Biologické prípravky na ochranu rastlín a biostimulanty – výzvy pri formulácii

Prípravky na ochranu rastlín zohrávajú významnú úlohu pri ochrane plodín pred škodcami, burinami, chorobami a plesňami, zatiaľ čo biostimulanty podporujú rastliny proti nepriaznivým poveternostným podmienkam a zlepšujú ich celkový stav. Ich užitočnosť je nepochybná. V posledných rokoch sa zintenzívnilo hľadanie náhrad za chemické pesticídy, pričom biologické alternatívy nadobúdajú na význame. Táto kategória zahŕňa prirodzene sa vyskytujúce látky, ktoré kontrolujú škodcov prostredníctvom prirodzených biochemických mechanizmov. Ide o látky rastlinného alebo živočíšneho pôvodu (napr. oleje, saponíny, organické kyseliny) alebo bakteriálne metabolity (napr. spinosad, abamektín, Bt toxíny). V prípade regulátorov rastu rastlín boli vyvinuté aj prípravky obsahujúce prírodné látky, ako sú auxíny, cytokiníny a giberelíny [2].

Biologické prípravky na ochranu rastlín zahŕňajú aj makroorganizmy a mikroorganizmy. Medzi mikroorganizmy, ktoré sú účinnými látkami v biopreparátoch, patria vírusy, baktérie (najmä Bacillus a Pseudomonas ) a huby ( Trichoderma, Beauveria , Coniothyrium, Matharhizium, Pythium ) ^[2] .

Významný pokrok sa dosiahol aj vo vývoji biostimulantov, ktoré podporujú biologické procesy v rastlinách. Na trhu je dostupných mnoho produktov na báze: extraktov z morských rias, rastlinných extraktov, aminokyselín a bielkovín, humínových kyselín a mikroorganizmov. Druhá skupina je jedinečná, pretože mikroorganizmy môžu podporovať rastliny mnohými spôsobmi: podporou vývoja koreňového systému, premenou živín na ľahšie dostupné formy a navyše bojom proti hmyzu alebo hubám. Preto sa biostimulanty na báze mikroorganizmov môžu často registrovať aj ako prípravky na ochranu rastlín ^{[ 3, 4, 5]} .

Obe vyššie opísané skupiny agrochemikálií pôsobia veľmi špecifickým spôsobom, sú ľahko biologicky odbúrateľné a bezpečné pre životné prostredie a spotrebiteľov a čo je najdôležitejšie, veľmi účinne zvyšujú výnosy plodín ^{[ 3]} .

Biologické prípravky na báze mikroorganizmov

Mikrobiologické prípravky na ochranu rastlín sú najpoužívanejšou a najskúmanejšou triedou biopesticídov . Sú to prípravky obsahujúce mikroorganizmy, ako sú baktérie, huby a vírusy.

Mikrobiologické pesticídy ničia larvy hmyzu alebo inhibujú rast buriny na obrábaných poliach. Pôsobia na rastlinné patogény a škodcov prostredníctvom rôznych mechanizmov, ako je produkcia toxínov, sekrécia enzýmov, prchavé zlúčeniny, priama kolonizácia alebo konzumácia hostiteľom. Môžu kontrolovať mnoho rôznych druhov škodcov, hoci každá jednotlivá účinná látka je relatívne špecifická. Vyznačujú sa schopnosťou potenciálne sa po aplikácii rozmnožovať na plodinách. Tiež podporujú rast rastlín a zlepšujú kvalitu plodín ^[6] .

Biostimulanty a prípravky na ochranu rastlín na báze Bacillus

Proti pôdnym rastlinným patogénom, hmyzím škodcom alebo rastlinným parazitickým háďatkám možno použiť rôzne druhy baktérií. Ide o baktérie tvoriace spóry vrátane Bacillus (napr. B. amyloliquefaciens, B. subtilis a B. thuringiensis ) a Streptomyces , ako aj o druhy netvoriace spóry z rodov ako Pasteuria a Pseudomonas ^[2] .

Biostimulanty na báze baktérií Bacillus zaujímajú medzi mikrobiologickými činidlami používanými v poľnohospodárstve osobitné miesto. Pozostávajú z lyofilizovaných spór zmiešaných s prísadami aadjuvans (podpornými látkami) a prinášajú rastlinám množstvo výhod ^[7] .

Metabolická a genetická rozmanitosť Bacillus spp . im umožňuje prispôsobiť sa rôznym podmienkam prostredia. Ukázalo sa, že baktérie spojené s rastlinami zvyšujú ich odolnosť voči stresu spôsobenému napríklad slanosťou pôdy alebo suchom. Sú tiež schopné produkovať fytohormóny (rastlinné hormóny), ktoré majú pozitívny vplyv na rast a vývoj rastlín ^{[ 7].}

Kľúč k úspechu – dobre pripravená receptúra

Proces formulovania biopesticídnych prípravkov vedie k vytvoreniu konečného produktu zmiešaním mikrobiologickej zložky s rôznymi nosičmi a adjuvans pre lepšiu ochranu pred environmentálnymi podmienkami, dlhšie prežitie biologických činiteľov a zlepšenú bioaktivitu a stabilitu pri skladovaní ^[6] .

Biopesticídne prípravky možno rozdeliť na tekuté a suché typy . Kvapalné prípravky môžu byť na báze vody, rastlinných olejov, esterov na báze týchto olejov, mastných alkoholov, laktidov alebo ich kombinácií. Prípravky na vodnej báze (suspenzné koncentráty (SC), koncentrované emulzie (EW), kapsulové suspenzie (CS) atď.) vyžadujú pridanie inertných zložiek, ako sú dispergačné činidlá , emulgátory , zmáčadlá , zahusťovadlá, modifikátory reológie , zosieťovacie monoméry, farbivá, nemrznúce zlúčeniny a ďalšie živiny. V závislosti od typu prípravku zahŕňa proces formulácie jednoduché alebo vysokošmykové miešanie, mokré mletie alebo polymerizáciu in situ . Suché formulácie (dispergovateľné prášky (WP) a dispergovateľné granule (WG), granule (GR) alebo tablety (TB) na priamu aplikáciu atď.) sa môžu vyrábať rôznymi technológiami, ako je sušenie rozprašovaním, lyofilizácia, sušenie vzduchom, s použitím fluidného lôžka alebo bez neho. Existuje tiež niekoľko granulačných techník: mokrá granulácia poťahovaním, suchá granulácia zhutňovaním a drvením prášku, ako aj extrúziou a sferonizáciou. Aj tu sa pridávajú spojivá, nosiče, dispergačné činidlá, zmáčadlá atď.

Najobľúbenejšie formulácie biopesticídov a biostimulantov sú: SL, OD, CS a WP alebo WG. Ako už bolo spomenuté, mikroorganizmy sú obzvlášť citlivé na vonkajšie faktory, ako je slnečné žiarenie, vlhkosť alebo nadmerné kolísanie teploty skladovania, a preto sú pre ne obzvlášť vhodné formulácie OD a CS. Olej chráni mikroorganizmy pred UV žiarením, izoluje ich pred vlhkosťou a chráni ich pred zmenami teploty. V CS formuláciách sú mikroorganizmy uzavreté v kapsulách, čo ich tiež robí menej zraniteľnými voči vonkajším faktorom. Endospóry alebo spóry baktérií a húb sa dajú sušiť, a preto sa nachádzajú aj vo formuláciách WP a WG. Väčšina extraktov používaných ako biostimulanty je vysoko rozpustná vo vode a možno ich konzervovať konzervačnými látkami, a preto sa často nachádzajú vo formuláciách SL ^{[ 7, 8]} .

Organizmy použité vo formuláciách sú suspendované vo vhodnom nosiči, ktorý je doplnený prísadami na maximalizáciu prežitia, optimalizáciu aplikácie na cieľ a ochranu organizmov po aplikácii ^{[ 7, 8]} .

Formulácie obsahujú jednu alebo viac účinných látok a množstvo ďalších zložiek na zlepšenie ich účinnosti. Patria sem safenery (herbicídne ochranné látky), synergické látky, nosiče, zahusťovadlá a adhezívne látky, zmáčadlá a ďalšie.

Výzvy pri formulácii

Účinnosť biologických prípravkov na ochranu rastlín do značnej miery závisí od ich formy. Tieto prípravky, založené na prírodných látkach, sú oveľa citlivejšie na podmienky prostredia ako ich chemické náprotivky. Platí to najmä pre biostimulanty na báze baktérií Bacillus . Preto priemysel čelí množstvu výziev pri formulácii, aby sa zabezpečilo, že živé mikroorganizmy zostanú účinné a stabilné počas dlhého časového obdobia ^{[ 7, 8]} .

Citlivosť mikroorganizmov na faktory prostredia

Niektoré mikroorganizmy sú nestabilné a rýchlo sa rozkladajú, keď sú vystavené svetlu, vzduchu alebo vysokým teplotám. Krátke trvanie účinku a variabilná účinnosť obmedzujú počet prírodných látok, ktoré sa môžu predávať v sektore prípravkov na ochranu rastlín. Jedným z riešení v tejto oblasti je vývoj stabilnejších a účinnejších formulácií, ktoré maximalizujú životaschopnosť a účinnosť derivátov, najmä Bacillus . Mikroenkapsulácia predstavuje významný pokrok. V tomto procese sú spóry uzavreté v ochrannej matrici, ktorá ich chráni pred environmentálnymi stresormi. Povlak sa postupne rozkladá a uvoľňuje baktérie na správnom mieste a v správnom čase ^[8] .

Kontrolované uvoľňovanie účinnej látky

Kontrolované uvoľňovanie účinných látok zvyšuje ich účinnosť, čím sa znižuje potreba častých aplikácií a celkové náklady. Jedným z často používaných riešení je už spomínané použitie mikrokapsúl. Používajú sa aj špecializované matrice, ktoré uvoľňujú zložku v reakcii na špecifické podnety, napr. zmeny pH alebo vlhkosti. Zaujímavým riešením je použitie polymérnych nosičov. Veľmi sľubné je použitie biologicky odbúrateľných polymérov ako nosičov pre cielené a kontrolované dodávanie látok do rastlín prostredníctvom listov alebo koreňov ( ). Uvoľňovanie prebieha pomaly, pretože polymér sa rozkladá (v závislosti od lokality) slnečným žiarením alebo pôdnou mikroflórou. Rýchlosť uvoľňovania biopesticídov je možné regulovať použitím rôznych monomérov a zosieťujúcich prísad a výberom ich vhodného pomeru. Rovnako zaujímavým príkladom je použitie nanoporéznych štruktúr ^{[ 8, 9]} .

Uvedenie nanoformulácií na trh

Nanotechnológia má potenciál ponúknuť nové riešenia na zvýšenie účinnosti biopesticídov. Jedným z príkladov je vytvorenie nanometrických povlakov, ktoré chránia účinnú látku pred vonkajšími faktormi. Pokroky vo vytváraní nanoemulzií ponúkajú zaujímavé možnosti. V tomto prípade je účinná látka dispergovaná v kvapalnom nosiči. Takéto prípravky sa vyznačujú väčšou dispergovateľnosťou, čo umožňuje rovnomerné pokrytie rastlín. Okrem toho ich malá veľkosť umožňuje lepšiu penetráciu a cielenejšie pôsobenie.

Uvedenie nanoformulácií na trh je skvelou príležitosťou, ale predstavuje aj množstvo výziev a pochybností. Jednou z najvýznamnejších sú relatívne vysoké výrobné náklady, ako aj stále neznáme dlhodobé účinky zavádzania nanomateriálov do životného prostredia ^{[ 8]} .

Multifunkčné prípravky pre komplexnú ochranu rastlín

Zaujímavým smerom vo vývoji biopesticídnych formulácií je synergická kombinácia kmeňov Bacillus s inými biokontrolnými činidlami alebo biostimulantmi za účelom vytvorenia multifunkčných prípravkov, ktoré poskytujú komplexnú ochranu rastlín a podporujú rast rastlín. Rôzne kmene majú rôzne účinky a vlastnosti a ich kombinácia poskytuje rastline komplexnú podporu. Okrem toho, pridanie ďalších podporných zložiek, ako sú humínové kyseliny alebo extrakty z rias, môže ďalej posilniť účinok baktérií. ^{[ 3, 6, 7]}

PCC Exol ako dodávateľ riešení pre formuláciu biopesticídov a biostimulantov

Výrobca povrchovo aktívnych látok PCC Exol už mnoho rokov podporuje poľnohospodársky priemysel svojimi produktmi a technickým poradenstvom. Neustále hľadáme optimálne riešenia pre vyššie opísané formulácie biopesticídov a biostimulantov, a preto môžeme pre tieto kategórie odporučiť niekoľko našich produktov.

Pre formulácie SL ponúkame široký výber zmáčadiel, látok zlepšujúcich tvorbu a zadržiavanie postreku a penetračných prostriedkov do listovej kutikuly, ktoré zvyšujú absorpciu . Všetky tieto produkty sú ľahko biologicky odbúrateľné a neškodné pre životné prostredie. Ako zmáčadlá odporúčame najmä produkty vyvinuté špeciálne na tento účel, ako napríklad EXOwet D15 , EXOwet L5, EXOwet T7 a EXOwet OS . Mnohé produkty zo skupiny ROKAnol majú tiež dobré zmáčacie vlastnosti, ako napríklad NL8P4 , L5P5 , séria DB, séria GA a séria ID. Ako činidlá zlepšujúce tvorbu a retenciu postreku odporúčame rad ROKAmer vrátane ROKAmer G4300 a G3800 , a najmä ROKAmer 6500 alebo jeho verziu na vodnej báze a pohodlnejšiu ROKAmer 6500W . Ako penetračné činidlá do listovej kutikuly odporúčame produkty na báze nenasýtených mastných kyselín alebo mastných alkoholov so strednou HLB : ROKAcet O7 alebo ROKAnol O10 ^[10] .

V OD formuláciách je potrebné zabezpečiť dostatočnú stabilitu suspenzie a emulgáciu olejovej fázy po pridaní do vody, a preto dobre fungujú povrchovo aktívne látky, ktoré kombinujú obe tieto funkcie. Okrem toho tieto povrchovo aktívne látky nesmú poškodzovať mikroorganizmy, preto pre túto formuláciu odporúčame: ROKAcety zo série R a produktové skupiny ROKwin a ROKwinol , ktoré majú tiež pozitívny vplyv na vlastnosti postreku a zvyšujú účinnosť postreku ^[10] .

Vo formulácii CS musí byť zabezpečená dostatočná emulgácia olejovej fázy počas medzifázovej alebo in situ polymerizácie, čo si vyžaduje presný výber emulgátorov a ochranných koloidov, inak sa micely zhlukujú a kapsuly budú mať nevhodnú veľkosť. Okrem toho mnohé rozpúšťadlá a emulgátory používané na zapuzdrenie konvenčných látok ničia mikroorganizmy, preto sa najčastejšie používajú rastlinné oleje a vhodne vybrané emulgátory. Po procese zapuzdrenia by sa mali pridať vhodné zmáčadlá a dispergačné činidlá vody. Ako zmáčadlá možno použiť rovnaké ROKAnoly alebo ROKAméry, aké sa používajú vo formuláciách SL. ROKAméry navyše stabilizujú suspenziu tým, že pôsobia ako ko-dispergačné činidlá. Ako dispergačné činidlá odporúčame EXOfos PT K25 alebo PT K60, SULFOROKAnol TSP95, EXOdis PC40 , Rodys OP a Rodys KP ^[10].

PCC Exol tiež poskytuje technické poradenstvo pri riešení rôznych problémov súvisiacich s formuláciou a vyvíja nové produkty alebo ich varianty na žiadosť zákazníkov. Odporúčame vám navštíviť náš katalóg produktov a kontaktovať nás.