黃瓜種子山杏殼木醋液包衣劑的研制

徐巖巖，馬 闖2，李 壯，李 潔

(1.河北民族師范學(xué)院生物與食品科學(xué)系，河北 承德 067000；2.河北民族師范學(xué)院化學(xué)與化工系，河北 承德 067000 )

種子包衣技術(shù)是一項(xiàng)國(guó)際上應(yīng)用較為普遍的種子處理技術(shù)，起源于傳統(tǒng)的浸種、拌種等技術(shù)，是種子的加工現(xiàn)代化、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化與苗期田間害物綜合治理的有機(jī)結(jié)合[1]。

木醋液是將木材和木材加工剩余物碳化或者干餾過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣，經(jīng)過(guò)冷凝回收分離獲得的有機(jī)混合物。含有酚、醇、酸、酯、呋喃類及羰基類等約500種有機(jī)成分[2]。試驗(yàn)證明(細(xì)胞毒性試驗(yàn)，遺傳毒性試驗(yàn)，經(jīng)口急慢毒性試驗(yàn))，木醋液可在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上安全使用。由于原料種類、采集溫度等的不同各組分的量和比例關(guān)系有一定差異[14]；經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單或精細(xì)加工之后可用于農(nóng)牧業(yè)、林漁業(yè)、環(huán)境保護(hù)、工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生及食品加工保鮮等很多領(lǐng)域。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可作為植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑、土壤改良劑、殺蟲(chóng)劑、抗菌劑、消臭劑、驅(qū)避劑、有機(jī)肥發(fā)酵劑、飼料添加劑等來(lái)使用；可單獨(dú)也可混合木炭粉、葉面肥、農(nóng)藥、添加劑等進(jìn)行使用[14-15]。

殼聚糖是甲殼素脫乙?；蟮漠a(chǎn)物，其化學(xué)名是聚β-(1，4)-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖[3]。甲殼素又名甲殼質(zhì)或幾丁質(zhì)，在微生物、酵母、食用菌細(xì)胞壁、昆蟲(chóng)外骨骼，以及烏賊、貝類等軟體動(dòng)物的骨骼內(nèi)存在廣泛。甲殼素是地球上第二大再生資源，在自然界中的合成量?jī)H次于纖維素，每年其生物合成量約為100億噸。由于殼聚糖本身成膜性、附著性和吸濕性良好[4]，作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的種子包衣材料，有很大的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用價(jià)值[5-7]。

傳統(tǒng)種衣劑配方一般為各研究單位或研究者的專利，具體成分很少在文獻(xiàn)中被提及，但其中活性成分大多主要包括殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、激素、肥料或有益微生物等，其中部分殺蟲(chóng)劑、殺菌劑和激素等成分對(duì)人體有害，人們?cè)谶\(yùn)送該包衣種子或在播種時(shí)，如不采取相應(yīng)措施，有害成分難免會(huì)進(jìn)入并積累于人體，對(duì)人體造成傷害。且因其成分包含ZnSO4、CuSO4、MnSO4等鹽類物質(zhì)，長(zhǎng)期使用會(huì)造成土壤的鹽堿化。

針對(duì)這些問(wèn)題，韋強(qiáng)等[7]用梯度濃度的竹醋液對(duì)黃瓜種子進(jìn)行灌根，證實(shí)了適當(dāng)濃度的竹醋液對(duì)黃瓜的出芽率及地上部分的生長(zhǎng)和根系伸長(zhǎng)是有促進(jìn)作用的。董娟等[8]用生物質(zhì)炭和木醋液制作玉米種子包衣劑，結(jié)果顯示，包衣種子的活力指數(shù)顯著高于未包衣種子，幼苗株高、葉面積和葉鮮重相對(duì)常規(guī)包衣有不同程度的增加。申鳳善等[9]研究木醋液對(duì)水稻種子生長(zhǎng)發(fā)育的作用，結(jié)果表明，適宜濃度的木醋液對(duì)水稻種子的發(fā)育和幼苗的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。劉鵬飛等[10]用殼聚糖溶液制作種子包衣劑的成膜劑，結(jié)果顯示，適宜濃度的殼聚糖具有較好的成膜性。竹醋液與木醋液制作方法及成分相似，但其中各組分的含量并不相同，且用灌根的方法與制作成包衣對(duì)植物體的影響有很大的不同。而在董娟的試驗(yàn)中所使用木醋液濃度的選取沒(méi)有相關(guān)依據(jù)，且因農(nóng)作物與蔬菜生長(zhǎng)對(duì)木醋液的需求有所不同，需要進(jìn)一步試驗(yàn)為制作生物型、無(wú)污染的種子新型包衣劑提供相關(guān)依據(jù)。

本研究通過(guò)使用不同梯度濃度的山杏殼木醋液、殼聚糖溶液對(duì)黃瓜種子進(jìn)行培養(yǎng)皿室內(nèi)試驗(yàn)，篩選出促進(jìn)黃瓜種子萌發(fā)的山杏殼木醋液和殼聚糖溶液濃度，再將該濃度的山杏殼木醋液、殼聚糖溶液和活性炭、硅藻土、海藻酸鈉溶液等進(jìn)行一定比例的組合，對(duì)黃瓜種子進(jìn)行包裹，室外盆栽試驗(yàn)測(cè)定黃瓜幼苗生長(zhǎng)及生理生化指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證。山杏殼木醋液黃瓜種衣劑的研制為研制綠色、無(wú)污染的新型種子包衣，減少傳統(tǒng)含農(nóng)藥包衣劑使用，建立生態(tài)友好型種植模式提供相關(guān)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種中農(nóng)37號(hào)，購(gòu)自中蔬種業(yè)科技(北京)有限公司。

供試藥劑：山杏殼木醋液(原液)，活性炭購(gòu)自河北綠天生物科技有限公司；冰乙酸、硅藻土、海藻酸鈉均為分析純，購(gòu)自天津恒興化學(xué)試劑制造有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1室內(nèi)培養(yǎng)皿試驗(yàn)

在培養(yǎng)皿中放置一張直徑略小于其內(nèi)徑的濾紙，再各放入15粒進(jìn)行催芽且已長(zhǎng)出胚根的黃瓜種子，各培養(yǎng)皿中分別加入3 mL濃度為0.167%、0.125%、0.1%、0.083%的山杏殼木醋液(pH用1 mol·L-1的NaOH調(diào)節(jié)為7.0)或用0.05%冰乙酸溶解的濃度分別為0.02%、0.05%、0.1%、0.5%和1.0%的殼聚糖溶液(pH用1 mol·L-1的NaOH調(diào)節(jié)為7.0)，ck組加入自來(lái)水3 mL，每組處理進(jìn)行3個(gè)培養(yǎng)皿平行對(duì)照試驗(yàn)。每天中午對(duì)每個(gè)培養(yǎng)皿進(jìn)行保濕，并對(duì)各培養(yǎng)皿中黃瓜種子發(fā)芽數(shù)記錄并拍照。3 d后根據(jù)各組培養(yǎng)皿中黃瓜種子的發(fā)芽數(shù)及生長(zhǎng)狀況計(jì)算出各組黃瓜種子的發(fā)芽勢(shì)，7 d后根據(jù)各組培養(yǎng)皿中黃瓜種子的發(fā)芽數(shù)及生長(zhǎng)狀況計(jì)算出各組黃瓜種子的發(fā)芽率[17]，為后期制作包衣提供理論及試驗(yàn)基礎(chǔ)。

1.2.2包衣的配方及制作

用4 mL 0.125%和0.1%的山杏殼木醋液分別浸泡1 g活性炭，24 h后放入烘干箱內(nèi)60 ℃烘干1 h。各處理包衣制作配方如下：

1) 50顆種子+1 mL 0.5%海藻酸鈉溶液+(0.225 g硅藻土、0.075 g 0.125%山杏殼木醋液浸泡過(guò)的活性炭粉)。

2) 50顆種子+1 mL 0.5%海藻酸鈉溶液+(0.225 g硅藻土0.075 g 0.1%山杏殼木醋液浸泡過(guò)的活性炭粉)。

3) 50顆種子+0.5 mL 0.5%海藻酸鈉溶液+1 mL 0.125%的山杏殼木醋液+0.4 g硅藻土。

4) 50顆種子+0.5 mL 0.5%海藻酸鈉溶液+1 mL 0.1%的山杏殼木醋液+0.4 g硅藻土。

5) 50顆種子+1 mL 0.05%冰乙酸溶液(1 mol·L-1的NaOH調(diào)pH為7.0)+0.5 mL 0.5%海藻酸鈉溶液+0.4 g硅藻土。

6) 50顆種子+1 mL殼聚糖0.1%+0.5 mL 0.5%海藻酸鈉溶液+0.4 g硅藻土。

7) 50顆種子+1 mL 0.05%冰乙酸溶液(1 mol·L-1的NaOH調(diào)pH為7.0)。

8) 50顆種子+0.5 mL 0.5%海藻酸鈉溶液+0.4 g硅藻土。

9) 50顆種子(無(wú)包衣對(duì)照組，即ck)。

包衣完成后將各組種子放在通風(fēng)避光處陰干5 d備用。

1.2.3室外盆栽試驗(yàn)

每栽培缽加入1 kg自然土，播種4顆相同處理的種子，每處理12缽重復(fù)，2016年7月4日盆栽于河北民族師范學(xué)院第一實(shí)驗(yàn)樓后北側(cè)動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)室窗下，對(duì)每個(gè)花盆及每顆種子進(jìn)行編號(hào)。

每日用自來(lái)水澆灌各缽(陰雨天依實(shí)際情況澆水)，2 d后開(kāi)始記錄出苗數(shù)及所有株高(取土表到子葉下高度，用直尺測(cè)量，精確到0.1 cm)，6 d后已有植株長(zhǎng)出真葉，記錄結(jié)束，開(kāi)始進(jìn)一步進(jìn)行破壞性試驗(yàn)測(cè)量植株內(nèi)各生理生化指標(biāo)。

1.2.4生理指標(biāo)含量測(cè)定

測(cè)定黃瓜幼苗中可溶性糖、可溶性蛋白的含量，參照王文平等[11]的方法稍作調(diào)整；維生素C含量參照姚廣龍等[13]的方法進(jìn)行測(cè)定；葉綠素含量參照張志良等[14]的植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)(第4版)進(jìn)行測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)用IBM SPSS statistics 20.0軟件進(jìn)行ANOVA一元方差分析。

2 結(jié)果分析

2.1 不同處理對(duì)黃瓜種子發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率的影響

室內(nèi)培養(yǎng)皿實(shí)驗(yàn)3 d后根據(jù)公式計(jì)算各處理種子發(fā)芽勢(shì)，7 d后計(jì)算發(fā)芽率。0.125%和0.1%的山杏殼木醋液及濃度為0.02%的殼聚糖溶液處理發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率較高，最高可達(dá)100%(表1)，顯著高于對(duì)照。濃度為0.083%山杏殼木醋液和0.10%的殼聚糖處理黃瓜種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)長(zhǎng)勢(shì)較差(表1)。故在制作包衣試驗(yàn)中選取0.125%和0.1%的山杏殼木醋液及濃度為0.02%的殼聚糖溶液。山杏殼木醋液或者殼聚糖處理對(duì)黃瓜種子的萌發(fā)并無(wú)毒副作用，也不會(huì)阻止種子的正常萌發(fā)。

圖1 不同處理對(duì)黃瓜種子發(fā)芽的影響

表2 不同包衣處理對(duì)黃瓜幼苗生理特征的影響

2.2 不同包衣劑處理對(duì)黃瓜幼苗生理特征的影響

黃瓜幼苗出苗6 d，山杏殼木醋液或殼聚糖的包衣劑可以不同程度的提高黃瓜幼苗的可溶性糖及葉綠素含量，但對(duì)可溶性蛋白質(zhì)和維生素C含量的影響不顯著(表2)。其中，0.1%的山杏殼木醋液制成的包衣劑對(duì)各生理指標(biāo)的促進(jìn)作用最為顯著，其葉片中可溶性糖、葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、可溶性蛋白質(zhì)和維生素C含量分別比對(duì)照組提高43.10%、120.05%、120.05%、120.06%、7.96%和8.33%。0.125%山杏殼木醋液制成的包衣劑效果次之，用0.1%和0.125%山杏殼木醋液浸泡過(guò)的活性炭制成的包衣劑也有一定效果，其他處理對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的生理促進(jìn)效果不顯著。

表1 不同處理黃瓜種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)

圖2 黃瓜種子山杏殼木醋液包衣劑成品

3 結(jié)論與討論

0.1%與0.125%濃度的山杏殼木醋液和0.02%殼聚糖可顯著提高黃瓜種子的發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)。所研制的包衣劑中，0.1%山杏殼木醋液、0.125%山杏殼木醋液、0.1%山杏殼木醋液活性炭和0.125%山杏殼木醋液活性炭制成的包衣對(duì)黃瓜幼苗的生長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)作用。其中，0.1%山杏殼木醋液制成的包衣對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)促進(jìn)作用最為顯著，出苗6 d后，其葉片中可溶性糖、葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、可溶性蛋白質(zhì)和維生素C含量分別比對(duì)照組提高了43.10%、120.05%、120.05%、120.06%、7.96%和8.33%?？扇苄蕴鞘且环N很強(qiáng)的親水物質(zhì)，可緩解植物細(xì)胞在水分脅迫下的損傷。

韋強(qiáng)等[8]用竹醋液灌根對(duì)黃瓜的影響試驗(yàn)中，稀釋200倍時(shí)對(duì)黃瓜的生長(zhǎng)促進(jìn)最顯著，稀釋100倍和300倍的竹醋液也有促進(jìn)作用，但效果不如稀釋200倍明顯。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之有差異，一方面由于山杏殼木醋液與竹醋液成分有差異，山杏殼木醋液成分濃度較高，用量較少即可達(dá)到同等促進(jìn)生長(zhǎng)作用；另一方面灌根與包衣處理方式的不同也會(huì)造成不同。董娟等用生物質(zhì)炭和木醋液制作玉米種子包衣劑，結(jié)果表明，包衣種子的活力指數(shù)顯著高于未包衣種子，幼苗株高、葉面積和葉鮮重相對(duì)常規(guī)包衣有不同程度的增加[9]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，未加入活性炭包衣劑相較加入活性炭對(duì)黃瓜種子的生長(zhǎng)促進(jìn)效果更顯著。山杏殼木醋液組分濃度較高，所以制作種衣劑過(guò)程中濃度過(guò)高或過(guò)低，促進(jìn)作用均會(huì)減弱，過(guò)高的濃度甚至抑制黃瓜的生長(zhǎng)，說(shuō)明濃度是山杏殼木醋液應(yīng)用效果的一個(gè)重要因素。山杏殼木醋液應(yīng)用于農(nóng)業(yè)病害防治及促生劑，可部分取代化學(xué)農(nóng)藥，提高植物自身的防御酶活性，減少化學(xué)農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。