Biologiska växtskyddsmedel och biostimulanter – formuleringsutmaningar

Växtskyddsmedel spelar en betydande roll för att skydda grödor mot skadedjur, ogräs, sjukdomar och mögel, medan biostimulanter stödjer växter mot ogynnsamma väderförhållanden och förbättrar deras allmänna tillstånd. Deras användbarhet råder ingen tvekan om. Under senare år har sökandet efter ersättningar för kemiska bekämpningsmedel intensifierats, och biologiska alternativ har ökat i betydelse. Denna kategori omfattar naturligt förekommande ämnen som bekämpar skadedjur genom naturliga biokemiska mekanismer. Dessa är ämnen av vegetabiliskt eller animaliskt ursprung (t.ex. oljor, saponiner, organiska syror) eller bakteriella metaboliter (t.ex. spinosad, abamektin, Bt-toxiner). När det gäller växttillväxtregulatorer har man också utvecklat preparat som innehåller naturliga ämnen som auxiner, cytokininer och gibberelliner.

Biologiska växtskyddsmedel omfattar även makroorganismer och mikroorganismer. Mikroorganismer som är aktiva ingredienser i biologiska preparat inkluderar virus, bakterier (främst Bacillus och Pseudomonas ) och svampar ( Trichoderma, Beauveria , Coniothyrium, Matharhizium, Pythium ) ^[2] .

Betydande framsteg har också gjorts i utvecklingen av biostimulanter som stödjer biologiska processer i växter. Det finns många produkter tillgängliga på marknaden baserade på: algextrakt, växtextrakt, aminosyror och proteiner, humussyror och mikroorganismer. Den senare gruppen är unik eftersom mikroorganismer kan stödja växter på många sätt: genom att främja rotsystemets utveckling, omvandla näringsämnen till mer lättillgängliga former och dessutom bekämpa insekter eller svampar. Därför kan biostimulanter baserade på mikroorganismer ofta också registreras som växtskyddsmedel ^{[3, 4, 5]} .

Båda grupperna av agrokemikalier som beskrivs ovan verkar på ett mycket specifikt sätt, är lätt biologiskt nedbrytbara och säkra för miljön och konsumenterna, och, viktigast av allt, ökar skördarna mycket effektivt ^[3] .

Biologiska preparat baserade på mikroorganismer

Mikrobiologiska växtskyddsmedel är den mest använda och undersökta klassen av biopesticider . Dessa är preparat som innehåller mikroorganismer som bakterier, svampar och virus.

Mikrobiologiska bekämpningsmedel dödar insektslarver eller hämmar ogrästillväxt på odlade fält. De verkar på växtpatogener och skadedjur genom olika mekanismer, såsom toxinproduktion, enzymsekretion, flyktiga föreningar, direkt kolonisering eller konsumtion av värddjur. De kan bekämpa många olika typer av skadedjur, även om varje enskild aktiv ingrediens är relativt specifik. De kännetecknas av sin förmåga att potentiellt föröka sig på grödor efter applicering. De främjar också växttillväxt och förbättrar grödans kvalitet ^{[ 6]} .

Biostimulanter och växtskyddsmedel baserade på Bacillus

Olika bakteriearter kan användas mot jordburna växtpatogener, skadeinsekter eller växtparasitiska nematoder. Dessa är sporbildande bakterier, inklusive Bacillus (t.ex. B. amyloliquefaciens, B. subtilis och B. thuringiensis ) och Streptomyces , såväl som icke-sporbildande arter från släkten som Pasteuria och Pseudomonas ^[2] .

Biostimulanter baserade på Bacillus- bakterier intar en särskild plats bland de mikrobiologiska medel som används inom jordbruket. De består av frystorkade sporer blandade med tillsatser ochadjuvanser (stödjande ämnen) och ger ett antal fördelar för växter ^[7] .

Den metaboliska och genetiska mångfalden hos Bacillus spp . gör att de kan anpassa sig till olika miljöförhållanden. Det har visat sig att bakterier associerade med växter ökar sin motståndskraft mot stress orsakad av till exempel markens salthalt eller torka. De kan också producera fytohormoner (växthormoner) som har en positiv effekt på växternas tillväxt och utveckling ^{[ 7].}

Nyckeln till framgång – en väl förberedd formulering

Processen att formulera biopesticidpreparat leder till skapandet av den slutliga produkten genom att blanda den mikrobiologiska komponenten med olika bärare och adjuvans för bättre skydd mot miljöförhållanden, större överlevnad av biologiska agens och förbättrad bioaktivitet och lagringsstabilitet ^[6] .

Biopesticidformuleringar kan delas in i flytande och torra typer . Flytande preparat kan baseras på vatten, vegetabiliska oljor, estrar baserade på dessa oljor, fettalkoholer, laktider eller kombinationer därav. Vattenbaserade preparat (suspensionskoncentrat (SC), koncentrerade emulsioner (EW), kapselsuspensioner (CS) etc.) kräver tillsats av inerta ingredienser såsom dispergeringsmedel , emulgeringsmedel , vätmedel , förtjockningsmedel, reologimodifierare , tvärbindningsmonomerer, färgämnen, frostskyddsmedel och ytterligare näringsämnen. Beroende på typ av formulering innefattar formuleringsprocessen enkel eller högskjuvande blandning, våtmalning eller in situ -polymerisation. Torra formuleringar (dispergerbara pulver (WP) och dispergerbara granuler (WG), granuler (GR) eller tabletter (TB) för direkt applicering etc.) kan framställas med olika tekniker såsom spraytorkning, frystorkning, lufttorkning, med eller utan användning av fluidiserad bädd. Det finns också flera granuleringstekniker: våtgranulering genom beläggning, torrgranulering genom pulverkompaktering och krossning, samt genom extrudering och sfäronisering. Även här tillsätts bindemedel, bärare, dispergeringsmedel, vätmedel etc.

De mest populära formuleringarna av biopesticider och biostimulanter är: SL, OD, CS och WP eller WG. Som redan nämnts är mikroorganismer särskilt känsliga för externa faktorer såsom solstrålning, fukt eller kraftiga lagringstemperaturfluktuationer, vilket är anledningen till att OD- och CS-formuleringar är särskilt lämpliga för dem. Olja skyddar mikroorganismer från UV-strålning, isolerar dem från fukt och skyddar dem från temperaturförändringar. I CS-formuleringar är mikroorganismerna inneslutna i kapslar, vilket också gör dem mindre sårbara för externa faktorer. Endosporer eller sporer från bakterier och svampar kan torkas, vilket är anledningen till att de också finns i WP- och WG-formuleringar. De flesta extrakt som används som biostimulanter är mycket lösliga i vatten och kan konserveras med konserveringsmedel, vilket är anledningen till att de ofta finns i SL-formuleringar ^{[7, 8]} .

De organismer som används i formuleringarna suspenderas i en lämplig bärare, som kompletteras med tillsatser för att maximera överlevnad, optimera applicering på målet och skydda organismerna efter applicering ^{[7, 8]} .

Formuleringarna innehåller en eller flera aktiva substanser och ett antal ytterligare ingredienser för att förbättra deras effektivitet. Dessa inkluderar skyddsmedel (herbicidskyddsmedel), synergister, bärare, förtjocknings- och vidhäftningsmedel, vätmedel och andra.

Formuleringsutmaningar

Effektiviteten hos biologiska växtskyddsmedel beror till stor del på deras form. Dessa preparat, baserade på naturliga ämnen, är mycket mer känsliga för miljöförhållanden än deras kemiska motsvarigheter. Detta gäller särskilt för biostimulanter baserade på Bacillus- bakterier. Därför står industrin inför ett antal formuleringsutmaningar för att säkerställa att levande mikroorganismer förblir effektiva och stabila under en lång tidsperiod ^{[ 7, 8]} .

Mikroorganismers känslighet för miljöfaktorer

Vissa mikroorganismer är instabila och bryts ner snabbt när de utsätts för ljus, luft eller höga temperaturer. En kort verkningstid och varierande effekt begränsar antalet naturliga ämnen som kan marknadsföras inom växtskyddsmedelssektorn. En lösning på detta område är utvecklingen av mer stabila och effektiva formuleringar som maximerar livskraften och effekten av derivat, särskilt de av Bacillus . Mikroinkapsling är ett betydande framsteg. I denna process innesluts sporer i en skyddande matris som skyddar dem från miljöstressorer. Beläggningen bryts gradvis ner och frigör bakterierna vid rätt plats och ^tidpunkt .

Kontrollerad frisättning av den aktiva substansen

Kontrollerad frisättning av aktiva substanser ökar deras effektivitet, vilket minskar behovet av frekventa appliceringar och sänker de totala kostnaderna. En av de ofta använda lösningarna är den tidigare nämnda användningen av mikrokapslar. Dedikerade matriser används också, vilka frisätter ingrediensen som svar på specifika stimuli, t.ex. förändringar i pH eller fuktighet. En intressant lösning är användningen av polymerbärare. Användningen av biologiskt nedbrytbara polymerer som bärare för riktad och kontrollerad leverans av ämnen till växter genom blad eller rötter är mycket lovande ( ). Frisättning sker långsamt när polymeren bryts ner (beroende på plats) av solljus eller markmikroflora. Frisättningshastigheten för biopesticider kan regleras genom att använda olika monomerer och tvärbindningstillsatser och välja lämpligt förhållande. Ett lika intressant exempel är användningen av nanoporösa strukturer ^{[ 8, 9]} .

Introduktion av nanoformuleringar på marknaden

Nanoteknik har potential att erbjuda nya lösningar för att öka effektiviteten hos biopesticider. Ett exempel är skapandet av nanometriska beläggningar som skyddar den aktiva ingrediensen från yttre faktorer. Framsteg inom skapandet av nanoemulsioner erbjuder intressanta möjligheter. I detta fall dispergeras den aktiva substansen i en flytande bärare. Sådana preparat kännetecknas av större dispergerbarhet, vilket möjliggör jämn täckning av växter. Dessutom möjliggör deras lilla storlek bättre penetration och mer riktad verkan.

Introduktionen av nanoformuleringar på marknaden är en stor möjlighet, men presenterar också ett antal utmaningar och tvivel. En av de viktigaste är den relativt höga produktionskostnaden, liksom de fortfarande okända långsiktiga effekterna av att introducera nanomaterial i miljön ^{[ 8]} .

Multifunktionella formuleringar för omfattande växtskydd

En intressant riktning i utvecklingen av biopesticidformuleringar är den synergistiska kombinationen av Bacillus- stammar med andra biokontrollmedel eller biostimulanter för att skapa multifunktionella preparat som ger omfattande växtskydd och stödjer växttillväxt. Olika stammar har olika effekter och egenskaper, och att kombinera dem ger ett omfattande stöd för växten. Dessutom kan tillsats av andra stödjande ingredienser, såsom humussyror eller algextrakt, ytterligare förbättra bakteriernas verkan. ^{[ 3, 6, 7]}

PCC Exol som leverantör av lösningar för formulering av biopesticider och biostimulanter

Tensidtillverkaren PCC Exol har i många år stöttat jordbruksindustrin med sina produkter och teknisk rådgivning. Vi letar också ständigt efter optimala lösningar för de ovan beskrivna biopesticid- och biostimulantformuleringarna, vilket är anledningen till att vi kan rekommendera flera av våra produkter för dessa kategorier.

För SL-formuleringar erbjuder vi ett brett urval av vätmedel, spraybildnings- och retentionsförstärkare samt bladkutikulapenetranter som ökar absorptionen . Alla dessa produkter är lätt biologiskt nedbrytbara och ofarliga för miljön. Som vätmedel rekommenderar vi särskilt produkter som utvecklats specifikt för detta ändamål, såsom EXOwet D15 , EXOwet L5, EXOwet T7 och EXOwet OS . Många produkter från ROKAnol gruppen har också goda vätande egenskaper, med NL8P4 , L5P5 , DB-serien, GA-serien och ID-serien. Som medel som förbättrar spraybildning och retention rekommenderar vi ROKAmer serien , inklusive ROKAmer G4300 och G3800 , och i synnerhet ROKAmer 6500 eller dess vattenbaserade och mer praktiska version, ROKAmer 6500W . Som penetrerande medel för bladkutikula rekommenderar vi produkter baserade på omättade fettsyror eller fettalkoholer med medelhög HLB : ROKAcet O7 eller ROKAnol O10 ^{[ 10]} .

I OD-formuleringar är det nödvändigt att säkerställa tillräcklig suspensionsstabilitet och emulgering av oljefasen efter tillsats till vatten, vilket är anledningen till att tensider som kombinerar båda dessa funktioner fungerar bra. Dessutom får dessa tensider inte skada mikroorganismer, därför rekommenderar vi följande för denna formulering: ROKAcet från R-serien och produktgrupperna ROKwin och ROKwinol , vilka också har en positiv effekt på sprayens egenskaper och ökar sprayningens effektivitet ^{[ 10]} .

I CS-formuleringen måste tillräcklig emulgering av oljefasen säkerställas under gränsytpolymerisation eller in situ -polymerisation, vilket kräver ett exakt val av emulgeringsmedel och skyddskolloider, annars klumpar micellerna ihop och kapslarna får en olämplig storlek. Dessutom dödar många av de lösningsmedel och emulgeringsmedel som används för inkapsling av konventionella ämnen mikroorganismer, vilket är anledningen till att vegetabiliska oljor och lämpligt utvalda emulgeringsmedel används oftast. Efter inkapslingsprocessen bör lämpliga vätmedel och vattendispergeringsmedel tillsättas. Samma ROKAnoler eller ROKAmerer som används i SL-formuleringar kan användas som vätmedel. ROKAmerer stabiliserar dessutom suspensionen genom att fungera som ko-dispergeringsmedel. Vi rekommenderar EXOfos PT K25 eller PT K60, SULFOROKAnol TSP95, EXOdis PC40 , Rodys OP och Rodys KP ^[10] som dispergeringsmedel.

PCC Exol ger även teknisk rådgivning om lösningar på olika formuleringsrelaterade problem och utvecklar nya produkter eller varianter därav på kundernas begäran. Vi uppmuntrar dig att besöka vår produktkatalog och kontakta oss.