纳米TiO 2在烟草种子引发和包衣丸化上的应用

索文龙 周东洁 王国平 牛永志 郑昀晔

摘要 [目的]探索纳米二氧化钛（TiO 2）在烟草种子引发和包衣丸化中的应用效果。[方法]不同浓度5 nm TiO 2悬浮液作为引发剂、不同比例5 nm TiO 2包衣丸化，研究其对烟草种子质量的影响。[结果]综合分析常温和低温下种子的发芽势、发芽率、发芽指数、平均发芽时间，同时结合生产实际，结果显示对于红花大金元，600 mg/L TiO 2引发24 h处理效果好;而对于MSK326，100 mg/L TiO 2引发24 h处理效果优于其他处理;1.0% TiO 2包衣处理的种子综合发芽指标优于其他处理。[结论]5 nm TiO 2可用于烟草种子引发和包衣丸化，但使用时需考虑生产成本。

关键词 烟草;种子;引发;包衣丸化;纳米材料;二氧化钛

中图分类号 S 572  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）18-0033-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.18.008

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Application of Nano-TiO 2 in Priming and Pelleting of Tobacco Seeds

SUO Wen-long， ZHOU Dong-jie， WANG Guo-ping et al

（Yuxi China Tobacco Seed Co.， Ltd.， Yuxi， Yunnan 653100）

Abstract [Objective] To explore the application effect of nano titanium dioxide in priming and pelleting of tobacco seeds. [Method]The effects of different concentrations of 5 nm titanium dioxide suspension as initiator and different proportions of 5 nm titanium dioxide as coating agent on the quality of tobacco seeds were studied. [Result]By comprehensive analysis of germination potential， germination rate， germination index and average germination time of seeds at room temperature and low temperature， as well as combining with the actual production， the priming treatment with 600 mg/L titanium dioxide for 24 h was better for Honghuadajinyuan， and the priming treatment with 100 mg/L titanium dioxide for 24 h was better than other treatment for MSK326. The comprehensive germination index of seeds coated with 1.0% nano titanium dioxide was better than that of other treatments.[Conclusion]5 nm nano titanium dioxide can be used for tobacco seed priming and pelleting， but the production cost should be considered.

Key words Tobacco;Seed;Priming;Pelleting;Nanometer material;Titanium dioxide

基金项目 云南省烟草公司（2018530000242026）资助项目。

作者简介 索文龙（1980—），男，山西长治人，农艺师，硕士，从事烟草种子科学方面研究。*通信作者，研究员，博士，从事烟草种子技术研究。

收稿日期 2021-01-04;修回日期 2021-01-27

纳米技术是20世纪80年代末诞生并崛起的高科技，对世界经济的发展以及工业和人们的生活产生了非常重要的影响，纳米技术研究尺寸在1～100 nm具有物理、化学和生物特性的物质[1]。纳米材料是纳米科技发展的重要基础，也是纳米科技最为重要的研究对象，生物医学[2]和农业[3]是纳米材料研究中最为密集的领域。碳纳米材料在农业应用上展示了巨大的应用前景[4]，纳米材料在农业中主要应用于纳米肥料、纳米保鲜材料、纳米农药和纳米环境改良等方面[5]。研究表明，碳纳米材料可以促进植物根系生长、刺激種子萌发以及生物量的积累[6]，适宜浓度的纳米材料处理可以促进大麦、玉米、大豆、水稻、柳枝稷、番茄、小麦、花生以及大蒜种子萌发进程，提高生物量积累，促进种子萌发时的水分和元素的吸收[6-9]。

近年来，纳米材料TiO 2因具有特殊的空间构象、微观电磁性能、一定的激素效应和抑菌作用，在生物学等领域具有广泛的应用前景[10-11]，利用纳米TiO 2溶液处理豌豆、大豆、油菜、番茄和洋葱种子能提高种子活力、促进种子发芽率及幼苗生长，提高萌发期的酶活性，从而加快种子萌发、提高幼苗成活率和植物的抗逆能力[11-14]，而关于纳米TiO 2溶液引发和包衣丸化处理对烟草种子萌发及生长发育调节作用方面的研究鲜见报道。鉴于此，笔者以烟草种子为试验材料，研究不同浓度纳米TiO 2引发、不同比例纳米TiO 2包衣丸化对烟草种子质量的影响，旨在为纳米材料实现在烟草种子引发和包衣丸化中应用提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 試验材料

供试品种为红花大金元和MSK326裸种，引发材料为5 nm二氧化钛（TiO 2）。

1.2 试验方法

1.2.1 纳米二氧化钛引发。配制0、50、100、200、400、600、800和1 000 mg/L的二氧化钛，超声1 h，使其成为均匀的悬浮液，然后将红花大金元和MSK326裸种分别浸入0、50、100、200、400、600、800和1 000 mg/L的二氧化钛悬浮液中避光引发，裸种与溶液质量比为1∶4，引发温度为（25±0.5）℃，引发时通入空气，通气量为3 m3/h。分别于引发24、36、48 h取样，用自来水冲洗干净，25 ℃回干至原始含水量，以干种子作为对照（CK）。

1.2.2 纳米二氧化钛包衣。

根据1.2.1筛选出的最佳引发处理分别对红花大金元和MSK326裸种进行引发，按烟草包衣丸化种子加工工艺进行包衣丸化，用分别添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%纳米二氧化钛的包衣剂包衣。以未添加纳米二氧化钛的常规包衣剂包衣作为对照（CK）。

1.2.3 发芽指标测定。

在光照培养箱内，按照常规的纸床发芽检测方法计算种子的发芽势、发芽率、发芽指数、平均发芽时间[15]。光照培养箱参数设置：发芽温度25 ℃（常温）和15 ℃（低温），12 h光照/12 h黑暗。

1.3 统计分析

采用SAS 12.0软件进行数据统计分析，多重比较采用LSD法（P<0.05），百分率数据在分析前进行反正弦转换（y=arcsin [sqr（x/l00）]）。

2 结果与分析

2.1 不同浓度TiO 2引发对红花大金元种子质量的影响

2.1.1 常温条件。不同浓度TiO 2引发处理的红花大金元种子在常温和低温下萌发的发芽指标见表1和2。由表1可知，种子在常温下萌发，不同浓度纳米TiO 2溶液处理对红花大金元种子发芽率和发芽势影响小，与对照CK相比，除800 mg/L TiO 2处理48 h显著降低了的种子发芽势外，其他处理对种子发芽势无明显影响，而各处理对种子发芽率无显著影响;发芽时间以600 mg/L TiO 2处理48 h最短，为3.10 d，其次是0 mg/L TiO 2处理48 h及100、400 和600 mg/L TiO 2处理24 h，发芽时间分别为3.11、3.13、3.13和3.13 d，但处理间无显著差异;发芽指数以600 mg/L TiO 2处理48 h最高，为32.27，其次是0 mg/L TiO 2处理48 h及0、400和600 mg/L TiO 2处理24 h的发芽指数，分别为32.01、31.91、31.96 和31.87。

2.1.2 低温条件。由表2可知，种子在低温下萌发，各处理对红花大金元种子发芽率无影响，对发芽时间和发芽指数影响较大。200 和600 mg/L TiO 2处理24 h、0 和400 mg/L TiO 2处理48 h显著缩短了种子发芽时间，其中以600 mg/L TiO 2处理24 h和400 mg/L TiO 2处理48 h最短，分别为9.60和9.65 d，其次是200 mg/L TiO 2处理24 h和0 mg/L TiO 2处理48 h，发芽时间分别为9.80和9.82 d，4个处理间无显著差异;发芽指数以200和600 mg/L TiO 2处理24 h最高，分别为10.28和10.43，其次是0和400 mg/L TiO 2处理48 h，发芽指数分别为10.16和10.11。

2.2 不同浓度TiO 2引发对MSK326种子质量的影响

2.2.1 常温条件。由表3可知，50、600 mg/L TiO 2引发36 h和0、1 000 mg/L TiO 2引发48 h处理显著降低种子发芽势，而其他处理均对种子发芽势无显著影响;从发芽率来看，50 mg/L TiO 2引发36 h和0、1 000 mg/L TiO 2引发48 h处理显著降低种子发芽率，而其他处理均对种子发芽率无显著影响;50、100 mg/L TiO 2引发24 h和200、400、800 mg/L TiO 2引发48 h处理的发芽时间较短，发芽指数较高，但5个处理间发芽时间和发芽指数差异不显著。

2.2.2 低温条件。不同浓度TiO 2引发处理对15 ℃下萌发MSK326种子质量的影响见表4。由表4可知，与对照CK相比，600 mg/L TiO 2引发48 h处理显著降低种子发芽率，但其他处理对种子发芽率无明显影响;100 mg/L TiO 2引发24 h处理的发芽时间最短、发芽指数最高，分别为6.62 d和15.23，与其他处理差异显著。

2.3 不同比例TiO 2包衣对红花大金元和MSK326种子质量的影响

2.3.1

对红花大金元种子质量的影响。从表5可以看出，25 ℃条件下萌发，不同比例TiO 2包衣对红花大金元种子的发芽势、发芽率、发芽时间和发芽指数无显著影响;15 ℃条件下萌发，不同比例TiO 2包衣对红花大金元种子的发芽率无显著影响，而对发芽时间和发芽指数的影响有差异。与对照（CK）比，用不同比例TiO 2包衣可显著缩短发芽时间、提高发芽指数，其中1.0% TiO 2包衣剂包衣处理的种子综合发芽指标优于其他处理。

2.3.2

对MSK326种子质量的影响。由表6可知，不同比例TiO 2包衣的种子在25 ℃条件下萌发，种子发芽各项指标与对照（CK）无显著差异;与对照（CK）相比，15 ℃条件下萌发，不同比例TiO 2包衣对种子发芽率无显著影响，1.0% TiO 2包衣处理的种子发芽时间最短、发芽指数最高，分别为12.15 d和10.65，优于与其他处理。

3 结论与讨论

该试验研究了不同浓度5 nm TiO 2悬浮液作为引发剂、不同比例5 nm TiO 2包衣丸化对红花大金元和MSK326种子质量影响。综合分析常温和低温下种子的发芽势、发芽率、发芽指数、平均发芽时间，同时结合生产实际，研究发现对于红花大金元，600 mg/L TiO 2引发24 h处理效果好;对于MSK326，100 mg/L TiO 2引发24 h处理效果优于其他处理。采用最佳引发处理，使用不同比例5 nm二氧化钛（TiO 2）进行包衣丸化，发现使用含1.0%二氧化钛的包衣粉剂包衣丸化，红花大金元和MSK326种子发芽指标优于其他处理。

该研究结果显示，5 nm二氧化钛（TiO 2）悬浮液引发效果在品种间存在差异，目前在烟叶生产上推广应用的品种较多，后续需针对不同品种选择适宜浓度的二氧化钛进行引发处理;该研究使用的5 nm二氧化钛价格昂贵，市售的纳米二氧化钛还有其他不同规格粒径，需要进一步筛选价格便宜、引发和包衣效果都好的纳米二氧化钛材料;同时，该研究仅用常规发芽指标研究二氧化钛引发和包衣对种子质量的影响。前人研究表明，纳米TiO 2对幼苗根长、株高及鲜重存在不同程度的促进作用[16]，纳米TiO 2促进植物生长可能还与其能调控与氮代谢相关的一些酶活性有关[17]，且纳米TiO 2自身的光催化活性能够促进叶绿素和类胡萝卜素的合成，进一步提高光合作用效率，诱导碳同化，从而促进幼苗的生长发育[18]，所以有待对与活力密切相关的幼苗素质和酶活性进行测定，从而深入探索纳米TiO 2引发和包衣对烟草种子及幼苗生长起促进作用的机理，为下一步大面积应用提供技术支撑。

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