种衣剂包衣对紫苏生长发育和抗病虫害的影响

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(1.陕西中医药大学/陕西省中药资源产业化协同创新中心，　陕西 咸阳 712083；2.陕西天士力植物药业有限责任公司，　陕西 商洛 726000)

紫苏(Perillafrutescens(Linn) Britt)为唇形科紫苏属一年生草本植物，其生境分布广泛，遍及我国20多个省份，是卫生部首批颁布的一种药食同源油料作物[1-2]。紫苏以全草入药，其叶称为“苏叶”，富含紫苏素、紫苏苷、原花色素、木犀草素和芹黄素等多酚类和黄酮类化合物，具有抗炎、镇痛、抗衰老和抑制自由基的作用[3]。紫苏种子称为“苏籽”，油脂含量高达40%以上，其中以不饱和脂肪酸特别是α-亚麻酸含量最高，具有抑癌、抗过敏、预防心血管疾病、提高视力和记忆力等功效[4-5]。目前对紫苏的研究大多集中在种子萌发、幼苗生理、活性成分和药理药效等方面[6-11]，紫苏田间病虫害防治方面的报道较少[12-14]。

种子包衣技术是提高种子质量、促进种子产业化、标准化、预防病虫害的一项先进技术[15]。可将农药、生长调节剂、微肥等通过助剂和成膜剂包裹在种子表面并固化成种衣，使各种活性物质缓慢释放，起到调节植物生长，防病治虫等作用[16]。目前，在油菜、花生、胡麻等油料作物以及甘草、黄芪等药用植物上有应用种子包衣剂防治病虫害的报道[17-21]。本研究利用前期自研制的35% 吡·多·福悬浮种衣剂包衣紫苏种子，通过对种子萌发特性、幼苗生长和生理特性、生育期、主要农艺性状和田间病虫害进行检测，分析种衣剂对紫苏生长发育和抗病虫害的影响，以期为提高紫苏产量和防治病虫害提供科学的方法。

1　材料和方法

1.1　实验材料

供试的紫苏种子由陕西天士力植物药业有限责任公司提供，经陕西中医药大学刘世军副教授鉴定为药用紫苏(Perillafrutescens(L.) Britt.)的干燥成熟种子。

1.2　主要试剂

种子处理所用试剂为自研35% 吡·多·福悬浮种衣剂，其有效成分(按质量分数折百)为15%吡虫啉，10%多菌灵，10%福美双。分别称取一定量的原药、润湿剂、分散剂、增稠剂，以0.5%碱性品红作为警戒色，将各组分加入高剪切混合乳化机于25 ℃剪切混合0.5 h。随后在混合液中加入一定量的成膜剂于分散砂磨机(介质为锆珠，介质系数为1)中研磨3 h，制成种子包衣剂。

1.3　实验设计

选取饱满健壮、大小一致的紫苏种子，用0.1% HgCl2消毒5 min，蒸馏水冲洗3次。随后将紫苏种子和种衣剂按包衣比[包衣剂质量(g)∶种子质量(g)]1∶25、1∶50、1∶100和1∶200分别置于封口袋中均匀混合，晾干后备用。种子萌发与苗期实验于恒温光照培养箱中进行。大田试验于2016年5—10月在陕西淳化县燕子岭药用植物种植示范园进行，试验地前茬作物为紫苏，肥力中等。随机区组试验设计，3次重复。取包衣比为1∶100的紫苏种子于2016年4月上旬育苗，5月下旬按50 cm×30 cm定苗移栽，每穴1株，每小区定植400株，定期观察测量植株生长和田间病虫害情况。

1.4　实验方法

1.4.1种子萌发特性指标的测定

按照张春平等[8]的方法，将包衣后种子放入铺有2层湿润滤纸的培养皿中，以未包衣种子为对照，每个培养皿50粒种子，重复6次，在培养箱中进行(25±1)/(15±1)℃的变温培养，光照与黑暗时间设为12 h/12 h，光照强度为2 000 lx。连续培养观察 10 d，每天定时统计种子萌发数，最后计算种子发芽率、发芽指数(GI)、发芽势、活力指数(VI)。

发芽率(%)=发芽种子数/种子总数×100%；

发芽势(%)=7 d发芽种子数/种子总数×100%；

发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt)；

活力指数(Vi)=S×Gi。

式中:Gt为t天内种子萌发数，Dt为种子萌发天数，S为萌发种子的鲜物质量。

1.4.2幼苗生长和生理特性指标的测定

将不同包衣比的紫苏种子按每盘50粒分别撒播种植于育苗盘中，育苗盘中介质为沙土(V/V=1∶1)，每种处理设3个重复，以未包衣种子为对照，每3 d用喷壶浇水1次，按照1.4.1的培养条件于光照培养箱中培养30 d。培养结束后每组处理选10株幼苗，分别测量其根长、苗高、鲜重等指标，计算幼苗活力指数。同时测定叶绿素总含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和丙二醛(MDA)活性。叶绿素含量按照潘瑞青方法进行，准确称取1 g幼叶用80%的丙酮研磨提取，以提取液为对照，在645 nm和663 nm处测定A(吸光度)值，计算出其幼叶中叶绿素含量(mg/g)的总量[22]。超氧化物歧化酶(SOD) 活性的测定采用氮蓝四唑(NBT)还原法，以U/g来表示。过氧化物酶(POD)活性的测定以愈创木酚法进行测量，以每分钟A值减小0.01定义为1个酶活力单位(U)。过氧化氢酶(CAT)活性的测定采用紫外吸收法测定，以每分钟A值减少0.1定义为1个酶活力单位(U)。MDA 的测定采用硫代巴比妥酸(TBA)双组分光光度法[23]，以μmol/g表示。

表1种衣剂对种子萌发特性的影响

包衣比发芽率(%)发芽势(%)发芽指数活力指数单株干重(mg)ck84.27±1.64b82.37±2.62b17.21±0.87b13.12±1.75b28.62±3.85b1∶20086.78±2.32ab83.55±1.72b18.35±1.46ab14.37±1.88b29.13±2.76b1∶10089.54±0.86a88.26±2.57a20.37±0.76a17.54±0.84a34.72±1.76a1∶5076.38±0.85c70.53±3.66c10.78±1.88c4.47±0.24c17.66±3.12c1∶2557.22±1.43d52.63±2.12d4.32±0.73d0.47±0.06d4.38±1.73d

注：不同小写字母表示在0.05水平上的差异显著性。下同。

表2种衣剂对幼苗生长的影响

包衣比单株鲜重(mg)苗高(cm)主根长(cm)幼苗活力指数ck782.56±8.27c2.74±0.32b3.21±0.37a20.22±0.38a1∶200817.32±6.56b2.96±0.41ab3.25±0.23a20.14±0.37a1∶100842.67±7.41a3.32±0.23a3.58±0.34a20.53±0.28a1∶50461.73±5.38d1.58±0.24c1.63±0.26b8.82±0.13b1∶25312.52±2.75e1.12±0.11d1.21±0.16b6.36±0.12c

1.4.3生育期、农艺性状和种子出油率的观察及测定

紫苏苗于5月下旬移栽大田后定时观察，记录各处理生育期时间。收获时测量株高、单株鲜重、记录单株叶数、一级分枝数、总穗数和穗粒数。对收获的种子千粒质量、单株种子量、种子含油率和叶挥发油含量进行测定。用卷尺测量株高，台秤称量单株鲜重，苏籽烘干至横重后电子天平称千粒质量、单株苏籽总质量。按照王艳等[24]的方法，利用索氏提取器提取油分测定油分质量，计算苏籽出油率。紫苏叶挥发油含量的测定参照《中国药典》2010版第一部挥发油测定法(附录XD)测定，保持微沸5 h。

1.4.4田间药效试验

6—9月，于每月15日按小区调查统计百株虫口数，百株病株数。

相对防效(%)=[(A-B)/A]×100%。其中A为清水处理的百株虫口或病株数，B为包衣处理组的百株虫口或病株数。

1.4.5数据处理

所有数据用Excel软件处理作图，并采用SPSS 19.0软件进行差异分析。

2　结果与分析

2.1　种衣剂对紫苏种子萌发特性的影响

由表1可知，随着包衣比增大、种衣剂用量的上升，紫苏种子发芽率(Gr)呈现先上升后下降的趋势，在包衣比为1∶100时其发芽率达到最大值，与对照差异显著；但当包衣比大于1∶100后紫苏种子发芽率急剧下降，包衣比为1∶25时，种子的发芽率为57%，远远低于对照，分别为包衣比1∶100和对照的63.91%和67.85%。紫苏种子发芽势和发芽指数变化的趋势与发芽率近乎相同，均为先上升后下降，在包衣比为1∶100时达到最大，与对照差异显著，发芽势和发芽指数分别为对照的107.15%和118.36%；同样，紫苏种子活力指数和单株干重也达到最大值，分别为对照的130.76%和121.31%。由此可见，适宜浓度的种衣剂在一定程度上提高了种子发芽势和活力指数，促进了紫苏种子的萌发。当包衣比大于1∶50时，种子发芽率、发芽势和活力指数均低于对照，紫苏单株干重下降，生物量降低，说明高剂量的种衣剂对紫苏种子萌发有抑制作用，这可能是种衣剂浓度太高对种子产生药害所致。

2.2　种衣剂对紫苏幼苗生长的影响

由表2可知，紫苏幼苗单株鲜重和苗高均随包衣比的增加呈先上升后下降的趋势，在包衣比为1∶100时，达到最大值；幼苗生长各项指标中，单株鲜重、苗高与对照差异显著，分别为对照的107.68%和121.16%。当包衣比大于1∶50时，幼苗单株鲜重、苗高、主根长和幼苗活力指数显著低于对照；当包衣比为1∶25时，主根长仅为1.2 cm，分别为对照和包衣比1∶100时的37.69%和33.79%。由此可见，适宜剂量的种衣剂包衣对紫苏幼苗鲜重和地上部分生物量的增加起到促进作用；种衣剂剂量过大降低了紫苏幼苗活力指数，抑制了幼苗的生长。

2.3　种衣剂对紫苏幼苗生理指标变化的影响

叶绿素含量的高低是植物进行光合作用能力的最直观体现，由表3得知，随着包衣比逐渐增加，紫苏幼苗叶绿素含量呈先上升后下降的趋势，这与包衣剂对紫苏幼苗鲜重、苗高的影响大体一致。其中以包衣比为1∶100时效果最为显著，叶绿素含量为对照的129%。但当包衣比继续增大时，叶绿素含量急剧下降，与对照差异显著。总体说来，适宜剂量的包衣剂有利于叶绿素的积累，提高了紫苏幼苗的光合能力，使得紫苏生长加快；高剂量的种衣剂抑制了紫苏幼苗叶片叶绿素的合成，降低了幼苗的生长速率并产生药害。

表3种衣剂对幼苗生理指标的影响

包衣比叶绿素含量(mg/g)SOD(U/g)CAT(U/g)POD(U/g)MDA(μmol/g)ck3.62±0.45b27.58±3.84d6.67±0.75c12.83±2.26c0.23±0.02c1∶2003.57±0.39b31.74±2.95d11.92±2.46b13.76±1.89b0.24±0.01c1∶1004.67±0.38a39.57±2.26c15.58±1.38b19.62±2.85a0.23±0.01c1∶502.39±0.33c66.73±3.98a23.55±2.73a18.54±2.38a0.32±0.04b1∶252.45±0.21c47.76±4.25b7.42±2.27c10.79±2.57c0.48±0.03a

表5种衣剂对紫苏主要农艺性状的影响

包衣比株高(cm)植株鲜重(g) 叶片数一级分枝数总穗数穗粒数千粒重(g)单株籽粒重(g)ck135.52±12.75b960.37±28.58b93.66±4.5b21.33±3.05a129±13a104.33±29.02a0.54±0.02a7.24±0.07a1∶100168.47±8.64a1127.64±30.76a119±3a23.33±4.04a134±6.02a114.66±15.63a0.54±0.02a7.33±0.17a

超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)是植物对逆境胁迫反应的“晴雨表”，同时对于清除活性氧自由基、维持细胞膜的稳定性和完整性，提高植物抗逆性起着关键的作用。由表3可知，种衣剂包衣在一定程度上提高了紫苏幼苗SOD、CAT和POD的活性，当包衣比为1∶100时，3种酶活性均高于对照，达到显著差异；包衣比为1∶50时，SOD和CAT活性达到最大，3种酶的活性分别为对照的241.95%、353.07%和144.89%；当种衣剂剂量增大到1∶25时，CAT和POD活性与对照差异不显著。结合相应包衣比下种子萌发、幼苗生长和叶绿素含量等指标的结果推断，极高剂量(1∶25)包衣剂会对紫苏种子产生药害，药剂浓度超出种子耐受限度，导致紫苏幼苗抗氧化酶系统紊乱并失去作用，植株生长缓慢。

MDA含量的高低反映了植物受到伤害的程度，由表3可知，当包衣比为1∶200和1∶100时，MDA含量与对照差异不显著；继续加大包衣比，紫苏幼苗MDA含量不断升高，与对照差异显著，当包衣比为1∶50和1∶25时，MDA含量分别为对照的139.13%和208.69%。分析发现，适宜浓度的种衣剂对紫苏幼苗的MDA含量无显著影响，未对幼苗造成伤害。

2.4　种衣剂对紫苏生育期变化的影响

通过前期包衣剂对紫苏种子萌发、幼苗生长和生理指标变化的影响，选择包衣比为1∶100的紫苏种子进行育苗移栽，开展大田试验。通过记录紫苏生育期(表4)发现，种衣剂处理可使紫苏生育期提前，包衣比1∶100处理，紫苏开花期比对照提前5 d，坐果期、成熟期比对照提前5 d和10 d，收获期比对照提前10 d。

表4包衣剂对紫苏生育期的影响

包衣比育苗期(月/日)移栽期(月/日)开花期(月/日)坐果期(月/日)成熟期(月/日)收获期(月/日)ck04/0805/2208/2309/0209/2509/281∶10004/0805/2208/1808/2709/1409/17

2.5　种衣剂对紫苏主要农艺性状的影响

种衣剂对紫苏生物量的提高有着显著的作用(表5)，这一点尤其表现在对紫苏营养器官如叶的影响上。包衣处理后，紫苏株高、植株鲜重和叶片数均高于对照水平，分别为对照的124.31%、117.41%和127.05%，均达到显著差异。但种衣剂处理对紫苏生殖器官农艺性状如总穗数、穗粒数、千粒重和单株籽粒重的影响差异不显著，由此可见，种衣剂对紫苏营养生长具有明显的正调控作用，通过增加叶片数、株高等提高苏叶、苏梗产量；虽然种子包衣可使紫苏生育期提前，但对苏籽产量影响不明显。

2.6　种衣剂对苏籽含油量和叶挥发油含量的影响

苏籽含油量和苏叶挥发油含量是紫苏品质鉴定的主要指标，药典规定苏叶中挥发油含量不得低于0.4%。通过对苏籽含油量和苏叶挥发油含量的测定发现，种衣剂处理对苏籽含油量的影响不明显；种子包衣处理后，苏叶挥发油含量略高于对照，但两者差异不显著(图1)。

2.7　种衣剂对紫苏病虫害的田间防治效果

本次试验用地为2年连作紫苏种植地，田间虫害病害发生率均高于2014年和2015年。通过前2年的调查发现，当地紫苏的主要虫害为红蜘蛛、蚜虫、紫苏野螟和白粉虱，病害主要为锈病、斑枯病、根腐病和白粉病。由表6可知，不同月份紫苏田间百株虫口数与百株病株数不尽相同，6月时百株虫口数为76.3，至8月达到最高值(193)，这与当年8月当地气温偏高闷热多雨白粉虱爆发有关，至9月天气转凉后害虫数量有所下降；紫苏病株数随着田间紫苏生长不断增加，于9月达到最大值，百株病株数为37。种子包衣处理能够显著降低紫苏田间病虫害数量，紫苏在整个大田生长周期内其百株虫口数和百株病株数均低于同月份对照。8月田间白粉虱爆发时，种衣剂处理组的百株虫口数为39.3，为对照的20.36%，其相对防效高达79.63%。从移栽至收获，种衣剂处理的紫苏百株病株数低于5，其相对防效始终高于85%，为紫苏抵御病虫害实现增产增收提供了保障。

图1 种衣剂对苏籽含油量(A)和叶挥发油含量(B)的影响

表6种衣剂对紫苏病虫害的田间防治效果

包衣比月份百株虫口数相对防效(%)百株病株数相对防效(%)ck676.3c—19d—788b—25.3c—8193a—28.6b—964.6d—37a—1∶100633f56.570.3f98.42736.6ef59.091.6ef93.67839.3e79.632ef93937.6ef42.184.3e88.37

3　结论与讨论

紫苏是一种重要的油料作物和药用植物，同时也是目前最受人们欢迎的药食两用植物之一，其清香的口感和极高的药用保健价值使得市场需求不断增加[1]。目前紫苏病虫害防治方面的研究报道极少，由于紫苏药食两用的特性，提高了其病虫害防治的要求[25]。种衣剂于播种前使用，可综合防治苗期病虫害，有利于环境保护；包衣后又能促进作物生长，使其根系强大、抗逆性增强，具有显著的经济效益和生态效益[26]。利用种衣剂包衣，提高种子质量、促进幼苗生长发育并增强植株田间抗病虫性，可为更好地开发利用紫苏资源提供强有力的保障。本研究所使用种衣剂的杀菌成分是多菌灵和福美双，通过复配，其抗菌能力进一步增强；杀虫成分是第二代新烟碱杀虫剂吡虫啉，具有触杀、胃毒、拒食和驱避作用；3种有效成分均是农业部发布的无公害农产品生产推荐农药品种，符合高效、低毒、低残留、安全及与环境相容性好的农药应用开发新理念[15]。

大量研究表明，种衣剂有效成分和使用剂量的选择是种衣剂是否能够发挥作用的关键。在药用植物上，含有效成分多菌灵、福美霜、吡虫啉和微量元素的种衣剂包衣黄芪种子后，提高了种子对根腐病的抗性，促进了黄芪地上地下的协调生长，并提高根冠比[21,26]。甘草种子包衣不仅能提高种子萌发加快幼苗生长还使甘草根长和干重增加，甘草酸含量上升[20]。虽然有种衣剂促进种子萌发，促进幼苗生长的报道，但使用种衣剂的负面作用如抑制种子萌发，降低种子存储时间等也有报道。包衣后的玉米种子经贮藏6个月后，种子含水量升高，其发芽势和发芽率远低于未包衣种子[27]。小麦种子发芽指数、种子活力指数和发芽率均与三唑酮包衣剂量呈负相关[28]。在油料作物中，陈坤荣等发现，使用低剂量15% 氟啶胺悬浮剂处理油菜种子对发芽率、成苗率影响不显著，当包衣比为1∶25时，种衣剂虽然增加了根肿病的防治效果，但显著抑制了种子萌发[17]。当包衣比为1∶100时，花生种子发芽率仅为清水对照的40%，种衣剂对花生种子的抑制率高达62%[29]，同样在花生中，使用包衣比大于1∶100的20% 吡虫啉和20% 噻虫嗪种衣剂对花生出苗率和根系生长无显著影响[18]。在棉花上，当包衣比大于1∶100时，50%噻虫嗪悬浮种衣剂使棉花种子发芽势和发芽率降低[30]，但是27%的吡·福·多悬浮种衣剂即使包衣比大于1∶25也不会对棉花种子产生药害[15]。

本研究通过不同包衣比对种子萌发、幼苗生长和生理指标变化的影响，确定了包衣剂使用最佳剂量。在包衣比为1∶100时，包衣剂显著促进种子萌发，种子发芽势与活力指数远高于对照。在苗期，适宜剂量的包衣剂提高了幼苗叶绿素含量，植株光合能力增强，与此同时，种衣剂提高了幼苗抗氧化酶活性，使幼苗抗逆性增加，幼苗生长加快。高剂量种衣剂破坏了紫苏细胞膜的渗透平衡，加大膜脂过氧化程度，使得MDA含量升高，对种子和紫苏幼苗产生药害。大田试验表明，适宜剂量种衣剂能够缩短紫苏生长周期，促进成熟，此外种衣剂处理增加紫苏茎高、单株鲜重和叶片数，提高了紫苏的产量。通过田间病虫害调查发现，自制35% 吡·多·福悬浮种衣剂包衣紫苏种子，在很大程度上消除了紫苏连作障碍，植株抗病虫能力显著提高，田间防治效果明显。虽然使用自制种衣剂提高了紫苏营养器官产量，但对紫苏种子产量、含油量和叶挥发油含量的影响不明显，下一步还需根据生产目的合理调整种衣剂配方，使其效果更加明显。此外，种衣剂影响紫苏生长发育的深层次机理也有待进一步研究。