Біологічні засоби захисту рослин та біостимулятори – проблеми формулювання

Засоби захисту рослин відіграють значну роль у захисті сільськогосподарських культур від шкідників, бур’янів, хвороб та цвілі, тоді як біостимулятори підтримують рослини від несприятливих погодних умов та покращують їхній загальний стан. Їхня корисність не викликає сумнівів. В останні роки пошук замінників хімічних пестицидів активізувався, причому біологічні альтернативи набувають все більшого значення. До цієї категорії належать природні речовини, які контролюють шкідників за допомогою природних біохімічних механізмів. Це речовини рослинного або тваринного походження (наприклад, олії, сапоніни, органічні кислоти) або бактеріальні метаболіти (наприклад, спіносад, абамектин, Bt-токсини). У випадку регуляторів росту рослин також були розроблені препарати, що містять природні речовини, такі як ауксини, цитокініни та гібереліни [2].

Біологічні засоби захисту рослин також включають макроорганізми та мікроорганізми. Мікроорганізми, що є активними інгредієнтами біопрепаратів, включають віруси, бактерії (головним чином Bacillus та Pseudomonas ) та гриби ( Trichoderma, Beauveria , Coniothyrium, Matharhizium, Pythium ) ^[2] .

Значний прогрес також був досягнутий у розробці біостимуляторів, що підтримують біологічні процеси в рослинах. На ринку доступно багато продуктів на основі: екстрактів морських водоростей, рослинних екстрактів, амінокислот та білків, гумінових кислот та мікроорганізмів. Остання група є унікальною, оскільки мікроорганізми можуть підтримувати рослини багатьма способами: сприяючи розвитку кореневої системи, перетворюючи поживні речовини в більш доступні форми, а також борючись з комахами або грибками. Отже, біостимулятори на основі мікроорганізмів часто також можуть бути зареєстровані як засоби захисту рослин ^{[ 3, 4, 5]} .

Обидві групи агрохімікатів, описані вище, діють дуже специфічним чином, легко біорозкладаються та безпечні для навколишнього середовища та споживачів, і, що найважливіше, дуже ефективно підвищують врожайність сільськогосподарських культур ^{[ 3]} .

Біологічні препарати на основі мікроорганізмів

Мікробіологічні засоби захисту рослин є найширше використовуваним та дослідженим класом біопестицидів . Це препарати, що містять мікроорганізми, такі як бактерії, грибки та віруси.

Мікробіологічні пестициди знищують личинки комах або пригнічують ріст бур’янів на оброблюваних полях. Вони діють на патогени та шкідників рослин за допомогою різних механізмів, таких як вироблення токсинів, секреція ферментів, леткі сполуки, пряма колонізація або споживання хазяїном. Вони можуть контролювати багато різних видів шкідників, хоча кожен окремий активний інгредієнт є відносно специфічним. Вони характеризуються здатністю потенційно розмножуватися на посівах після застосування. Вони також сприяють росту рослин та покращують якість врожаю ^[6] .

Біостимулятори та засоби захисту рослин на основі Bacillus

Проти ґрунтових патогенів рослин, комах-шкідників або рослинних паразитичних нематод можна використовувати різні види бактерій. Це спороутворюючі бактерії, включаючи Bacillus (наприклад, B. amyloliquefaciens, B. subtilis та B. thuringiensis ) та Streptomyces , а також неспороутворюючі види з таких родів, як Pasteuria та Pseudomonas ^[2] .

Біостимулятори на основі бактерій Bacillus займають особливе місце серед мікробіологічних агентів, що використовуються в сільському господарстві. Вони складаються з ліофілізованих спор, змішаних з добавками таад’ювантами (допоміжними речовинами), і приносять низку переваг рослинам ^[7] .

Метаболічне та генетичне різноманіття Bacillus spp . дозволяє їм адаптуватися до різних умов навколишнього середовища. Було показано, що бактерії, пов’язані з рослинами, підвищують їхню стійкість до стресу, спричиненого, наприклад, засоленістю ґрунту або посухою. Вони також здатні виробляти фітогормони (рослинні гормони), які позитивно впливають на ріст і розвиток рослин ^{[ 7].}

Ключ до успіху – добре підготовлена ​​рецептура

Процес розробки біопестицидних препаратів призводить до створення кінцевого продукту шляхом змішування мікробіологічного компонента з різними носіями та допоміжними речовинами для кращого захисту від умов навколишнього середовища, більшої виживаності біологічних агентів, а також покращеної біоактивності та стабільності при зберіганні ^[6] .

Біопестицидні препарати можна розділити на рідкі та сухі типи . Рідкі препарати можуть бути на основі води, рослинних олій, ефірів на основі цих олій, жирних спиртів, лактидів або їх комбінацій. Препарати на водній основі (суспензійні концентрати (СК), концентровані емульсії (КЕ), капсульні суспензії (КС) тощо) вимагають додавання інертних інгредієнтів, таких як диспергатори , емульгатори , змочувачі , загусники, модифікатори реології , зшиваючі мономери, барвники, антифризи та додаткові поживні речовини. Залежно від типу рецептури, процес розробки включає просте або високозсувне змішування, вологе подрібнення або полімеризацію in situ . Сухі рецептури (дисперсні порошки (WP) та дисперсні гранули (WG), гранули (GR) або таблетки (TB) для безпосереднього застосування тощо) можуть виготовлятися з використанням різних технологій, таких як розпилювальне сушіння, сублімаційне сушіння, сушіння на повітрі, з використанням або без використання псевдозрідженого шару. Існує також кілька методів грануляції: мокра грануляція шляхом покриття, суха грануляція шляхом ущільнення та подрібнення порошку, а також екструзія та сферонізація. Тут також додаються зв’язувальні речовини, носії, диспергатори, змочувачі тощо.

Найпопулярнішими рецептурами біопестицидів та біостимуляторів є: SL, OD, CS та WP або WG. Як уже згадувалося, мікроорганізми особливо чутливі до зовнішніх факторів, таких як сонячна радіація, волога або надмірні коливання температури зберігання, тому рецептури OD та CS особливо підходять для них. Олія захищає мікроорганізми від УФ-випромінювання, ізолює їх від вологи та захищає від перепадів температури. У рецептурах CS мікроорганізми укладені в капсули, що також робить їх менш вразливими до зовнішніх факторів. Ендоспори або спори бактерій та грибів можна висушувати, тому вони також містяться в рецептурах WP та WG. Більшість екстрактів, що використовуються як біостимулятори, добре розчинні у воді та можуть бути збережені за допомогою консервантів, тому вони часто містяться в рецептурах SL ^{[ 7, 8]} .

Організми, що використовуються в рецептурах, суспендовані у відповідному носії, який доповнюється добавками для максимізації виживання, оптимізації нанесення на ціль та захисту організмів після застосування ^{[ 7, 8]} .

Рецептури містять одну або декілька активних речовин та ряд додаткових інгредієнтів для підвищення їхньої ефективності. До них належать антидоти (гербіцидні захисні речовини), синергісти, носії, загусники та адгезивні речовини, змочувальні агенти та інші.

Проблеми з формулюванням

Ефективність біологічних засобів захисту рослин значною мірою залежить від їхньої форми. Ці препарати, що базуються на природних речовинах, набагато чутливіші до умов навколишнього середовища, ніж їхні хімічні аналоги. Це особливо стосується біостимуляторів на основі бактерій Bacillus . Тому галузь стикається з низкою проблем, пов’язаних з рецептурою, щоб забезпечити ефективність та стабільність живих мікроорганізмів протягом тривалого періоду часу ^{[ 7, 8]} .

Чутливість мікроорганізмів до факторів навколишнього середовища

Деякі мікроорганізми нестабільні та швидко руйнуються під впливом світла, повітря або високих температур. Короткий період дії та змінна ефективність обмежують кількість природних речовин, які можуть бути представлені на ринку в секторі засобів захисту рослин. Одним із рішень у цій галузі є розробка більш стабільних та ефективних рецептур, які максимізують життєздатність та ефективність похідних, зокрема Bacillus . Мікроінкапсуляція є значним прогресом. У цьому процесі спори укладаються в захисну матрицю, яка захищає їх від стресових факторів навколишнього середовища. Покриття поступово руйнується, вивільняючи бактерії в потрібному місці та час ^[8] .

Контрольоване вивільнення активної речовини

Контрольоване вивільнення активних речовин підвищує їхню ефективність, тим самим зменшуючи потребу в частому застосуванні та знижуючи загальні витрати. Одним із часто використовуваних рішень є вищезгадане використання мікрокапсул. Також використовуються спеціальні матриці, які вивільняють інгредієнт у відповідь на певні подразники, наприклад, зміни pH або вологості. Цікавим рішенням є використання полімерних носіїв. Використання біорозкладних полімерів як носіїв для цілеспрямованої та контрольованої доставки речовин до рослин через листя або коріння є дуже перспективним (). Вивільнення відбувається повільно, оскільки полімер розщеплюється (залежно від місця розташування) сонячним світлом або ґрунтовою мікрофлорою. Швидкість вивільнення біопестицидів можна регулювати, використовуючи різні мономери та зшиваючі добавки та вибираючи їх відповідне співвідношення. Не менш цікавим прикладом є використання нанопористих структур ^{[8, 9]} .

Виведення наноформул на ринок

Нанотехнології мають потенціал запропонувати нові рішення для підвищення ефективності біопестицидів. Одним із прикладів є створення нанометричних покриттів, які захищають активний інгредієнт від зовнішніх факторів. Досягнення у створенні наноемульсій пропонують цікаві можливості. У цьому випадку активна речовина диспергована в рідкому носії. Такі препарати характеризуються більшою диспергованістю, що дозволяє рівномірно покривати рослини. Крім того, їх малий розмір забезпечує краще проникнення та більш цілеспрямовану дію.

Виведення наноформуль на ринок є чудовою можливістю, але також створює низку викликів та сумнівів. Одним із найбільш суттєвих є відносно висока вартість виробництва, а також досі невідомі довгострокові наслідки впровадження наноматеріалів у навколишнє середовище ^[8] .

Багатофункціональні формули для комплексного захисту рослин

Цікавим напрямком у розробці біопестицидних рецептур є синергетичне поєднання штамів Bacillus з іншими біоконтрольними агентами або біостимуляторами для створення багатофункціональних препаратів, що забезпечують комплексний захист рослин та підтримують ріст рослин. Різні штами мають різні ефекти та властивості, і їх поєднання забезпечує комплексну підтримку рослини. Крім того, додавання інших допоміжних інгредієнтів, таких як гумінові кислоти або екстракти водоростей, може ще більше посилити дію бактерій. ^{[ 3, 6, 7]}

PCC Exol як постачальник рішень для розробки біопестицидів та біостимуляторів

Виробник поверхнево-активних речовин PCC Exol вже багато років підтримує сільськогосподарську галузь своєю продукцією та технічними консультаціями. Ми також постійно шукаємо оптимальні рішення для описаних вище рецептур біопестицидів та біостимуляторів, тому можемо рекомендувати кілька наших продуктів для цих категорій.

Для рецептур SL ми пропонуємо широкий вибір змочувальних агентів, підсилювачів формування та утримання спрею, а також пенетрантів для кутикули листя, що збільшують поглинання . Всі ці продукти легко біорозкладні та нешкідливі для навколишнього середовища. Як змочувальні агенти ми особливо рекомендуємо продукти, розроблені спеціально для цієї мети, такі як EXOwet D15 , EXOwet L5, EXOwet T7 та EXOwet OS . Багато продуктів групи ROKAnol також мають хороші змочувальні властивості, зокрема NL8P4 , L5P5 , серії DB, GA та ID. Як агенти, що покращують формування та утримання розпилення, ми рекомендуємо серію ROKAmer , включаючи ROKAmer G4300 та G3800 , і зокрема ROKAmer 6500 або його водну та зручнішу версію ROKAmer 6500W . Як пенетранти для кутикули листя ми рекомендуємо продукти на основі ненасичених жирних кислот або жирних спиртів із середнім HLB : ROKAcet O7 або ROKAnol O10 ^[10] .

У органорозчинних рецептурах необхідно забезпечити належну стабільність суспензії та емульгування олійної фази після додавання до води, тому добре працюють поверхнево-активні речовини, що поєднують обидві ці функції. Крім того, ці поверхнево-активні речовини не повинні шкодити мікроорганізмам, тому для цієї рецептури ми рекомендуємо наступне: ROKAcets із серії R та груп продуктів ROKwin та ROKwinol , які також позитивно впливають на властивості спрею та підвищують ефективність розпилення ^[10] .

У рецептурі CS необхідно забезпечити адекватне емульгування олійної фази під час міжфазної або in situ полімеризації, що вимагає точного підбору емульгаторів та захисних колоїдів, інакше міцели злипнуться, а капсули матимуть невідповідний розмір. Крім того, багато розчинників та емульгаторів, що використовуються для інкапсуляції звичайних речовин, знищують мікроорганізми, тому найчастіше використовуються рослинні олії та відповідно підібрані емульгатори. Після процесу інкапсуляції слід додавати відповідні змочувальні агенти та диспергатори води. Як змочувальні агенти можна використовувати ті ж ROKAnols або ROKAmers, що використовуються в SL рецептурах. ROKAmers додатково стабілізують суспензію, діючи як кодиспергатори. Як диспергатори ми рекомендуємо EXOfos PT K25 або PT K60, SULFOROKAnol TSP95, EXOdis PC40 , Rodys OP та Rodys KP ^[10].

PCC Exol також надає технічні консультації щодо вирішення різних проблем, пов’язаних з рецептурою, та розробляє нові продукти або їх варіанти на запит клієнтів. Радимо вам відвідати наш каталог продукції та зв’язатися з нами.