木地膚種子包衣材料的篩選

麻 冬，艾比布拉·伊馬木，哈里木拉提·努熱合買提

(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，烏魯木齊 830052； 2．新疆天博草業(yè)有限公司，烏魯木齊 830000)

0 引 言

【研究意義】種子包衣是一種用包衣材料覆蓋種子的技術，以提高種子性能和植物建植水平，降低生產(chǎn)成本，提高植物的播種成功率，增加種子流動性[1-2]。在干旱半干旱地區(qū)，有很多適宜在荒漠地區(qū)建植的物種，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，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]。通過篩選適宜木地膚種子包衣材料，提高其機械化播種便利性和出苗質(zhì)量，發(fā)揮木地膚的種用價值?！厩叭搜芯窟M展】木地膚具有很強的抗逆性，且有很高的飼用價值；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[5-7]。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[8]；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[9]。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。合適的種子包衣材料，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種子的強度和裂解度[10-12]。通過種子包衣丸?；?，改變種子通透性和吸脹保水性，從而影響種子的萌發(fā)特性[13]?！颈狙芯壳腥朦c】種子經(jīng)過包衣處理，可以提高其抗性，增加種子維度。因木地膚種子小，質(zhì)量輕且形狀不規(guī)則，限制其機械化播種及生產(chǎn)。研究篩選木地膚種子包衣材料?！緮M解決的關鍵問題】木地膚種子丸粒化過程中，篩選表現(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，為木地膚種子包衣在生產(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 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)(E 86°46′8″，N 43°58′48″，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月平均氣溫24～26℃。采回的木地膚種子在-16℃黑暗條件儲藏8個月，種子純凈度51.46%。

1.2 方 法

1.2.1 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種子。先采用10%的H2O2消毒，再采用蒸餾水多次沖洗，自然晾干。

1.2.2 試驗設計

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%、1.5%、2%、4%、6%)；Chitosan設計6個濃度(0.1%、0.2%、0.5%、1%、1.5%、2%)，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種子，分別放置在培養(yǎng)皿中，溶液沒過種子表面，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的已消毒的晾干種子(未經(jīng)粘結材料處理)，再分別稱取種子重量的2%、5%、8%、11%、13%、15%的吸水劑，與種子混合，加入少量水攪拌均勻，確保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種子萌發(fā)特性的影響。試驗采用的高分子吸水材料的吸水重量倍數(shù)為原干燥材料的400倍。

填充材料的篩選。選擇硅藻土(Diatomite)、高嶺土(Kaolin)、蛭石(Vermiculite)、硅藻土+高嶺土(Diatomite+Kaolin，1∶1)、硅藻土+蛭石(Diatomite+Vermiculite，1∶1)、高嶺土+蛭石(Kaolin+Vermiculite，1∶1)、硅藻土+高嶺土+蛭石(Diatomite+Kaolin+Vermiculite，1∶1∶1)7種填充材料作為擴大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、填充材料三個因素的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 d同一時間觀察，以胚根突破種皮達到種子長度的1/2為標準，統(tǒng)計種子萌發(fā)數(shù)，連續(xù)觀測14 d，以種子連續(xù)4 d不再萌發(fā)視為萌發(fā)結束，測定指標包括種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)，利用以下公式進行計算[14]：

發(fā)芽率(GR)=(14 d正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(GP)=(7 d正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=Σ(Gt/Dt)(Gt為時間t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應的發(fā)芽天數(shù))[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016和SPSS 25.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和方差分析，用鄧肯氏多重比較進行差異顯著性分析，P<0.05為差異顯著，結果數(shù)據(jù)用“平均數(shù)±標準誤”表示。

2 結果與分析

2.1 不同濃度下羧甲基纖維素鈉對種子萌發(fā)的影響

研究表明，隨CMC-Na濃度的增加，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)由高變低。濃度0.1%～1.5%發(fā)芽率均高于對照，但差異不顯著(P>0.05)。用量0.1%時，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)最好。表1

2.2 不同濃度下阿拉伯膠對種子萌發(fā)的影響

研究表明，隨著阿拉伯膠濃度的升高，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)出現(xiàn)由高至低的變化趨勢。在0.1%～6%各濃度中，發(fā)芽率均高于對照；0.2%濃度時，發(fā)芽率最高，與對照相比差異顯著(P<0.05)；且種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)在所有處理中表現(xiàn)最好。表2

表2 不同濃度阿拉伯膠下木地膚種子萌發(fā)指標變化Table 2 Effects of different concentrations of Arabic gum on seed germination index of Kochia prostrata

2.3 不同濃度下聚乙烯醇對種子萌發(fā)的影響

研究表明，隨著聚乙烯醇濃度升高，木地膚種子3項發(fā)芽指標表現(xiàn)由高變低。濃度0.1%～6%發(fā)芽率均好于對照，0.1%～1%與對照差異顯著(P<0.05)，在濃度0.1%時，發(fā)芽率最高，達82.67%。在濃度0.1%～4%，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)均與對照差異不顯著(P>0.05)。表3

表3 不同濃度聚乙烯醇下木地膚種子萌發(fā)指標變化Table 3 Effects of different concentrations of polyvinyl alcohol on seed germination index of Kochia prostrata

2.4 不同濃度下殼聚糖對種子萌發(fā)的影響

研究表明，殼聚糖不同濃度對木地膚種子的影響，隨濃度的增加，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)呈下降趨勢。6個處理中，0.1%濃度發(fā)芽率與對照相比提升最明顯，達7.33%；發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)所需時間均與對照差異不顯著(P>0.05)。表4

2.5 高分子吸水材料對種子萌發(fā)特性的影響

研究表明，隨著吸水樹脂用量的增加，木地膚種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均由低變高，發(fā)芽率在藥種比17%用量時，發(fā)芽率達85.33%，與對照相比提高19.33%，發(fā)芽勢提高25.33%，發(fā)芽指數(shù)提高6.83%，3項發(fā)芽指標均好于對照，且具有顯著差異(P<0.05)。表5

2.6 不同填充材料對種子萌發(fā)特性的影響

研究表明，以硅藻土、蛭石、高嶺土+蛭石為填充材料時，木地膚種子的累計發(fā)芽率表現(xiàn)良好，分別為73.34%、65.55%、62.22%。木地膚種子的發(fā)芽勢與對照組比較，硅藻土與對照組相比有提高。硅藻土、蛭石、硅藻土+高嶺土+蛭石的發(fā)芽指數(shù)高于對照，而硅藻土處理過的木地膚種子發(fā)芽指數(shù)在所有處理中表現(xiàn)最好。表6

表4 不同濃度殼聚糖下木地膚種子萌發(fā)指標變化Table 4 Effects of different concentrations of chitosan on seed germination index of Kochia prostrata

表5 高分子吸水材料下木地膚種子發(fā)芽指標特性變化Table 5 Effects of water absorbent coating on germination index characteristics of Kochia prostrata

表6 不同填充材料下木地膚種子發(fā)芽指標特性變化Table 6 Effects of different filling materials on the characteristics of seed germination index of Kochia prostrata

2.7 包衣材料組合優(yōu)化篩選

研究表明，粘結材料優(yōu)選順序為0.2%阿拉伯膠、0.1%聚乙烯醇、0.1%羧甲基纖維素鈉、0.1%殼聚糖；吸水材料優(yōu)選順序為種藥比17%、14%、11%；填充材料優(yōu)選順序為硅藻土、蛭石、高嶺土+蛭石。而粘結材料殼聚糖較其他3種粘結材料價格高，對種子萌發(fā)特性改善不顯著，因此，在粘結材料的3個水平選擇為羧甲基纖維素鈉0.1%，阿拉伯膠0.2%，聚乙烯醇0.1%。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7

表7 木地膚種子包衣正交試驗設計Table 7 Orthogonal experimental test of seed coating of Kochia prostrata

研究表明，試驗6號(A2B3C1)發(fā)芽率最高。A因素(P=0.040<0.05)，B因素(P=0.013<0.05)，C因素(P=0.025<0.05)三因素各水平間差異性顯著，影響木地膚種子包衣發(fā)芽率的影響因素從大到小排列為B>C>A，吸水材料對木地膚種子包衣影響最大，其次是填充材料，而粘結材料影響最小。表8，表9

A粘結材料的最優(yōu)水平為A1羧甲基纖維素鈉0.1%，A2阿拉伯膠0.2%；B吸水材料的最優(yōu)水平為B3藥種比17%；C填充材料的最優(yōu)水平為C2硅藻土。木地膚種子包衣試驗最優(yōu)組合為A1B3C2或A2B3C2。

因羧甲基纖維素鈉的材料成本較阿拉伯膠少，木地膚種子包衣試驗最優(yōu)組合為A1B3C2時，成本較低。圖1

表8 木地膚種子包衣正交試驗Table 8 Results of orthogonal experiment on seed coating of Kochia prostrata

表9 木地膚種子包衣正交試驗方差Table 9 Variance analysis of orthogonal test on seed coating of Kochia prostrata

3 討 論

木地膚種子包衣，4種粘結材料都能促進種子萌發(fā)，隨著濃度的增加，木地膚包衣種子萌發(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[15]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，對種子沒有脅迫作用，或為種子萌發(fā)提供所需養(yǎng)分，使得種子發(fā)芽率提高。但是針對不同的物種，不同濃度下，粘結材料對種子萌發(fā)能力的提升不同。張金香等[16]研究表明，油松種子包衣選用殼聚糖和羧甲基纖維素鈉做粘結材料最好，能提高種子萌發(fā)能力；姚香平[17]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種子降低種皮硬度，使種子更容易萌發(fā)，與試驗結果相似。王洋[18]通過對4種荒漠植物進行包衣試驗，0.2%殼聚糖能有效改善泡果白刺種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽速率，并達到最大值，這與試驗結果類似，殼聚糖可能通過影響種子中各種酶的活性及含量，從而影響種子萌發(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[19]。在西北地區(qū)，為了使植被成活率提高，初冬進行木地膚種子的播撒，目的是依靠第2年春季的冰雪融水，為種子萌發(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[20-22]。研究表明，合適的吸水材料用量能提高木地膚種子發(fā)芽特性，木地膚種子隨著吸水材料的增加，明顯提升的種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)，在17%的用量時發(fā)芽率達85.33%，比對照組高35.33%，吸水材料可以將水分保持在種子周圍，為種子萌發(fā)提供充足的水分，吸水材料對種子活力有促進作用；吸水材料用量藥種比為17%時發(fā)芽率達到了最大值，這與梁猛等[23]、劉瑞鳳等[24]、李積蘭等[25]的研究結果相似。

適宜的填充材料，相當在種子表面形成一個微土壤環(huán)境，滿足種子萌發(fā)和生長的需求，進而改善種子的生活力。針對粒徑較小的種子，在種子外用填充材料進行包裹，增加種子粒徑和維度。而對于硅藻土，蛭石，高嶺土+蛭石作為種子包衣填充涂層都能明顯改善木地膚種子的發(fā)芽效果。王治等[26]，姚東偉等[27]，也表明硅藻土能促進種子的萌發(fā)；李成云等[15]研究發(fā)現(xiàn)，高嶺土，蛭石能提高紅三葉和高羊茅種子萌發(fā)特性；陳雙燕[28]也報道了蛭石能提高結縷草發(fā)芽率，縮短出苗時間，這與試驗結果相同。

4 結 論

種子包衣粘結材料優(yōu)選順序為0.2%阿拉伯膠、0.1%聚乙烯醇、0.1%羧甲基纖維素鈉、0.1%殼聚糖；吸水材料優(yōu)選順序為藥種比17%、14%、11%；填充材料優(yōu)選順序為硅藻土，蛭石，高嶺土+蛭石。粘結材料，吸水材料，其包衣種子萌發(fā)特性優(yōu)于其他處理和對照，可作為木地膚商品種子的包衣材料及添加水平選用。填充材料三因素種子包衣時，木地膚種子包衣發(fā)芽率的影響因素從大到小排列為吸水材料>填充材料>粘結材料，最優(yōu)組合為0.1%羧甲基纖維素鈉×17%吸水劑×硅藻土。