国胜和高智谋,
2007),其病原为烟草疫霉 Phytophthora parasitica var.
nicotianae (Breda de Hean) Tucker,破坏性极强,大田
侵染后常造成烟株成片凋萎死亡(马国胜等,2003)。
目前有效防治措施仍以抗病品种和轮作为基础,辅以
无病烟苗等栽培措施,以药剂防治为主。 甲霜灵,即
D,L⁃N⁃(2,6⁃二甲基苯基)⁃N⁃(2⁃甲氧基乙酰)丙氨酸
甲酯,作为防治烟草黑胫病的主要药剂之一,内吸性
强且对环境和作物的安全性好,对病害表现出较强的
保护和治疗双重功效,可有效防治辣椒、烟草和番茄
的猝倒以及根、茎、果实的腐烂等。 但防治烟草黑胫
病的微胶囊杀菌剂研究尚未见报道。 因此,本试验对
甲霜灵进行微胶囊化,并优化其制备工艺,初步测定
其对烟草黑胫病的盆栽防治效果,旨在有效解决甲霜
灵使用过程中因其吸附性低、流动性强(Martins et
al. ,2013)造成的残留污染问题,并减缓抗药性的产
生,同时为杀菌剂类农药新剂型的开发和其在烟草病
害防治上的应用奠定基础。
1 材料与方法
1􀆰 1 材料
供试烟草、菌株及药剂:烟草品种是小黄金
1025,由中国农业科学院烟草研究所提供。 烟草黑
胫病菌 P. parasitica var. nicotianae(0 号小种),保存
于中国农业科学院烟草研究所。 97% 甲霜灵
(metalaxyl)原药,一帆生物科技集团有限公司;25%
甲霜灵可湿性粉剂,江苏宝灵化工股份有限公司。
试剂:十二烷基磺酸钠( sodium dodecyl sulfon⁃
ate,SDS)、苯乙烯 -马来酸酐共聚物( copolymeriza⁃
tion of styrene and maleic anhydride,SMA)、苯乙烯基
苯酚聚氧乙烯醚( styryl phenol ethoxylates,农乳 600
#)、苯乙基酚聚氧乙烯聚丙烯醚及甲醛缩合物
(phenethyl phenols,polyoxyethylene ether of polypro⁃
pylene and formaldehyde condensate,农乳 1601)、多
种非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂复配物
(农乳 0203)、乙氧基类(ethoxylate,5860)、萘磺酸盐
类(naphthalene sulfonate,8425)、烷基萘磺酸盐甲醛
(alkyl naphthalene sulfonate formaldehyde,2425)、烷
基萘磺酸盐( alkyl naphthalene sulfonates,K 粉)、亚
甲基双荼磺酸钠(2⁃naphthalenesulfonic acid,NNO),
购于国药集团化学试剂有限公司;其余试剂均为国
产分析纯。
仪器:Agilent 1220 infinity LC高效液相色谱仪,
安捷伦科技(中国)有限公司;DP⁃02 型激光粒度分
析仪,珠海欧美克仪器有限公司; NIKON Eclipse
E100 双目显微镜,上海普赫光电科技有限公司;ZN⁃
HW 型智能控温仪,上海腾方仪器设备有限公司;
Hitachi S⁃3400N扫描电子显微镜,株式会社日立制
作所;美国 Nicolet⁃380 型傅立叶变换红外光谱仪
(KBr压片),美国热电集团。
1􀆰 2 方法
1􀆰 2􀆰 1 15%甲霜灵微胶囊缓释剂的制备
按 Yuan et al. (2007)方法制备密胺树脂预聚
体。 在锥形瓶中加入三聚氰胺和甲醛(摩尔比 1 ∶
7933 期 董  瑜等: 15%甲霜灵微胶囊缓释剂制备及对烟草黑胫病的防治效果
2),用碳酸钠调节 pH至 8􀆰 5 ~ 9􀆰 0,升温至 70 ℃,密
闭搅拌,反应 10 min 后获得密胺树脂预聚物水溶
液。 在装有搅拌器的三口圆底烧瓶中加入甲霜灵原
药(15􀆰 4639 g)和二甲苯(27􀆰 0 g),搅拌均匀后加入
适量助剂,充分振荡形成稳定的 O / W 乳液,加入一
定量的密胺树脂预聚体,调节转速,一定时间里加入
稀盐酸调节 pH,加入 2 g氯化铵固化囊壁 0􀆰 5 h后,
用氢氧化钠调节 pH 至 6􀆰 5 ~ 7􀆰 0,加入 2 g 分散剂
NNO,再加入 0􀆰 2 g黄原胶、4 g 乙二醇,用水将体系
总重量补足 100 g,混合均匀即得到 15%甲霜灵微
胶囊缓释剂水悬浮剂。
采用 L9(34)正交试验对 15%甲霜灵微胶囊缓
释剂的制备工艺进行优化。 根据单因素试验,聚合
温度在 15 ~ 35 ℃对成囊基本无影响,因此选取芯壁
比(A)、搅拌速度 r / min(B)、调酸时间 h(C)和 pH
(D)4 个因素。 以包覆率及成囊直径为评价指标,
设 3 次重复。
1􀆰 2􀆰 2 15%甲霜灵微胶囊缓释剂的性能表征
取制备的微胶囊悬浮液 50 μL 涂抹于载玻片
上,加少量蒸馏水,盖上盖玻片,显微镜下观察微胶
囊的形态特征;另取微胶囊悬浮液 50 μL 分散涂抹
载玻片上,自然晾干后喷金处理,扫描电子显微镜观
察。 用激光粒度分布仪测定微胶囊的粒径大小及分
布,计算微胶囊的平均粒径 Dm和粒径分散系数 δ。
Dm =∑(Di × Ni),δ = (D90 - D10) / D50,式中,Di为单
个微胶囊直径,Ni为直径 Di的微胶囊所占的质量分
数;D90、D50和 D10分别为微胶囊累计分布曲线中百
分数为 90% 、50%和 10%时对应的微胶囊平均粒
径,δ值越大,微胶囊分散性越差,粒径分布越宽,反
之则分散性越好,粒径分布越窄(张茂根等,2000)。
取 3 份微胶囊悬浮液各 2􀆰 0 mL,分别加入 100
mL容量瓶中,蒸馏水定容,振荡 1 min 后过 0􀆰 22
μm滤膜,用高效液相色谱仪测定甲霜灵含量,即为
囊外甲霜灵含量。 色谱条件:SunfireTM C18 色谱柱
(150 mm ×4􀆰 6 mm ×5 μm),流速 1􀆰 0 mL / min,柱温
35 ℃,进样量 10 μL,检测波长 220 nm,流动相乙
腈 ∶甲醇 ∶水 = 25 ∶ 35 ∶ 40(体积比),保留时间 5􀆰 42
min;定量方法为峰面积外标法。 计算包覆率和载药
量,包覆率 = (有效成分总投入量 - 囊外有效成
分) /有效成分总投入量 × 100% ,有效成分含量 =
微胶囊剂产品中有效成分质量 /称取的微胶囊产品
质量 × 100% 。 将上述所制备微胶囊过滤,用蒸馏水
冲洗、干燥获得甲霜灵微胶囊干粉。 用红外分析仪
分别测定甲霜灵原药、干粉和密胺树脂囊壁的红外
吸收光谱。
1􀆰 2􀆰 3 15%甲霜灵微胶囊缓释剂的缓释动态
采用高效液相色谱仪检测甲霜灵含量。 由于甲
霜灵在水中溶解度为 8􀆰 4 g / L(22 ℃),测量微胶囊
的缓释动态时,甲霜灵有效含量需低于该微胶囊在
相应溶剂中最大溶解量的 1 / 3(Asrar et al. ,2004)。
因此取上述制备的甲霜灵微胶囊干粉 0􀆰 25 g,加入
100 mL容量瓶中,蒸馏水定容,振荡 1 min,分别于
0􀆰 25、0􀆰 5、1、2、4、8、16、24、48、……504 h 取约 1
mL,过 0􀆰 22 μm滤膜过滤,用高效液相色谱仪测定
不同时刻甲霜灵含量,计算不同时刻甲霜灵累计释
放量,甲霜灵累计释放量 = 该时刻甲霜灵的浓度
(10 - 6g / mL) × 100 mL / (0􀆰 25 g × 15% )。
1􀆰 2􀆰 4 药剂对烟草黑胫病防治效果的盆栽试验
将 500 g 谷子加水 1 L 煮开至半数谷粒呈开花
状,装入 500 mL三角瓶,于 120 ℃灭菌 30 min,作为
菌谷备用。 无菌条件下取 1 cm × 1 cm 烟草黑胫病
菌菌块转接到含有菌谷的三角瓶内,28 ℃培养 14 d
备用。 将由灭菌土壤、草炭、珍珠岩以体积比 2 ∶ 2∶ 1
混合成的基质装入直径 10 cm、高 10 cm 的花盆中,
将烟苗移栽到基质中(Dai et al. ,2009),每盆 1 株。
移栽缓苗后进行药剂灌根处理,25%甲霜灵可湿性
粉剂和 15%甲霜灵微囊悬浮剂灌根处理时使有效
成分为 0􀆰 025 g /盆,对照灌水 50 mL /盆,灌根 3 d后
于根部接菌谷 10 g /株。 共 4 个处理:①:不接菌谷,
不施药剂(对照);②:接菌谷,不施药剂;③:接菌
谷,施 25%甲霜灵可湿性粉剂;④:接菌谷,施 15%
甲霜灵微胶囊。 每个处理 15 盆,重复 3 次。 将烟苗
置于人工气候室内培养,白天 30 ℃ /黑夜 28 ℃、光
照 12 h /黑暗 12 h、相对湿度 95% ( Cartwright &
Spurr,1998)。 施药后 7、14、21 d调查每株烟草发病
级数,计算病情指数和防治效果。 病情指数 = ∑
(各级病株数 ×级数) / (最高发病级数 ×调查总株
数) × 100,防治效果 = (对照组病指 - 处理组病
指) /对照组病指 × 100% 。
1􀆰 3 数据分析
试验数据用 DPS 13􀆰 0 统计软件进行处理,采用
Duncan氏新复极差法进行差异显著性检验。
2 结果与分析
2􀆰 1 15%甲霜灵微胶囊缓释剂的制备
2􀆰 1􀆰 1 助剂对微囊化的影响
结果显示 SDS和 SMA在 15%甲霜灵微胶囊缓
释剂制备过程中当 pH调至 5􀆰 5 左右时均出现破乳
893 植  物  保  护  学  报 42 卷
现象(图 1⁃a);5860、K 粉则使乳球结块和粘连(图
1⁃b);5860 和 8425 成囊后表面粗糙、凹陷(图 1⁃c);
农乳 600#乳化效果差,乳球大小不一(图 1⁃d);农乳
1601 和 2425 的乳化效果及包覆率较好,但反应时
间过长;农乳 0203 乳化效果较好,粘度适中,乳球大
小适中、分布均匀(图 1⁃e)。 故选用农乳 0203 作为
微胶囊化助剂。
表 1 不同工艺条件对 15%甲霜灵微胶囊成囊影响的正交试验结果
Table 1 The orthogonal test results of the effects of different process conditions on encysting 15% metalaxyl microcapsules
配方
Formula
因素 Factor 评价指标 Evaluation

芯壁比
Core wall
ratio

搅拌速度
Speed of stir
(r / min)

调酸时间
Time of
adjust acid (h)

pH
包覆率
Embedding
rate(% )
囊径
Particle size
(μm)
Ⅰ 1∶ 0􀆰 5 200 1 4􀆰 0 63􀆰 08 ± 6􀆰 55 c 17􀆰 37 ± 1􀆰 13 bc
Ⅱ 1∶ 0􀆰 5 300 2 4􀆰 2 64􀆰 41 ± 5􀆰 10 c 14􀆰 77 ± 2􀆰 21 cd
Ⅲ 1∶ 0􀆰 5 400 3 4􀆰 5 48􀆰 33 ± 3􀆰 92 d 34􀆰 24 ± 2􀆰 35 a
Ⅳ 1∶ 1 200 2 4􀆰 5 90􀆰 15 ± 4􀆰 50 a 9􀆰 66 ± 2􀆰 82 e
Ⅴ 1∶ 1 300 3 4􀆰 0 68􀆰 56 ± 2􀆰 75 c 12􀆰 38 ± 2􀆰 68 de
Ⅵ 1∶ 1 400 1 4􀆰 2 88􀆰 31 ± 2􀆰 69 a 10􀆰 63 ± 2􀆰 27 e
Ⅶ 1∶ 1􀆰 5 200 3 4􀆰 2 53􀆰 65 ± 3􀆰 40 d 11􀆰 75 ± 1􀆰 73 de
Ⅷ 1∶ 1􀆰 5 300 1 4􀆰 5 80􀆰 79 ± 3􀆰 30 b 18􀆰 93 ± 0􀆰 26 b
Ⅸ 1∶ 1􀆰 5 400 2 4􀆰 0 86􀆰 22 ± 3􀆰 34 ab 12􀆰 89 ± 2􀆰 10 de
    表中数据为平均数 ±标准差。 同列数据后不同字母表示经 Duncan氏新复极差法检验在 P < 0􀆰 05 水平差异显著。 Data are mean ±
SD. Different letters in the same column indicate significant difference at P < 0􀆰 05 level by Duncan’s new multiple range test.
表 2 不同因素对 15%甲霜灵微胶囊成囊的正交试验分析结果
Table 2 The orthogonal test analysis results of different factors on 15% metalaxyl microcapsules encysting
因素
Factor
包覆率 Embedding rate (% ) 囊径 Particle size (μm)
k1 k2 k3 R k1 k2 k3 R
A 58. 61 82. 34 73. 55 23. 73 22. 13 10. 89 14. 52 11. 24
B 68. 96 71. 25 74. 29 5. 33 12. 92 15. 36 19. 25 6. 33
C 77. 39 80. 26 56. 85 23. 41 15. 64 12. 44 19. 46 7. 02
D 72. 62 68. 79 73. 09 4. 30 14. 21 12. 38 20. 94 8. 56
    k1 ~ k3: 各因素同一水平和的均值; R: 各因素极差。 k1 - k3: The average of the same level of each factor; R: the range.
进一步试验发现乳化剂农乳 0203 用量从
1􀆰 0%增加到 2􀆰 5%时,乳球平均粒径逐渐减小且分
布均匀,增加其用量,乳液开始分层,乳球平均粒径
逐渐增大,粒度分布逐步变宽且不集中。 因此确定
农乳 0203 的用量为 2􀆰 5% 。
2􀆰 1􀆰 2 微胶囊制备工艺条件优化
根据各指标不同水平的平均值可确定对包覆
率、囊径各因素的优化水平组合分别为 A2B3C2D3
和 A1B3C3D3(表 1)。 极差分析可知,影响包覆率的
主次顺序为 A、C、B、D,影响囊径主次顺序为 A、D、
C、B(表 2)。 因素 A对包覆率、囊径的影响都最大,
可选 A1 或 A2,但取 A2 比 A1 时的包覆率提高
40􀆰 5% ,而囊径减小 50􀆰 8% ,故取 A2;因素 B、D 水
平相同,都为 B3D3;因素 C 对包覆率的影响大于囊
     
图 1 不同助剂对乳化和微囊化的影响(400 × )
Fig. 1 The effects of different encysted additives on
emulsification and microencapsulation (400 × )
a: 破乳; b: 粘连; c: 凹陷; d: 大小不均; e: 适中,
均一。 a: Breaking; b: adhesion; c: depression; d: une⁃
ven size; e: moderate, uniform.
 
9933 期 董  瑜等: 15%甲霜灵微胶囊缓释剂制备及对烟草黑胫病的防治效果
径,所以选 C2,因此最优组合为 A2B3C2D3。 故确
定微胶囊缓释剂配方为:15%甲霜灵原药、27%二
甲苯、2􀆰 5% 农乳 0203、2% 氯化铵、4% 乙二醇、
0􀆰 2%黄原胶、2% NNO、47􀆰 3% 水。 制备工艺为:
芯壁比例 1 ∶ 1、搅拌速度 400 r / min、调酸时间 2 h、
pH 4􀆰 5。
2􀆰 2 15%甲霜灵微胶囊缓释剂的性能表征
根据上述配方制备的 15%甲霜灵微胶囊悬浮
剂(图 2⁃a),形态良好,表面光滑致密无凹陷,大小
均一,分散性好。 且其粒度分布在 10 ~ 20 μm 之
间,平均粒径为 12􀆰 93 μm(图 2⁃b)。 高效液相色谱
测得包覆率为 93􀆰 58% ,甲霜灵有效成分含量 15% 。
图 2 15%甲霜灵微胶囊及粒度分布
Fig. 2 15% metalaxyl microcapsule suspension and size distribution
 
    甲霜灵原药红外吸收光谱显示(图 3⁃a),在
1 128􀆰 67 / cm处出现 C⁃O⁃C 伸缩振动峰、1 198􀆰 19 /
cm处出现 C⁃O的特征振动峰。 密胺树脂囊壁红外
吸收光谱显示(图 3⁃b),在 3 306􀆰 64 / cm处出现 N⁃H
和 O⁃H伸缩振动峰,1 554􀆰 33 / cm 处出现 C = N 伸
缩振动峰,814􀆰 14 / cm 处出现三嗪环特征伸缩振动
峰。 甲霜灵微胶囊干粉红外吸收光谱显示(图 3⁃
c),在 1 128􀆰 45 / cm 和 1 199􀆰 35 / cm 处出现密胺树
脂甲霜灵原药的特征峰,在 814􀆰 14 / cm、1 554􀆰 66 /
cm和 3 305􀆰 54 / cm处出现密胺树脂的特征峰,表明
甲霜灵被密胺树脂包裹。
图 3 甲霜灵原药(a)、密胺树脂囊壁(b)和甲霜灵微胶囊干粉(c)的红外吸收光谱图
Fig. 3 The infrared absorption spectrums of metalaxyl, metalaxyl microcapsule powder sample, and melamine resin
 
2􀆰 3 15%甲霜灵微胶囊缓释剂的缓释动态
以甲霜灵浓度为横坐标,峰面积为纵坐标,绘制
线性关系曲线,线性方程为 y = 31􀆰 517x + 228􀆰 37,
R2 =0􀆰 9997。 15%甲霜灵微胶囊 0 ~ 504 h 的释放曲
线显示(图 4),0 ~ 24 h 的累计释放量为 29􀆰 52%,表
明微胶囊初期具有一个快速释放过程,符合一级释放
动力学方程 ln (1 - Q) = - 0􀆰 0132t - 0􀆰 0639,R2 =
0􀆰 9115,t为时间(h),Q为累计释药百分含量。 经初
期快速释放后,囊内外浓度差逐渐变小,释放速率随
之变缓,24 ~360 h进入稳定释放阶段,呈零级释放动
力学方程 Q = 0􀆰 1889t + 27􀆰 990,R2 = 0􀆰 9945。 360 h
后甲霜灵基本释放完全,曲线趋于平稳。
004 植  物  保  护  学  报 42 卷
图 4 15%甲霜灵微胶囊在水相中 0 ~ 504 h的释放曲线
Fig. 4 Accumulative release amount of 15% metalaxyl
from microcapsules from 0 to 504 h in the aqueous phase 
2􀆰 4 药剂对烟草黑胫病的盆栽防治效果
各盆栽烟草接菌 7 d后发现只接菌而未施药处
理组烟草植株出现萎蔫,表明已感染黑胫病菌,其它
各组长势良好,14 d后烟草整株枯萎死亡,2 个施药
处理组烟草叶片萎蔫;21 d 后施用 25%甲霜灵可湿
性粉剂处理组烟草轻微枯萎,防治效果由 93􀆰 1%降
至 75􀆰 7% (表 3),而 15%甲霜灵微胶囊处理组叶片
萎蔫相对较轻,此时防治效果为 82􀆰 2% ;对照组在
整个调查期内均长势良好,没有出现感染黑胫病菌
的症状。 表明 15%甲霜灵微胶囊对烟草黑胫病有
较好的防治效果。
表 3 不同药剂处理对接种黑胫病菌的盆栽烟草的防治效果
Table 3 Control effects of different pharmaceutical treatments to potted tobacco inoculated with Phytophthora parasitica var. nicotianae
处理
Treatment
7 d 14 d 21 d
病情指数
Disease index
防治效果 (% )
Control effect
病情指数
Disease index
防治效果 (% )
Control effect
病情指数
Disease index
防治效果 (% )
Control effect
清水对照 Water CK - - - - - -
接菌对照
P. parasitica var. nicotianae
5􀆰 4 ± 1􀆰 55 a - 74􀆰 8 ± 4􀆰 45 a - 96􀆰 5 ± 3􀆰 72 a -
25%甲霜灵 WP
25% metalaxyl WP
0􀆰 0 ± 0􀆰 00 b 100􀆰 0 ± 0􀆰 00 a 5􀆰 2 ± 3􀆰 22 b 93􀆰 1 ± 4􀆰 32 a 25􀆰 4 ± 0􀆰 87 b 75􀆰 7 ± 2􀆰 29 a
15%甲霜灵微胶囊
15% metalaxyl microcapsules
0􀆰 0 ± 0􀆰 00 b 100􀆰 0 ± 0􀆰 00 a 5􀆰 9 ± 0􀆰 75 b 92􀆰 1 ± 1􀆰 00 a 21􀆰 0 ± 1􀆰 73 b 82􀆰 2 ± 3􀆰 06 a
    表中数据为平均数 ±标准差。 同列数据后不同字母表示经 Duncan氏新复极差法检验在 P < 0􀆰 05 水平差异显著。 Data are mean ±
SD. Different letters in the same column indicate significant difference at P < 0􀆰 05 level by Duncan’s new multiple range test.
3  讨论
芯材乳化和原位聚合反应是制备微胶囊的关键
步骤。 本研究表明,芯材在水连续相中的乳化效果、
原位聚合反应时搅拌速度和酸度等都会影响微胶囊
粒径分布和成囊质量,这与 Salaün et al. (2009)和
He et al. (2005)研究结果一致。 乳化过程中助剂不
仅决定了微胶囊的粒径大小和分布,其种类及用量
还直接影响分散相质界面的相互作用,进而改变乳
液稳定性(Su & Schlangen,2012)。 本试验发现使用
单一助剂很难形成稳定均一的乳液,如 SDS 和 SMA
虽然乳化效果均较好,但在制备过程中当 pH 为 5􀆰 5
左右时发生破乳,这是由于二者都是阴离子乳化剂,
酸性环境下破坏了乳球 -水界面的稳定。 而多种乳
化剂和分散剂混配或直接使用混配型乳化剂的乳化
效果较好,农乳 0203 即是由多种非离子表面活性剂
和阴离子表面活性剂复配而成的混配型乳化剂,因
其含有疏水性基团而具有表面活性,降低了油水平
衡系数(Petrovic et al. ,2010)。 本研究选取混配型
乳化剂 0203,随着用量的增加乳液逐渐分层,乳球
平均粒径增大,这是因为随着用量的增加体系粘度
变大,不利于乳化成囊,这一现象与 Wang & Fu
(1990)的研究结果一致。 成囊过程中阴离子表面
活性剂先做定向排列形成一个较强的负电场,而密
胺树脂预聚体在酸催化下,通过氢键吸引体系中的
氢离子使自身呈正电性,带正电荷的预聚体与带负
电荷的乳球通过相互作用,促使缩聚后的预聚体最
大程度地沉积在芯材表面。 而已形成的部分壳层又
会吸引缩聚物向芯材表面继续沉积,直至形成具有
一定厚度和强度的囊壁,从而形成微胶囊。 在这一
过程中,反应时的预聚物用量、搅拌速度、调酸时间
和 pH值对最终的成囊质量至关重要。
缓释性是农药微胶囊的重要特性及评价指标之
一。 缓释速率与溶解度、扩散系数及分配系数等密
切相关。 目前研究微胶囊释放性能时,大多会建立
一种理想化模式,即通过特定体外释放行为的模型
来进行拟合(Wu et al. ,2014),如零级释放模型、一
级释放模型和 Higuchi 模型等。 微胶囊的释放常遵
循零级(Q = at + b)或一级(ln(1 - Q) = at + b)释放
速率方程式(Polli et al. ,1997;于炜婷等,2004)。 本
1043 期 董  瑜等: 15%甲霜灵微胶囊缓释剂制备及对烟草黑胫病的防治效果
试验经释放动力学方程拟合后发现 0 ~ 24 h 内甲霜
灵释放速率快,这是因为在释放初期,囊膜外壁有甲
霜灵的残存,导致在开始阶段检测甲霜灵含量较大,
造成释放速率过快的假象(Jégat & Taverdet,2000);
而 24 ~ 360 h 甲霜灵微胶囊经初期快速释放后,随
着囊内外浓度差逐渐变小,释放速率也随之变缓,微
胶囊释放过程逐渐进入稳定释放阶段,最终在较长
时间内维持稳定的释放速度,达到缓释的目的。
但微胶囊的释放性能受测定时的分散介质、芯
壁比(Dong et al. ,2011)、以及温度、光照、微生物等
多种因素影响,能真正达到零级释放的很少。 因此
在研究中可采用数学建模,以数值模拟方法来实现。
另外有研究指出,改性后的囊壁也可以改变包囊物
的释放特性,甚至影响囊壁的理化性质,如 PEG 接
枝的微胶囊作壁材可以缓解初始突释效应(Bhatta⁃
rai et al. ,2005),用硅烷偶联剂 KH550 改性脲醛树
脂后,经 SEM观察发现在形成的脲醛树脂微胶囊的
表面有一薄层(Li et al. ,2008);季铵化的微胶囊衍
生物在中性介质中的溶解度增加 ( Bayat et al. ,
2008)。 对此,微胶囊的制备还有待深入研究。
参 考 文 献 (References)
Asrar J, Ding YW, La Monica RE, Ness LC. 2004. Controlled re⁃
lease of tebuconazole from a polymer matrix microparticle: re⁃
lease kinetics and length of efficacy. Journal of Agricultural and
Food Chemistry, 52(15): 4814 - 4820
Bayat A, Dorkoosh FA, Dehpour AR, Moezi L, Larijani B, Jungin⁃
ger HE, Rafiee⁃Tehrani M. 2008. Nanoparticles of quaternized
chitosan derivatives as a carrier for colon delivery of insulin: ex
vivo and in vivo studies. International Journal of Pharmaceutics,
356(1 / 2): 259 - 266
Bhattarai N, Ramay HR, Gunn J, Matsen FA, Zhang MQ. 2005.
PEG⁃grafted chitosan as an injectable thermosensitive hydrogel
for sustained protein release. Journal of Controlled Release,
103(3): 609 - 624
Cartwright DK, Spurr Jr. HW. 1998. Biological control of Phytoph⁃
thora parasitica var. nicotianae on tobacco seedlings with non⁃
pathogenic binucleate Rhizoctonia fungi. Soil Biology and Bio⁃
chemistry, 30(14): 1879 - 1884
Dai DY. 1994. A study on the technique and the application of pre⁃
paring microcapsules. Journal of Tianjin Institute of Textile Sci⁃
ence and Technology, 13(1): 95 - 101 ( in Chinese) [戴杜
雁. 1994. 原位聚合制备微胶囊的方法及其应用. 天津纺织
工学院学报, 13(1): 95 - 101]
Dai XY, Su YR, Wei WX, Wu JS, Fan YK. 2009. Effect of top
excision on the potassium accumulation and expression of potas⁃
sium channel genes in tobacco. Journal of Experimental Bota⁃
ny, 60(1): 279 - 289
Dong ZJ, Ma Y, Hayat K, Jia CS, Xia SQ, Zhang XM. 2011. Mor⁃
phology and release profile of microcapsules encapsulating pep⁃
permint oil by complex coacervation. Journal of Food Engineer⁃
ing, 104(3): 455 - 460
Gao DL. 2000. Applications of microencapsulation technology in
pesticide formulations. Modern Chemical Industry, 20 ( 2 ):
10 - 14 (in Chinese) [高德霖. 2000. 微胶囊技术在农药剂
型中的应用. 现代化工, 20(2): 10 - 14]
He XD, Ge XW, Wang MZ, Zhang ZC. 2005. Polystyrene / mela⁃
mine⁃formaldehyde hollow microsphere composite by self⁃assem⁃
bling of latex particles at emulsion droplet interface. Polymer,
46(18): 7598 - 7604
Hua NZ. 2010. Development and recent progress of pesticide micro⁃
encapsulates (Ⅰ). Modern Agrochemicals, 9 (3): 10 - 14,
18 (in Chinese) [华乃震. 2010. 农药微胶囊剂的加工和进
展(Ⅰ). 现代农药, 9(3): 10 - 14, 18]
Jégat C, Taverdet JL. 2000. Stirring speed influence study on the
microencapsulation process and on the drug release from micro⁃
capsules. Polymer Bulletin, 44(3): 345 - 351
Li HY, Wang RG, Hu HL, Liu WB. 2008. Surface modification of
self⁃healing poly ( urea⁃formaldehyde) microcapsules using si⁃
lane⁃coupling agent. Applied Surface Science, 255 ( 5 ):
1894 - 1900
Martins MR, Pereira P, Lima N, Cruz⁃Morais J. 2013. Degradation
of metalaxyl and folpet by filamentous fungi isolated from Portu⁃
guese ( Alentejo) vineyard soils. Archives of Environmental
Contamination and Toxicology, 65(1): 67 - 77
Ma GS, Gao ZM. 2007. Cultural characteristics of Phytophthora nic⁃
otianae var. nicotianae, pathogen of tobacco blank shank. Sci⁃
entia Agricultura Sinica, 40(3): 512 - 517 (in Chinese) [马
国胜, 高智谋. 2007. 烟草黑胫病菌培养性状的研究. 中国
农业科学, 40(3): 512 - 517]
Ma GS, Gao ZM, Chen J. 2003. Recent advances on Phytophthora
parasitica var. nicotianae (Ⅰ). Tobacco Science and Technol⁃
ogy, (4): 35 - 42 ( in Chinese) [马国胜, 高智谋, 陈娟.
2003. 烟草黑胫病菌研究进展(一). 烟草科技, (4): 35 -
42]
Morgan PW, Kwolek SL. 1996. Interfacial polycondensation. Ⅱ.
Fundamentals of polymer formation at liquid interfaces. Journal
of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 34(4): 531 -
559
Petrovic LB, Sovilj VJ, Katona JM, Milanovic JL. 2010. Influence
of polymer⁃surfactant interactions on o / w emulsion properties
and microcapsule formation. Journal of Colloid and Interface
Science, 342(2): 333 - 339
Polli JE, Rekhi GS, Augsburger LL, Shah VP. 1997. Methods to
compare dissolution profiles and a rationale for wide dissolution
specifications for metoprolol tartrate tablets. Journal of Pharma⁃
ceutical Sciences, 86(6): 690 - 700
204 植  物  保  护  学  报 42 卷
Saihi D, Vroman I, Giraud S, Bourbigot S. 2006. Microencapsula⁃
tion of ammonium phosphate with a polyurethane shell. Part Ⅱ.
Interfacial polymerization technique. Reactive and Functional
Polymers, 66(10): 1118 - 1125
Salaün F, Devaux E, Bourbigot S, Rumeau P. 2009. Influence of
process parameters on microcapsules loaded with n⁃hexadecane
prepared by in situ polymerization. Chemical Engineering Jour⁃
nal, 155(1 / 2): 457 - 465
Su JF, Schlangen E. 2012. Synthesis and physicochemical proper⁃
ties of high compact microcapsules containing rejuvenator
applied in asphalt. Chemical Engineering Journal, 198 / 199:
289 - 300
Wang ZH, Fu JF. 1990. The swelling behavior of (w / o) / w liquid
surfactant membrane (Ⅰ) adsorption of surfactant at the inter⁃
face and the swelling caused by emulsification. Journal of
Chemical Industry and Engineering (China), 5(2): 242 - 254
Wu ZS, He YH, Chen LJ, Han Y, Li C. 2014. Characterization of
Raoultella planticola Rs⁃2 microcapsule prepared with a blend of
alginate and starch and its release behavior. Carbohydrate Poly⁃
mers, 110: 259 - 267
Yu WT, Xiong Y, Liu XD, Wang W, Xie WY, Ma XJ. 2004. So⁃
dium alginate⁃chitosan microcapsules using as bio⁃microreactor
in intestinal tract. Chemical Journal of Chinese Universities, 25
(7): 1381 - 1383 (in Chinese) [于炜婷, 雄鹰, 刘袖洞, 王
为, 谢威扬, 马小军. 2004. 海藻酸钠—壳聚糖微胶囊作为
肠道内生化微反应器的研究. 高等学校化学学报, 25(7):
1381 - 1383]
Yuan L, Liang GZ, Xie JQ, He SB. 2007. Synthesis and character⁃
ization of microencapsulated dicyclopentadiene with melamine⁃
formaldehyde resins. Colloid and Polymer Science, 285 (7):
781 - 791
Yuan L, Liang GZ, Xie JQ, Li L, Guo J. 2006. Preparation and
characterization of poly ( urea⁃formaldehyde ) microcapsules
filled with epoxy resins. Polymer, 47(15): 5338 - 5349
Zhang BH. 2013. Optimization of encapsulation conditions of chlor⁃
pyrifos microcapsules. Journal of Chemical and Pharmaceutical
Research, 5(12): 1244 - 1248
Zhang MG, Weng ZX, Huang ZM, Pan ZR. 2000. Characterization
of statistical average particle size and particle size distribution.
Polymer Materials Science and Engineering, 16(5): 1 - 4 ( in
Chinese) [张茂根, 翁志学, 黄志明, 潘祖仁. 2000. 颗粒
统计平均粒径及其分布的表征. 高分子材料科学与工程,
16(5): 1 - 4]
(责任编辑:李美娟)
3043 期 董  瑜等: 15%甲霜灵微胶囊缓释剂制备及对烟草黑胫病的防治效果