Biologické přípravky na ochranu rostlin a biostimulanty – problémy s formulací

Přípravky na ochranu rostlin hrají významnou roli v ochraně plodin před škůdci, plevelem, chorobami a plísněmi, zatímco biostimulanty podporují rostliny proti nepříznivým povětrnostním podmínkám a zlepšují jejich celkový stav. Jejich užitečnost je nepochybná. V posledních letech se zintenzivnilo hledání náhrad za chemické pesticidy, přičemž na významu nabývají biologické alternativy. Do této kategorie patří přirozeně se vyskytující látky, které ničí škůdce prostřednictvím přirozených biochemických mechanismů. Jedná se o látky rostlinného nebo živočišného původu (např. oleje, saponiny, organické kyseliny) nebo bakteriální metabolity (např. spinosad, abamektin, Bt toxiny). V případě regulátorů růstu rostlin byly vyvinuty také přípravky obsahující přírodní látky, jako jsou auxiny, cytokininy a gibereliny. [2].

Mezi biologické přípravky na ochranu rostlin patří také makroorganismy a mikroorganismy. Mezi mikroorganismy, které jsou aktivními složkami biopreparátů, patří viry, bakterie (zejména Bacillus a Pseudomonas ) a houby ( Trichoderma, Beauveria , Coniothyrium, Matharhizium, Pythium ) ^[2] .

Významného pokroku bylo dosaženo i ve vývoji biostimulantů, které podporují biologické procesy v rostlinách. Na trhu je k dispozici mnoho produktů na bázi: extraktů z mořských řas, rostlinných extraktů, aminokyselin a proteinů, huminových kyselin a mikroorganismů. Druhá skupina je jedinečná, protože mikroorganismy mohou rostliny podporovat mnoha způsoby: podporou vývoje kořenového systému, přeměnou živin na snadněji dostupné formy a navíc bojem proti hmyzu nebo houbám. Biostimulanty na bázi mikroorganismů proto mohou být často registrovány také jako přípravky na ochranu rostlin ^{[ 3, 4, 5]} .

Obě výše popsané skupiny agrochemikálií působí velmi specifickým způsobem, jsou snadno biologicky odbouratelné a bezpečné pro životní prostředí a spotřebitele a co je nejdůležitější, velmi účinně zvyšují výnosy plodin ^{[ 3]} .

Biologické přípravky na bázi mikroorganismů

Mikrobiologické přípravky na ochranu rostlin jsou nejrozšířenější a nejzkoumanější třídou biopesticidů . Jsou to přípravky obsahující mikroorganismy, jako jsou bakterie, houby a viry.

Mikrobiologické pesticidy hubí larvy hmyzu nebo inhibují růst plevele na obdělávaných polích. Působí na rostlinné patogeny a škůdce prostřednictvím různých mechanismů, jako je produkce toxinů, sekrece enzymů, těkavé sloučeniny, přímá kolonizace nebo konzumace hostitelem. Mohou kontrolovat mnoho různých druhů škůdců, ačkoli každá jednotlivá účinná látka je relativně specifická. Vyznačují se schopností se po aplikaci potenciálně množit na plodinách. Podporují také růst rostlin a zlepšují kvalitu plodin ^[6] .

Biostimulanty a přípravky na ochranu rostlin na bázi Bacillus

Proti půdním rostlinným patogenům, hmyzím škůdcům nebo rostlinným parazitickým hlísticím lze použít různé druhy bakterií. Jedná se o sporotvorné bakterie, včetně Bacillus (např. B. amyloliquefaciens, B. subtilis a B. thuringiensis ) a Streptomyces , ale i o nesporotvorné druhy z rodů jako Pasteuria a Pseudomonas ^[2] .

Biostimulanty na bázi bakterií Bacillus zaujímají mezi mikrobiologickými činidly používanými v zemědělství zvláštní místo. Skládají se z lyofilizovaných spor smíchaných s přísadami aadjuvancii (podpůrnými látkami) a přinášejí rostlinám řadu výhod ^[7] .

Metabolická a genetická rozmanitost Bacillus spp . jim umožňuje adaptovat se na různé podmínky prostředí. Bylo prokázáno, že bakterie spojené s rostlinami zvyšují jejich odolnost vůči stresu způsobenému například zasolením půdy nebo suchem. Jsou také schopny produkovat fytohormony (rostlinné hormony), které mají pozitivní vliv na růst a vývoj rostlin ^{[ 7].}

Klíč k úspěchu – dobře připravená receptura

Proces formulace biopesticidních přípravků vede k vytvoření konečného produktu smícháním mikrobiologické složky s různými nosiči a adjuvanci pro lepší ochranu před vlivy prostředí, větší přežití biologických agens a zlepšenou bioaktivitu a stabilitu při skladování ^[6] .

Biopesticidní přípravky lze rozdělit na kapalné a suché typy . Kapalné přípravky mohou být na bázi vody, rostlinných olejů, esterů na bázi těchto olejů, mastných alkoholů, laktidů nebo jejich kombinací. Přípravky na vodní bázi (suspenzní koncentráty (SC), koncentrované emulze (EW), kapslové suspenze (CS) atd.) vyžadují přidání inertních složek, jako jsou dispergační činidla , emulgátory , smáčecí činidla , zahušťovadla, modifikátory reologie , síťující monomery, barviva, nemrznoucí směsi a další živiny. V závislosti na typu formulace zahrnuje proces formulace jednoduché nebo vysokosmykové míchání, mokré mletí nebo in situ polymeraci. Suché formulace (dispergovatelné prášky (WP) a dispergovatelné granule (WG), granule (GR) nebo tablety (TB) pro přímou aplikaci atd.) lze vyrábět různými technologiemi, jako je sušení rozprašováním, lyofilizace, sušení vzduchem, s použitím fluidního lože nebo bez něj. Existuje také několik granulačních technik: mokrá granulace potahováním, suchá granulace lisováním a drcením prášku, stejně jako extruzí a sferonizací. I zde se přidávají pojiva, nosiče, dispergační činidla, smáčecí činidla atd.

Nejoblíbenější formulace biopesticidů a biostimulantů jsou: SL, OD, CS a WP nebo WG. Jak již bylo zmíněno, mikroorganismy jsou obzvláště citlivé na vnější faktory, jako je sluneční záření, vlhkost nebo nadměrné kolísání skladovací teploty, a proto jsou pro ně obzvláště vhodné formulace OD a CS. Olej chrání mikroorganismy před UV zářením, izoluje je před vlhkostí a chrání je před změnami teploty. V CS formulacích jsou mikroorganismy uzavřeny v kapslích, což je také činí méně zranitelnými vůči vnějším faktorům. Endospory neboli spory bakterií a hub lze sušit, a proto se také nacházejí ve formulacích WP a WG. Většina extraktů používaných jako biostimulanty je vysoce rozpustná ve vodě a lze je konzervovat konzervačními látkami, a proto se často nacházejí ve formulacích SL ^{[ 7, 8]} .

Organismy použité ve formulacích jsou suspendovány ve vhodném nosiči, který je doplněn přísadami pro maximalizaci přežití, optimalizaci aplikace na cíl a ochranu organismů po aplikaci ^{[ 7, 8]} .

Formulace obsahují jednu nebo více účinných látek a řadu dalších složek pro zlepšení jejich účinnosti. Patří mezi ně safenery (herbicidní ochranné látky), synergisty, nosiče, zahušťovadla a adhezivní látky, smáčecí činidla a další.

Problémy s formulací

Účinnost biologických přípravků na ochranu rostlin do značné míry závisí na jejich formě. Tyto přípravky, založené na přírodních látkách, jsou mnohem citlivější na podmínky prostředí než jejich chemické protějšky. To platí zejména pro biostimulanty založené na bakteriích Bacillus . Proto průmysl čelí řadě výzev v oblasti formulace, aby zajistil, že živé mikroorganismy zůstanou účinné a stabilní po dlouhou dobu ^{[ 7, 8]} .

Citlivost mikroorganismů na faktory prostředí

Některé mikroorganismy jsou nestabilní a rychle se rozkládají, jsou-li vystaveny světlu, vzduchu nebo vysokým teplotám. Krátká doba účinku a proměnlivá účinnost omezují počet přírodních látek, které lze uvádět na trh v sektoru přípravků na ochranu rostlin. Jedním z řešení v této oblasti je vývoj stabilnějších a účinnějších formulací, které maximalizují životaschopnost a účinnost derivátů, zejména Bacillus . Mikroenkapsulace představuje významný pokrok. V tomto procesu jsou spory uzavřeny v ochranné matrici, která je chrání před stresory prostředí. Povlak se postupně rozkládá a uvolňuje bakterie na správném místě a v pravý čas ^[8] .

Řízené uvolňování účinné látky

Řízené uvolňování účinných látek zvyšuje jejich účinnost, čímž se snižuje potřeba častých aplikací a celkové náklady. Jedním z často používaných řešení je již zmíněné použití mikrokapslí. Používají se také specializované matrice, které uvolňují složku v reakci na specifické podněty, např. změny pH nebo vlhkosti. Zajímavým řešením je použití polymerních nosičů. Velmi slibné je použití biologicky odbouratelných polymerů jako nosičů pro cílené a řízené dodávání látek rostlinám prostřednictvím listů nebo kořenů ( ). K uvolňování dochází pomalu, protože polymer je rozkládán (v závislosti na lokalitě) slunečním zářením nebo půdní mikroflórou. Rychlost uvolňování biopesticidů lze regulovat použitím různých monomerů a síťujících přísad a výběrem jejich vhodného poměru. Neméně zajímavým příkladem je použití nanoporézních struktur ^{[ 8, 9]} .

Uvedení nanoformulací na trh

Nanotechnologie má potenciál nabídnout nová řešení pro zvýšení účinnosti biopesticidů. Jedním z příkladů je vytvoření nanometrických povlaků, které chrání účinnou látku před vnějšími faktory. Pokroky ve vytváření nanoemulzí nabízejí zajímavé možnosti. V tomto případě je účinná látka dispergována v kapalném nosiči. Takové přípravky se vyznačují větší dispergovatelností, což umožňuje rovnoměrné pokrytí rostlin. Navíc jejich malá velikost umožňuje lepší pronikání a cílenější působení.

Uvedení nanoformulací na trh je skvělou příležitostí, ale také s sebou nese řadu výzev a pochybností. Jednou z nejvýznamnějších jsou relativně vysoké výrobní náklady a také dosud neznámé dlouhodobé účinky zavádění nanomateriálů do životního prostředí ^{[ 8]} .

Multifunkční přípravky pro komplexní ochranu rostlin

Zajímavým směrem ve vývoji biopesticidních formulací je synergická kombinace kmenů Bacillus s dalšími biokontrolními činidly nebo biostimulanty za účelem vytvoření multifunkčních přípravků, které poskytují komplexní ochranu rostlin a podporují jejich růst. Různé kmeny mají různé účinky a vlastnosti a jejich kombinace poskytuje rostlině komplexní podporu. Navíc přidání dalších podpůrných složek, jako jsou huminové kyseliny nebo extrakty z řas, může dále zesílit působení bakterií. ^{[ 3, 6, 7]}

PCC Exol jako dodavatel řešení pro formulaci biopesticidů a biostimulantů

Výrobce povrchově aktivních látek PCC Exol již mnoho let podporuje zemědělský průmysl svými produkty a technickým poradenstvím. Neustále také hledáme optimální řešení pro výše popsané formulace biopesticidů a biostimulantů, a proto můžeme pro tyto kategorie doporučit několik našich produktů.

Pro formulace SL nabízíme široký výběr smáčecích činidel, látek zlepšujících tvorbu a retenci postřiku a penetračních činidel do listové kutikuly, které zvyšují absorpci . Všechny tyto produkty jsou snadno biologicky odbouratelné a neškodné pro životní prostředí. Jako smáčecí činidla doporučujeme zejména produkty vyvinuté speciálně pro tento účel, jako jsou EXOwet D15 , EXOwet L5, EXOwet T7 a EXOwet OS . Mnoho produktů ze skupiny ROKAnol má také dobré smáčecí vlastnosti, jako jsou NL8P4 , L5P5 , řada DB, řada GA a řada ID. Jako činidla zlepšující tvorbu a retenci postřiku doporučujeme řadu ROKAmer , včetně ROKAmer G4300 a G3800 , a zejména ROKAmer 6500 nebo jeho verzi na vodní bázi a pohodlnější ROKAmer 6500W . Jako penetrační činidla do listové kutikuly doporučujeme produkty na bázi nenasycených mastných kyselin nebo mastných alkoholů se středním HLB : ROKAcet O7 nebo ROKAnol O10 ^[10] .

V OD formulacích je nutné zajistit dostatečnou stabilitu suspenze a emulgaci olejové fáze po přidání do vody, a proto dobře fungují povrchově aktivní látky, které obě tyto funkce kombinují. Tyto povrchově aktivní látky navíc nesmí poškozovat mikroorganismy, proto pro tuto formulaci doporučujeme: ROKAcety z řady R a produktové skupiny ROKwin a ROKwinol , které také pozitivně ovlivňují vlastnosti postřiku a zvyšují účinnost postřiku ^[10] .

V CS formulaci musí být zajištěna dostatečná emulgace olejové fáze během mezifázové nebo in situ polymerace, což vyžaduje přesný výběr emulgátorů a ochranných koloidů, jinak se micely shlukují a kapsle budou mít nevhodnou velikost. Kromě toho mnoho rozpouštědel a emulgátorů používaných k zapouzdření konvenčních látek ničí mikroorganismy, a proto se nejčastěji používají rostlinné oleje a vhodně zvolené emulgátory. Po procesu zapouzdření by se měla přidat vhodná smáčedla a dispergační činidla vody. Jako smáčedla lze použít stejné ROKAnoly nebo ROKAmery používané v SL formulacích. ROKAmery navíc stabilizují suspenzi tím, že působí jako ko-dispergační činidla. Jako dispergační činidla doporučujeme EXOfos PT K25 nebo PT K60, SULFOROKAnol TSP95, EXOdis PC40 , Rodys OP a Rodys KP ^[10].

PCC Exol také poskytuje technické poradenství při řešení různých problémů souvisejících s formulací a na žádost zákazníků vyvíjí nové produkty nebo jejich varianty. Doporučujeme vám navštívit náš katalog produktů a kontaktovat nás.