纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于小麦防治技术领域，具体涉及一种新型生物纳米材料纳米几丁质在防 治小麦蚜虫方面的应用。
【背景技术】
[0002] 几丁质(俗称，甲壳质、甲壳素、壳多糖)是自然界中唯一带正电荷的天然高分子聚 合物，（chitin，结构式如下左所示)主要的来源为虾、蟹、昆虫等甲壳类动物的外壳与软体 动物的器官(例如乌贼的软骨），以及真菌类的细胞壁等。其蕴藏量在地球上的天然高分子 中占第二位，估计每年自然界生物的合成量可达I X IO11吨，仅次于纤维素。自然条件下， 几丁质不溶于水，也不溶于酸或有机溶剂，因此很难被有效利用。壳聚糖(结构式如下右所 示)是几丁质的衍生物，在特殊条件下，对几丁质进行降解和脱酰反应得到的。壳聚糖是可 以溶解在弱酸中的。在弱酸中，壳聚糖上的氨基质子化后即成为带正电荷的聚合物，从而具 有生物活性，被广泛的应用于医药、植物病虫害防治等领域。理论讲，不大可能通过脱乙酰 基的方法生产100%脱乙酰度的壳聚糖。目前所有的壳聚糖产品基本都是部分脱乙酰。几丁 质脱乙酰化的程度越高，发挥的生理效应也越强。当几丁质脱乙酰度达到90%以上，国际医 学营养食品学会将此物质命名为除糖、蛋白质、脂及、维生素和矿物质五大生命要素后的第 六大生命要素，因此越来越受到广泛关注。
[0003] 和纤维素一样，天然几丁质也是以纤维状形式存在，通过分子间和分子内的氢键 将N-乙酰葡萄糖分子紧密结合在一起，形成具有晶体和非晶体两种结构的几丁质纤维。几 丁质的晶体结构有三种，即α，β和γ型。不同来源的几丁质，其化学结构和性质不同。虾壳外 壳主要是α-型，鱿鱼的羽状壳主要是型，真菌细胞壁的几丁质主要是γ-型（结晶度较 低Xa-型，β-型几丁质最丰富，且结晶度高，最稳定，不易熔化，不易溶解，同时也不易溶于 一般有机溶剂。a-型几丁质资源最丰富，易于工业化生产。
[0004] 几丁质的制备一般不需要复杂的工序和化学反应。目前生产上常用的方法是将原 料(虾壳或蟹壳)经过脱蛋白、脱盐、脱色素、漂白、烘干研磨得到几丁质。传统工艺生产壳聚 糖是化学脱酰反应或水解法，其原理是通过水解破坏几丁质的非晶体区域，使分子键断裂， 分子链中部分N-乙酰葡萄糖脱酰，提高亲水性。但是化学脱酰反应条件要求较高，不宜控 制，且反应时间较长，耗能，环境污染。据报道，酸水解制备的纳米几丁质颗粒大小一般为长 200 - 500nm，宽10 - 15nm，也有报道称纳米颗粒在长150 - 800nm，宽5 - 70nm。纳米几丁质颗 粒依然偏大，其产品的脱乙酰度（电荷电量)鲜有报道，最佳工业化生产纳米几丁质的条件 也未见报道。因此，迫切需要研发出一种反应条件温和的、浪费少的新型几丁质纳米化方 法。本发明是采用3M HCl，按1:300的比例在85-90°C条件下水解2小时。其产物经透析、超 声处理获得粒度为100_150nm长，宽度15-30nm宽的几丁质纳米晶须，综合表面电荷密度为 33mmol/kg。用本方法制备的纳米几丁质除了继承几丁质的基本性质外，还有很高的比表面 积、高结晶度和聚阳离子的性质，被视为综合性能优异的天然高分子材料，其纳米颗粒比壳 聚糖具有更显著的生物活性。有研究表明纳米二氧化钛、多层碳纳米管、金属纳米颗粒以及 以纳米材料为基础的纳米感应器等等，这些材料在农业上均有应用，然而有着良好生物特 性和应用价值的纳米几丁质在农业上的应用还没有被系统研究。
[0005]传统化学农药在防治农林病虫害的同时也会对人畜产生危害。据文献报道，农药 利用率一般为10%，约90%残留在环境中，大量散失的农药残留经水流入食物链转移到人体， 对人体产生危害，污染范围极广。其次使用农药也导致害虫天敌的死亡，破坏生态平衡，不 利于农业生产的长期稳定发展。农业生产中，用药次数和用药量的增加，也促使害虫抗药性 的范围和抗药能力增加，同时加大了对环境的污染和对生态的破坏，由此形成滥用农药的 恶性循环，削弱农业生产能力。因此，现代农业的发展亟需高效绿色对环境友好的新型制 剂，减少、取代化学农药的使用。
[0006] 随着全球气候变暖和抗药性的普遍提高，小麦蚜虫近年来爆发、危害越来越重，并 且防治趋于日益困难。目前对麦蚜的防治方法除选用抗虫品种外，主要还是化学防治。为解 决农业生产中这些突出的问题，纳米农药，尤其是用生物材料制成的新型纳米农药将在农 业生产中发挥重要作用。
【发明内容】
[0007] 本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应 用。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 纳米几丁质在防治小麦蚜虫方面的应用。
[0009] 具体的，可以将浓度10 - 50mg/L的纳米几丁质水悬浮液喷施于小麦叶面。
[0010] 具体的，可以用浓度10 - 50mg/L的纳米几丁质水悬浮液对小麦进行根施处理。
[0011] 具体的，可以将浓度10 - 50mg/L的纳米几丁质水悬浮液和氧化乐果混配后喷施于 小麦叶面。
[0012] 本发明利用新型生物纳米材料纳米几丁质来防治小麦蚜虫危害，减少化学农药的 使用，降低化学污染残留，解决了由于长时间大剂量使用化学农药而导致害虫抗药性增加、 农药防治效果降低、农田土壤环境污染、农药残留超标等农业生产问题，同时提高小麦产 量，降低农业生产成本，是一种新型绿色环境友好型农药。
[0013] 和现有技术相比，本发明的有益效果： 1)本发明纳米几丁质为一种环境友好型的纳米制剂-水悬浮液，无需任何有机或无机 助剂，可以无污染无残留地防治小麦害虫，减少化学农药的投入，解除防治农业害虫对传统 农药的选择压力。2)克服延缓害虫的抗药性并保证了防治效果。3)提高了农药的增效作用， 防治农业害虫效果明显得到增强。4)降低农业生产成本。纳米几丁质既能防治农业害虫又 能提高农作物生长发育，抗虫抗病。本发明纳米几丁质将会对环境保护、改良土壤结构、提 高粮食及果蔬产量产生重大意义，并能带来巨大的社会和经济效益。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明纳米几丁质的透射电镜图，图中可以看出，几丁质纳米颗粒为晶须结 构，粒度在 100-150nm长，15-30nm 宽。
【具体实施方式】
[0015] 以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围 并不局限于此。
[0016] 下述实施例中，所用的纳米几丁质经如下方法获得： 本发明采用3M HC1，按原料几丁质(Sigma-Aldrich，C9213-1KG)和3M盐酸的重量体积 比Ig: 300mL将两者混合，在85 - 90 °C条件下水解2小时。水解结束后，产物用再生纤维素透 析膜(MWCF12 - HKDa)在去离子水中常温下透析，以释放游离的酸至析出液中的pH稳定;透 析后的产品在〇°C条件下，超声处理3 -10分钟，然后在4°C条件下高速（12000rpm)离心15分 钟，去除沉淀后，即获得粒度为100 - 150nm长，宽度15 - 30nm宽的几丁质纳米晶须水悬浮液 (见图1)。其纳米粒子的综合表面电荷密度为33mmol/kg。经急性毒理测定，纳米几丁质水悬 液对雌性和雄性大鼠的急性径口 LD50均大于5000mg/Kg. BW，急性经皮LD50大于2000mg/ Kg.BW。因此可以作为新型农药或农药辅助剂。
[0017]将上述制备所得的纳米几丁质配置成浓度10、30、50mg/L的纳米几丁质水悬浮液 进行下述应用试验。以百农矮抗58小麦为例，待小麦生长至苗期8 -10片叶，植株15 - 20cm 高时，取叶或整株进行试验。
[0018]实施例1纳米几丁质水悬浮液喷雾于小麦叶面，对小麦蚜虫的触杀作用 根据《农药室内生物测定试验准则杀虫剂第9部分:喷雾法，NY/T 1154.9-2008》， 用浓度为10、30和50mg/L的纳米几丁质水悬浮液进行喷雾处理。1)具体方法:每个培养皿载 入健康生长的小麦叶片3片(每片长8-lOcm)，接入小麦蚜虫为每叶片15头，培养皿以湿润的 吸水纸覆底。2h后使用喷雾器对培养皿内叶面及蚜虫喷雾。喷雾药量为