一种双重抗旱型种衣剂 【技术领域】
本发明涉及种子处理及丸化技术， 具体涉及一种双重抗旱型种衣剂。背景技术 种子丸化技术是一种新的种子处理方法。我国从上世纪 80 年代开始种衣剂研究， 在不同作物上进行应用， 90 年代初开始推广烟草丸化种子， 现在全国烟草丸化种子应用率 已经达到 90％左右。各种作物的包衣丸化种子在农业生产中取得了明显的效果。
目前， 关于抗旱型丸化种子的研制， 主要思路和原理是在包衣剂中加入吸水剂 ( 如黄腐酸 )， 当灌溉或下雨时吸水剂从土壤中吸水形成一个 “小水库” ， 干旱时水分从 “小 水库” 中流出以供种子或幼苗利用。
中国专利 “抗旱型种子复合包衣剂” (CN1070799A) 公开了一种用于农作物良种处 理的抗旱型种子复合包衣剂。 此包衣剂除了含有农药、 微肥、 微量元素、 植物生长激素外， 还 含有 3％～ 4.5％ ( 重量百分比 ) 的高吸水性树脂， 因而不仅能防治病虫害， 促进作物生长， 还具有显著的防旱抗旱效果。
中国专利 “抗旱型种子复合包衣剂及制作方法” (CN1108878A) 提供的抗旱型种子 复合包衣剂， 除含有农药、 微量元素、 植物生长激素外， 还含有 1.8％～ 2.8％的高吸水性树 脂， 具有抗旱、 增进农药持续效果、 提高出苗率、 增产等优点。
但是， 单靠吸水剂从土壤中吸水并积蓄的方式只是从物理吸水方面提高种子的抗 旱性， 另外， 传统的吸水剂如黄腐酸、 聚丙烯酸钠、 羧甲基纤维素等吸水倍率较低 (600 倍以 下 )， 蓄水能力有限， 限制了其在丸化种子上应用的范围。
发明内容 本发明的目的在于避免上述现有技术的不足， 提供一种具有双重抗旱功能的种衣 剂， 此种衣剂可以吸收雨水或土壤水分并储存， 遭遇干旱时， 保水剂在释放储存在其中的水 分的同时， 还会缓慢释放水杨酸以应对干旱环境胁迫， 促进种子快速萌发和幼苗生长。 释放 出的水杨酸作为一种植物抗逆调节物质， 会从生理方面提高种子及幼苗的抗旱能力， 避免 其对土壤水分的过分依赖。
本发明的一个目的是公开一种双重抗旱型种衣剂， 包括保水剂和包衣辅料， 所述 的保水剂含量为包衣辅料和保水剂总质量的 1.5％～ 2.5％。
其中， 若保水剂用量太高， 一则增加成本， 二则会影响种子的透气性， 不利于种子 活力的保持， 但是保水剂用量太低， 则难以达到抗旱的目的。
其中， 所述的保水剂由水杨酸 (SA) 和聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸 (PAMPS) 组成， 它们的质量比为 0.026 ～ 0.084 ∶ 1。
其中， 优选水杨酸和聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸优选的质量比是 0.084 ∶ 1。
其中， 所述保水剂的制备方法， 包含如下步骤 ：
将一定量聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸粉末于 10mg/L ～ 30mg/L 水杨酸溶
液中溶胀 24h， 取出后于 60℃干燥 48h， 粉碎过 100 目筛得到保水剂， 即质量比为 0.026 ～ 0.084 ∶ 1 的水杨酸和聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸粉末。
其中， 优选将聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸粉末放入 30mg/L 水杨酸溶液制备 得到质量比为 0.084 ∶ 1 的水杨酸和聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸粉末。
其中， 水杨酸的选用以及溶液浓度确定是根据前期反复实验筛选的结果。若溶液 浓度过低， 聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸装载水杨酸的量就过低， 生理抗旱的效果则 不明显， 若溶液浓度过高， 又会对种子萌发和幼苗生长产生抑制， 故经反复试验筛选得出 10mg/L ～ 30mg/L 的水杨酸浓度较适宜。
其中， 制备的保水剂吸水倍率为 1840 ～ 2620 倍。吸水倍率测定方法 ： 取上述 PAMPS 高吸水材料 0.5g 于烧杯中， 加入 2000ml 蒸馏水， 静置 24h 后用纱布 (250 目 ) 过滤并 静置约 30min， 称量凝胶质量， 计算吸液倍率 Q ＝ (m-m0)/m0， 式中 ： m0 为吸水前干凝胶质量， m 为吸水后经过纱布过滤后的凝胶质量。
其中， 将水杨酸载入 PAMPS 高吸水材料的孔隙中， 一方面避免了下雨时水杨酸的 快速流失 ； 另一方面， 当 PAMPS 释放水分时可将其中的水杨酸缓慢释放出来， 以促进种子萌 发或幼苗的生长， 提高其抗旱能力。
其中， 所述包衣辅料包括滑石粉和膨润土， 其配比为 60％～ 80％滑石粉和 20％～ 40％膨润土。
其中， 保水剂含量优选为包衣辅料和保水剂总质量的 2.5％。
本发明还提供一种双重抗旱型种衣剂在种子丸化中的应用， 包括如下步骤 ：
造粒 ： 将一定质量的裸种倒入包衣机， 喷雾粘合剂湿润裸种表面， 加入质量为 3.5％～ 5.0％裸种质量的种衣剂， 不断搅拌， 使之包裹于裸种表面， 重复以上步骤 3 ～ 5 次， 形成微小丸状 ； 然后每次加入 20％～ 50％裸种质量的种衣剂并重复数次， 期间不断喷雾粘 合剂并搅拌 ；
丸化 ： 多次加入裸种质量 20％～ 50％的种衣剂到上个步骤形成的丸状种子， 期间 不断喷雾粘合剂并搅拌， 然后筛选、 抛光、 上色、 干燥， 得到包衣完毕的种子。
其中， 所述的粘合剂是 0.1％～ 2％壳聚糖溶液。
所述的裸种为适合丸化的蔬菜、 花卉、 牧草、 经济作物等植物种子， 蔬菜种子如花 椰菜、 芹菜、 甘蓝、 油菜等， 花卉种子如海棠、 矮牵牛等， 牧草种子如紫花苜蓿、 白三叶、 披碱 草等， 经济作物如烟草、 芝麻等。
其中， 所述种子优选为在实际生产中需要经过丸粒化处理的小粒和极小粒种子， 进一步优选千粒重小于 5g 的种子， 特别优选千粒重在 0.05g ～ 0.5g 的极小粒种子。
当种子为千粒重在 0.05g ～ 0.5g 的极小粒种子时， 在造粒步骤中加入的种衣剂质 量总计为裸种质量的 6 ～ 9 倍， 优选 7.5 倍。
其中， 当种子为千粒重在 0.05g ～ 0.5g 的极小粒种子时， 在丸化步骤中加入的种 衣剂质量总计为裸种质量的 35 ～ 43 倍， 优选 42 倍。
其中， 所述的种衣剂中的保水剂优选为种衣剂质量的 2.5％。
其中， 在造粒步骤结束时， 极小粒丸化种子的粒径为 1.00mm ～ 1.25mm， 在丸化步 骤结束时， 极小粒丸化种子的粒径为 1.60mm ～ 1.80mm。
一种具有双重抗旱功能的丸化种子， 该丸化种子所含的保水剂的量为包衣辅料和保水剂总质量的 1.5％～ 2.5％。
其中， 所述的种子为适合丸化的蔬菜、 花卉、 牧草、 经济作物等植物种子， 蔬菜种子 如花椰菜、 芹菜、 甘蓝、 油菜等， 花卉种子如海棠、 矮牵牛等， 牧草种子如紫花苜蓿、 白三叶、 披碱草等， 经济作物如烟草、 芝麻等。
其中， 所述种子优选为在实际生产中需要经过丸粒化处理的小粒和极小粒种子， 进一步优选千粒重小于 5g 的种子， 特别优选千粒重在 0.05g ～ 0.5g 的极小粒种子。
其中， 若采用烟草种子进行丸化， 该丸化种子所含的保水剂的量为包衣辅料和保 水剂总质量的 2.5％， 其中， 保水剂中的水杨酸与聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸的质量比 是 0.084 ∶ 1。
本发明相对于现有技术具有如下优点 ： 操作简单方便， 在不改变种子原有丸化工 艺流程的基础上进行简单调整， 无需设备等的更新， 成本低廉。 这种具有双重抗旱功能的丸 化种子与普通丸化种子在外观上无差异， 但可以显著提高种子的抗旱功能。 具体实施方式
下面给出本发明的较佳的实施例， 这些实施例并非限制本发明的内容。 烟草品种 “Msk326” 和 “红花大金元” 的种子来自玉溪中烟种子有限责任公司。花 椰菜种子购自浙江省杭州市种子公司， 白三叶种子购自浙江杭州牧草种子公司。膨润土和 滑石粉来自玉溪中烟种子有限责任公司。壳聚糖购自浙江杭州华东医药股份有限公司。包 衣机型号为 BY300A， 购自上海新诺仪器设备有限公司。
实施例 1 聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸粉末的制备
N2 保护下在 500ml 圆底烧瓶依次加入 100g 水、 35g2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸、 12g 氢氧化钠、 0.014g 过硫酸钾和 0.105g N， N’ - 亚甲基双丙烯酰胺加热升温反应 12 ～ 24h， 其中温度为 50℃反应 2 ～ 4h， 温度为 60℃反应 2 ～ 4h， 温度为 70℃反应 8 ～ 16h， 反 应产物 60℃干燥 48h， 粉碎过 100 目筛得到聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸粉末约 45g。
实施例 2 保水剂的制备
取 30g 聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸粉末于 2000mL， 浓度为 10mg/L 水杨酸 溶液中溶胀 24h， 取出后于 60℃干燥 48h， 粉碎过 100 目筛得装载水杨酸的聚 2- 丙烯酰胺 基 -2- 甲基丙磺酸粉末 30.78g， 水杨酸和聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸的质量比为 0.026 ∶ 1。
实施例 3 种衣剂的制备
取 1.5g 实施例 2 制备的保水剂与 68.95g 滑石粉和 29.55g 膨润土混合均匀得到 100g 种衣剂。
本实施例中保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的 1.5％。
实施例 4 烟草丸化种子的制备
将烟草品种红花大金元种子 2g 倒入包衣机。
造粒 ： 先喷雾 1.5ml 的 0.5％的壳聚糖溶液湿润种子表面， 加入质量为 0.1g 的实 施例 3 制备的种衣剂后不断搅拌， 使其包裹于种子表面， 重复上述步骤 3 ～ 5 次， 使种子形 成微小丸状 ； 然后每次将 0.4g ～ 1g 实施例 3 制备的种衣剂加入到丸状种子中， 喷雾浓度为 1.0％的壳聚糖溶液， 不断搅拌， 重复多次， 使丸状种子的粒径增加到 1.00mm ～ 1.25mm ；
丸化 ： 将 0.4g ～ 1g 实施例 3 制备的种衣剂加入到造粒形成的丸状种子中， 喷雾 2 ％的壳聚糖溶液， 不断搅拌， 重复多次， 使造粒形成的丸状种子的粒径增加到 1.60mm ～ 1.80mm， 然后筛选、 抛光、 上色、 干燥得到包衣完毕的种子。
同时取 Msk326 种子 2g， 经过同样的丸粒化操作， 得到 Msk326 丸化种子成品。 丸化 种子干燥后置于 4℃冰箱保存备用。
实施例 5 烟草丸化种子的制备
重复实施例 2-4 的流程， 唯一不同的是， 在实施例 2 中， 将聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲 基丙磺酸粉末于 2000mL， 20mg/L 水杨酸溶液中吸胀。
本实施例中保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的 1.5％。
实施例 6 烟草丸化种子的制备
重复实施例 2-4 的流程， 唯一不同的是， 在实施例 2 中， 将聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲 基丙磺酸粉末于 2000mL， 30mg/L 水杨酸溶液中吸胀。
本实施例中保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的 1.5％。
实施例 7 烟草丸化种子的制备
重复实施例 2-4 的流程， 唯一不同的是， 在实施例 3 中， 取 2.5g 实施例 2 制备的保 水剂与 68.25g 滑石粉和 29.25g 膨润土混合均匀得到 100g 种衣剂。
本实施例中保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的 2.5％
实施例 8 烟草丸化种子的制备
重复实施例 5 的流程， 唯一不同的是， 在实施例 3 中， 取 2.5g 实施例 2 制备的保水 剂与 68.25g 滑石粉和 29.25g 膨润土混合均匀得到 100g 种衣剂。
本实施例中保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的 2.5％。
实施例 9 烟草丸化种子的制备
重复实施例 6 的流程， 唯一不同的是， 在实施例 3 中， 取 2.5g 实施例 2 制备的保水 剂与 68.25g 滑石粉和 29.25g 膨润土混合均匀得到 100g 种衣剂。
本实施例中保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的 2.5％。
实施例 10 烟草丸化种子的发芽
将实施例 4-9 所得烟草丸化种子， 以及三个对照处理 CK0、 CK1 和 CK2 的丸化种子 进行基质发芽试验， 基质为 “Fafard” 牌进口育苗基质。其中 CK0 指基础种衣剂中不添加由 PAMPS 和水杨酸制成的保水剂， CK1 指基础种衣剂中仅含有 1.5％的 PAMPS， CK2 指基础种衣 剂中仅含有 2.5％的 PAMPS， 其中基础种衣剂仅包括滑石粉和膨润土。CK0 处理是将 70g 滑 石粉和 30g 膨润土混合后， 对 2g 烟草种子进行丸化， 丸化过程同实施例 4， 不同的是基础种 衣剂中不添加其他物质 ； CK1 处理是将 1.5g PAMPS， 68.95g 滑石粉和 29.55g 膨润土混合后， 对 2g 烟草种子进行丸化， 丸化过程同实施例 4， 不同的是用 PAMPS 代替了保水剂 ； CK2 处理 是将 2.5g PAMPS， 68.25g 滑石粉和 29.25g 膨润土混合后， 对 2g 烟草种子进行丸化， 丸化过 程同实施例 4， 不同的是用 PAMPS 代替了保水剂。
在装有基质的塑料盘每一孔中依次放置一粒丸化种子。试验采用防雨控水栽培， 20℃恒温生长， 将基质含水量调为其最大持水量的 40％来模拟干旱条件。第 16d 计算发芽 率、 发芽指数 (GI) 和活力指数 (VI)。计算公式 ： GI ＝ Σ(Gt/Dt)， VI ＝ S×GI， 式中 ： Gt 为 不同时间的发芽数， Dt 为发芽天数， ∑为总和， S 为幼苗全长。取生长 16d 的幼苗， 用自来水冲洗后用滤纸吸干， 每个处理随机选取 10 株， 用直尺测量其根和全苗的长度 ； 用千分之一 感量天平称量幼苗鲜重， 将幼苗在 80℃下烘干 24h， 测定幼苗干重。试验设 4 次重复， 每重 复 100 粒种子。
实验结果请见表 1- 表 4 ：
表 1 不同丸化处理对干旱胁迫下烟草红花大金元种子发芽的影响
*小写字母表示不同处理间的差异显著性比较 (α ＝ 0.05， LSD)， 下同。 表 2 不同丸化处理对干旱胁迫下烟草 Msk326 种子发芽的影响
表 3 不同丸化处理对干旱胁迫下烟草红花大金元幼苗生长影响
表 4 不同丸化处理对干旱胁迫下烟草 Msk326 幼苗生长影响
结果表明， 本发明制备的具有双重抗旱功能的丸化种子与对照丸化种子 (CK0) 相 比， 可以提高种子在干旱胁迫下的发芽率、 发芽指数和活力指数 ( 表 1， 表 2)， 其中实施例 9 制备的丸化种子效果最为明显。红花大金元按实施例 9 制备的丸化种子发芽率、 发芽指 数和活力指数与对照 (CK0) 相比分别提高 19.4 ％、 1.23 和 23.9， 与对照 (CK2) 相比分别 提高 6.9 ％、 0.52 和 11.37( 表 1) ； Msk326 按实施例 9 制备的丸化种子发芽率、 发芽指数
和活力指数与对照 (CK0) 相比分别提 14.8 ％， 0.97 和 20.02， 与对照 (CK2) 相比分别提高 3.7％、 0.29 和 7.65( 表 2)。同时， 本发明制备的具有双重抗旱功能的丸化种子还可以促 进干旱胁迫下烟草幼苗生长和干物质积累 ( 表 3， 表 4)， 处理后的丸化种子与对照相比， 根 长、 全苗长、 苗干重和鲜重均有提高。对红花大金元来说， 实施例 9 制备的丸化种子其幼苗 生长与对照 (CK0) 相比， 根长、 全苗长、 苗鲜重和干重分别提高了 1.36mm、 1.71mm、 6.59mg 和 0.67mg， 与对照 (CK2) 相比， 根长、 全苗长、 苗鲜重和干重分别提高了 0.51mm、 0.64mm、 3.61mg 和 0.33mg( 表 3) ； Msk326 按实施例 9 制备的丸化种子的幼苗生长与对照 (CK0) 相比， 根长、 全苗长、 苗鲜重和干重分别提高了 1.61mm、 2.75mm、 9.13mg 和 0.77mg， 与对照 (CK2) 相比， 根 长、 全苗长、 苗鲜重和干重分别提高了 0.74mm、 0.79mm、 5.43mg 和 0.38mg( 表 4)。
从表格中可以看出， 实施例 4-9 所制备的具有双重抗旱功能的丸化种子， 其发芽 率， 发芽指数， 活力指数， 幼苗根长、 全苗长， 苗鲜重和苗干重的大部分数据均高于 CK1 或 CK2， 且均显著高于 CK0， 说明了由本专利制备的具有双重抗旱功能的保水剂， 其效果的确比 单纯添加高吸水树脂的抗旱效果好。其中实施例 9， 也就是聚 2- 丙烯酰胺基 -2- 甲基丙磺 酸粉末于 2000mL， 浓度为 30mg/L 水杨酸溶液中溶胀 24h 制得的保水剂 ( 水杨酸和聚 2- 丙 烯酰胺基 -2- 甲基丙磺酸优选的质量比是 0.084 ∶ 1)， 且当保水剂占包衣辅料和保水剂总 质量的 2.5％时， 效果尤其显著。 实施例 11 具有双重抗旱功能的花椰菜丸化种子的制备
将花椰菜种子 2g 倒入包衣机， 其千粒重为 2.8g。
造粒 ： 先喷雾 1.5ml 的 0.5％的壳聚糖溶液湿润种子表面， 加入质量为 0.5g 的实 施例 3 制备的种衣剂后不断搅拌， 使其包裹于种子表面， 重复上述步骤 3 ～ 5 次， 使种子形 成微小丸状 ； 然后每次将 2g ～ 5g 实施例 3 制备的种衣剂加入到丸状种子中， 喷雾浓度为 1.0％的壳聚糖溶液， 不断搅拌， 重复多次， 使丸状种子的粒径增加到 2.10mm ～ 2.20mm ；
丸化 ： 将 2g ～ -5g 实施例 3 制备的种衣剂加入到造粒形成的丸状种子中， 不 断喷雾 1.5 ％的壳聚糖溶液， 不断搅拌， 重复多次， 使造粒形成的丸状种子的粒径增加到 2.40mm ～ 2.50mm， 然后筛选、 抛光、 上色、 干燥得到包衣完毕的种子。
实施例 12 具有双重抗旱功能的白三叶丸化种子的制备
将白三叶种子 2g 倒入包衣机， 其千粒重为 0.59g。
造粒 ： 先喷雾 1.5ml 的 0.5％的壳聚糖溶液湿润种子表面， 加入质量为 0.5g 的实 施例 3 制备的种衣剂后不断搅拌， 使其包裹于种子表面， 重复上述步骤 3 ～ 5 次， 使种子形 成微小丸状 ； 然后每次将 2g ～ 5g 实施例 3 制备的种衣剂加入到丸状种子中， 喷雾浓度为 1.0％的壳聚糖溶液， 不断搅拌， 重复多次， 使丸状种子的粒径增加到 1.30mm ～ 1.50mm ；
丸化 ： 将 2g ～ 5g 实施例 3 制备的种衣剂加入到造粒形成的丸状种子中， 喷雾 1.5％的壳聚糖溶液， 不断搅拌， 重复多次， 使造粒形成的丸状种子的粒径增加到 1.70mm ～ 1.80mm， 然后筛选、 抛光、 上色、 干燥得到包衣完毕的种子。
经验证， 实施例 11 和实施例 12 制备的丸化种子与常规对照丸化种子相比， 同样可 以显著提高种子在干旱胁迫下的发芽率、 发芽指数、 活力指数以及促进幼苗生长。
经本发明实验证实， PAMPS 作为高吸水材料， 可以将灌溉水或雨水储蓄起来， 当土 壤缺水时再将水释放出来， 为种子或幼苗供水， 从物理层面提高种子及幼苗抗旱能力。同 时， 在 PAMPS 释放水分时也将其装载的水杨酸 (SA) 缓慢释放， SA 作为一种植物抗逆调节物
质， 能够提高植物体内游离氨基酸、 可溶性糖、 游离脯氨酸和可溶性蛋白质含量， 可以从生 理层面提高种子及幼苗抗旱能力， 避免其对土壤水分过分的依赖。选用 SA 与 PAMPS 高吸水 材料的结合是根据反复实验筛选得出。保水剂主成分 PAMPS 原材料低廉， 聚合方法简易， 通 过不同配方和工艺筛选， 制备的保水剂吸水倍率为 1840 ～ 2620 倍， 明显高于常见吸水材料 ( 如黄腐酸、 聚丙烯酸钠、 羧甲基纤维素 )。
可见， 本发明提供的含保水剂的种衣剂制备的丸化种子可以促进干旱胁迫时丸化 种子的生根、 发芽， 提高种子发芽指数和活力指数， 促进幼苗干物质的积累， 减少干旱胁迫 对种子和幼苗的危害， 为后期的生长奠定较好的基础。10