多功能懸浮型藥用植物種衣劑的研制及其生物活性△

黃文靜，張嚴(yán)磊，孫曉春，李鉑，王楠，王二歡，張小莉，唐志書*

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)/陜西省中藥資源產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西 咸陽 712083；2.陜西步長制藥有限公司，陜西 西安 710077；3.陜西御林實(shí)業(yè)有限公司，陜西 咸陽 711200)

種子包衣技術(shù)是提高種子質(zhì)量、促進(jìn)種子產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和預(yù)防病蟲害的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)[1]。在眾多類型的種子包衣劑中，懸浮種衣劑是使用最廣泛的種子處理劑型，具有應(yīng)用安全和環(huán)境友好等特點(diǎn)[2]。懸浮種衣劑可將農(nóng)藥、生長調(diào)節(jié)劑、微肥等通過助劑和成膜劑包裹在種子表面并固化成種衣，使各種活性物質(zhì)緩慢釋放，起到調(diào)節(jié)植物生長，防病治蟲和提高植物抗逆性等作用[3]。目前，在玉米、水稻、油菜、花生、胡麻等作物以及甘草、黃芪等藥材上有應(yīng)用種子包衣劑防治病蟲害的報(bào)道[4-8]，但這類種衣劑大多僅針對(duì)一種作物或藥材，其適用范圍較小，功能較為單一。因此開發(fā)一種適用范圍廣，且具有多種功能的藥用植物種子包衣劑是十分必要的。

在前期研究基礎(chǔ)上，本實(shí)驗(yàn)預(yù)通過對(duì)懸浮種衣劑各助劑，如濕潤分散劑、增稠劑和成膜劑進(jìn)行篩選，以低毒、低殘留殺蟲和殺菌劑為主要有效成分，復(fù)配以平衡肥和植物生長調(diào)節(jié)劑，研制一種適用于中藥材種子的包衣劑，并通過室內(nèi)種子發(fā)芽、田間出苗和病蟲害調(diào)查對(duì)其安全性和田間防效進(jìn)行驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 藥劑與儀器

1.1.1 供試藥劑 潤濕分散劑：2-萘磺酸甲醛聚合物鈉鹽(NNO)、木質(zhì)素磺酸鈉(CMN)。增稠劑：海藻酸鈉、阿拉伯膠。成膜劑：聚乙烯醇(PVA-1788)、羧甲基纖維素鈉(CMC)。有機(jī)硅、山梨酸鉀、乙二醇和有機(jī)色素(胭脂紅)，以上試劑均購自山東優(yōu)索化工科技有限公司。

98%吡蟲啉(浙江龍游東方阿薩克作物科技有限公司)；98%福美雙(比利時(shí)特胺有限公司)；95%多菌靈(江蘇省太倉市農(nóng)藥廠有限公司)；N、P、K水溶性平衡肥(英國歐麥斯農(nóng)用流體公司)；赤霉素GA3和水楊酸SA(廣州市林國化肥有限公司)。

1.1.2 主要儀器 PHS-3c酸度計(jì)(上海雷磁)；BT25S電子天平(北京賽多利斯)；砂磨機(jī)(廣東瑞德利納米科技)；UV-1800紫外分光光度計(jì)(日本島津)；LS-609激光粒度分析儀(珠海歐美克)；NDJ-8S粘度儀(浙江勒豐)。

1.2 種衣劑的制備及助劑的篩選

1.2.1 種衣劑的制備 根據(jù)前期種衣劑有效成分篩選的結(jié)果，按照配方要求，將除成膜劑以外的其他原料按如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)：吡蟲啉(15%)、福美雙(5%)、多菌靈(10%)、平衡肥(5%)、潤濕分散劑(4%)、增稠劑(2%)、警戒色(2%)、防凍劑(3%)、防腐劑(0.5%)、消泡劑(0.5%)、生長調(diào)節(jié)劑(0.01%)和水混合預(yù)分散，于高速均質(zhì)機(jī)中按10 000～14 000 r·min-1剪切30 min，經(jīng)325目篩過濾后加入成膜劑，在砂磨機(jī)中研磨1 h即得種衣劑成品。

1.2.2 濕潤分散劑的篩選 根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選擇NNO或(和)CMN為濕潤分散劑，進(jìn)行復(fù)篩。在200 mL燒杯中按配方加入除成膜劑和增稠劑外的其他組分，分別稱取1、2和4 g的NNO和CMN，補(bǔ)足水至100 mL，高速均質(zhì)機(jī)10 000 r·min-1剪切30 min，經(jīng)325目篩過濾后測(cè)定懸浮率，并評(píng)價(jià)其流動(dòng)性、分散性和熱貯穩(wěn)定性。

1.2.3 增稠劑的篩選 根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)和1.2.2 的結(jié)果，選擇海藻酸鈉和阿拉伯膠為增稠劑，進(jìn)行復(fù)篩。在200 mL燒杯中按配方加入除成膜劑外的其他組分，分別稱取0.5、1和2 g的海藻酸鈉和阿拉伯膠，按照1.2.2的方法制備種衣劑半成品，測(cè)定其懸浮率以及室溫下黏度，并評(píng)價(jià)流動(dòng)性和熱貯穩(wěn)定性。

1.2.4 成膜劑的篩選 按照1.2.2和1.2.3的結(jié)果，分別加入1、2和4 g的PVA-1788和CMC，并按照1.2.1的方法制備種衣劑，測(cè)定其成膜時(shí)間、均勻度和脫落率，并評(píng)價(jià)成膜性。

1.3 種衣劑性能測(cè)定

種衣劑懸浮率按GB/T 14825—2006方法測(cè)定；成膜時(shí)間、包衣均勻度和包衣脫落率按GB/T 17768-1999方法測(cè)定；熱貯穩(wěn)定性按GB/T 19136—2003方法測(cè)定；低溫穩(wěn)定性按GB/T 19137—2003方法測(cè)定；流動(dòng)性和分散性按照劉步林[9]的方法測(cè)定；粒徑采用LS-609激光粒度分析儀測(cè)定；黏度采用NDJ-8S數(shù)字式黏度計(jì)測(cè)定；PH值使用PHS-3c酸度計(jì)測(cè)定。所研制的懸浮種衣劑的性能檢測(cè)參照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 17768—1999懸浮種衣劑產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)范》進(jìn)行。

1.4 種衣劑生物活性試驗(yàn)

1.4.1 種子包衣的室內(nèi)安全性試驗(yàn) 選取飽滿健壯、大小一致的黃芪、甘草和桔梗種子，種子用0.1% HgCl2消毒5 min，蒸餾水沖洗3次，晾干表面水分后將種子和種衣劑按包衣比[包衣劑質(zhì)量(g)：種子質(zhì)量(g)]1∶50、1∶100、1∶150和1∶200分別置于封口袋中均勻混合，晾干后備用。

按照張春平等[10]方法，將包衣后種子放入鋪有雙層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，以幼根達(dá)種子直徑長為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，按如下公式計(jì)算發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率。

(1)

(2)

1.4.2 田間發(fā)芽及防效試驗(yàn) 大田試驗(yàn)于2017年4月至10月在陜西淳化縣方里鎮(zhèn)進(jìn)行，試驗(yàn)地前茬植物為丹參，肥力中等。田間出苗試驗(yàn)時(shí)間為4月1日至10日，播種前藥材種子經(jīng)50 mg·L-1GA3浸泡24 h，撈出后于木桶中催芽3 d，期間每隔一段時(shí)間向桶中淋水并翻動(dòng)種子。按照1.3.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果，取適量種衣劑處理種子，以清水處理的種子為對(duì)照，將種子播于田間劃定的小區(qū)內(nèi)(1m×1m)，每小區(qū)300粒種子，每種處理5次重復(fù)，每天統(tǒng)計(jì)出芽數(shù)。于播種后30 d測(cè)定幼苗農(nóng)藝性狀及葉綠素含量，葉綠素含量測(cè)定按照潘瑞青[11]方法進(jìn)行。分別于5月、7月和9月中旬按小區(qū)調(diào)查統(tǒng)計(jì)百株蟲口數(shù)，百株病株數(shù)。

(3)

其中A為未包衣的百株蟲口或病株數(shù)，B為包衣處理組的百株蟲口或病株數(shù)[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕潤、分散劑的篩選

利用濕潤分散劑可降低懸浮種衣劑中各種粒子的表面自由能，幫助粒子分散懸浮，在加快粒子入水的同時(shí)使整個(gè)體系更加穩(wěn)定[13]。由表1可知，單獨(dú)使用NNO或CMN作為濕潤分散劑時(shí)種衣劑有效成分的懸浮率較低，流動(dòng)性較差，在55 ℃下貯藏14 d后出現(xiàn)分層現(xiàn)象，說明其單獨(dú)使用時(shí)濕潤分散效果不理想。兩種濕潤、分散劑復(fù)配后懸浮率提高，其中以3% NNO和1% CMN復(fù)配作為濕潤分散劑時(shí)種衣劑的流動(dòng)性、分散性和熱貯穩(wěn)定性最佳。

表1 濕潤、分散劑的篩選結(jié)果

2.2 增稠劑的篩選

通常為獲得穩(wěn)定的懸浮體系，需要向種衣劑中加入增稠劑以提高黏度，既要保持一定的傾倒流動(dòng)性又要減緩種衣劑中顆粒的沉降[14]。由表2可知，單獨(dú)使用海藻酸鈉或阿拉伯膠時(shí)雖然種衣劑的流動(dòng)性較好，但熱貯易分層。以1%海藻酸鈉和1%阿拉伯膠復(fù)配作為增稠劑時(shí)，懸浮率較高、流動(dòng)性較好，種衣劑黏度可達(dá)597 mPa·s，55 ℃下熱貯藏14 d穩(wěn)定不分層。

表2 增稠劑的篩選結(jié)果

2.3 成膜劑的篩選

成膜劑的種類和配比直接影響到種衣劑的各項(xiàng)物理化學(xué)性能指標(biāo)，優(yōu)質(zhì)的成膜劑具有成膜性好、黏度適中、包衣均勻、脫落率低、透水透氣性好等特點(diǎn)。對(duì)2種成膜劑進(jìn)行篩選結(jié)果如表3所示，其中以3% PVA-1788和1% CMC復(fù)配作為成膜劑時(shí)，種衣劑的成膜時(shí)間最短，包衣均勻度可達(dá)95.5%，脫落率僅為4.2%。

表3 成膜劑的篩選結(jié)果

2.4 種衣劑的配方及其性能指標(biāo)

通過對(duì)濕潤分散劑、增稠劑和成膜劑進(jìn)行篩選，最終確定了種衣劑的配方，其組分、含量和生物學(xué)功能如表4所示。

表4 種衣劑配方

對(duì)所制備的懸浮種衣劑的pH值、黏度、懸浮率和穩(wěn)定性等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)照國家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果(表5)表明其各項(xiàng)性能均合格。

表5 種衣劑控制指標(biāo)及其檢測(cè)結(jié)果

2.5 種衣劑對(duì)種子發(fā)芽安全性測(cè)定

由表6可知，種衣劑不同用量下3種藥材種子的發(fā)芽情況各不相同，高用量(包衣比1∶50)易產(chǎn)生藥害，3種藥材種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均最低，種子發(fā)芽時(shí)滯最長。黃芪種子在包衣比為1∶150時(shí)發(fā)芽勢(shì)較高，發(fā)芽率可達(dá)84.33%，接近對(duì)照組86.33%的發(fā)芽率；甘草種子在包衣比為1∶100時(shí)發(fā)芽勢(shì)高達(dá)57.67%，發(fā)芽率為92.67%略高于對(duì)照組；桔梗種子在包衣比1∶200時(shí)發(fā)芽率高于對(duì)照組，發(fā)芽時(shí)滯最短為1.66 d。

表6 種衣劑不同用量對(duì)黃芪、甘草和桔梗種子發(fā)芽的影響

2.6 包衣種子田間出苗試驗(yàn)

分別按照1∶150、1∶100和1∶200對(duì)黃芪、甘草和桔梗種子包衣，于大田中進(jìn)行出苗實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。各處理組與對(duì)照組的出苗時(shí)間無差異，3種藥材種子的出苗率隨時(shí)間增加不斷升高，包衣種子在相應(yīng)天數(shù)內(nèi)的出苗率均高于對(duì)照組。黃芪包衣組在播種后6 d的出苗率即達(dá)到一個(gè)較高水平，對(duì)照組在播種后9 d才達(dá)到最高，出苗率僅為包衣組的87.5%。甘草種子在播后3 d開始少量出苗，播后7 d時(shí)包衣組與對(duì)照組的差異最大，至第10 d時(shí)包衣組的出苗率高達(dá)80.33%，比對(duì)照組高出7.67%。桔梗種子在播后2 d即開始出苗，6 d時(shí)包衣組出苗率即達(dá)到較高水平，其后隨著時(shí)間的增加出苗率緩慢上升；第6 d時(shí)對(duì)照組出苗率最高達(dá)68%，但后期由于氣溫和土壤水分含量降低出現(xiàn)死苗，出苗率有所減少。

圖1 種子出苗天數(shù)與出苗率

2.7 種衣劑對(duì)藥材幼苗生長和葉綠素含量的影響

由表7可知，包衣處理對(duì)3種藥材幼苗根長的影響最為顯著，包衣后黃芪、甘草和桔梗幼苗的根長分別為對(duì)照組的1.15、1.17和1.37倍，此外，包衣處理顯著提高了幼苗的葉綠素含量。3種藥材中，桔梗受包衣處理的影響最大，其株高增高，根長變長，鮮重和葉綠素含量也大幅度增加。

表7 幼苗農(nóng)藝性狀和葉綠素含量

注：“*”表示包衣處理與對(duì)照差異達(dá)5%顯著水平。

2.8 種衣劑的田間防效試驗(yàn)

5月初至9月中旬，氣溫先升高后降低，田間蟲口數(shù)量同溫度呈明顯正相關(guān)關(guān)系。如表8所示，7月時(shí)田間蟲口基數(shù)大，黃芪、甘草和桔梗的田間百株蟲口數(shù)分別高達(dá)257、207.3和228.3只，包衣處理顯著降低了百株蟲口數(shù)，相對(duì)防效分別達(dá)87.04%、84.9%和81.77%。包衣處理同時(shí)降低了田間病株數(shù)，5月至9月間對(duì)3種藥材的病害相對(duì)防效均在75%以上。

表8 種衣劑的田間防效結(jié)果

注：“—”表示是參照。

3 結(jié)論與討論

多功能高效環(huán)境友好型種衣劑的開發(fā)是目前植保行業(yè)研究的熱點(diǎn)。種衣劑于播前使用，可綜合防治苗期病蟲害，與此同時(shí)又能促進(jìn)植物生長，使其根系強(qiáng)大，增強(qiáng)抗逆性，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[15]。與農(nóng)作物如小麥、水稻、大豆和玉米等標(biāo)準(zhǔn)商品化的種子不同，藥材種子多為農(nóng)家自留種，大多存在凈度低、均一度低、活力低、出苗率低和易霉?fàn)€現(xiàn)象[16-18]。黃芪、甘草、桔梗、黨參和當(dāng)歸等常用大宗藥材的種植通常分種苗繁育和大田移栽兩個(gè)階段，高萌發(fā)率的種子和健壯的幼苗是進(jìn)行移栽保證藥材產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)種衣劑助劑如潤濕分散劑、增稠劑和成膜劑的篩選，最終研制出一種多功能的適用于中藥材種子的懸浮種衣劑。該種衣劑的活性成分為一定種類和數(shù)量的抗菌劑、殺蟲劑、植物生長調(diào)節(jié)劑和礦質(zhì)營養(yǎng)，其助劑有一定的保水和緩釋功能。研制出的多功能懸浮種衣劑物理化學(xué)性能穩(wěn)定，各項(xiàng)控制指標(biāo)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

通過包衣種子發(fā)芽室內(nèi)安全性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同種類的藥材所需種衣劑的包衣比不同，這與種衣劑在農(nóng)作物種子上使用的情況相類似[19-20]，最適宜黃芪、甘草和桔梗的包衣比分別為1∶150、1∶100和1∶200，在此劑量下，3種藥材的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率處于較高水平。當(dāng)處于大田開放環(huán)境，尤其是田間溫度突然降低土壤水分含量較少時(shí)，通過該劑量包衣的種子出苗率均高于對(duì)照。包衣處理后藥材幼苗的生長加快，其根長更長，株高更高，用于吸收光能同化有機(jī)物的葉綠素的含量顯著高于未包衣幼苗。田間防病蟲害實(shí)驗(yàn)表明，包衣組植株的蟲口數(shù)遠(yuǎn)低于對(duì)照組，5月苗期時(shí)黃芪對(duì)照組蚜蟲和食心蟲的發(fā)生率極高，7月時(shí)甘草小區(qū)內(nèi)的紅蜘蛛和短毛草象蟲口密度大，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，包衣處理組的百株蟲口數(shù)遠(yuǎn)低于對(duì)照，其田間防效在80%以上。此外，通過對(duì)幼苗根部和莖葉部的發(fā)病情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，包衣后3種藥材植株根腐病、白粉病、褐斑病和銹病的發(fā)病率顯著降低，其百株病株數(shù)低于20，相對(duì)防效在70%以上。

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