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Ines Ochrombel 博士 赢创Creavis农业解决方案创新业务负责人 | Stefan Gilch 博士 赢创Creavis农业解决方案项目经理 |
日益增长的粮食需求、逐渐减少的耕地、不断变化的监管，都要求我们加强农业系统建设及改善环境管理。因此，开发制剂不仅要有效促进植物生长和减少疾病，而且要使产品具有更长的保质期，以及更加环保，这一点很重要。革兰氏阴性菌对农业制剂来说，是个特殊的挑战，我们需要创新的解决方案，以提高稳定性及田间功效。革兰氏阴性菌与革兰氏阳性菌和真菌不同，革兰氏阴性菌不能形成持久孢子，它只有一层薄薄的胞壁包层来稳定细胞膜，这会影响其在液体制剂中的生存。
数十年来，赢创产品一直用于农业制剂，并在常规农业应用中用作桶混助剂。如今，赢创开发出革兰氏阴性菌生物基制剂创新工艺。新的开发成果表明，赢创的生物相容添加剂具有很高的价值，可用于物理性质稳定的固体和液体制剂，适合于多种微生物。赢创新工艺使用封装技术，保护细菌免受环境压力的影响，并提供活性成分的控释，以此提高产品稳定性，增强功效，减少对额外碳源的需求。赢创新成分使用的是OMRI（有机物质检查委员会）认证助剂。
农业生产使用有益细菌，对提高作物生产力及可持续性具有很大潜力。开发有效、可持续制剂，是这项工艺的成功所在，这需要开展多学科协作，将微生物学、配方科学和可持续化学相结合，开发出有效、稳定、环保的产品。
赢创生产工艺助力革兰氏阴性菌制剂成功
赢创生产工艺分为两步。第一步，将革兰氏阴性菌液体培养物转化为生物粉末；第二步，生物粉末悬浮于液体载体溶液。制造生物粉末，需对细菌细胞培养物进行喷雾干燥，将其置于二氧化硅载体产品，即，赢创SIPERNAT® 50产品。在喷雾干燥过程中，将糖涂于细菌/二氧化硅颗粒周围（图1A）。在第二步中，生物粉末被分散到液体产品，即BREAK-THRU® SP 133 （图1B），该产品是一种特殊的生物基载体液体，它在储存过程中起着保护微生物的作用。BREAK-THRU® SP 133 可阻止制剂中的水与细胞发生相互作用。因此，它可使革兰氏阴性菌在储存过程中休眠，并防止污染微生物生长。在储存过程中，载体液体可以保持微生物活力。此外，BREAK-THRU® SP 133 在喷施中一直发挥效力。一旦种植者将液体成分与水混合，细菌和二氧化硅颗粒中的糖就会溶解，并将细菌释放到溶液中。溶液中的糖，即成为微生物生长的营养来源。SIPERNAT® 50 和 BREAK-THRU® SP 133 ，都会溶解到喷雾溶液中。BREAK-THRU® SP 133 是个有益助剂，它增强微生物到叶片表面的输送。这种助剂可降低表面张力，使喷雾液滴附着于植物表面，散发至植物表面，促进渗透，使药液进入植物体内（图1C）。
图 1：微塑料游离载体颗粒 SIPERNAT® 50 及糖层，可保护革兰氏阴性菌免受环境影响 （A）。SIPERNAT® 50 和 BREAK-THRU® SP 133 载液并用（B），实现微生物储存高度稳定。 BREAK-THRU® SP 133 在叶面施用中的附着特性、抗飘移特性，使药剂在叶片上均匀铺展、渗透，从而实现革兰氏阴性菌的田间功效 （C）。
SIPERNAT® 50
赢创SIPERNAT® 50已通过OMRI认证（在美国允许用于有机农业），且不含微塑料。这是一种沉淀二氧化硅，可与植物中发现的无定形二氧化硅相媲美，并且是天然的。在各种应用中，它被用作性能添加剂，例如载体（微生物和添加剂吸收性基质）、自由流动剂以及粉末中的抗结块剂。赢创SIPERNAT® 50会进入自然地质循环，与植物衍生二氧化硅相同。在这项新工艺中，赢创开发出SIPERNAT® 50，作为干燥工艺基质，以产生自由流动、且易于处理的生物粉末（图2）。
图 2：SIPERNAT® 50 是一种无定形二氧化硅，在干燥过程作为基质，与革兰氏阴性菌并用，以产生自由流动、且易于处理的生物粉末。SIPERNAT® 50的高吸收能力和多孔结构，使其适用于这类应用，因为它可以吸收水分，防止结块，改善粉末的处理和储存性能。
BREAK-THRU® SP 133
BREAK-THRU® SP 133 已获得 OMRI 认证（在美国允许用于有机农业）。它由植物衍生原料制成（图3），易于生物降解（OECD 301 F），毒理学良性。BREAKTHRU® SP 133 是一种基于疏水性聚甘油酯的助剂，可在水中乳化，也可溶于多种溶剂。BREAKTHRU® SP 133 适用于有机作物生产，作为桶混助剂，它可以提高生物制品（杀菌剂、杀虫剂、除草剂、干燥剂、生物刺激素）的功效。这种助剂是无水的，对少量的水具有调节、适应作用。至此，作为载液使用时，BREAK THRU® SP 133可阻止革兰氏阴性菌、污染微生物的生长，并使细菌保持休眠状态。一旦制剂水中稀释后，BREAKTHRU® SP 133 对水不再进行调节、适应，微生物即开始生长。BREAK-THRU® SP 133 水中稀释后起的作用是助剂的作用，可改善细菌悬浮液喷施效果。
图 3：BREAK-THRU® SP 133 是一种疏水性聚甘油酯助剂。
赢创新型革兰氏阴性菌液体制剂测试
赢创已对其革兰氏阴性根瘤菌种新型液体制剂进行了测试。根瘤菌物种与豆类根际和其他植物物种成内共生固氮关系，农业生产中被用于增加植物氮，有助于减少肥料使用及提高生产力。我们已在糖层固体载体SIPERNAT® 50上制作了了这类革兰氏阴性菌成分，然后在载体液体BREAK-THRU® SP 133中进行颗粒悬浮处理。
赢创革兰氏阴性菌水分散乳剂配方指南如表1所示，该配方不仅包含活性成分、载体液体 BREAK-THRU® SP 133，还包含亲水分散剂 BREAK-THRU® DA 647，该分散剂可溶于水分散乳剂中，以后可溶于药罐中。另外，增加使用AEROSIL® R 202，一种聚二甲基硅氧烷后处理气相二氧化硅，可大大提高油、水触变效应。
表1：赢创革兰氏阴性菌水分散乳剂配方指南。
此后，我们测试了环境温度中储存的微生物活力和物理稳定性。结果表明，细胞活力 540天保持较高水平（见图 4），并且成分的物理性质保持稳定。同时，赢创新型液体成分可用于其他革兰氏阴性菌液体制剂。
图 4：纵轴显示的是革兰氏阴性菌、耐金属根瘤菌的菌落形成单位 （CFU） 测定；横轴显示的是以天为单位的时间。结果表明，使用 SIPERNAT® 50 和 BREAK-THRU® SP 133 时，微生物活力依然较高，这是测试期间室温储存条件下测得的状况。
结论：
赢创农业应用革兰氏阴性菌稳定创新工艺，是生物肥料和生物农药研究领域的重大进步。这项新的两步工艺，创制了二氧化硅与SIPERNAT® 50的封装技术，使用BREAK-THRU® SP 133助剂，解决了细菌离开其自然环境后的活力问题。
赢创合成工艺的关键组成部分和优势：
1. SIPERNAT® 50封装：基于二氧化硅的载体，有助于为革兰氏阴性菌创造一个保护环境，使既保持休眠，又维持活力，直到需要使用时；封装过程确保细菌物理性质稳定，免受环境压力影响，因为环境压力可能会降低其效力。
2. BREAK-THRU® SP 133：助剂对于维持低湿度环境至关重要，对储存中细菌的生命力至关重要；它不需要刻意加水，这会导致导致低水分活性；该助剂还具有输送增强剂的作用，在应用过程中改善植物表面覆盖率，以及细菌在植物表面的附着力。
3. 糖碳源：加糖有两个作用：1）糖玻璃层，在储存过程中保护微生物；2）在应用过程中，制剂加水后，糖即成为食物来源。
4. OMRI 认证：SIPERNAT® 50 和 BREAK-THRU® SP 133 均获得有机材料检查委员会 （OMRI） 认证，表明它们适用于有机农业。对于希望耕种有机作物的农民来说，该认证很重要。
5. 可持续性及生物降解性：该成分设计为环保成分。SIPERNAT® 50不含微塑料，可与天然二氧化硅相媲美，而BREAK-THRU® SP 133也不含微塑料，由生物基构建块制成，无毒理学标签，符合OECD 301F标准，易于生物降解。
6. 便利性和兼容性：液体制剂易于处理，在环境温度下稳定，便于农民储存和使用；它可以轻易与水混合，无需额外的乳化剂，可使用标准农业喷雾器进行喷施；产品质量可以得到保证，因为污染难以产生（即使打开包装后）。
7. 配方可定制：该工艺允许创建综合解决方案，将革兰氏阴性菌与其他化学品相结合，灵活应用，满足特殊农业生产需求。
总而言之，赢创新工艺代表了有益革兰氏阴性菌在农业应用中的重大进展。赢创产品增强物理稳定性、微生物活力及田间应用效果。对于革兰氏阴性菌微生物制剂来说，这是一大进步，它使种植者能够更有效地利用含有这种细菌的产品，促进植物健康，改善土壤质量，减少对化肥和农药的依赖。
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