王聰博， 徐廣春， 徐德進， 徐 鹿， 顧中言

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，江蘇 南京 210014)

黃歐寶甜椒作為甜椒(Capsicumfrutescensvar.grossumSent)的一種，因其座果時形狀似燈籠，具有一定的觀賞性，加上口感脆嫩而受到人們的普遍歡迎。近年來，隨著觀光、休閑農(nóng)業(yè)的發(fā)展，黃歐寶甜椒自身優(yōu)良的特性使其種植面積逐漸擴大。黃歐寶甜椒在設(shè)施大棚種植過程中受到桃蚜(MyzuspersicaeSulzer、)棉蚜(AphisgossypiiGlover)、煙粉虱(BemisiatabaciGennadius )、煙青蟲(HeliothisassultaGuenée )、辣椒灰霉病、辣椒病毒病等多種病蟲的單一為害或幾種病蟲的同時為害，病蟲發(fā)生較重時甜椒的外觀、產(chǎn)量及品質(zhì)[1-3]受影響程度較為嚴重。設(shè)施辣椒種植過程中對于這些病蟲的防治往往是以化學農(nóng)藥噴霧防治為主[4-5]，噴霧過程中藥液在葉片上界面效應的好壞對噴灑液的持留、潤濕和擴散等性能產(chǎn)生直接影響，并決定了噴灑液藥效的好壞[6-7]。

植物葉片的界面結(jié)構(gòu)特性對噴灑的農(nóng)藥霧滴在靶標作物表面的潤濕行為影響極為明顯，葉表層蠟質(zhì)的化學組分、表面拓撲形貌以及特定結(jié)構(gòu)的附屬物(如毛、腺體)等均是影響藥液潤濕的關(guān)鍵因子[8-10]。絕大部分靶標作物表面蠟質(zhì)成分多由長鏈烷烴、脂肪醇、醛、酮、脂肪酸以及萜類物質(zhì)組成，這些極性、非極性物質(zhì)分子的組成決定了植物葉片表面自由能的大小，葉片表面自由能的大小一定程度上決定了葉片可潤濕的難易度，而其分量可進一步描述葉片的潤濕性[11]。接觸角法是眾多固體表面自由能估測方法中較為簡便的一種[12]。依據(jù)其估測獲得的靶標植物葉片表面自由能及其分量可定性和定量分析植物葉面的內(nèi)在特性，是研究植物葉面內(nèi)在屬性與噴灑農(nóng)藥霧滴潤濕、滲透關(guān)系的橋梁。由于在具體試驗中葉片的粗糙度及其表面化學組成對液滴在葉面上的行為均產(chǎn)生影響，實際上實驗室測定獲得的表面自由能其實是葉片的表觀表面自由能。在借助幾何平均數(shù)法(OWRK)分析生長部位、生長時期因子對表觀表面自由能及其分量影響的過程中，遠軸面葉面的表觀自由能數(shù)值均大于近軸面，與之對應的色散分量數(shù)值明顯上升[13]。在估測植物葉面表面自由能時，選擇單一測試液的朱定一法(ZDY)獲得的結(jié)果易形成較大的偏差；需要2種檢測液的調(diào)和平均數(shù)法(HM)或OWRK法易因測試液極性選擇不當而獲得截然不同的結(jié)果；需要3種測試液的三液法(OCG)獲得的結(jié)果較為可靠[14-15]。本研究采用OCG法研究黃歐寶甜椒葉面在不同生育期的表觀表面自由能大小及其分量，以期用來指導設(shè)施辣椒病蟲害防治時的葉面均勻噴霧以及為與甜椒葉片相匹配的農(nóng)藥劑型的設(shè)計提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

分別于黃歐寶甜椒苗期、花期、結(jié)果期3個生育期采集新鮮、無病蟲為害的成熟葉片進行測試。用到的測試液有二次蒸餾水、上海阿拉丁生化科技股份有限公司生產(chǎn)的丙三醇(含量99%)和二碘甲烷(含量98%)。

1.2 試驗儀器

接觸角測量儀JC2000C1B，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；表面張力儀DCAT11EC，德國Dataphysics公司產(chǎn)品；0～50 μl微量注射器，上海高鴿工貿(mào)有限公司產(chǎn)品；便攜式丁烷噴槍，韓國SUN Aerosol Can Products Co., Ltd公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 甜椒葉面的穩(wěn)定接觸角 將3種測試液(二次蒸餾水、丙三醇和二碘甲烷)2 μl的液滴點滴在固定好的新鮮的黃歐寶甜椒葉面上，每隔6 s用接觸角測量儀上的圖像傳感器拍攝試驗過程中的液滴，并用擬合分析法計算出黃歐寶甜椒葉面上液滴的接觸角，分析獲得3種測試液在黃歐寶甜椒葉片上的穩(wěn)定接觸角。

1.3.2 液體表面張力的測定 按吊片法利用表面張力儀測定液體的表面張力，重復3次，試驗時的溫度為(20±2) ℃。當測量新的液體時，用丁烷噴槍將吊片上的液體殘留焚燒干凈冷卻后再進行測定。

1.3.3 甜椒葉片表觀表面自由能的測定 按照Van等提出的OCG法[12，14-15]測定辣椒葉片的表觀表面自由能，可表示表面自由能中非極性作用分量(γLW)和表面自由能中極性作用分量(γAB)之和，而γAB又由γ+(電子受體分量)和γ-(電子給體分量)組成。因此，表面能(固體或液體)可根據(jù)方程(1)和(2)計算獲得：

(1)

(2)

固液之間的相互作用的分量[12，16]可分別表示為：

(3)

(4)

方程(3)+(4)，得到新的固液關(guān)系方程(5)：

(5)

γSL表示固液間相互作用。

再借助Young方程[12]，可得到

(6)

從公式(6)中可知，已知3種液體的表面張力分量及其在葉片表面的接觸角，便可計算獲得葉片的表面自由能。同時發(fā)現(xiàn)水(極性)、丙三醇(極性)和二碘甲烷(非極性)組合作為測試液估算的表面自由能準確度和重現(xiàn)性較好[16]。本試驗將采用這3種測試液，測定其在甜椒葉片上的穩(wěn)定接觸角，按公式(6)建立方程組，估測黃歐寶甜椒葉片表面表觀表面自由能及其分量。

2 結(jié)果與分析

2.1 測試液在不同生育期黃歐寶甜椒葉片上的潤濕動態(tài)

3種測試液在苗期(圖1)、開花期(圖2)和結(jié)果期(圖3)黃歐寶甜椒葉片上的動態(tài)潤濕行為較為相似，隨著時間推移，其在葉面的接觸角先快速下降，然后趨于平衡。不同測試液在不同生育期黃歐寶甜椒葉片正反面上的接觸角平衡時間存在差異，水在苗期、開花期和結(jié)果期黃歐寶甜椒葉片正面的接觸角平衡時間分別為30 s、36 s和30 s；水在其反面的接觸角平衡時間分別為36 s、30 s和30 s。丙三醇在苗期、開花期和結(jié)果期黃歐寶甜椒葉片正面的接觸角平衡時間均為30 s；丙三醇在其反面的接觸角平衡時間分別為30 s、24 s和30 s。二碘甲烷在苗期、開花期和結(jié)果期黃歐寶甜椒葉片正面的接觸角平衡時間分別為24 s、24 s和30 s；二碘甲烷在其反面的接觸角平衡時間分別為24 s、24 s和30 s。考慮到測量時間過長會因液體揮發(fā)而影響接觸角測量的準確性，選用測試液與黃歐寶甜椒葉片接觸36 s時為最佳穩(wěn)定接觸角測量時間。在測試液與黃歐寶甜椒葉片接觸的36 s內(nèi)，水和丙三醇在不同生育期黃歐寶甜椒葉片上的接觸角變化率相差不大，但均小于二碘甲烷在不同生育期黃歐寶甜椒葉片上的接觸角變化率。

圖1 測試液在苗期黃歐寶甜椒葉片上的接觸角Fig.1 Contact angles of test solutions on leaf surface of Huangoubao sweet pepper at seedling stage

圖2 測試液在開花期黃歐寶甜椒葉片上的接觸角Fig.2 Contact angles of test solutions on leaf surface of Huangoubao sweet pepper at blooming stage

圖3 測試液在結(jié)果期黃歐寶甜椒葉片上的接觸角Fig.3 Contact angles of test solutions on leaf surface of Huangoubao sweet pepper at fruiting stage

2.2 測試液在不同生育期黃歐寶甜椒葉片上的穩(wěn)定接觸角

不同測試液在不同時期黃歐寶甜椒葉面上的潤濕性不同(表1)。藥液葉面潤濕性能的優(yōu)劣常借助接觸角來評判，潤濕性好，接觸角小于60°；潤濕性中等，接觸角大于等于60°且小于80°；潤濕性較差，接觸角大于等于80°且小于100°；潤濕性差，接觸角大于等于100°[17]。水在苗期黃歐寶甜椒葉片上的潤濕性中等，而在開花期、結(jié)果期葉片上的潤濕性較差；丙三醇在黃歐寶甜椒苗期葉片上的穩(wěn)定接觸角顯著低于開花期和結(jié)果期葉片上的穩(wěn)定接觸角(P<0.05)，潤濕性中等；二碘甲烷在黃歐寶甜椒苗期和開花期葉片上的穩(wěn)定接觸角顯著低于結(jié)果期葉片上的穩(wěn)定接觸角(P<0.05)，且均低于60°，表現(xiàn)出較好的潤濕性。3種測試液在黃歐寶甜椒葉片上的穩(wěn)定接觸角隨生育期的延長而逐漸增大，表明隨著生育期的延長，黃歐寶甜椒葉片越來越難被3種測試液潤濕。

表1 測試液在不同生育期黃歐寶甜椒葉片上的穩(wěn)定接觸角

2.3 測試液的表面自由能及其分量

OCG法需要的3種測試液以及測試液的非極性作用分量γLW和極性作用分量γAB見表2。試驗中所用的水、丙三醇和二碘甲烷3種測試液的表面張力分別為72.80 mN/m、63.70 mN/m和50.80 mN/m[12,14]。常溫差壓下，其表面自由能的數(shù)值和表面張力的數(shù)值一致，因此3種測試液的表面自由能分別為72.80 mJ/m2、63.70 mJ/m2和50.80 mJ/m2。

表2 測試液的表面自由能及其分量(20 ℃)

2.4 黃歐寶甜椒葉片的表面自由能及其分量

不同生育期黃歐寶甜椒葉片的表觀表面自由能及其分量不同(表3)。不同生育期甜椒葉片表觀表面自由能的γLW(非極性作用分量)均大于γAB(極性作用分量)；苗期和開花期的電子受體分量(γ+)均低于電子給體分量(γ-)，而結(jié)果期的電子受體分量(γ+)高于電子給體分量(γ-)。苗期黃歐寶甜椒葉片正、反面的表面自由能分別為41.46 mJ/m2和40.12 mJ/m2；開花期的表面自由能分別為39.55 mJ/m2和37.67 mJ/m2；結(jié)果期的表面自由能分別為34.06 mJ/m2和33.15 mJ/m2。隨著生育期的延長，黃歐寶甜椒葉片的表觀表面自由能逐漸變小。

表3 不同生育期黃歐寶甜椒葉片的表觀表面自由能及其分量

2.5 黃歐寶甜椒葉片的表面自由能分量所占比率

不同生育期黃歐寶甜椒葉片的表觀表面自由能分量所占的百分率不同(圖4)。黃歐寶甜椒苗期葉片正、反面表觀表面自由能中γLW(非極性作用分量)所占百分率分別為86.47%和87.86%；開花期葉片正、反面表觀表面自由能中γLW所占百分率分別為88.19%和92.59%；結(jié)果期葉片正、反面表觀表面自由能中γLW所占百分率分別為93.17%和93.36%，均介于85%～95%。黃歐寶甜椒苗期葉片正、反面表觀表面自由能中γAB(極性作用分量)所占百分率分別為13.53%和12.14%；開花期葉片正、反面表觀表面自由能中γAB所占百分率分別為11.81%和8.26%；結(jié)果期葉片正、反面表觀表面自由能中γAB所占百分率分別為6.83%和6.64%，均低于15%。隨著生育期的延長，黃歐寶甜椒葉片正、反面表觀表面自由能中γAB(極性作用分量)所占百分率逐漸減少，而γLW(非極性作用分量)逐漸增加。

A:苗期葉片正面；B:苗期葉片反面；C:開花期葉片正面；D:開花期葉片反面；E:結(jié)果期葉片正面；F:結(jié)果期葉片反面；圖4 不同生育期黃歐寶甜椒葉片表觀表面自由能分量的百分率Fig.4 Percentage of surface free energy components of Huangoubao sweet pepper at different growth stages

3 討 論

絕大多數(shù)植物葉片表面存在著占表皮層1%～10%的蠟質(zhì)層[18]，水、農(nóng)藥等小分子物質(zhì)進入葉片細胞的難易程度很大程度上取決于表皮蠟質(zhì)層，其內(nèi)在的形貌特征隨著品種或生育期等因子的不同而存在差異[19-20]。表皮蠟質(zhì)層的化學組分很大程度上決定了葉面非極性分量和極性分量的比例[21]，在辣椒表皮蠟質(zhì)層組分分析中發(fā)現(xiàn)其主要由非極性物質(zhì)和極性物質(zhì)構(gòu)成，其中非極性物質(zhì)相對較多[22]。從不同生育期葉片的表觀表面自由能分量所占百分率來看，非極性作用分量(γLW)所占比例逐漸增大，極性作用分量(γAB)所占比例逐漸降低，一定程度上表明非極性物質(zhì)含量隨著生育期的延長逐漸積累，極性物質(zhì)積累的速度低于非極性物質(zhì)，這一點還有待更多的試驗結(jié)果來驗證。另外本研究中黃歐寶甜椒3個生育期葉片表觀表面自由能雖存在差異，但其最大差值分別為7.40 mJ/m2(正面)和6.97 mJ/m2(反面)，總的來說相差不大。如果差值過大的話將使得通過葉面噴霧防治甜椒病蟲害更為復雜。如在對5個品種玉米葉片表面自由能分析過程中發(fā)現(xiàn)，5個品種中葉片正面表面自由能最大值與最小值之間相差24.93 mJ/m2,葉片反面表面自由能最大值與最小值的差值更大[23],這就有可能使得同一藥液葉面噴霧后藥液在葉面上的滯留量差異大，噴霧不均勻，間接地導致藥效的差異，因此很有必要建立噴施靶標葉面屬性數(shù)據(jù)庫以便更科學的施用農(nóng)藥。

設(shè)施辣椒病蟲害防治時，多將農(nóng)藥制劑兌水噴霧以控制病蟲害。水的表面張力為72.80 mN/m，其在黃歐寶甜椒不同生育期葉片上表現(xiàn)出的潤濕性較差，而設(shè)施辣椒中常用的農(nóng)藥制劑稀釋噴霧時的藥液表面張力多集中在30～50 mN/m[7]，而甜椒葉片的表觀表面自由能介于33.15～41.46 mJ/m2，屬于較難潤濕的靶標。一般認為噴灑農(nóng)藥稀釋液的表面張力數(shù)值低于靶標對象(如葉面)的表面自由能數(shù)值時，藥液在靶標葉面上展現(xiàn)出的潤濕性良好[24]。若采用乳油、可分散油懸浮劑、微乳劑等潤濕性相對較好的農(nóng)藥劑型兌水噴霧，大多數(shù)藥液的表面張力低于黃歐寶甜椒葉面的表觀表面自由能數(shù)值，可以取得較好的防治效果；而使用水乳劑、懸浮劑、可濕性粉劑等潤濕性相對較差的農(nóng)藥劑型兌水噴霧，大多數(shù)藥液的表面張力高于黃歐寶甜椒葉面的表觀表面自由能數(shù)值，防治效果欠佳，需要在噴霧時添加具有潤濕性能的桶混助劑來提高防效。因此在對黃歐寶甜椒進行病蟲害防治時，需根據(jù)實際應用場景選擇適合的桶混助劑來調(diào)節(jié)藥液的表面張力，獲得藥液在黃歐寶甜椒葉面上較好的潤濕性，使藥液理化性能與葉面內(nèi)在屬性相匹配，進而達到提高農(nóng)藥有效利用率和防治效果的目的。