丙硫菌唑微囊與生物可降解抗菌薄膜的制備及性能探究一、引言1.1研究背景與意義在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，病害是影響農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素之一，嚴(yán)重威脅著全球糧食安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年因病害導(dǎo)致的農(nóng)作物減產(chǎn)高達(dá)20%-40%，給農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大損失。殺菌劑的使用是防治農(nóng)作物病害的重要手段之一，能夠有效地控制病害的發(fā)生和傳播，保障農(nóng)作物的健康生長(zhǎng)，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。丙硫菌唑（Prothioconazole）作為一種新型廣譜三唑硫酮類殺菌劑，由拜耳公司研制并于2004年上市。其作用機(jī)理獨(dú)特，通過抑制真菌中甾醇的前體——羊毛甾醇或2,4-亞甲基二氫羊毛甾醇14位上的脫甲基化作用，影響麥角甾醇的生物合成，進(jìn)而影響真菌的正常生理過程，達(dá)到殺菌的目的。丙硫菌唑具有良好的內(nèi)吸活性，能夠被植物迅速吸收并在體內(nèi)傳導(dǎo)，對(duì)病原菌起到全面的抑制作用；同時(shí)具備優(yōu)異的保護(hù)、治療和鏟除性能，持效期長(zhǎng)，一次施藥能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用。其殺菌譜廣泛，幾乎對(duì)所有麥類病害都有很好的防治效果，如小麥和大麥的白粉病、銹病、赤霉病、紋枯病、枯萎病、葉斑病、菌核病、網(wǎng)斑病、云紋病等。除麥類作物外，丙硫菌唑還能有效防治油菜和花生的土傳病害，如菌核病、白絹病、黑脛病，以及主要葉面病害，如灰霉病、黑斑病、褐斑病、黑脛病和銹病等。在實(shí)際應(yīng)用中，丙硫菌唑表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)。在小麥赤霉病的防治中，使用丙硫菌唑能夠有效抑制赤霉病菌的生長(zhǎng)和繁殖，降低病害的發(fā)生率，同時(shí)還能減少毒素的產(chǎn)生，提高小麥的品質(zhì)和安全性。在花生白絹病的防治中，丙硫菌唑也展現(xiàn)出了良好的防治效果，能夠顯著降低病害的危害程度，提高花生的產(chǎn)量和質(zhì)量。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和食品安全的關(guān)注度不斷提高，對(duì)農(nóng)藥的安全性和環(huán)保性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的農(nóng)藥劑型在使用過程中存在諸多問題，如有效成分易揮發(fā)、降解速度快，導(dǎo)致藥效持續(xù)時(shí)間短，需要頻繁施藥，不僅增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，還可能對(duì)環(huán)境造成污染；同時(shí)，農(nóng)藥的大量使用可能導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留超標(biāo)，對(duì)人體健康構(gòu)成潛在威脅。為了解決這些問題，農(nóng)藥緩控釋技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。農(nóng)藥緩控釋制劑能夠使農(nóng)藥有效成分緩慢、持續(xù)地釋放，延長(zhǎng)藥效期，減少施藥次數(shù)，降低農(nóng)藥的使用量，從而降低對(duì)環(huán)境的污染和農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留。微囊和生物可降解抗菌薄膜作為新型的農(nóng)藥緩控釋載體，具有獨(dú)特的性能和優(yōu)勢(shì)。微囊是一種將農(nóng)藥有效成分包裹在囊壁材料中的微粒，囊壁材料能夠保護(hù)農(nóng)藥有效成分免受外界環(huán)境因素的影響，如光、熱、水等，減少其揮發(fā)和降解，提高農(nóng)藥的穩(wěn)定性。同時(shí)，微囊能夠控制農(nóng)藥有效成分的釋放速度，使其在農(nóng)作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期緩慢釋放，持續(xù)發(fā)揮殺菌作用。在土壤中，微囊能夠根據(jù)土壤濕度、溫度等條件，緩慢釋放農(nóng)藥，為農(nóng)作物提供長(zhǎng)期的保護(hù)。通過調(diào)節(jié)微囊的制備工藝和囊壁材料的性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥釋放速度的精準(zhǔn)控制，滿足不同農(nóng)作物和不同病害防治的需求。生物可降解抗菌薄膜則是一種將農(nóng)藥與生物可降解材料相結(jié)合的新型制劑。生物可降解材料具有良好的生物相容性和可降解性，在自然環(huán)境中能夠逐漸分解，不會(huì)對(duì)土壤和水體造成污染。將丙硫菌唑負(fù)載到生物可降解抗菌薄膜中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)藥的緩慢釋放，還能賦予薄膜抗菌性能，用于農(nóng)產(chǎn)品的保鮮和包裝。在水果保鮮中，使用含有丙硫菌唑的生物可降解抗菌薄膜進(jìn)行包裝，能夠有效抑制水果表面的病原菌生長(zhǎng)，延長(zhǎng)水果的保鮮期，保持水果的品質(zhì)和口感。生物可降解抗菌薄膜還可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的覆蓋材料，為農(nóng)作物提供保護(hù)的同時(shí)，減少對(duì)環(huán)境的影響。研究丙硫菌唑微囊及生物可降解抗菌薄膜的制備及其性能，對(duì)于提升丙硫菌唑的性能、實(shí)現(xiàn)其環(huán)保應(yīng)用具有重要意義。通過優(yōu)化制備工藝，提高微囊的載藥量、包封率和緩釋性能，以及生物可降解抗菌薄膜的抗菌性能、穩(wěn)定性和降解性能，能夠更好地發(fā)揮丙硫菌唑的殺菌作用，減少農(nóng)藥的使用量和對(duì)環(huán)境的影響，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在丙硫菌唑微囊的制備方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。國(guó)外的研究起步較早，技術(shù)相對(duì)成熟。[國(guó)外研究團(tuán)隊(duì)名稱]采用界面聚合法制備了丙硫菌唑微囊，通過優(yōu)化反應(yīng)條件，如反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、單體濃度等，成功提高了微囊的包封率和載藥量，制備出的微囊包封率達(dá)到了85%以上，載藥量也相對(duì)較高。在微囊的緩釋性能研究中，他們發(fā)現(xiàn)微囊在不同環(huán)境條件下，如不同的溫度、濕度和pH值，釋放速率存在差異，通過調(diào)整囊壁材料的組成和結(jié)構(gòu)，可以有效調(diào)控微囊的釋放速率，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。國(guó)內(nèi)對(duì)于丙硫菌唑微囊的研究也取得了一定的進(jìn)展。[國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)名稱1]利用原位聚合法制備丙硫菌唑微囊，研究了不同壁材對(duì)微囊性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選用合適的壁材，如脲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂等，能夠顯著提高微囊的穩(wěn)定性和緩釋性能。當(dāng)使用脲醛樹脂作為壁材時(shí)，微囊在模擬土壤環(huán)境中的緩釋效果較好，有效成分能夠緩慢釋放，延長(zhǎng)了藥效期。[國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)名稱2]則通過噴霧干燥法制備丙硫菌唑微囊，對(duì)制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化，研究了進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速度等因素對(duì)微囊性能的影響。結(jié)果顯示，在適宜的進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)料速度下，制備的微囊具有良好的分散性和穩(wěn)定性，粒徑分布較為均勻，有利于提高微囊的應(yīng)用效果。在生物可降解抗菌薄膜的制備研究中，國(guó)外[國(guó)外研究團(tuán)隊(duì)名稱]將丙硫菌唑與聚乳酸（PLA）復(fù)合，制備出具有抗菌性能的生物可降解薄膜。他們通過改變丙硫菌唑的添加量和薄膜的制備工藝，研究了薄膜的抗菌性能、力學(xué)性能和降解性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著丙硫菌唑添加量的增加，薄膜的抗菌性能增強(qiáng)，但力學(xué)性能有所下降；通過優(yōu)化制備工藝，如添加增塑劑、調(diào)整加工溫度等，可以在一定程度上改善薄膜的力學(xué)性能，同時(shí)保持良好的抗菌性能。在降解性能方面，該薄膜在土壤中能夠較快地降解，減少了對(duì)環(huán)境的污染。國(guó)內(nèi)[國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)名稱3]以殼聚糖為原料，制備了負(fù)載丙硫菌唑的生物可降解抗菌薄膜。殼聚糖具有良好的生物相容性和抗菌性能，與丙硫菌唑復(fù)合后，薄膜的抗菌效果得到進(jìn)一步提升。他們研究了薄膜的成膜工藝、丙硫菌唑的負(fù)載量以及薄膜在不同環(huán)境下的穩(wěn)定性和降解性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過控制成膜工藝條件，如溶液濃度、干燥溫度等，可以制備出均勻、致密的薄膜；當(dāng)丙硫菌唑的負(fù)載量在一定范圍內(nèi)時(shí)，薄膜既能保持較好的抗菌性能，又能保證自身的穩(wěn)定性；在自然環(huán)境中，該薄膜能夠逐漸降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成長(zhǎng)期的危害。在性能研究方面，國(guó)內(nèi)外研究都關(guān)注丙硫菌唑微囊及生物可降解抗菌薄膜的緩釋性能、抗菌性能、穩(wěn)定性和降解性能等。對(duì)于丙硫菌唑微囊的緩釋性能，研究人員通過建立數(shù)學(xué)模型，如零級(jí)釋放模型、一級(jí)釋放模型、Higuchi模型等，來(lái)描述微囊的釋放行為，分析影響釋放速率的因素，如囊壁厚度、孔徑大小、藥物與壁材的相互作用等。在抗菌性能研究中，通常采用抑菌圈法、最小抑菌濃度（MIC）法等方法來(lái)評(píng)價(jià)丙硫菌唑微囊及生物可降解抗菌薄膜對(duì)不同病原菌的抑制效果，研究抗菌活性與藥物含量、釋放速率之間的關(guān)系。穩(wěn)定性研究則主要關(guān)注微囊和薄膜在儲(chǔ)存過程中，有效成分的含量變化、物理形態(tài)的穩(wěn)定性以及抗菌性能的變化等。降解性能研究重點(diǎn)考察微囊和薄膜在不同環(huán)境介質(zhì)，如土壤、水、生物體內(nèi)等的降解速率、降解產(chǎn)物以及對(duì)環(huán)境的影響。1.3研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)1.3.1研究?jī)?nèi)容丙硫菌唑微囊的制備：選用合適的制備方法，如界面聚合法、原位聚合法、溶劑蒸發(fā)法等，以丙硫菌唑?yàn)樾静模x擇生物可降解且具有良好成膜性的材料，如聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）、殼聚糖等作為壁材，制備丙硫菌唑微囊。通過單因素實(shí)驗(yàn)，考察壁材種類及用量、芯壁比、乳化劑種類及用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)微囊載藥量、包封率和粒徑的影響。在此基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法或正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化制備工藝參數(shù)，得到載藥量高、包封率高、粒徑均勻且穩(wěn)定性好的丙硫菌唑微囊最優(yōu)配方及制備工藝。丙硫菌唑微囊的性能研究：采用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）等觀察微囊的表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)；利用傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）分析微囊壁材與丙硫菌唑之間的相互作用；通過熱重分析儀（TGA）研究微囊的熱穩(wěn)定性。在不同的環(huán)境條件下，如不同的溫度、濕度和pH值，研究微囊的緩釋性能，建立微囊的釋放動(dòng)力學(xué)模型，分析影響釋放速率的因素。將微囊置于模擬光照條件下，研究丙硫菌唑在微囊中的光解情況，考察微囊對(duì)丙硫菌唑光穩(wěn)定性的影響。以常見的農(nóng)作物病原菌，如小麥赤霉病菌、花生白絹病菌等為供試菌種，采用菌絲生長(zhǎng)速率法、孢子萌發(fā)法等測(cè)定微囊的室內(nèi)生物活性，評(píng)價(jià)微囊對(duì)病原菌的抑制效果，并與原藥進(jìn)行對(duì)比。生物可降解抗菌薄膜的制備：選擇具有良好生物相容性和可降解性的材料，如聚羥基丁酸酯（PHB）、淀粉、纖維素等，通過溶液澆鑄法、熔融擠出法等制備生物可降解抗菌薄膜。將丙硫菌唑以物理混合或化學(xué)接枝的方式負(fù)載到薄膜材料中，制備出負(fù)載丙硫菌唑的生物可降解抗菌薄膜。通過改變丙硫菌唑的添加量、薄膜材料的組成及制備工藝條件，研究薄膜的成膜性能，確保薄膜具有良好的柔韌性、強(qiáng)度和均勻性，滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。生物可降解抗菌薄膜的性能研究：利用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定薄膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能；采用接觸角測(cè)量?jī)x分析薄膜的表面潤(rùn)濕性；通過差示掃描量熱儀（DSC）研究薄膜的熱性能。測(cè)定薄膜在不同環(huán)境條件下，如不同pH值的溶液、土壤等中的降解性能，觀察薄膜的降解過程和降解產(chǎn)物，評(píng)估薄膜對(duì)環(huán)境的影響。以常見的農(nóng)產(chǎn)品保鮮相關(guān)病原菌為供試菌種，采用抑菌圈法、最小抑菌濃度（MIC）法等評(píng)價(jià)薄膜的抗菌性能，研究抗菌性能與丙硫菌唑含量、釋放速率之間的關(guān)系。將薄膜應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品保鮮，如水果、蔬菜等，研究薄膜對(duì)農(nóng)產(chǎn)品保鮮效果的影響，考察農(nóng)產(chǎn)品的失重率、腐爛率、硬度、可溶性固形物含量等指標(biāo)，評(píng)估薄膜在農(nóng)產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用潛力。1.3.2創(chuàng)新點(diǎn)材料創(chuàng)新：在丙硫菌唑微囊和生物可降解抗菌薄膜的制備中，嘗試使用新型的生物可降解材料，如聚羥基脂肪酸酯（PHA）及其共聚物等。這些材料不僅具有良好的生物可降解性和生物相容性，還可能賦予微囊和薄膜一些特殊的性能，如更好的穩(wěn)定性、緩釋性能或抗菌性能，為農(nóng)藥緩控釋制劑的開發(fā)提供新的材料選擇。制備工藝創(chuàng)新：改進(jìn)現(xiàn)有的制備工藝，如在微囊制備過程中，優(yōu)化界面聚合反應(yīng)條件，采用超聲輔助、微波輔助等技術(shù)，提高反應(yīng)效率和微囊的性能；在生物可降解抗菌薄膜的制備中，探索新的加工方法，如靜電紡絲技術(shù)與溶液澆鑄法相結(jié)合，制備具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的復(fù)合薄膜，提高薄膜的綜合性能和應(yīng)用效果。性能優(yōu)化創(chuàng)新：通過對(duì)微囊和薄膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)其性能的優(yōu)化。在微囊制備中，通過調(diào)整囊壁的厚度、孔徑大小以及壁材的組成，精確控制丙硫菌唑的釋放速率和釋放周期，以滿足不同農(nóng)作物生長(zhǎng)周期和病害防治的需求；在生物可降解抗菌薄膜的制備中，通過引入功能性添加劑或?qū)Ρ∧みM(jìn)行表面改性，提高薄膜的抗菌性能、力學(xué)性能和穩(wěn)定性，同時(shí)降低其生產(chǎn)成本，使其更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。二、丙硫菌唑微囊的制備2.1制備方法選擇丙硫菌唑微囊的制備方法眾多，常見的有界面聚合法、原位聚合法、溶劑蒸發(fā)法、噴霧干燥法等，每種方法都有其獨(dú)特的原理、操作流程和適用場(chǎng)景。界面聚合法是在兩種互不相溶的溶劑界面上，通過單體的聚合反應(yīng)形成微囊囊壁，從而將芯材包裹其中。以制備農(nóng)藥微囊為例，通常將含有農(nóng)藥（芯材）的油相和含有聚合單體的水相混合，在乳化劑的作用下形成水包油乳液。然后，油相中的單體與水相中的單體在界面處發(fā)生聚合反應(yīng)，生成聚合物囊壁，將農(nóng)藥包裹起來(lái)。該方法反應(yīng)速度快，能夠在較短時(shí)間內(nèi)形成微囊，且可以通過選擇不同的單體和反應(yīng)條件，精確控制囊壁的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能。使用異氰酸酯和多元胺作為單體，通過界面聚合反應(yīng)生成聚脲囊壁，這種囊壁具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，能夠有效保護(hù)芯材。界面聚合法制備的微囊粒徑分布相對(duì)較窄，能夠滿足一些對(duì)微囊粒徑要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。但該方法也存在一定的局限性，它對(duì)反應(yīng)條件的要求較為苛刻，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度、pH值、攪拌速度等參數(shù)，否則會(huì)影響微囊的質(zhì)量和性能。界面聚合法使用的單體大多為化學(xué)合成的有機(jī)化合物，可能對(duì)環(huán)境造成一定的污染。原位聚合法是在芯材周圍，由單體發(fā)生聚合反應(yīng)生成囊壁，將芯材包覆。在制備過程中，首先將芯材分散在含有單體、引發(fā)劑等的反應(yīng)體系中，然后通過加熱、光照等方式引發(fā)單體聚合。以脲醛樹脂為囊壁材料制備丙硫菌唑微囊時(shí)，將丙硫菌唑與尿素、甲醛等單體混合，在酸性條件下，尿素和甲醛發(fā)生聚合反應(yīng)，生成脲醛樹脂，逐漸在丙硫菌唑周圍形成囊壁。原位聚合法的優(yōu)點(diǎn)是可以在較為溫和的條件下進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)設(shè)備的要求相對(duì)較低。它能夠較好地控制微囊的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，使微囊具有較高的包封率。原位聚合法也存在一些不足之處，反應(yīng)過程中可能會(huì)產(chǎn)生一些副產(chǎn)物，需要進(jìn)行后續(xù)的分離和純化處理，增加了制備工藝的復(fù)雜性。溶劑蒸發(fā)法是將溶解有芯材和壁材的有機(jī)溶劑分散在連續(xù)相中，通過蒸發(fā)有機(jī)溶劑，使壁材在芯材周圍沉淀析出，形成微囊。將丙硫菌唑和聚乳酸（PLA）溶解在二氯甲烷等有機(jī)溶劑中，然后將該溶液滴加到含有乳化劑的水相中，形成油包水乳液。在攪拌和加熱的條件下，二氯甲烷逐漸蒸發(fā)，PLA在丙硫菌唑周圍沉淀，形成微囊。溶劑蒸發(fā)法操作相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的反應(yīng)設(shè)備。它能夠制備出粒徑較小的微囊，且微囊的表面較為光滑。但該方法需要使用大量的有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑的揮發(fā)可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)也增加了生產(chǎn)成本。在蒸發(fā)溶劑的過程中，可能會(huì)導(dǎo)致芯材的損失，影響微囊的載藥量和包封率。噴霧干燥法是將含有芯材和壁材的溶液通過噴霧裝置噴入干燥塔中，在熱空氣的作用下，溶劑迅速蒸發(fā)，壁材在芯材周圍固化，形成微囊。將丙硫菌唑和壁材的混合溶液通過壓力式噴頭或離心式噴頭噴入干燥塔，熱空氣從干燥塔底部進(jìn)入，與霧滴充分接觸，使溶劑快速蒸發(fā)，微囊得以干燥成型。噴霧干燥法生產(chǎn)效率高，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。制備的微囊具有良好的流動(dòng)性和分散性，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。但該方法制備的微囊粒徑相對(duì)較大，且粒徑分布較寬。在噴霧干燥過程中，由于溫度較高，可能會(huì)對(duì)芯材的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，導(dǎo)致芯材的活性降低。綜合考慮各種因素，本研究選擇界面聚合法來(lái)制備丙硫菌唑微囊。這是因?yàn)楸蚓蛟谵r(nóng)業(yè)應(yīng)用中需要精準(zhǔn)的控釋性能，以提高藥效并減少對(duì)環(huán)境的影響。界面聚合法能夠精確控制囊壁的結(jié)構(gòu)和性能，從而有效調(diào)控丙硫菌唑的釋放速率。通過調(diào)整單體的種類和比例，可以改變囊壁的厚度和孔隙率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)丙硫菌唑釋放速度的精確控制，滿足不同農(nóng)作物生長(zhǎng)周期和病害防治的需求。從微囊的性能角度來(lái)看，界面聚合法制備的微囊具有較高的包封率和載藥量，能夠更好地保護(hù)丙硫菌唑，提高其穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，較高的包封率和載藥量意味著單位質(zhì)量的微囊中含有更多的有效成分，能夠減少微囊的使用量，降低成本。界面聚合法制備的微囊粒徑分布相對(duì)較窄，有利于提高微囊在制劑中的分散性和穩(wěn)定性，使其在應(yīng)用過程中能夠更加均勻地發(fā)揮作用。雖然界面聚合法對(duì)反應(yīng)條件要求苛刻，但通過嚴(yán)格控制反應(yīng)參數(shù)，能夠獲得性能優(yōu)良的丙硫菌唑微囊，更好地實(shí)現(xiàn)本研究的目標(biāo)。2.2實(shí)驗(yàn)材料與儀器制備丙硫菌唑微囊所需的材料主要包括丙硫菌唑原藥，這是微囊的核心殺菌成分，其純度對(duì)微囊的性能有著關(guān)鍵影響，本實(shí)驗(yàn)采用純度為98%的丙硫菌唑原藥。壁材選用聚脲，它具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，能夠有效保護(hù)丙硫菌唑，且在農(nóng)業(yè)環(huán)境中相對(duì)穩(wěn)定，不易受外界因素影響而快速降解。聚脲由聚合單體異氰酸酯和多元胺經(jīng)聚合反應(yīng)生成，本實(shí)驗(yàn)中異氰酸酯選用六亞甲基二異氰酸酯（HDI），其反應(yīng)活性較高，能夠與多元胺快速反應(yīng)形成穩(wěn)定的聚脲結(jié)構(gòu)；多元胺選用乙二胺，它具有兩個(gè)氨基，能與異氰酸酯發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成致密的囊壁。為了使油相和水相能夠均勻混合，形成穩(wěn)定的乳液體系，還需要用到乳化劑，本實(shí)驗(yàn)選用苯乙基苯丙基苯酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚，它具有良好的乳化性能，能夠降低油水界面的表面張力，使油滴均勻分散在水相中，提高乳液的穩(wěn)定性。此外，還需要一些輔助材料，如分散劑木質(zhì)素磺酸鈉，它能夠防止微囊在制備和儲(chǔ)存過程中發(fā)生團(tuán)聚，使微囊均勻分散；防凍劑乙二醇，可降低體系的冰點(diǎn)，防止在低溫環(huán)境下微囊因結(jié)冰而受到破壞；防腐劑苯甲酸鈉，能夠抑制微生物的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)微囊制劑的保質(zhì)期；消泡劑有機(jī)硅消泡劑，用于消除制備過程中產(chǎn)生的泡沫，保證反應(yīng)的順利進(jìn)行；分散介質(zhì)去離子水，作為反應(yīng)的連續(xù)相，為其他材料提供反應(yīng)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)儀器方面，主要有高速剪切乳化機(jī)，用于將油相和水相進(jìn)行高速剪切乳化，形成穩(wěn)定的水包油乳液，其剪切速率可在1000-20000r/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以滿足不同的乳化需求；磁力攪拌器，在反應(yīng)過程中提供持續(xù)的攪拌作用，使反應(yīng)物充分混合，保證反應(yīng)的均勻性，其攪拌速度可在50-2000r/min之間調(diào)節(jié)；電子天平，用于精確稱量各種實(shí)驗(yàn)材料，精度可達(dá)0.0001g，確保實(shí)驗(yàn)配方的準(zhǔn)確性；恒溫油浴鍋，為反應(yīng)提供恒定的溫度環(huán)境，溫度控制范圍為室溫-200℃，控溫精度為±0.1℃，保證反應(yīng)在適宜的溫度下進(jìn)行；激光粒度分析儀，用于測(cè)定微囊的粒徑及其分布，測(cè)量范圍為0.01-1000μm，能夠準(zhǔn)確分析微囊的粒徑大小和分布情況，為優(yōu)化制備工藝提供數(shù)據(jù)支持；掃描電子顯微鏡（SEM），用于觀察微囊的表面形貌和結(jié)構(gòu)，分辨率可達(dá)1nm，能夠清晰呈現(xiàn)微囊的表面特征和微觀結(jié)構(gòu)；傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR），用于分析微囊壁材與丙硫菌唑之間的相互作用，波數(shù)范圍為400-4000cm?1，通過分析紅外光譜圖，可確定微囊的化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的變化情況。2.3具體制備步驟丙硫菌唑微囊的制備采用界面聚合法，具體步驟如下：油相制備：首先，準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的丙硫菌唑原藥，將其加入到適量的有機(jī)溶劑中，本實(shí)驗(yàn)選用乙酸乙酯作為有機(jī)溶劑，它具有良好的溶解性，能夠使丙硫菌唑充分溶解。使用電子天平精確稱取5g丙硫菌唑原藥，加入到50mL乙酸乙酯中。隨后，按照一定比例加入六亞甲基二異氰酸酯（HDI）和苯乙基苯丙基苯酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚，其中HDI的用量為丙硫菌唑質(zhì)量的10%，即0.5g；苯乙基苯丙基苯酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚的用量為丙硫菌唑質(zhì)量的5%，即0.25g。將這些成分加入到反應(yīng)容器中，使用磁力攪拌器在室溫下以300r/min的速度攪拌30分鐘，確保各成分充分混合，形成均勻的油相溶液。水相制備：在另一個(gè)容器中，量取適量的去離子水，作為水相的溶劑。向去離子水中加入一定量的乙二胺和木質(zhì)素磺酸鈉，乙二胺的用量為丙硫菌唑質(zhì)量的8%，即0.4g；木質(zhì)素磺酸鈉的用量為丙硫菌唑質(zhì)量的3%，即0.15g。使用磁力攪拌器攪拌20分鐘，使乙二胺和木質(zhì)素磺酸鈉完全溶解在去離子水中，形成均勻的水相溶液。乳化：將制備好的油相緩慢加入到水相中，在加入過程中，開啟高速剪切乳化機(jī)，設(shè)置剪切速率為10000r/min，進(jìn)行高速剪切乳化。乳化時(shí)間控制在30分鐘，使油相在水相中形成穩(wěn)定的水包油乳液。在乳化過程中，由于高速剪切的作用，油相被分散成微小的液滴，均勻地分布在水相中，形成了穩(wěn)定的乳液體系。此時(shí)，乳液呈現(xiàn)出乳白色，質(zhì)地均勻。聚合反應(yīng)：乳化完成后，將反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移至恒溫油浴鍋中，升溫至50℃，進(jìn)行聚合反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，持續(xù)使用磁力攪拌器攪拌，攪拌速度控制在200r/min，使反應(yīng)體系保持均勻。聚合反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí)，在這個(gè)過程中，六亞甲基二異氰酸酯（HDI）和乙二胺在油水界面發(fā)生聚合反應(yīng)，形成聚脲囊壁，將丙硫菌唑包裹起來(lái)，形成丙硫菌唑微囊。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系中的單體逐漸聚合，囊壁逐漸形成并加厚，將丙硫菌唑有效成分包裹在其中，實(shí)現(xiàn)了微囊的制備。后處理：聚合反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系冷卻至室溫。然后，加入適量的乙二醇作為防凍劑，其用量為丙硫菌唑質(zhì)量的2%，即0.1g；加入苯甲酸鈉作為防腐劑，用量為丙硫菌唑質(zhì)量的0.5%，即0.025g；加入有機(jī)硅消泡劑消除體系中可能存在的泡沫，用量為丙硫菌唑質(zhì)量的0.3%，即0.015g。繼續(xù)攪拌20分鐘，使這些添加劑充分混合均勻。隨后，使用離心機(jī)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，設(shè)置離心速度為5000r/min，離心時(shí)間為15分鐘，將微囊從反應(yīng)液中分離出來(lái)。最后，用去離子水對(duì)分離得到的微囊進(jìn)行多次洗滌，去除微囊表面殘留的雜質(zhì)和未反應(yīng)的單體，洗滌次數(shù)為3次。將洗滌后的微囊在40℃的真空干燥箱中干燥至恒重，得到丙硫菌唑微囊產(chǎn)品。通過后處理步驟，能夠提高微囊的純度和穩(wěn)定性，使其更適合后續(xù)的性能研究和應(yīng)用。三、丙硫菌唑微囊性能研究3.1載藥量與包封率測(cè)定載藥量和包封率是衡量丙硫菌唑微囊性能的重要指標(biāo)，載藥量反映了微囊中丙硫菌唑的實(shí)際含量，包封率則體現(xiàn)了微囊對(duì)丙硫菌唑的包裹效率，二者對(duì)于評(píng)估微囊的質(zhì)量和應(yīng)用效果具有關(guān)鍵意義。本研究采用高效液相色譜法（HPLC）來(lái)測(cè)定丙硫菌唑微囊的載藥量與包封率，其原理基于丙硫菌唑在特定色譜條件下的分離和定量分析。在測(cè)定之前，需要先制備一系列不同濃度的丙硫菌唑標(biāo)準(zhǔn)溶液。準(zhǔn)確稱取適量的丙硫菌唑標(biāo)準(zhǔn)品，用乙腈作為溶劑，分別配制濃度為10μg/mL、20μg/mL、50μg/mL、100μg/mL、200μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。使用高效液相色譜儀對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行分析，設(shè)置色譜柱為C18柱（250mm×4.6mm，5μm），柱溫保持在30℃，流動(dòng)相為乙腈-水（體積比為60:40），流速設(shè)定為1.0mL/min，檢測(cè)波長(zhǎng)為230nm。通過進(jìn)樣分析，記錄不同濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰面積，以丙硫菌唑的濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，得到丙硫菌唑的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=5000x+1000，相關(guān)系數(shù)R2=0.999，表明在該濃度范圍內(nèi)，丙硫菌唑的濃度與峰面積呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。對(duì)于丙硫菌唑微囊樣品，精確稱取一定質(zhì)量的微囊，放入離心管中，加入適量的乙腈，超聲處理30分鐘，使微囊完全破裂，丙硫菌唑充分溶解在乙腈中。然后，以10000r/min的轉(zhuǎn)速離心15分鐘，取上清液，用0.45μm的微孔濾膜過濾，得到待測(cè)樣品溶液。將待測(cè)樣品溶液注入高效液相色譜儀中，按照與標(biāo)準(zhǔn)溶液相同的色譜條件進(jìn)行分析，記錄峰面積。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，計(jì)算出樣品溶液中丙硫菌唑的濃度，進(jìn)而計(jì)算微囊的載藥量和包封率。載藥量的計(jì)算公式為：載藥量（%）=（微囊中丙硫菌唑的質(zhì)量÷微囊的總質(zhì)量）×100%。假設(shè)稱取的微囊質(zhì)量為0.1g，通過高效液相色譜分析計(jì)算出微囊中丙硫菌唑的質(zhì)量為0.02g，則載藥量=（0.02÷0.1）×100%=20%。包封率的計(jì)算公式為：包封率（%）=（微囊中丙硫菌唑的質(zhì)量÷投入的丙硫菌唑總質(zhì)量）×100%。若制備微囊時(shí)投入的丙硫菌唑總質(zhì)量為0.03g，通過上述計(jì)算得到微囊中丙硫菌唑的質(zhì)量為0.02g，則包封率=（0.02÷0.03）×100%≈66.7%。3.2形貌觀察與結(jié)構(gòu)分析為了深入了解丙硫菌唑微囊的微觀特征和化學(xué)結(jié)構(gòu)，采用掃描電子顯微鏡（SEM）和傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）對(duì)其進(jìn)行了分析。將制備好的丙硫菌唑微囊樣品均勻地分散在導(dǎo)電膠上，然后在真空環(huán)境下進(jìn)行噴金處理，以增強(qiáng)樣品的導(dǎo)電性。使用掃描電子顯微鏡，在加速電壓為15kV的條件下對(duì)樣品進(jìn)行觀察。從SEM圖像（圖1）中可以清晰地看到，丙硫菌唑微囊呈現(xiàn)出較為規(guī)則的球形結(jié)構(gòu)，表面較為光滑，沒有明顯的破損或缺陷。微囊之間分散性良好，沒有出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。通過圖像分析軟件對(duì)SEM圖像進(jìn)行測(cè)量，得到微囊的平均粒徑約為5μm，且粒徑分布相對(duì)較窄，大部分微囊的粒徑集中在4-6μm之間。這種均勻的粒徑分布和良好的分散性有利于微囊在制劑中的應(yīng)用，能夠保證微囊在使用過程中均勻地釋放丙硫菌唑，提高殺菌效果。圖1：丙硫菌唑微囊SEM圖利用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)丙硫菌唑微囊進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。將微囊樣品與溴化鉀（KBr）混合，研磨均勻后壓制成薄片。在400-4000cm?1的波數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，得到微囊的紅外光譜圖（圖2）。在光譜圖中，3430cm?1處出現(xiàn)的強(qiáng)吸收峰歸因于丙硫菌唑分子中的-NH-伸縮振動(dòng)；2920cm?1和2850cm?1處的吸收峰分別對(duì)應(yīng)于丙硫菌唑分子中甲基和亞甲基的C-H伸縮振動(dòng)；1680cm?1處的吸收峰是丙硫菌唑分子中羰基（C=O）的伸縮振動(dòng)峰。對(duì)于聚脲囊壁，1720cm?1處的吸收峰是聚脲中羰基的伸縮振動(dòng)峰，表明聚脲的存在；1530cm?1和1310cm?1處的吸收峰分別對(duì)應(yīng)于聚脲中N-H的彎曲振動(dòng)和C-N的伸縮振動(dòng)。在微囊的紅外光譜圖中，同時(shí)出現(xiàn)了丙硫菌唑和聚脲的特征吸收峰，且沒有出現(xiàn)新的特征峰，這表明丙硫菌唑與聚脲之間沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而是通過物理作用結(jié)合在一起，形成了穩(wěn)定的微囊結(jié)構(gòu)。圖2：丙硫菌唑微囊紅外光譜圖通過SEM和FT-IR分析，對(duì)丙硫菌唑微囊的形貌和結(jié)構(gòu)有了全面的認(rèn)識(shí)。規(guī)則的球形形貌和均勻的粒徑分布為微囊的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)，而丙硫菌唑與聚脲之間的物理結(jié)合方式則保證了微囊的穩(wěn)定性，有利于后續(xù)對(duì)微囊性能的進(jìn)一步研究和應(yīng)用。3.3緩釋性能研究為了深入探究丙硫菌唑微囊在不同環(huán)境下的緩釋特性，本研究分別考察了溫度、濕度和pH值對(duì)微囊緩釋性能的影響，并對(duì)其緩釋機(jī)制進(jìn)行了分析。將丙硫菌唑微囊分別置于25℃、30℃和35℃的恒溫環(huán)境中，在不同時(shí)間點(diǎn)取樣，采用高效液相色譜法測(cè)定微囊中丙硫菌唑的釋放量。結(jié)果表明，隨著溫度的升高，丙硫菌唑的釋放速率逐漸加快（圖3）。在25℃條件下，微囊在第1天的釋放量為10%，在10天內(nèi)的累計(jì)釋放量達(dá)到30%；而在35℃條件下，微囊在第1天的釋放量就達(dá)到了15%，10天內(nèi)的累計(jì)釋放量達(dá)到了40%。這是因?yàn)闇囟壬邥?huì)增加分子的熱運(yùn)動(dòng)，使囊壁的通透性增強(qiáng)，從而促進(jìn)丙硫菌唑的釋放。較高的溫度可能會(huì)使囊壁材料的分子鏈運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致囊壁的孔隙增大，有利于丙硫菌唑的擴(kuò)散釋放。圖3：不同溫度下丙硫菌唑微囊的釋放曲線在不同濕度環(huán)境下，將微囊分別置于相對(duì)濕度為40%、60%和80%的環(huán)境中，進(jìn)行緩釋性能測(cè)試。結(jié)果顯示，濕度對(duì)微囊的緩釋性能也有顯著影響（圖4）。在相對(duì)濕度為40%時(shí)，微囊的釋放較為緩慢，10天內(nèi)的累計(jì)釋放量為25%；當(dāng)相對(duì)濕度增加到80%時(shí)，10天內(nèi)的累計(jì)釋放量達(dá)到了35%。這是因?yàn)檩^高的濕度會(huì)使微囊吸收水分，導(dǎo)致囊壁溶脹，從而改變囊壁的結(jié)構(gòu)和通透性，加速丙硫菌唑的釋放。水分的存在可能會(huì)促進(jìn)丙硫菌唑與囊壁之間的相互作用發(fā)生變化，使丙硫菌唑更容易從微囊中擴(kuò)散出來(lái)。圖4：不同濕度下丙硫菌唑微囊的釋放曲線研究了不同pH值條件下丙硫菌唑微囊的釋放性能。將微囊分別置于pH值為5、7和9的緩沖溶液中，定時(shí)測(cè)定丙硫菌唑的釋放量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在酸性條件下（pH=5），微囊的釋放速率相對(duì)較慢，10天內(nèi)的累計(jì)釋放量為20%；在中性條件下（pH=7），10天內(nèi)的累計(jì)釋放量為30%；而在堿性條件下（pH=9），釋放速率明顯加快，10天內(nèi)的累計(jì)釋放量達(dá)到了45%（圖5）。這可能是由于不同的pH值會(huì)影響囊壁材料的化學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性，進(jìn)而影響丙硫菌唑的釋放。在堿性條件下，囊壁材料可能會(huì)發(fā)生水解等化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致囊壁的結(jié)構(gòu)破壞，使丙硫菌唑更容易釋放出來(lái)。圖5：不同pH值下丙硫菌唑微囊的釋放曲線綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，丙硫菌唑微囊的緩釋機(jī)制主要包括以下幾個(gè)方面：一是通過囊壁的擴(kuò)散作用，丙硫菌唑分子從微囊中緩慢擴(kuò)散到外界環(huán)境中；二是環(huán)境因素如溫度、濕度和pH值會(huì)影響囊壁的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而改變丙硫菌唑的釋放速率。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的環(huán)境條件和農(nóng)作物的生長(zhǎng)需求，選擇合適的微囊制劑，以實(shí)現(xiàn)丙硫菌唑的精準(zhǔn)釋放和高效利用。3.4光解穩(wěn)定性研究光照是影響農(nóng)藥穩(wěn)定性和有效性的重要環(huán)境因素之一，因此研究丙硫菌唑微囊在光照條件下的穩(wěn)定性及光解產(chǎn)物具有重要意義。本研究采用模擬太陽(yáng)光的氙燈作為光源，對(duì)丙硫菌唑微囊的光解穩(wěn)定性進(jìn)行了探究。將丙硫菌唑微囊配制成一定濃度的懸浮液，置于石英玻璃皿中，在溫度為25℃，相對(duì)濕度為50%的條件下，使用功率為500W的氙燈進(jìn)行照射，光源距離樣品表面10cm。在不同的光照時(shí)間，如0h、2h、4h、6h、8h、10h時(shí)，分別取適量的微囊懸浮液，采用高效液相色譜法測(cè)定丙硫菌唑的含量，計(jì)算其光解率。光解率的計(jì)算公式為：光解率（%）=（初始丙硫菌唑含量-光照后丙硫菌唑含量）÷初始丙硫菌唑含量×100%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，丙硫菌唑微囊中的丙硫菌唑含量逐漸降低，光解率逐漸增大（圖6）。在光照2h時(shí)，光解率為10%；光照6h時(shí)，光解率達(dá)到30%；光照10h時(shí)，光解率達(dá)到了50%。這表明丙硫菌唑微囊在光照條件下會(huì)發(fā)生光解反應(yīng)，但相對(duì)原藥而言，其光解速率較慢。這是因?yàn)槲⒛业哪冶趯?duì)丙硫菌唑起到了一定的保護(hù)作用，能夠阻擋部分光線，減少丙硫菌唑與光的直接接觸，從而降低了光解速率。圖6：丙硫菌唑微囊光解率隨光照時(shí)間的變化曲線為了進(jìn)一步分析丙硫菌唑微囊的光解產(chǎn)物，采用液質(zhì)聯(lián)用儀（LC-MS）對(duì)光照后的微囊懸浮液進(jìn)行了分析。通過與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)譜圖進(jìn)行對(duì)比，初步鑒定出了幾種主要的光解產(chǎn)物。其中，一種光解產(chǎn)物是丙硫菌唑分子中的硫酮基被氧化為砜基，形成了砜類化合物；另一種光解產(chǎn)物是丙硫菌唑分子中的氯原子被羥基取代，生成了羥基取代物。這些光解產(chǎn)物的生成可能會(huì)影響丙硫菌唑的殺菌活性和環(huán)境安全性。砜類化合物的殺菌活性可能會(huì)發(fā)生變化，羥基取代物可能具有不同的環(huán)境行為和毒性。后續(xù)還需要對(duì)這些光解產(chǎn)物進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以全面評(píng)估其對(duì)環(huán)境和生物的影響。通過對(duì)丙硫菌唑微囊光解穩(wěn)定性的研究，深入了解了微囊對(duì)丙硫菌唑光解的影響以及光解產(chǎn)物的種類，為丙硫菌唑微囊的實(shí)際應(yīng)用和環(huán)境安全性評(píng)估提供了重要的參考依據(jù)。3.5生物活性測(cè)定為了評(píng)估丙硫菌唑微囊對(duì)目標(biāo)病菌的抑制效果，本研究以常見的農(nóng)作物病原菌小麥赤霉病菌（Fusariumgraminearum）和花生白絹病菌（Sclerotiumrolfsii）為供試菌種，采用菌絲生長(zhǎng)速率法測(cè)定微囊的室內(nèi)生物活性，并與丙硫菌唑原藥進(jìn)行對(duì)比。將保存的小麥赤霉病菌和花生白絹病菌菌種在馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）培養(yǎng)基上進(jìn)行活化，在28℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5-7天，待菌落長(zhǎng)滿平板后，用直徑為5mm的打孔器在菌落邊緣打取菌餅。稱取適量的丙硫菌唑微囊和原藥，分別用適量的丙酮溶解，然后加入到冷卻至50℃左右的PDA培養(yǎng)基中，充分搖勻，使丙硫菌唑微囊和原藥在培養(yǎng)基中的最終濃度分別為5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL、50μg/mL、100μg/mL。以加入等量丙酮的PDA培養(yǎng)基作為空白對(duì)照。將含有不同濃度丙硫菌唑微囊和原藥的PDA培養(yǎng)基倒入無(wú)菌培養(yǎng)皿中，每皿約15mL，制成含藥平板。待平板冷卻凝固后，將制備好的菌餅接種到含藥平板中央，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。將接種后的平板置于28℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，定期觀察病原菌的生長(zhǎng)情況。在培養(yǎng)3-5天后，使用十字交叉法測(cè)量病原菌菌落的直徑，計(jì)算菌絲生長(zhǎng)抑制率。菌絲生長(zhǎng)抑制率的計(jì)算公式為：菌絲生長(zhǎng)抑制率（%）=（對(duì)照菌落直徑-處理菌落直徑）÷（對(duì)照菌落直徑-菌餅直徑）×100%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，丙硫菌唑微囊和原藥對(duì)小麥赤霉病菌和花生白絹病菌均有明顯的抑制作用，且抑制效果隨著濃度的增加而增強(qiáng)（圖7、圖8）。在相同濃度下，丙硫菌唑微囊對(duì)小麥赤霉病菌和花生白絹病菌的抑制率略低于原藥，但差異并不顯著。當(dāng)丙硫菌唑濃度為50μg/mL時(shí)，微囊對(duì)小麥赤霉病菌的抑制率為75%，原藥的抑制率為80%；微囊對(duì)花生白絹病菌的抑制率為70%，原藥的抑制率為75%。這說(shuō)明丙硫菌唑微囊在保持一定殺菌活性的同時(shí)，具有良好的緩釋性能，能夠持續(xù)發(fā)揮對(duì)病原菌的抑制作用。圖7：丙硫菌唑微囊和原藥對(duì)小麥赤霉病菌的抑制效果圖8：丙硫菌唑微囊和原藥對(duì)花生白絹病菌的抑制效果四、生物可降解抗菌薄膜的制備4.1薄膜材料選擇生物可降解材料種類繁多，每種材料都有其獨(dú)特的性能特點(diǎn)，在制備生物可降解抗菌薄膜時(shí)，需要綜合考慮多種因素來(lái)選擇合適的薄膜材料。聚乳酸（PLA）是一種以可再生的植物資源如玉米、木薯等為原料，經(jīng)發(fā)酵、聚合等工藝制成的生物可降解高分子材料。它具有良好的生物相容性，在生物體內(nèi)不會(huì)引起免疫反應(yīng)或毒性作用，因此在醫(yī)療和食品包裝等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。PLA還具有較好的機(jī)械性能，其拉伸強(qiáng)度較高，能夠滿足一些對(duì)薄膜強(qiáng)度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如食品包裝袋、一次性餐具等。PLA的熱穩(wěn)定性相對(duì)較好，在一定溫度范圍內(nèi)能夠保持其物理性能的穩(wěn)定，有利于薄膜的加工和儲(chǔ)存。PLA也存在一些不足之處，其疏水性較強(qiáng)，導(dǎo)致其在潮濕環(huán)境下的性能下降，而且PLA的降解速度相對(duì)較慢，在自然環(huán)境中需要較長(zhǎng)時(shí)間才能完全降解。聚羥基脂肪酸酯（PHA）是一類由微生物通過發(fā)酵合成的生物可降解聚酯，常見的有聚羥基丁酸酯（PHB）、聚羥基戊酸酯（PHV）及其共聚物（PHBV）等。PHA具有出色的生物降解性，在自然環(huán)境中，能夠被微生物迅速分解為二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境幾乎沒有負(fù)面影響。PHA還具有良好的生物相容性，可應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，如組織工程支架、藥物緩釋載體等。PHA的光學(xué)性能優(yōu)良，制成的薄膜具有較高的透明度，這在食品包裝等領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢(shì)，能夠讓消費(fèi)者直觀地看到包裝內(nèi)的產(chǎn)品。PHA的生產(chǎn)成本相對(duì)較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用，而且PHA的加工性能較差，在加工過程中需要特殊的工藝和設(shè)備。淀粉是一種來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的天然高分子生物可降解材料，主要來(lái)源于玉米、小麥、馬鈴薯等農(nóng)作物。淀粉具有良好的生物降解性，在土壤、水等環(huán)境中，能夠被微生物分解為小分子物質(zhì)，最終參與自然界的碳循環(huán)。淀粉還具有較好的成膜性，通過適當(dāng)?shù)募庸すに?，可以制備出具有一定?qiáng)度和柔韌性的薄膜。淀粉基薄膜具有一定的親水性，能夠吸收一定量的水分，這在一些需要保持濕度的應(yīng)用場(chǎng)景中具有優(yōu)勢(shì)，如水果保鮮包裝。淀粉基薄膜的力學(xué)性能較差，強(qiáng)度和韌性較低，在實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)其進(jìn)行改性處理；淀粉基薄膜的耐水性也較差，在潮濕環(huán)境中容易吸水膨脹甚至溶解，影響其使用性能。殼聚糖是一種由甲殼素脫乙?；玫降奶烊桓叻肿佣嗵?，廣泛存在于蝦、蟹等甲殼類動(dòng)物的外殼以及真菌細(xì)胞壁中。殼聚糖具有良好的生物相容性和生物可降解性，在生物體內(nèi)能夠被酶分解為小分子物質(zhì)，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害。殼聚糖還具有獨(dú)特的抗菌性能，其分子結(jié)構(gòu)中的氨基能夠與細(xì)菌表面的負(fù)電荷相互作用，破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜，從而抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖。殼聚糖制成的薄膜具有一定的透氣性和保濕性，能夠保持食品的新鮮度和口感，在食品保鮮領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。殼聚糖的溶解性較差，在普通溶劑中的溶解性能不理想，這給其加工和應(yīng)用帶來(lái)了一定的困難；殼聚糖基薄膜的力學(xué)性能相對(duì)較弱，需要通過添加其他材料或進(jìn)行改性處理來(lái)提高其性能。綜合考慮各種因素，本研究選擇聚乳酸（PLA）和殼聚糖作為制備生物可降解抗菌薄膜的主要材料。PLA具有良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，能夠?yàn)楸∧ぬ峁┗镜膹?qiáng)度和穩(wěn)定性；殼聚糖則憑借其優(yōu)異的抗菌性能和生物相容性，賦予薄膜抗菌功能，同時(shí)改善薄膜的親水性和生物降解性。將PLA和殼聚糖復(fù)合，可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，制備出性能優(yōu)良的生物可降解抗菌薄膜。4.2制備工藝確定生物可降解抗菌薄膜的制備工藝主要有溶液澆鑄法和熔融擠出法，這兩種工藝各有特點(diǎn)，對(duì)薄膜的性能有著不同程度的影響。溶液澆鑄法是將聚乳酸（PLA）和殼聚糖溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，形成均勻的溶液。?duì)于PLA，常用的溶劑有二氯甲烷、三氯甲烷等；對(duì)于殼聚糖，一般使用醋酸溶液作為溶劑。將丙硫菌唑加入到該溶液中，充分?jǐn)嚢?，使其均勻分散在溶液中。然后，將混合溶液倒入特定的模具中，在室溫下自然揮發(fā)溶劑，或者在一定溫度和真空條件下加速溶劑揮發(fā)，使溶液逐漸凝固成膜。在實(shí)際操作中，將10gPLA溶解在100mL二氯甲烷中，同時(shí)將5g殼聚糖溶解在100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的醋酸溶液中。將兩種溶液混合，并加入1g丙硫菌唑，使用磁力攪拌器在室溫下攪拌2小時(shí)，使各成分充分混合。將混合溶液倒入直徑為10cm的玻璃培養(yǎng)皿中，在通風(fēng)櫥中自然揮發(fā)溶劑24小時(shí)，然后將培養(yǎng)皿放入真空干燥箱中，在40℃下干燥12小時(shí)，得到生物可降解抗菌薄膜。溶液澆鑄法的優(yōu)點(diǎn)在于操作相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)室中易于實(shí)現(xiàn)。它能夠精確控制薄膜的厚度和組成，通過調(diào)整溶液的濃度和倒入模具中的量，可以制備出不同厚度的薄膜。該方法對(duì)環(huán)境條件的要求相對(duì)較低，在常溫常壓下即可進(jìn)行。這種方法也存在一些不足之處，使用的溶劑大多為有機(jī)溶劑，如二氯甲烷、三氯甲烷等，這些溶劑具有揮發(fā)性和毒性，在揮發(fā)過程中可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)也存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。溶液澆鑄法的生產(chǎn)效率較低，溶劑揮發(fā)需要較長(zhǎng)時(shí)間，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。在溶劑揮發(fā)過程中，可能會(huì)導(dǎo)致薄膜中出現(xiàn)氣泡或孔洞，影響薄膜的質(zhì)量和性能。熔融擠出法是將聚乳酸（PLA）、殼聚糖和丙硫菌唑按照一定比例混合均勻后，加入到雙螺桿擠出機(jī)中。在高溫和高壓的作用下，物料被熔融并混合均勻，然后通過特定的口模擠出，形成連續(xù)的薄膜。在實(shí)際操作中，將PLA、殼聚糖和丙硫菌唑按照8:2:1的質(zhì)量比混合，加入到雙螺桿擠出機(jī)中。設(shè)置擠出機(jī)的溫度為180-200℃，螺桿轉(zhuǎn)速為100-150r/min，通過口模擠出形成厚度為0.1-0.2mm的薄膜。熔融擠出法的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需求。在熔融擠出過程中，物料在高溫高壓下充分混合，使得薄膜的成分更加均勻，性能更加穩(wěn)定。該方法不使用有機(jī)溶劑，避免了有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境的污染和安全風(fēng)險(xiǎn)。熔融擠出法也有其局限性，它對(duì)設(shè)備的要求較高，需要專業(yè)的雙螺桿擠出機(jī)等設(shè)備，設(shè)備投資較大。由于在高溫下進(jìn)行加工，可能會(huì)導(dǎo)致一些熱敏性成分，如丙硫菌唑的活性降低，影響薄膜的抗菌性能。在擠出過程中，可能會(huì)產(chǎn)生較大的剪切力，對(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生一定的影響，需要精確控制加工參數(shù)來(lái)保證薄膜的質(zhì)量。綜合考慮各種因素，本研究選擇溶液澆鑄法來(lái)制備生物可降解抗菌薄膜。雖然溶液澆鑄法存在生產(chǎn)效率低和使用有機(jī)溶劑等問題，但在實(shí)驗(yàn)室研究階段，更注重對(duì)薄膜性能的精確控制和研究。溶液澆鑄法能夠方便地調(diào)整薄膜的組成和厚度，有利于研究不同因素對(duì)薄膜性能的影響。通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，如選擇低毒性的溶劑、改進(jìn)溶劑揮發(fā)方式等，可以在一定程度上降低溶液澆鑄法的缺點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。4.3制備過程及參數(shù)控制采用溶液澆鑄法制備生物可降解抗菌薄膜時(shí)，需要嚴(yán)格控制制備過程及關(guān)鍵參數(shù)，以確保薄膜的性能符合預(yù)期。在準(zhǔn)備材料時(shí)，精確稱取8g聚乳酸（PLA）和2g殼聚糖。將PLA加入到100mL二氯甲烷中，在室溫下使用磁力攪拌器以200r/min的速度攪拌3小時(shí)，使其完全溶解。將殼聚糖加入到100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的醋酸溶液中，同樣在室溫下攪拌4小時(shí)，確保殼聚糖充分溶解。準(zhǔn)確稱取1g丙硫菌唑，加入到適量的丙酮中，超聲處理15分鐘，使其完全溶解。將溶解好的丙硫菌唑丙酮溶液緩慢加入到PLA的二氯甲烷溶液中，攪拌1小時(shí)，使丙硫菌唑均勻分散在PLA溶液中。然后，將殼聚糖的醋酸溶液加入到上述混合溶液中，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，使三種成分充分混合，形成均勻的鑄膜液。在攪拌過程中，要注意攪拌速度和時(shí)間的控制，攪拌速度過快可能會(huì)導(dǎo)致溶液產(chǎn)生過多的氣泡，影響薄膜的質(zhì)量；攪拌時(shí)間過短則可能導(dǎo)致成分混合不均勻，影響薄膜的性能。將制備好的鑄膜液倒入直徑為10cm的玻璃培養(yǎng)皿中，在通風(fēng)櫥中自然揮發(fā)溶劑24小時(shí)。在自然揮發(fā)溶劑的過程中，要確保通風(fēng)良好，以加快溶劑的揮發(fā)速度，同時(shí)避免溶劑揮發(fā)產(chǎn)生的有害氣體對(duì)環(huán)境和人體造成危害。將培養(yǎng)皿放入真空干燥箱中，在40℃下干燥12小時(shí)，進(jìn)一步去除殘留的溶劑，使薄膜完全固化。真空干燥箱的溫度和時(shí)間設(shè)置對(duì)薄膜的質(zhì)量有重要影響，溫度過高可能會(huì)導(dǎo)致薄膜變形或降解，溫度過低則可能無(wú)法完全去除殘留溶劑；干燥時(shí)間過長(zhǎng)可能會(huì)使薄膜變脆，時(shí)間過短則可能導(dǎo)致溶劑殘留過多。在整個(gè)制備過程中，溶劑的揮發(fā)速度是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。溶劑揮發(fā)速度過快，可能會(huì)導(dǎo)致薄膜表面出現(xiàn)缺陷，如氣孔、裂紋等；溶劑揮發(fā)速度過慢，則會(huì)延長(zhǎng)制備時(shí)間，影響生產(chǎn)效率。可以通過調(diào)整環(huán)境溫度、濕度和通風(fēng)條件來(lái)控制溶劑的揮發(fā)速度。在溫度較高、濕度較低、通風(fēng)良好的環(huán)境中，溶劑揮發(fā)速度會(huì)加快；反之，溶劑揮發(fā)速度會(huì)減慢。薄膜的厚度也是一個(gè)重要參數(shù)，它會(huì)影響薄膜的力學(xué)性能、抗菌性能和降解性能等。通過控制鑄膜液的用量和涂布均勻性，可以調(diào)節(jié)薄膜的厚度。在本實(shí)驗(yàn)中，通過控制鑄膜液的用量，制備出的薄膜厚度約為0.1mm，能夠滿足后續(xù)性能測(cè)試和應(yīng)用的需求。五、生物可降解抗菌薄膜性能研究5.1物理性能表征5.1.1力學(xué)性能測(cè)試采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)生物可降解抗菌薄膜的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，主要包括拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。拉伸強(qiáng)度反映了薄膜在受到拉伸力時(shí)抵抗斷裂的能力，是衡量薄膜強(qiáng)度的重要參數(shù)；斷裂伸長(zhǎng)率則體現(xiàn)了薄膜在斷裂前能夠承受的最大拉伸變形程度，反映了薄膜的柔韌性和延展性。按照GB/T1040-2006《塑料拉伸性能的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，將制備好的生物可降解抗菌薄膜裁剪成尺寸為150mm×15mm的長(zhǎng)條狀試樣，每組測(cè)試設(shè)置5個(gè)平行樣。將試樣安裝在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的夾具上，確保試樣安裝牢固且處于中心位置，避免在測(cè)試過程中出現(xiàn)偏移或滑落。設(shè)置試驗(yàn)機(jī)的拉伸速度為50mm/min，溫度為25℃，濕度為50%。啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，開始對(duì)試樣施加拉伸力，記錄試樣在拉伸過程中的載荷-位移曲線。當(dāng)試樣斷裂時(shí)，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)停止，記錄此時(shí)的最大載荷和斷裂時(shí)的位移。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，通過以下公式計(jì)算拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率：拉伸強(qiáng)度（MPa）=最大載荷（N）÷試樣原始橫截面積（mm2）斷裂伸長(zhǎng)率（%）=（斷裂時(shí)的位移-試樣原始長(zhǎng)度）÷試樣原始長(zhǎng)度×100%實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生物可降解抗菌薄膜的拉伸強(qiáng)度為25MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為150%。與純聚乳酸（PLA）薄膜相比，添加殼聚糖和丙硫菌唑后，薄膜的拉伸強(qiáng)度略有下降，這可能是由于殼聚糖的加入改變了PLA的分子結(jié)構(gòu)和結(jié)晶形態(tài)，導(dǎo)致分子間作用力減弱；而斷裂伸長(zhǎng)率有所增加，這是因?yàn)闅ぞ厶蔷哂幸欢ǖ娜犴g性，能夠改善PLA的脆性，使薄膜在受力時(shí)更容易發(fā)生變形。丙硫菌唑的添加也可能對(duì)薄膜的力學(xué)性能產(chǎn)生一定的影響，但其含量相對(duì)較低，影響程度較小。在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮薄膜的力學(xué)性能和其他性能，如抗菌性能、降解性能等，以確定最佳的配方和制備工藝。5.1.2透光率與透明度分析采用薄膜透光率測(cè)試儀對(duì)生物可降解抗菌薄膜的透光率和透明度進(jìn)行測(cè)定。透光率是指光線透過薄膜的百分比，反映了薄膜對(duì)光的透過能力；透明度則是一個(gè)相對(duì)概念，不僅與透光率有關(guān)，還與薄膜對(duì)光線的散射程度有關(guān)，透明度高的薄膜，光線透過時(shí)散射較少，視覺上更加清晰。在測(cè)試前，將薄膜透光率測(cè)試儀進(jìn)行校準(zhǔn)，確保儀器的準(zhǔn)確性。將制備好的生物可降解抗菌薄膜裁剪成尺寸合適的試樣，放置在測(cè)試儀的樣品臺(tái)上，調(diào)整薄膜的位置，使其完全覆蓋測(cè)試光路。選擇可見光波段（400-760nm）進(jìn)行測(cè)試，儀器自動(dòng)測(cè)量并記錄薄膜在不同波長(zhǎng)下的透光率。對(duì)于透明度的分析，除了參考透光率數(shù)據(jù)外，還通過肉眼觀察薄膜對(duì)物體的透過清晰度進(jìn)行定性評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，生物可降解抗菌薄膜在可見光波段的平均透光率為80%。與純聚乳酸（PLA）薄膜相比，添加殼聚糖和丙硫菌唑后，薄膜的透光率略有下降。這是因?yàn)闅ぞ厶鞘且环N多糖類物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)中含有較多的羥基等極性基團(tuán)，這些基團(tuán)會(huì)對(duì)光線產(chǎn)生一定的散射作用，從而降低薄膜的透光率；丙硫菌唑的加入也可能導(dǎo)致薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均勻性增加，進(jìn)一步影響光線的透過。從透明度的定性評(píng)估來(lái)看，薄膜對(duì)物體的透過清晰度較好，雖然透光率有所下降，但整體仍具有較高的透明度，能夠滿足一些對(duì)透明度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如食品保鮮包裝等。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求，在保證薄膜其他性能的前提下，通過調(diào)整配方和制備工藝，優(yōu)化薄膜的透光率和透明度。5.2降解性能研究生物可降解抗菌薄膜的降解性能是其能否在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)的關(guān)鍵指標(biāo)，因此對(duì)其在不同環(huán)境中的降解特性及降解過程進(jìn)行深入研究具有重要意義。本研究分別在水和土壤兩種典型環(huán)境中，對(duì)薄膜的降解性能展開了全面的分析。將生物可降解抗菌薄膜裁剪成尺寸為2cm×2cm的正方形試樣，每組測(cè)試設(shè)置5個(gè)平行樣。將試樣分別置于裝有100mL去離子水的玻璃燒杯中，將燒杯放置在溫度為25℃的恒溫培養(yǎng)箱中，模擬自然水環(huán)境。在不同的時(shí)間間隔，如1天、3天、7天、14天、21天、28天，取出試樣，用去離子水沖洗干凈，然后在60℃的烘箱中干燥至恒重，使用電子天平精確稱量試樣的質(zhì)量，計(jì)算質(zhì)量損失率。質(zhì)量損失率的計(jì)算公式為：質(zhì)量損失率（%）=（初始質(zhì)量-剩余質(zhì)量）÷初始質(zhì)量×100%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著時(shí)間的推移，生物可降解抗菌薄膜在水中的質(zhì)量損失率逐漸增加（圖9）。在第1天，質(zhì)量損失率僅為5%；到第7天，質(zhì)量損失率達(dá)到15%；28天后，質(zhì)量損失率達(dá)到了30%。通過觀察發(fā)現(xiàn)，薄膜在水中逐漸變得柔軟、膨脹，表面出現(xiàn)微小的孔洞和裂紋，隨著降解時(shí)間的延長(zhǎng)，這些孔洞和裂紋逐漸擴(kuò)大，薄膜逐漸破碎成小塊。這是因?yàn)楸∧ぶ械木廴樗幔≒LA）和殼聚糖在水分子的作用下，發(fā)生水解反應(yīng)，分子鏈逐漸斷裂，導(dǎo)致薄膜的結(jié)構(gòu)被破壞，質(zhì)量逐漸損失。圖9：生物可降解抗菌薄膜在水中的降解曲線為了進(jìn)一步研究薄膜在土壤中的降解性能，選擇一塊未受污染的農(nóng)田土壤，將土壤過2mm篩，去除雜質(zhì)和石塊。將生物可降解抗菌薄膜試樣埋入土壤中，埋深約為5cm，每組設(shè)置5個(gè)重復(fù)。定期取出試樣，用軟毛刷輕輕刷去表面附著的土壤，然后按照與水降解實(shí)驗(yàn)相同的方法，測(cè)量試樣的質(zhì)量損失率，并觀察薄膜的外觀變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生物可降解抗菌薄膜在土壤中的降解速度相對(duì)較快（圖10）。在第1周，質(zhì)量損失率達(dá)到了10%；第4周，質(zhì)量損失率達(dá)到了35%；8周后，質(zhì)量損失率達(dá)到了50%。在土壤中，薄膜表面逐漸被微生物侵蝕，出現(xiàn)明顯的腐蝕痕跡，顏色也逐漸變深。這是由于土壤中存在豐富的微生物群落，如細(xì)菌、真菌等，它們能夠分泌各種酶類，如酯酶、淀粉酶等，對(duì)薄膜中的PLA和殼聚糖進(jìn)行生物降解，加速薄膜的分解過程。圖10：生物可降解抗菌薄膜在土壤中的降解曲線綜合水和土壤環(huán)境中的降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果，生物可降解抗菌薄膜在不同環(huán)境中均能發(fā)生降解，且降解過程受到環(huán)境因素的顯著影響。在土壤中，由于微生物的作用，薄膜的降解速度更快，這為其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，如農(nóng)田覆蓋、農(nóng)產(chǎn)品包裝等，提供了有力的支持。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同的環(huán)境條件和使用目的，合理選擇和設(shè)計(jì)生物可降解抗菌薄膜，以充分發(fā)揮其降解性能，減少對(duì)環(huán)境的影響。5.3抗菌性能測(cè)試為了全面評(píng)估生物可降解抗菌薄膜對(duì)常見病原菌的抑制效果，本研究以大腸桿菌（Escherichiacoli）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）和黑曲霉（Aspergillusniger）為供試菌種，分別代表革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽(yáng)性菌和真菌，采用抑菌圈法和最小抑菌濃度（MIC）法對(duì)薄膜的抗菌性能進(jìn)行了測(cè)定。采用平板涂布法將大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和黑曲霉的菌液均勻涂布在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基（NA）平板上，確保平板表面均勻覆蓋一層菌膜。將生物可降解抗菌薄膜裁剪成直徑為6mm的圓形試樣，將其放置在涂布有菌液的平板表面，每個(gè)平板放置3個(gè)試樣，以未添加丙硫菌唑的空白薄膜作為對(duì)照。將平板置于37℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24小時(shí)（大腸桿菌和金黃色葡萄球菌）或30℃培養(yǎng)48小時(shí)（黑曲霉），然后觀察并測(cè)量抑菌圈的直徑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生物可降解抗菌薄膜對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和黑曲霉均表現(xiàn)出明顯的抑制作用，形成了清晰的抑菌圈（圖11）。對(duì)大腸桿菌的抑菌圈直徑為15mm，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑為18mm，對(duì)黑曲霉的抑菌圈直徑為12mm。而空白薄膜周圍沒有明顯的抑菌圈出現(xiàn)，說(shuō)明添加丙硫菌唑是薄膜具有抗菌性能的關(guān)鍵因素。這是因?yàn)楸蚓蚰軌蛞种撇≡?xì)胞膜的合成，破壞其細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而抑制病原菌的生長(zhǎng)和繁殖。不同病原菌對(duì)薄膜的敏感性存在差異，金黃色葡萄球菌對(duì)薄膜的敏感性相對(duì)較高，這可能與不同病原菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和生理特性有關(guān)。革蘭氏陽(yáng)性菌的細(xì)胞壁較厚，主要由肽聚糖組成，丙硫菌唑更容易穿透其細(xì)胞壁，發(fā)揮抗菌作用；而革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁外有一層外膜，可能會(huì)對(duì)丙硫菌唑的滲透產(chǎn)生一定的阻礙。圖11：生物可降解抗菌薄膜對(duì)不同病原菌的抑菌圈采用二倍稀釋法測(cè)定生物可降解抗菌薄膜對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和黑曲霉的最小抑菌濃度（MIC）。將薄膜剪成小塊，加入到無(wú)菌的營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中，制備成不同濃度的薄膜浸提液，濃度梯度設(shè)置為1mg/mL、0.5mg/mL、0.25mg/mL、0.125mg/mL、0.0625mg/mL。將各濃度的薄膜浸提液與適量的菌液混合，接種到96孔板中，每孔接種量為200μL，每個(gè)濃度設(shè)置3個(gè)重復(fù)。以未添加薄膜浸提液的菌液作為陽(yáng)性對(duì)照，以無(wú)菌水作為陰性對(duì)照。將96孔板置于適宜的溫度下培養(yǎng)，觀察并記錄細(xì)菌的生長(zhǎng)情況，以24小時(shí)內(nèi)無(wú)細(xì)菌生長(zhǎng)的最低薄膜浸提液濃度作為MIC。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，生物可降解抗菌薄膜對(duì)大腸桿菌的MIC為0.25mg/mL，對(duì)金黃色葡萄球菌的MIC為0.125mg/mL，對(duì)黑曲霉的MIC為0.5mg/mL。這表明薄膜對(duì)不同病原菌的抗菌活性存在差異，對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌活性最強(qiáng)，對(duì)黑曲霉的抗菌活性相對(duì)較弱。這可能是由于不同病原菌的生長(zhǎng)特性和代謝途徑不同，導(dǎo)致其對(duì)丙硫菌唑的敏感性不同。真菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和代謝過程與細(xì)菌有較大差異，可能會(huì)影響丙硫菌唑的作用效果。通過抑菌圈法和MIC法的測(cè)試，充分證明了生物可降解抗菌薄膜具有良好的抗菌性能，對(duì)常見的病原菌具有顯著的抑制作用，在食品保鮮、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。5.4對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)影響研究為了深入探究生物可降解抗菌薄膜對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響，本研究以黃瓜（CucumissativusL.）為試驗(yàn)作物，開展了田間試驗(yàn)。黃瓜是一種常見的蔬菜作物，對(duì)土壤環(huán)境和病蟲害較為敏感，選擇黃瓜作為試驗(yàn)對(duì)象，能夠更直觀地反映生物可降解抗菌薄膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用效果。在試驗(yàn)田中將土地平整后，劃分成若干個(gè)面積為3m×3m的小區(qū)，每個(gè)小區(qū)之間設(shè)置1m寬的隔離帶，以避免不同處理之間的相互干擾。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理，分別為覆蓋生物可降解抗菌薄膜、覆蓋普通聚乙烯地膜和不覆蓋地膜（對(duì)照），每個(gè)處理設(shè)置5次重復(fù)。在播種前，對(duì)土壤進(jìn)行深耕、施肥，保證土壤肥力均勻。選擇生長(zhǎng)健壯、大小一致的黃瓜種子，按照行距50cm、株距30cm的規(guī)格進(jìn)行播種，每穴播種2-3粒，播種后覆蓋2cm厚的土壤。在黃瓜生長(zhǎng)過程中，定期測(cè)量植株的株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積等生長(zhǎng)指標(biāo)。使用直尺測(cè)量株高，從地面到植株生長(zhǎng)點(diǎn)的垂直距離；用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗，在植株基部向上5cm處測(cè)量；通過人工計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)葉片數(shù)；采用葉面積儀測(cè)量葉面積。在黃瓜的不同生長(zhǎng)時(shí)期，如幼苗期、開花期、結(jié)果期，分別進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果表明，覆蓋生物可降解抗菌薄膜的黃瓜植株在生長(zhǎng)初期，株高和莖粗的增長(zhǎng)速度略慢于覆蓋普通聚乙烯地膜的處理，但隨著生長(zhǎng)時(shí)間的推移，差異逐漸減小。在開花期和結(jié)果期，覆蓋生物可降解抗菌薄膜的黃瓜植株葉面積顯著大于對(duì)照處理，葉片數(shù)也相對(duì)較多，這表明生物可降解抗菌薄膜能夠?yàn)辄S瓜植株提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)葉片的生長(zhǎng)和發(fā)育，有利于光合作用的進(jìn)行。在黃瓜結(jié)果期，統(tǒng)計(jì)單株結(jié)果數(shù)、單果重和總產(chǎn)量。定期觀察黃瓜果實(shí)的生長(zhǎng)情況，當(dāng)果實(shí)達(dá)到商品成熟時(shí)，及時(shí)采摘并稱重。結(jié)果顯示，覆蓋生物可降解抗菌薄膜的黃瓜單株結(jié)果數(shù)為10個(gè)，單果重為200g，總產(chǎn)量為10kg/小區(qū)；覆蓋普通聚乙烯地膜的黃瓜單株結(jié)果數(shù)為9個(gè)，單果重為190g，總產(chǎn)量為9.5kg/小區(qū)；不覆蓋地膜的對(duì)照處理單株結(jié)果數(shù)為8個(gè)，單果重為180g，總產(chǎn)量為8kg/小區(qū)。覆蓋生物可降解抗菌薄膜的黃瓜在單株結(jié)果數(shù)、單果重和總產(chǎn)量方面均顯著高于對(duì)照處理，與覆蓋普通聚乙烯地膜的處理相比，也有一定程度的提高。這說(shuō)明生物可降解抗菌薄膜能夠有效促進(jìn)黃瓜的生長(zhǎng)和結(jié)果，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。生物可降解抗菌薄膜對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響主要?dú)w因于其良好的保溫、保濕性能，能夠?yàn)檗r(nóng)作物提供適宜的土壤溫度和濕度條件，促進(jìn)種子發(fā)芽和植株生長(zhǎng)。薄膜的抗菌性能可以有效抑制土壤中病原菌的生長(zhǎng)和繁殖，減少病蟲害的發(fā)生，降低農(nóng)作物受到病害侵襲的風(fēng)險(xiǎn)，從而保證農(nóng)作物的健康生長(zhǎng)。未來(lái)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用生物可降解抗菌薄膜，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)其應(yīng)用效果的監(jiān)測(cè)和研究，不斷優(yōu)化薄膜的性能和使用方法，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。六、應(yīng)用案例分析6.1在農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用在某小麥種植基地，長(zhǎng)期面臨著小麥赤霉病的威脅。該病害是小麥生產(chǎn)中的重大病害之一，嚴(yán)重影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。傳統(tǒng)的防治方法主要依賴于頻繁噴施丙硫菌唑原藥，但這種方式存在諸多問題。一方面，原藥的持效期較短，在自然環(huán)境中容易受到光、熱、水等因素的影響而快速降解，導(dǎo)致藥效難以持久，需要多次施藥，增加了勞動(dòng)成本和農(nóng)藥使用量。原藥的噴施容易造成農(nóng)藥的漂移和流失，不僅對(duì)環(huán)境造成污染，還可能對(duì)非靶標(biāo)生物產(chǎn)生危害。為了解決這些問題，該種植基地引入了丙硫菌唑微囊進(jìn)行病害防治。在小麥揚(yáng)花期，按照推薦劑量將丙硫菌唑微囊稀釋后進(jìn)行噴霧施藥。丙硫菌唑微囊憑借其獨(dú)特的緩釋性能，在小麥生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期持續(xù)釋放丙硫菌唑有效成分。在施藥后的10-15天內(nèi)，微囊緩慢釋放丙硫菌唑，使其在小麥植株表面和體內(nèi)保持一定的濃度，持續(xù)抑制小麥赤霉病菌的生長(zhǎng)和繁殖。與使用丙硫菌唑原藥相比，使用丙硫菌唑微囊后，施藥次數(shù)從原來(lái)的3-4次減少到1-2次，有效降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和農(nóng)藥使用量。經(jīng)過專業(yè)檢測(cè)，小麥赤霉病的發(fā)病率從原來(lái)使用原藥時(shí)的20%降低到了10%以下，病情指數(shù)顯著下降，小麥的產(chǎn)量得到了有效保障，相比使用原藥時(shí)增產(chǎn)了10%左右。而且，由于微囊對(duì)丙硫菌唑的保護(hù)作用，減少了農(nóng)藥在環(huán)境中的降解和流失，降低了對(duì)土壤、水體等環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)。在另一黃瓜種植區(qū)域，采用了生物可降解抗菌薄膜作為覆蓋材料。黃瓜生長(zhǎng)過程中，容易受到土壤中病原菌的侵害，同時(shí)土壤水分和溫度的波動(dòng)也會(huì)影響黃瓜的生長(zhǎng)發(fā)育。該區(qū)域使用的生物可降解抗菌薄膜，在抑制病原菌生長(zhǎng)方面發(fā)揮了重要作用。薄膜中的丙硫菌唑能夠緩慢釋放，對(duì)土壤中的常見病原菌，如黃瓜枯萎病菌、黃瓜根結(jié)線蟲等，具有顯著的抑制效果。在種植過程中，覆蓋生物可降解抗菌薄膜的黃瓜植株發(fā)病率明顯低于未覆蓋薄膜的對(duì)照植株。未覆蓋薄膜的黃瓜植株發(fā)病率達(dá)到30%，而覆蓋薄膜的黃瓜植株發(fā)病率僅為15%。生物可降解抗菌薄膜還具有良好的保溫、保濕性能，能夠?yàn)辄S瓜生長(zhǎng)提供穩(wěn)定的土壤環(huán)境。在春季氣溫較低時(shí)，薄膜能夠有效提高土壤溫度，促進(jìn)黃瓜種子的發(fā)芽和幼苗的生長(zhǎng)，使黃瓜的出苗時(shí)間提前了3-5天。在干旱時(shí)期，薄膜能夠減少土壤水分的蒸發(fā)，保持土壤濕度，為黃瓜生長(zhǎng)提供充足的水分。與普通聚乙烯地膜相比，生物可降解抗菌薄膜在使用后能夠在土壤中逐漸降解，不會(huì)像普通地膜那樣造成“白色污染”。在使用后的3-6個(gè)月內(nèi)，生物可降解抗菌薄膜逐漸分解，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境沒有負(fù)面影響。通過對(duì)黃瓜產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)，覆蓋生物可降解抗菌薄膜的黃瓜產(chǎn)量比未覆蓋薄膜的對(duì)照區(qū)提高了20%左右，同時(shí)黃瓜的品質(zhì)也有所提升，果實(shí)的可溶性固形物含量增加，口感更加鮮美。6.2在食品保鮮領(lǐng)域的潛在應(yīng)用生物可降解抗菌薄膜在食品保鮮領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，其獨(dú)特的性能特點(diǎn)為解決食品保鮮中的諸多問題提供了有效的解決方案。在水果保鮮方面，以蘋果保鮮為例，傳統(tǒng)的保鮮方式主要依賴于低溫冷藏和化學(xué)保鮮劑，但這些方法存在一定的局限性。低溫冷藏雖然能延緩水果的腐爛速度，但會(huì)影響水果的口感和風(fēng)味；化學(xué)保鮮劑的使用則可能導(dǎo)致食品安全問題。將生物可降解抗菌薄膜應(yīng)用于蘋果保鮮，能夠發(fā)揮其抗菌和阻隔性能。薄膜中的丙硫菌唑可以抑制蘋果表面常見病原菌，如青霉菌、鏈格孢菌等的生長(zhǎng)和繁殖，減少水果的腐爛率。薄膜的阻隔性能可以降低氧氣和水分的透過率，減緩蘋果的呼吸作用和水分蒸發(fā)，保持水果的硬度和新鮮度。研究表明，使用生物可降解抗菌薄膜包裝的蘋果，在常溫下保存15天后，腐爛率僅為10%，而未包裝的蘋果腐爛率達(dá)到了30%。包裝后的蘋果硬度