TWI755969B

TWI755969B - 牡蠣殼用於防治植物病害之用途

Info

Publication number: TWI755969B
Application number: TW109144122A
Authority: TW
Inventors: 林耀東; 黃振文; 涂凱芬
Original assignee: 國立中興大學
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2022-02-21
Also published as: TW202222165A

Abstract

本發明係揭露一種牡蠣殼用於防治植物病害之用途，其係透過於一預定鍛燒條件下鍛燒牡蠣殼，使鍛燒後之牡蠣殼的成分改變而能夠用於作為防治胡瓜露菌病之組合物的有效成分，並且同時能夠達到解決廢棄牡蠣殼所造成之污染問題。

Description

牡蠣殼用於防治植物病害之用途

本發明係有關於廢棄物之第二用途，特別係指牡蠣殼用於防治植物病害之用途。

按，由於牡蠣具有豐富營養價值及特殊口感，使得牡蠣成為水產養殖業常見之物種，根據統計，台灣牡蠣養殖面積約占1萬公頃以上，產值達46.51億元，年平均生產量則超過18萬公噸。然而，養殖漁業之興盛也因此產生大量廢棄殼類，該部分占牡犡總重之90%，若以12%剝殼率加以計算，則每年產生之殼廢棄物高達16萬公噸，如根據統計，2016年牡蠣殼廢棄物達182,214公噸，全球則約產生400萬公噸，而廢棄牡蠣殼除占用大量空間、影響當地景觀外，也對環境造成負面影響，如海水污染造成重金屬累積及產生惡臭。

由於廢棄牡蠣殼主成分為碳酸鈣，目前對於再利用方式廢棄牡蠣殼係將之作為肥料、油漆塗料或路基添加物等，亦或作為食品添加物來增加保存期限等，然事實上，雖然牡蠣殼具有上述多種用途，不過基於利用率很低，大多數廢棄牡蠣殼仍被任意丟棄。

本發明之主要目的係在於提供一種牡蠣殼用於防治植物病害之用途，其係於一預定鍛燒條件下進行鍛燒牡蠣殼之程序，使鍛燒後之牡蠣殼成分改變為含有大量之氧化鈣，而鍛燒後之牡蠣殼係能夠用於作為防治胡瓜露菌病之組合物的有效成分，並且同時能夠達到解決廢棄牡蠣殼所造成之污染問題。

緣是，為能達成上述目的，本發明係揭露一種牡蠣殼粉之第二用途，其係將牡蠣殼粉用於製備防治露菌病之組合物，其中，該牡蠣殼粉係經由一改質程序所製得者，並其主要成分係為氧化鈣。

透過提供一有效量之含有本發明所揭牡蠣殼粉之組合物至如胡瓜等植物時，能夠達到防治該植物受到病害侵襲或是細菌感染之功效，具體來說，該病害係由Pseudoperonospora cubensis所引起之露菌病。

更進一步來說，該牡蠣殼粉係將牡蠣殼以850°C以上之鍛燒溫度進行鍛燒一預定時間後進行改質後，再將之進行粉末化之程序所得者。

於本發明之一實施例中，該鍛燒溫度為850°C以上1050°C以下，其中，以鍛燒溫度為1050°C時，可使該牡蠣殼粉中含有較高量之氧化鈣。

於本發明之另一實施例中，該預定時間為至少1小時，如1小時、2小時、3小時、4小時、5小時、6小時等。

為能增加使用上之便利性，於本發明之一實施例中，係將該組合物製備為一牡蠣殼粉溶液，其係由該牡蠣殼粉稀釋1000至6000倍所製得者，並且，為能達到較佳之病害防治效果，該牡蠣殼粉溶液之濃度係為117 ppm以上1000 ppm以下，其中，又以濃度為300～400 ppm時具有最佳之病害防治功效。

本發明係揭露一種牡蠣殼用於防治植物病害之用途，具體來說，本發明之技術特徵係在於透過鍛燒程序使牡蠣殼改質，改質後之牡蠣殼係具有具有高量之氧化鈣，而能用以使植物抵抗 Pseudoperonospora cubensis之侵襲，不僅能夠預防植物受到 Pseudoperonospora cubensis感染而罹患露菌病之功效，也能持續地存在於植物上，作為長效性植物病害防治之用；此外，由於本發明所使用之牡蠣殼為廢棄物，故同時也能夠達到環保及解決污染等功效。

本發明所揭「露菌病」，病原菌為 Pseudoperonospora cubensis（Berkeley et Curtis）Rostow，好發於葫蘆科作物、十字花科作物、豆科作物等植物，如胡瓜、絲瓜、洋香瓜、菠菜、甜瓜、、小黃瓜、南瓜、萵苣、青蔥等。

以下，為能驗證本發明之技術特徵及其功效，將茲舉若干實例並搭配圖式作詳細說明如後。

以下實例中所使用的廢棄牡蠣殼係來自於台灣西部沿海彰化王功漁港、嘉義縣義竹鄉及台南學甲區。

以下實例之結果採用SAS 6.1（SAS Institute, Inc., Cary, N. C.）軟體進行單向變異數分析（one-way analysis of variance, one-way ANOVA），並以費雪最小顯著差異法（Fisher’s least significant difference, LSD）進行分析比較（P = 0.05）。

實例一：牡蠣前處理

將牡蠣殼刷洗後浸入濃度為1 % 次氯酸鈉之漂白水24小時以去除其殘留物，隨後以蒸餾水洗去殘留之次氯酸鈉。待烘乾後進行粉碎，得到牡蠣粉粒。再將部分牡蠣粉粒以如球磨方式進行奈米化處理，得到牡蠣粉末。

實例二；熱重分析

將牡蠣粉粒與牡蠣粉末分別以熱重分析儀進行熱重分析，測量溫度由室溫提升至800°C，結果如圖1所示。

由圖1之結果可知，當溫度加熱至600°C時，牡蠣粉粒與牡蠣粉末開始進行熱分解反應，從碳酸鈣轉變為氧化鈣；當溫度將近750°C時，牡蠣粉粒與牡蠣粉末重量下降趨緩，失重率分別為54.77 %及54.83 %，顯示奈米化處理對於失重率的影響不大。

實例三：牡蠣粉末之製備

牡蠣粉粒先分別以高溫除去水分後，再以不同鍛燒條件進行鍛燒後，進行如球磨之奈米化處理，得到經不同鍛燒條件處理之牡蠣粉末，如表1所示。

表1：各牡蠣粉末樣本及其鍛燒條件

樣品編號	鍛燒溫度（°C）	鍛燒時間（時）	樣品編號	鍛燒溫度（°C）	鍛燒時間（時）
C-650-1-BM	650	1	C-650-6-BM	650	6
C-750-1-BM	750	1	C-750-6-BM	750	6
C-850-1-BM	850	1	C-850-6-BM	850	6
C-950-1-BM	950	1	C-950-6-BM	950	6
C-1050-1-BM	1050	1	C-1050-6-BM	1050	6
C-850-1-BM	850	1	C-1050-1-BM	1050	1
C-850-2-BM	850	2	C-1050-2-BM	1050	2
C-850-3-BM	850	3	C-1050-3-BM	1050	3
C-850-4-BM	850	4	C-1050-4-BM	1500	4
C-850-6-BM	850	6	C-1050-6-BM	1050	6

實例四：元素分析

將實例三中經不同鍛燒條件處理所得之牡蠣粉末以高解析X光繞射儀進行分析，其中，儀器使用旋轉陽極銅靶，牡犡殼粉掃描範圍2θ=10-80°，掃描速度為每秒0.025°，結果如圖2A及圖2B所示。

由圖2A之結果可知，經650˚C及750˚C煅燒1小時之牡蠣粉末於23.02˚、29.38˚、35.96˚、39.42˚、43.16˚、47.52˚及48.54˚出現明顯繞射峰，該繞射峰依序對應方解石之晶面 (012)、(104)、(110)、(113)、(202)、(024) 及 (116)，表示材料成分仍屬碳酸鈣；而以鍛燒溫度為850˚C處理1小時者，開始出現部分微弱之氧化鈣繞射峰，顯示鍛燒溫度為850˚C係為牡蠣粉末由碳酸鈣轉變為氧化鈣之關鍵溫度；以煅燒溫度950˚C及1,050˚C處理1小時者，其繞射峰皆出現在32.20˚、37.38 ˚、53.88 ˚、64.22 ˚及67.46 ˚，顯示材料成分經950˚C處理後由碳酸鈣完全轉變為氧化鈣，晶面依序為 (111)、(200)、(220)、(311) 及 (222)。又，由圖2B之結果可知，將鍛燒時間增加為6小時，於750˚C煅燒溫度下，便開始出現部分氧化鈣繞射峰，而於鍛燒溫度為850˚C處理者，則出現明顯氧化鈣之繞射峰及不明顯之碳酸鈣繞射峰。

更進一步地，將牡蠣粉粒分別以850˚C及1050˚C之溫度進行鍛燒不同時間後，再分別進行奈米化處理，得到不同之牡蠣粉末，並如同上所述者，以解析X光繞射儀進行分析，結果如圖3A及圖3B所示。

由圖3A之結果可知，雖然鍛燒時間不同，但是皆可發現碳酸鈣及氧化鈣之繞射峰共存，而碳酸鈣繞射峰隨煅燒時間延長而減弱，氧化鈣則隨之增長，然受限於溫度仍無法將碳酸鈣完全轉變為氧化鈣；而由圖3B之結果可知，各牡蠣粉末皆出現氧化鈣之繞射峰，並且僅需1小時之鍛燒時間即可將成分轉化為氧化鈣。

綜合圖2A及圖2B之結果，可清楚得知延長煅燒時間係有助於將牡蠣殼粉中之碳酸鈣改質成氧化鈣；並且由圖3A及圖3B之結果可知，於高鍛燒溫度下，可使碳酸鈣轉化為氧化鈣之時間與效率增加。

實例五：粒徑分析

將實例三中經不同鍛燒處理所得之牡蠣粉末分別取0.008克，加入至100 mL去離子水中，並透過動態光散射粒徑分析儀進行分析，結果如圖4A及圖4B所示。

更進一步地，將牡蠣粉粒分別以850˚C及1050˚C之溫度進行鍛燒不同時間後，再分別進行奈米化處理，得到不同之牡蠣粉末，並如同上所述方法進行分析，結果如圖5A及圖5B，

由圖4A及圖4B之結果可知，雖然隨煅燒溫度之提升，粒徑會呈現下降趨勢；並由圖5A及圖5B之結果可知，鍛燒時間改變原則上不會改變粒徑，惟於溫度1050°C時，隨著鍛燒時間增加，粒徑會變小。

實例六：表面電位分析

將實例三中經不同鍛燒處理所得之牡蠣粉末分別取0.01 g，加入100 mL 0.1 M NaClO4 (aq)，以0.1 M HCl (aq) 及 0.1M NaOH 調整至目標pH值後，透過動態光散射粒徑分析儀進行分析，結果如圖6A及圖6B所示。

另者，將牡蠣粉粒分別以850˚C及1050˚C之溫度進行鍛燒不同時間後，再如同前所述方法進行各牡蠣粉末之表面電位分析，結果如圖7A及圖7B所示。

由圖6A及圖6B之結果顯示，經不同鍛燒處理所得之牡蠣粉末的表面電位都會因溶液pH值提高，氫氧根離子變多而下降；並且，將圖6A及圖6B之結果相比發現，於950 ˚C煅燒1小時及6小時之電位約在pH 8時開始出現緩慢上升之趨勢，而後又在pH 11時急遽下降。

又，由圖7A及圖7B之結果可知，不論溫度高低，於相同鍛燒溫度下，牡蠣粉末之表面電位原則上會隨著pH增加而下降，但於pH值為8-9時，牡蠣粉末之表面電位則會有上升現象。

實例七：表面官能基測試

將實例三中經不同鍛燒處理所得之牡蠣粉末乾燥後，以FTIR（傅里葉轉換紅外光譜，Fourier-transform infrared spectroscopy）進行分析，結果如圖8A及圖8B所示。

再者，分析於鍛燒溫度分別為850˚C及1050˚C下，經過不同鍛燒時間對於牡蠣粉末表面官能基之影響，結果如圖9A及圖9B所示。

由圖8A及圖8B之結果可知，該些牡蠣粉末初始成分皆為碳酸鈣，並與碳酸鈣圖譜有相同的趨勢，其圖譜中1473及874 cm−1顯示出碳酸鈣中碳氧鍵結 (C=O) 伸縮及彎曲之特徵，712 cm−1則代表鈣氧鍵結 (Ca–O)之情形。

圖9A係呈現碳酸鈣之圖譜，且隨煅燒時間延長，穿透度波型也變得趨緩，顯示煅燒使其碳酸鈣成分變少；並圖9B呈現氧化鈣之圖譜，顯示經1050˚C處理後，碳酸鈣均可轉變為氧化鈣。，

此外，結合圖2、圖8A及圖8B之結果顯示，於本發明所揭實例中，牡蠣殼不論經過的鍛燒時間為何（1小時或6小時），以鍛燒溫度為650˚C、750˚C及850˚C所得到之分析圖譜與碳酸鈣相似，而以以950˚C及1050˚C煅燒處理後，其成分已轉換為氧化鈣，故圖譜分析與氧化鈣大致相同；此外。在3643 cm-1可看到因氧化鈣顆粒吸附空氣中的水，形成Ca(OH)2後產生之與氫氧根 (Ca-OH) 鍵結。

實例八：比表面分析

將實例三中經不同鍛燒處理所得之牡蠣粉末透過比表面積分析儀以氮氣進行吸附、脫附測試，除氣條件為305˚C處理4小時，分析各樣品之比表面積（specific surface area）、孔隙體積（pore volume）及孔徑大小（pore size），結果如表2所示。

由表2之結果可知，經不同鍛燒處理之牡蠣粉末的比表面積都大於1 m ²/g，且隨煅燒溫度提升，各牡蠣粉末由碳酸鈣轉變為氧化鈣，故其比表面積有下降之趨勢；其中，於鍛燒溫度850˚C時，牡蠣粉末中之成分為碳酸鈣及氧化鈣共存，所以其比表面積會較高，但隨著鍛燒時間增加，碳酸鈣大多轉換成氧化鈣，因此，比表面積明顯下降。由此結果顯示，於相同鍛燒溫度下進行鍛燒處理，碳酸鈣轉換為氧化鈣之量增加，而使比表面積增加。

又，經不同鍛燒處理之牡蠣粉末的孔隙體積皆偏低，約落在0.005-0.015 cm ³/g；孔隙體積與比表面積相比，可知當牡蠣粉末之比表面積大時，孔隙體積偏大。

表2：各牡蠣粉末樣品之比表面積、孔隙體積及孔徑大小之分析結果

樣品編號	比表面積 (m ²/g)	孔隙體積(cm ³/g)	孔徑大小(nm)
C-650-1-BM	2.23	0.014	25.28
C-750-1-BM	2.85	0.014	18.94
C-850-1-BM	3.47	0.016	18.70
C-950-1-BM	1.52	0.007	18.39
C-1050-1-BM	2.65	0.015	22.92
C-650-6-BM	2.38	0.015	25.78
C-750-6-BM	2.72	0.013	19.83
C-850-6-BM	1.80	0.010	21.71
C-950-6-BM	1.33	0.007	19.74
C-1050-6-BM	1.76	0.008	18.16
C-850-2-BM	2.47	0.014	22.29
C850-3-BM	2.56	0.016	24.97
C-850-4-BM	2.17	0.012	22.30
C-1050-2-BM	1.65	0.008	20.00
C-1050-3-BM	1.13	0.005	19.00
C1050-4-BM	1.12	0.005	19.17

實例九：製備牡蠣鍛燒粉末

將牡蠣殼按實例一之內容進行洗刷、粉碎等程序，並且於1050°C下進行鍛燒1小時，完成後再進行球磨程序，以得到C-1050-牡蠣粉末。

實例十：防治胡瓜露菌病之效果評估（一）

將1 g/mL之C-1050-牡蠣粉末依下列稀釋倍率稀釋：稀釋1000、1500、2000、2500、3000、4000、5000、6000倍後（濃度依序為1,000、750、500、400、333、200、117 ppm），再分別取10 μL滴於胡瓜切離葉上，每片葉處理十個點，再於處理點上以點滴接種法接種P. cubensis PC-001 20 sporangia /10 μL之孢囊懸浮液（C-1050-牡蠣粉末溶液最終濃度依序為500、375、250、200、166.5、100、58.5 ppm），而後置於20℃、12小時光照生長箱，7天後觀察病斑發生情形並計算罹病率，並以無菌水處理為對照組。評估結果如圖10及圖11所示。

由圖10及圖11之結果顯示，當C-1050-牡蠣粉末溶液稀釋倍率為1000倍時，罹病率明顯下降至10.0%，隨C-1050-牡蠣粉末稀釋倍率提升，罹病率並無明顯變化，但是，當C-1050-牡蠣粉末稀釋倍率提升至5000及6000倍時，罹病率則上升至33.3%；由此顯示牡蠣粉末稀釋倍率為1000-4000倍時防治效果並無明顯差異，當C-1050-牡蠣粉末稀釋5000倍以上則對露菌病之防治效果有些微影響，並且，當C-1050-牡蠣粉末稀釋倍率介於1000-2500倍時，可於葉背上看到明顯接種點，此代表接種濃度太高。

透過圖10及圖11之結果可證實本發明所揭牡蠣殼鍛燒粉末或其溶液確實能夠具有防治胡瓜露菌病之用途，其中，較佳施用濃度為牡蠣殼鍛燒粉末稀釋3000倍及4000倍。

實例十一：防治胡瓜露菌病之效果評估（二）

本實例之步驟大致上等同於實例十，惟，不同者在於，稀釋後之C-1050-牡蠣粉末溶液濃度分別為0.125、0.25、0.5、1、2 mg/ml，並且，於將C-1050-牡蠣粉末溶液滴於胡瓜切離葉上後24小時再接種P. cubensis PC-001 20 sporangia孢囊懸浮液（104 sporangia/mL），再觀察其罹病率，結果如圖12所示。

由圖12之結果可知，C-1050-牡蠣粉末濃度為2 mg/ml係能夠有效地長時間保護胡瓜切離葉遭遇胡瓜露菌病，換言之，本發明所揭牡蠣殼鍛燒粉末或其溶液確實能夠具有預防胡瓜露菌病之用途。

無

圖1係為牡蠣粉粒與牡蠣粉末進行熱重分析之結果，其中，紅色為牡蠣粉粒，藍色為牡蠣粉末。圖2A係為不同溫度下煅燒1小時所得之牡蠣粉末進行XRD繞射分析之結果。圖2B係為於850˚C下煅燒不同時間所得之牡蠣粉末進行XRD繞射分析之結果。圖3A係為於850˚C下煅燒不同時間所得之牡蠣粉末進行XRD繞射分析之結果。圖3B係為於1050˚C下煅燒不同時間所得之牡蠣粉末進行XRD繞射分析之結果。圖4A係為不同溫度下煅燒1小時所得之牡蠣粉末進行粒徑分析之結果。圖4B係為不同溫度下煅燒6小時所得之牡蠣粉末進行粒徑分析之結果。圖5A係為於850˚C下煅燒不同時間所得之牡蠣粉末進行粒徑分析之結果。圖5B係為於1050˚C下煅燒不同時間所得之牡蠣粉末進行粒徑分析之結果。圖6A係為不同溫度下煅燒1小時所得之牡蠣粉末進行表面電位分析之結果。圖6B係為不同溫度下煅燒6小時所得之牡蠣粉末進行表面電位分析之結果。圖7A係為於850˚C下煅燒不同時間所得之牡蠣粉末進行表面電位分析之結果。圖7B係為於1050˚C下煅燒不同時間所得之牡蠣粉末進行表面電位分析之結果。圖8A係為不同溫度下煅燒1小時所得之牡蠣粉末進行官能基分析之結果。圖8B係為不同溫度下煅燒6小時所得之牡蠣粉末進行官能基分析之結果。圖9A係為於850˚C下煅燒不同時間所得之牡蠣粉末進行官能基分析之結果。圖9B係為於1050˚C下煅燒不同時間所得之牡蠣粉末進行官能基分析之結果。圖10係觀察不同濃度之牡蠣鍛燒粉末溶液對於胡瓜露菌病防治效果的照片。圖11係為不同濃度之牡蠣鍛燒粉末溶液對於胡瓜露菌病罹病率之變化。圖12係為預先滴下不同濃度之牡蠣鍛燒粉末溶液對於胡瓜露菌病罹病率之變化。

無

Claims

一種牡蠣殼粉用於製備為防治露菌病之組合物之用途，其中，該牡蠣殼粉中之主要成分為氧化鈣，而該牡蠣殼粉係將牡蠣殼以850℃以上之鍛燒溫度進行鍛燒至少1小時後所得者。
如請求項1所述用途，其中，該鍛燒溫度係為850℃以上1050℃以下。
如請求項1所述用途，其中，該預定時間不超過6小時。
如請求項1所述用途，其中，該組合物係為一牡蠣殼粉溶液，其係由該牡蠣殼粉稀釋1000至6000倍所製得者。
如請求項4所述用途，其中，該牡蠣殼粉溶液之濃度係為117ppm以上1000ppm以下。
如請求項5所述用途，其中，該牡蠣殼粉溶液之濃度係為300~400ppm。