木地肤种子包衣材料的筛选

麻 冬，艾比布拉·伊马木，哈里木拉提·努热合买提

(1.新疆农业大学草业与环境科学学院/新疆草地资源与生态重点实验室，乌鲁木齐 830052； 2．新疆天博草业有限公司，乌鲁木齐 830000)

0 引 言

【研究意义】种子包衣是一种用包衣材料覆盖种子的技术，以提高种子性能和植物建植水平，降低生产成本，提高植物的播种成功率，增加种子流动性[1-2]。在干旱半干旱地区，有很多适宜在荒漠地区建植的物种，但因其种子质量轻，在大面积的飞播，种子规模化生产，生态恢复，以及荒山绿化等方面，种子成活率低，不能发挥其应有的价值，提高小粒径种子重量和增加种子维度等包衣措施，是解决问题的关键[3-4]。通过筛选适宜木地肤种子包衣材料，提高其机械化播种便利性和出苗质量，发挥木地肤的种用价值。【前人研究进展】木地肤具有很强的抗逆性，且有很高的饲用价值；在人工栽培、改良天然草场、生态修复中是具有前途的植物[5-7]。在木地肤包衣材料中添加粘结剂，可润湿种子、提高种子表面的粘结外围包衣材料能力、抗压强度等[8]；添加高分子吸水材料，使种子周边吸附更多的自由水，提高包衣种子的抗旱性，提高种子萌发率及发芽整齐度[9]。添加填充材料，增加种子粒径，保护种子，改善种子播种的微环境。合适的种子包衣材料，不仅能促进木地肤种子的萌发，还可以在结构上保证包衣种子的强度和裂解度[10-12]。通过种子包衣丸粒化，改变种子通透性和吸胀保水性，从而影响种子的萌发特性[13]。【本研究切入点】种子经过包衣处理，可以提高其抗性，增加种子维度。因木地肤种子小，质量轻且形状不规则，限制其机械化播种及生产。研究筛选木地肤种子包衣材料。【拟解决的关键问题】木地肤种子丸粒化过程中，筛选表现较好的粘结材料、吸水材料和填充材料以及合理添加水平和配比，为木地肤种子包衣在生产中的应用提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材 料

木地肤种源位于新疆天博草业有限公司木地肤种植基地，该基地隶属新疆呼图壁县石梯子乡(E 86°46′8″，N 43°58′48″，海拔817 m)。该地属温带大陆性干旱气候，年降水量100～220 mm，无霜期150～180 d左右，7月平均气温24～26℃。采回的木地肤种子在-16℃黑暗条件储藏8个月，种子纯净度51.46%。

1.2 方 法

1.2.1 种子处理

木地肤种子于2018年10月收获，选取饱满完整的木地肤种子。先采用10%的H2O2消毒，再采用蒸馏水多次冲洗，自然晾干。

1.2.2 试验设计

粘结材料的筛选。选用羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、阿拉伯胶(AG)、聚乙烯醇(PVA)、壳聚糖(Chitosan)4种粘结材料，其中CMC-Na、AG、PVA设计8个浓度(0.1%、0.2%、0.5%、1%、1.5%、2%、4%、6%)；Chitosan设计6个浓度(0.1%、0.2%、0.5%、1%、1.5%、2%)，以蒸馏水为对照(CK)，把配置好的各浓度的粘结材料溶液与处理好的种子，分别放置在培养皿中，溶液没过种子表面，浸种30 min，自然晾干。

高分子吸水树脂(吸水剂，SAP)用量的筛选。将SAP粉碎后，过100目筛，使其吸水充分。称取6份质量均为1 g的已消毒的晾干种子(未经粘结材料处理)，再分别称取种子重量的2%、5%、8%、11%、13%、15%的吸水剂，与种子混合，加入少量水搅拌均匀，确保种子表面附着吸水剂，自然风干。对照采用空白处理(CK)，进行发芽试验，分别测试吸水材料对木地肤种子萌发特性的影响。试验采用的高分子吸水材料的吸水重量倍数为原干燥材料的400倍。

填充材料的筛选。选择硅藻土(Diatomite)、高岭土(Kaolin)、蛭石(Vermiculite)、硅藻土+高岭土(Diatomite+Kaolin，1∶1)、硅藻土+蛭石(Diatomite+Vermiculite，1∶1)、高岭土+蛭石(Kaolin+Vermiculite，1∶1)、硅藻土+高岭土+蛭石(Diatomite+Kaolin+Vermiculite，1∶1∶1)7种填充材料作为扩大种子体积的外围包衣填充材料。

正交试验设计，通过单因素试验，筛选出萌发表现较好的粘结材料，高分子吸水材料以及填充材料和用量，再采用正交试验法进行木地肤包衣种子试验配合比设计，选用三因素四水平的正交设计表，最后一列设置为空列，分别考虑了粘结材料、吸水材料、填充材料三个因素的3种变化水平，得出最优的包衣配比。

发芽试验，将2层滤纸铺入消毒过的培养皿(φ=90 mm)中，加蒸馏水使其充分润湿，每一个处理设置3个重复，每个重复放置30粒包衣处理过的种子，再放入25℃恒温光照培养箱内发芽培养，每天光照/黑暗(16 h/8 h)，从置床起第2 d同一时间观察，以胚根突破种皮达到种子长度的1/2为标准，统计种子萌发数，连续观测14 d，以种子连续4 d不再萌发视为萌发结束，测定指标包括种子发芽率、发芽势、发芽指数，利用以下公式进行计算[14]：

发芽率(GR)=(14 d正常发芽种子数/供试种子数)×100%；

发芽势(GP)=(7 d正常发芽种子数/供试种子数)×100%；

发芽指数(GI)=Σ(Gt/Dt)(Gt为时间t日的发芽数，Dt为相应的发芽天数)[9]。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2016和SPSS 25.0进行数据统计和方差分析，用邓肯氏多重比较进行差异显著性分析，P<0.05为差异显著，结果数据用“平均数±标准误”表示。

2 结果与分析

2.1 不同浓度下羧甲基纤维素钠对种子萌发的影响

研究表明，随CMC-Na浓度的增加，种子发芽率、发芽势、发芽指数由高变低。浓度0.1%～1.5%发芽率均高于对照，但差异不显著(P>0.05)。用量0.1%时，发芽率、发芽势、发芽指数表现最好。表1

2.2 不同浓度下阿拉伯胶对种子萌发的影响

研究表明，随着阿拉伯胶浓度的升高，种子发芽率、发芽势、发芽指数出现由高至低的变化趋势。在0.1%～6%各浓度中，发芽率均高于对照；0.2%浓度时，发芽率最高，与对照相比差异显著(P<0.05)；且种子的发芽势、发芽指数在所有处理中表现最好。表2

表2 不同浓度阿拉伯胶下木地肤种子萌发指标变化Table 2 Effects of different concentrations of Arabic gum on seed germination index of Kochia prostrata

2.3 不同浓度下聚乙烯醇对种子萌发的影响

研究表明，随着聚乙烯醇浓度升高，木地肤种子3项发芽指标表现由高变低。浓度0.1%～6%发芽率均好于对照，0.1%～1%与对照差异显著(P<0.05)，在浓度0.1%时，发芽率最高，达82.67%。在浓度0.1%～4%，发芽势、发芽指数表现均与对照差异不显著(P>0.05)。表3

表3 不同浓度聚乙烯醇下木地肤种子萌发指标变化Table 3 Effects of different concentrations of polyvinyl alcohol on seed germination index of Kochia prostrata

2.4 不同浓度下壳聚糖对种子萌发的影响

研究表明，壳聚糖不同浓度对木地肤种子的影响，随浓度的增加，发芽率、发芽势、发芽指数呈下降趋势。6个处理中，0.1%浓度发芽率与对照相比提升最明显，达7.33%；发芽势、发芽指数所需时间均与对照差异不显著(P>0.05)。表4

2.5 高分子吸水材料对种子萌发特性的影响

研究表明，随着吸水树脂用量的增加，木地肤种子的发芽率、发芽势、发芽指数均由低变高，发芽率在药种比17%用量时，发芽率达85.33%，与对照相比提高19.33%，发芽势提高25.33%，发芽指数提高6.83%，3项发芽指标均好于对照，且具有显著差异(P<0.05)。表5

2.6 不同填充材料对种子萌发特性的影响

研究表明，以硅藻土、蛭石、高岭土+蛭石为填充材料时，木地肤种子的累计发芽率表现良好，分别为73.34%、65.55%、62.22%。木地肤种子的发芽势与对照组比较，硅藻土与对照组相比有提高。硅藻土、蛭石、硅藻土+高岭土+蛭石的发芽指数高于对照，而硅藻土处理过的木地肤种子发芽指数在所有处理中表现最好。表6

表4 不同浓度壳聚糖下木地肤种子萌发指标变化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肤种子发芽指标特性变化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肤种子发芽指标特性变化Table 6 Effects of different filling materials on the characteristics of seed germination index of Kochia prostrata

2.7 包衣材料组合优化筛选

研究表明，粘结材料优选顺序为0.2%阿拉伯胶、0.1%聚乙烯醇、0.1%羧甲基纤维素钠、0.1%壳聚糖；吸水材料优选顺序为种药比17%、14%、11%；填充材料优选顺序为硅藻土、蛭石、高岭土+蛭石。而粘结材料壳聚糖较其他3种粘结材料价格高，对种子萌发特性改善不显著，因此，在粘结材料的3个水平选择为羧甲基纤维素钠0.1%，阿拉伯胶0.2%，聚乙烯醇0.1%。B因素，C因素也选择能提高萌发能力较高的3个水平。表7

表7 木地肤种子包衣正交试验设计Table 7 Orthogonal experimental test of seed coating of Kochia prostrata

研究表明，试验6号(A2B3C1)发芽率最高。A因素(P=0.040<0.05)，B因素(P=0.013<0.05)，C因素(P=0.025<0.05)三因素各水平间差异性显著，影响木地肤种子包衣发芽率的影响因素从大到小排列为B>C>A，吸水材料对木地肤种子包衣影响最大，其次是填充材料，而粘结材料影响最小。表8，表9

A粘结材料的最优水平为A1羧甲基纤维素钠0.1%，A2阿拉伯胶0.2%；B吸水材料的最优水平为B3药种比17%；C填充材料的最优水平为C2硅藻土。木地肤种子包衣试验最优组合为A1B3C2或A2B3C2。

因羧甲基纤维素钠的材料成本较阿拉伯胶少，木地肤种子包衣试验最优组合为A1B3C2时，成本较低。图1

表8 木地肤种子包衣正交试验Table 8 Results of orthogonal experiment on seed coating of Kochia prostrata

表9 木地肤种子包衣正交试验方差Table 9 Variance analysis of orthogonal test on seed coating of Kochia prostrata

3 讨 论

木地肤种子包衣，4种粘结材料都能促进种子萌发，随着浓度的增加，木地肤包衣种子萌发指标呈现了下降的趋势，这可能与高浓度抑制生长有关。李成云等[15]试验证明，阿拉伯胶、聚乙烯醇能提高红三叶的发芽速度和发芽率，与试验结果相似，可能原因是阿拉伯胶、聚乙烯醇溶液属中性，对种子没有胁迫作用，或为种子萌发提供所需养分，使得种子发芽率提高。但是针对不同的物种，不同浓度下，粘结材料对种子萌发能力的提升不同。张金香等[16]研究表明，油松种子包衣选用壳聚糖和羧甲基纤维素钠做粘结材料最好，能提高种子萌发能力；姚香平[17]的研究表明，0.2%的羧甲基纤维素钠可以提高美女樱的萌发能力，出现这种结果可能是0.2%羧甲基纤维素钠包衣种子降低种皮硬度，使种子更容易萌发，与试验结果相似。王洋[18]通过对4种荒漠植物进行包衣试验，0.2%壳聚糖能有效改善泡果白刺种子的发芽率、发芽势、发芽指数和平均发芽速率，并达到最大值，这与试验结果类似，壳聚糖可能通过影响种子中各种酶的活性及含量，从而影响种子萌发。

在干旱半干旱地区，因降水较少等自然条件的限制，土壤含水量成为影响植被成活的重要因素之一[19]。在西北地区，为了使植被成活率提高，初冬进行木地肤种子的播撒，目的是依靠第2年春季的冰雪融水，为种子萌发提供水源，提高木地肤的成活率。而高分子吸水材料可以改善种子周围土壤含水量，形成一个小型的水库，提供给种子萌发和生长的需要[20-22]。研究表明，合适的吸水材料用量能提高木地肤种子发芽特性，木地肤种子随着吸水材料的增加，明显提升的种子的发芽率、发芽势、发芽指数，在17%的用量时发芽率达85.33%，比对照组高35.33%，吸水材料可以将水分保持在种子周围，为种子萌发提供充足的水分，吸水材料对种子活力有促进作用；吸水材料用量药种比为17%时发芽率达到了最大值，这与梁猛等[23]、刘瑞凤等[24]、李积兰等[25]的研究结果相似。

适宜的填充材料，相当在种子表面形成一个微土壤环境，满足种子萌发和生长的需求，进而改善种子的生活力。针对粒径较小的种子，在种子外用填充材料进行包裹，增加种子粒径和维度。而对于硅藻土，蛭石，高岭土+蛭石作为种子包衣填充涂层都能明显改善木地肤种子的发芽效果。王治等[26]，姚东伟等[27]，也表明硅藻土能促进种子的萌发；李成云等[15]研究发现，高岭土，蛭石能提高红三叶和高羊茅种子萌发特性；陈双燕[28]也报道了蛭石能提高结缕草发芽率，缩短出苗时间，这与试验结果相同。

4 结 论

种子包衣粘结材料优选顺序为0.2%阿拉伯胶、0.1%聚乙烯醇、0.1%羧甲基纤维素钠、0.1%壳聚糖；吸水材料优选顺序为药种比17%、14%、11%；填充材料优选顺序为硅藻土，蛭石，高岭土+蛭石。粘结材料，吸水材料，其包衣种子萌发特性优于其他处理和对照，可作为木地肤商品种子的包衣材料及添加水平选用。填充材料三因素种子包衣时，木地肤种子包衣发芽率的影响因素从大到小排列为吸水材料>填充材料>粘结材料，最优组合为0.1%羧甲基纤维素钠×17%吸水剂×硅藻土。