木地膚去翅種子包衣材料的篩選

麻冬，艾比布拉·伊馬木，馬海龍

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學草業(yè)與環(huán)境科學學院，新疆草地資源與生態(tài)重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830052；2．西南林業(yè)大學，云南 昆明 650224)

木地膚(Kochiaprostrata)具有抗旱、耐鹽堿、耐熱、耐寒、耐沙埋等特性，還有很高的飼用價值和生態(tài)恢復價值.在人工栽培、改良天然草場、生態(tài)修復中是具有前途的植物[1-2]，但因其種子質(zhì)量輕，在大面積的飛播，種子規(guī)?；a(chǎn)，生態(tài)恢復，以及荒山綠化等方面，種子成活率低，不能發(fā)揮其應有的價值，所以提高小粒徑種子重量和增加種子維度等包衣措施，是解決問題的關鍵[3-4].在木地膚包衣材料中添加粘結劑，可潤濕種子，提高種子表面的粘結外圍包衣材料能力、抗壓強度等[5]；添加高分子吸水材料，使種子周邊吸附更多的自由水，提高包衣種子的抗旱性，提高種子萌發(fā)率及發(fā)芽整齊度[6].添加填充材料，增加種子粒徑，保護種子，改善種子播種的微環(huán)境.合適的包衣材料，不僅能促進木地膚種子的萌發(fā)，還可以在結構上保證包衣去翅種子的強度和裂解度[7-10].種子經(jīng)過包衣處理，可以提高其抗性，增加種子維度.本文擬通過篩選木地膚種子表現(xiàn)較好的粘結材料、吸水材料和填充材料以及合理添加水平和配比，以期為木地膚種子包衣在實際生產(chǎn)中的應用提供理論依據(jù)和技術支持.

1 材料與方法

1.1 研究材料

木地膚種源位于新疆天博草業(yè)有限公司木地膚種植基地，該基地隸屬新疆呼圖壁縣石梯子鄉(xiāng)(N 43°58′48″，E 86°46′8″，海拔817 m).該地屬溫帶大陸性干旱氣候，年降水量100～220 mm，無霜期150～180 d左右，7月份平均氣溫24～26 ℃.采回的木地膚種子在-18 ℃黑暗條件儲藏8個月，種子純凈度51.46%.

1.2 方法

1.2.1 去翅種子處理 木地膚種子于2018年10月收獲，選取飽滿完整的木地膚去翅種子，用物理方式去除種翅，采用10%的H2O2消毒，蒸餾水多次沖洗，自然晾干.

1.2.2 試驗設計 對木地膚種子進行2個處理，去翅種(no bract seed)和有翅種(with bract seed).去翅種，卵圓形，黑色，千粒質(zhì)量0.89～0.18 g；有翅種具5翅，深褐色，千粒質(zhì)量1.32～1.38 g.將2種形態(tài)種子進行種子萌發(fā)試驗，選擇更適合包衣的種子類型，并記錄發(fā)芽率.

粘結材料的篩選.選用羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)、阿拉伯膠(AG)、聚乙烯醇(PVA)、殼聚糖(Chitosan)4種粘結材料，其中CMC-Na、AG、PVA設計8個濃度(0.1%、0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、4.0%、6.0%)；Chitosan設計6個濃度(0.1%、0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)，以蒸餾水為對照(CK)，把配置好的各濃度的粘結材料溶液與處理好的去翅種子，分別放置在培養(yǎng)皿中，浸種30 min，自然晾干.

高分子吸水樹脂(吸水劑，SAP)用量的篩選.將SAP粉碎后，過100目篩，使其吸水充分.稱取6份質(zhì)量均為1 g的已消毒的晾干去翅種子(未經(jīng)粘結材料處理)，再分別稱取去翅種子重量的2.0%、5.0%、8.0%、11.0%、14.0%、17.0%的吸水劑，與去翅種子混合，加入少量水攪拌均勻，確保去翅種子表面附著吸水劑，自然風干.對照采用空白處理(CK)，進行發(fā)芽試驗，分別測試吸水材料對木地膚去翅種子萌發(fā)特性的影響.本試驗采用的高分子吸水材料的吸水質(zhì)量倍數(shù)為原干燥材料的400倍.

填充材料的篩選.選擇硅藻土(D)、高嶺土(K)、蛭石(V)、硅藻土+高嶺土(D+K，1∶1)、硅藻土+蛭石(D+V，1∶1)、高嶺土+蛭石(K+V，1∶1)、硅藻土+高嶺土+蛭石(D+K+V，1∶1∶1)7種填充材料作為擴大去翅種子體積的外圍包衣填充材料.

正交試驗設計，通過單因素試驗，篩選出萌發(fā)表現(xiàn)較好的粘結材料，高分子吸水材料以及填充材料和用量，再采用正交試驗法進行木地膚包衣去翅種子試驗配合比設計，選用三因素四水平的正交設計表，最后一列設置為空列，分別考慮了粘結材料、吸水材料、填充材料3個因素的3種變化水平，得出最優(yōu)的包衣配比.

發(fā)芽試驗，將2層濾紙鋪入消毒過的培養(yǎng)皿(Φ=90 mm)中，加蒸餾水使其充分潤濕，每一個處理設置3個重復，每個重復放置30粒包衣處理過的去翅種子，再放入25 ℃恒溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)發(fā)芽培養(yǎng)，每天光照/黑暗(16 h/8 h)，從置床起第2天同一時間觀察，以胚根突破種皮達到去翅種子長度的1/2為標準，統(tǒng)計去翅種子萌發(fā)數(shù)，連續(xù)觀測14 d，以去翅種子連續(xù)4 d不再萌發(fā)視為萌發(fā)結束.

2 結果與分析

2.1 2種形態(tài)種子的發(fā)芽率

木地膚種子2種形態(tài)種子發(fā)芽率存在顯著差異(P<0.05)，二者發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽率達50%需要的時間(TG50)，均具有顯著性差異(P<0.05).其中木地膚去翅種的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)都要高于有翅種的萌發(fā)指標，去翅種TG50小于有翅種(表1),所以包衣試驗選用木地膚去翅種子進行.

2.2 不同粘結材料對木地膚去翅種子發(fā)芽率的影響

由表2得出，隨CMC-Na濃度的增加，去翅種子發(fā)芽率呈先上升后降低的變化趨勢，在0.2%濃度時，種子發(fā)芽率在所有處理中表現(xiàn)最好為80.00%，與對照差異不顯著(P>0.05).隨著AG濃度的升高，去翅種子發(fā)芽率出現(xiàn)由高至低的變化趨勢.在0.2%濃度時，發(fā)芽率最高，與對照相比差異顯著(P<0.05).隨著PVA濃度升高，木地膚去翅種子發(fā)芽率表現(xiàn)由高變低.在濃度0.5%時，種子發(fā)芽率表現(xiàn)最好，但與對照差異不顯著(P>0.05).不同濃度Chitosan對木地膚去翅種子的影響，隨濃度的增加，發(fā)芽率先升高后下.6個處理中，0.2%濃度發(fā)芽表現(xiàn)最好78.67%，與對照差異不顯著(P>0.05).

表1 種翅對木地膚種子萌發(fā)指標的影響

表2 不同粘結材料對木地膚去翅種子發(fā)芽率的影響

2.3 高分子吸水材料對去翅種子發(fā)芽率的影響

由表3可以看出，隨著吸水樹脂用量的增加，木地膚去翅種子的發(fā)芽率由低變高再變低，發(fā)芽率在藥種比8%用量時，發(fā)芽率達最好為76.00%，與對照相比差異不顯著(P<0.05).

表3 高分子吸水材料對木地膚去翅種子發(fā)芽率的影響

2.4 不同填充材料對去翅種子發(fā)芽率的影響

從表4可以看出，以蛭石、硅藻土+高嶺土、高嶺土+蛭石為填充材料時，木地膚去翅種子的累計發(fā)芽率表現(xiàn)良好，分別為78.49%、77.39%、74.36%.填充材料優(yōu)選順序為蛭石>硅藻土+高嶺土>高嶺土+蛭石.

表4 不同填充材料對木地膚去翅種子發(fā)芽率的影響

2.5 包衣材料組合優(yōu)化篩選

通過以上木地膚的去翅種子包衣各因素、各濃度篩選可以得出，粘結材料優(yōu)選順序為0.2%阿拉伯膠、0.5%聚乙烯醇、0.2%羧甲基纖維素鈉、0.2%殼聚糖；吸水材料優(yōu)選順序為種藥比8.0%、11.0%、14.0%；填充材料優(yōu)選順序為蛭石、硅藻土+高嶺土、高嶺土+蛭石.在4種粘結材料中，殼聚糖較其他3種粘結材料價格高，對去翅種子萌發(fā)特性改善不顯著，因此在粘結材料的3個水平選擇為，0.2%阿拉伯膠、0.5%聚乙烯醇、0.2%羧甲基纖維素鈉.B因素，C因素也選擇能提高萌發(fā)能力較高的3個水平(表5).

表5 木地膚去翅種子包衣正交試驗設計

木地膚去翅種子包衣正交試驗結果見表6，可以得出試驗處理3號(A1B3C3)發(fā)芽率最高.去翅種子包衣正交試驗方差分析見表7.A因素(P=0.081>0.05)，B因素(P=0.039<0.05)，C因素(P=0.028<0.05)，影響木地膚去翅種子包衣發(fā)芽率的影響因素從大到小排列為C>B>A，說明填充材料對木地膚去翅種子包衣影響最大，其次是吸水材料，而粘結材料影響最小.

表6 木地膚去翅種子包衣正交試驗結果

表7 木地膚去翅種子包衣正交試驗方差分析

根據(jù)圖1，木地膚去翅種子包衣正交試驗各因素各水平K值變化趨勢可以得出，A粘結材料的最優(yōu)水平為A2；B吸水材料的最優(yōu)水平為B3；C填充材料的最優(yōu)水平為C3.所以通過以上正交試驗結果和分析，木地膚去翅種子包衣試驗最優(yōu)組合為A2B3C3.

同一試驗因素下，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05).Under the same test factor,different small letters indicate significant difference (P<0.05).圖1 木地膚去翅種子包衣正交試驗各水平均值Figure 1 The average value of each level in the orthogonal experiment of no bract seed coating

3 討論

4種粘結材料都能促進去翅種子萌發(fā)，隨著濃度的增加，木地膚包衣去翅種子萌發(fā)指標呈現(xiàn)了下降的趨勢，這可能與高濃度抑制生長有關.李成云等[11]試驗證明，阿拉伯膠、聚乙烯醇能提高紅三葉的發(fā)芽速度和發(fā)芽率，與本試驗結果相似，可能原因是阿拉伯膠、聚乙烯醇溶液屬中性，對去翅種子沒有脅迫作用，或為去翅種子萌發(fā)提供所需養(yǎng)分，使得去翅種子發(fā)芽率提高.但是針對不同的物種，不同濃度下，粘結材料對去翅種子萌發(fā)能力的提升不同.張金香等[12]研究表明油松去翅種子包衣選用殼聚糖和羧甲基纖維素鈉做粘結材料最好，能提高去翅種子萌發(fā)能力；姚香平[13]的研究表明0.2%的羧甲基纖維素鈉可以提高美女櫻的萌發(fā)能力，出現(xiàn)這種結果可能是0.2%羧甲基纖維素鈉包衣去翅種子降低種皮硬度，使去翅種子更容易萌發(fā)，與本試驗結果相似.王洋[14]通過對4種荒漠植物進行包衣試驗，表明0.2%殼聚糖能有效改善泡果白刺去翅種子的發(fā)芽率并達到最大值，這與本試驗結果類似，殼聚糖可能通過影響去翅種子中各種酶的活性及含量，從而影響去翅種子萌發(fā).

在干旱半干旱地區(qū)，因降水較少等自然條件的限制，土壤含水量成為影響植被成活的重要因素之一[15].在西北地區(qū)，為了使植被成活率提高，初冬進行木地膚去翅種子的播撒，目的是依靠第2年春季的冰雪融水，為去翅種子萌發(fā)提供水源，提高木地膚的成活率.而高分子吸水材料可以改善去翅種子周圍土壤含水量，形成一個小型的水庫，提供給種子萌發(fā)和生長的需要[16].研究表明，合適的吸水材料用量能提高木地膚去翅種子發(fā)芽特性，木地膚去翅種子隨著吸水材料的增加，明顯提升的其發(fā)芽率，表明吸水材料可以將水分保持在去翅種子周圍，為去翅種子萌發(fā)提供充足的水分，吸水材料對去翅種子活力有促進作用；吸水材料用量藥種比為8.0%時發(fā)芽率達到了最大值，這與梁猛等[17]、劉瑞鳳等[18]、李積蘭等[19]的研究結果相似.

適宜的填充材料，相當在去翅種子表面形成一個微土壤環(huán)境，滿足去翅種子萌發(fā)和生長的需求，進而改善去翅種子的生活力.針對粒徑較小的去翅種子，在去翅種子外用填充材料進行包裹，增加去翅種子粒徑和維度.而對于蛭石、硅藻土+高嶺土、高嶺土+蛭石作為去翅種子包衣填充涂層都能明顯改善木地膚去翅種子的發(fā)芽效果.王治等[20]，姚東偉等[21]，也表明硅藻土能促進去翅種子的萌發(fā)；李成云等[11]研究發(fā)現(xiàn)，高嶺土，蛭石能提高紅三葉和高羊茅去翅種子萌發(fā)特性；陳雙燕[22]也報道了蛭石能提高結縷草發(fā)芽率，縮短出苗時間，這與本試驗結果相同.

4 結論

去翅種子包衣粘結材料優(yōu)選順序為0.2%阿拉伯膠、0.5%聚乙烯醇、0.2%羧甲基纖維素鈉、0.2%殼聚糖；吸水材料優(yōu)選順序為藥種比8.0%、11.0%、14.0%；填充材料優(yōu)選順序為蛭石、硅藻土+高嶺土、高嶺土+蛭石.木地膚去翅種子包衣發(fā)芽率的影響因素從大到小排列為填充材料>吸水材料>粘結材料，最優(yōu)組合為0.2%羧甲基纖維素鈉×14.0%吸水劑×高嶺土+蛭石.