多功能懸浮型藥用植物種衣劑的研制及其生物活性△

黃文靜，張嚴磊，孫曉春，李鉑，王楠，王二歡，張小莉，唐志書*

(1.陜西中醫藥大學/陜西省中藥資源產業化協同創新中心，陜西 咸陽 712083；2.陜西步長制藥有限公司，陜西 西安 710077；3.陜西御林實業有限公司，陜西 咸陽 711200)

種子包衣技術是提高種子質量、促進種子產業化、標準化和預防病蟲害的一項先進技術[1]。在眾多類型的種子包衣劑中，懸浮種衣劑是使用最廣泛的種子處理劑型，具有應用安全和環境友好等特點[2]。懸浮種衣劑可將農藥、生長調節劑、微肥等通過助劑和成膜劑包裹在種子表面并固化成種衣，使各種活性物質緩慢釋放，起到調節植物生長，防病治蟲和提高植物抗逆性等作用[3]。目前，在玉米、水稻、油菜、花生、胡麻等作物以及甘草、黃芪等藥材上有應用種子包衣劑防治病蟲害的報道[4-8]，但這類種衣劑大多僅針對一種作物或藥材，其適用范圍較小，功能較為單一。因此開發一種適用范圍廣，且具有多種功能的藥用植物種子包衣劑是十分必要的。

在前期研究基礎上，本實驗預通過對懸浮種衣劑各助劑，如濕潤分散劑、增稠劑和成膜劑進行篩選，以低毒、低殘留殺蟲和殺菌劑為主要有效成分，復配以平衡肥和植物生長調節劑，研制一種適用于中藥材種子的包衣劑，并通過室內種子發芽、田間出苗和病蟲害調查對其安全性和田間防效進行驗證。

1 材料與方法

1.1 藥劑與儀器

1.1.1 供試藥劑 潤濕分散劑：2-萘磺酸甲醛聚合物鈉鹽(NNO)、木質素磺酸鈉(CMN)。增稠劑：海藻酸鈉、阿拉伯膠。成膜劑：聚乙烯醇(PVA-1788)、羧甲基纖維素鈉(CMC)。有機硅、山梨酸鉀、乙二醇和有機色素(胭脂紅)，以上試劑均購自山東優索化工科技有限公司。

98%吡蟲啉(浙江龍游東方阿薩克作物科技有限公司)；98%福美雙(比利時特胺有限公司)；95%多菌靈(江蘇省太倉市農藥廠有限公司)；N、P、K水溶性平衡肥(英國歐麥斯農用流體公司)；赤霉素GA3和水楊酸SA(廣州市林國化肥有限公司)。

1.1.2 主要儀器 PHS-3c酸度計(上海雷磁)；BT25S電子天平(北京賽多利斯)；砂磨機(廣東瑞德利納米科技)；UV-1800紫外分光光度計(日本島津)；LS-609激光粒度分析儀(珠海歐美克)；NDJ-8S粘度儀(浙江勒豐)。

1.2 種衣劑的制備及助劑的篩選

1.2.1 種衣劑的制備 根據前期種衣劑有效成分篩選的結果，按照配方要求，將除成膜劑以外的其他原料按如下質量分數：吡蟲啉(15%)、福美雙(5%)、多菌靈(10%)、平衡肥(5%)、潤濕分散劑(4%)、增稠劑(2%)、警戒色(2%)、防凍劑(3%)、防腐劑(0.5%)、消泡劑(0.5%)、生長調節劑(0.01%)和水混合預分散，于高速均質機中按10 000～14 000 r·min-1剪切30 min，經325目篩過濾后加入成膜劑，在砂磨機中研磨1 h即得種衣劑成品。

1.2.2 濕潤分散劑的篩選 根據預實驗的結果，選擇NNO或(和)CMN為濕潤分散劑，進行復篩。在200 mL燒杯中按配方加入除成膜劑和增稠劑外的其他組分，分別稱取1、2和4 g的NNO和CMN，補足水至100 mL，高速均質機10 000 r·min-1剪切30 min，經325目篩過濾后測定懸浮率，并評價其流動性、分散性和熱貯穩定性。

1.2.3 增稠劑的篩選 根據預實驗和1.2.2 的結果，選擇海藻酸鈉和阿拉伯膠為增稠劑，進行復篩。在200 mL燒杯中按配方加入除成膜劑外的其他組分，分別稱取0.5、1和2 g的海藻酸鈉和阿拉伯膠，按照1.2.2的方法制備種衣劑半成品，測定其懸浮率以及室溫下黏度，并評價流動性和熱貯穩定性。

1.2.4 成膜劑的篩選 按照1.2.2和1.2.3的結果，分別加入1、2和4 g的PVA-1788和CMC，并按照1.2.1的方法制備種衣劑，測定其成膜時間、均勻度和脫落率，并評價成膜性。

1.3 種衣劑性能測定

種衣劑懸浮率按GB/T 14825—2006方法測定；成膜時間、包衣均勻度和包衣脫落率按GB/T 17768-1999方法測定；熱貯穩定性按GB/T 19136—2003方法測定；低溫穩定性按GB/T 19137—2003方法測定；流動性和分散性按照劉步林[9]的方法測定；粒徑采用LS-609激光粒度分析儀測定；黏度采用NDJ-8S數字式黏度計測定；PH值使用PHS-3c酸度計測定。所研制的懸浮種衣劑的性能檢測參照國家標準《GB/T 17768—1999懸浮種衣劑產品標準編寫規范》進行。

1.4 種衣劑生物活性試驗

1.4.1 種子包衣的室內安全性試驗 選取飽滿健壯、大小一致的黃芪、甘草和桔梗種子，種子用0.1% HgCl2消毒5 min，蒸餾水沖洗3次，晾干表面水分后將種子和種衣劑按包衣比[包衣劑質量(g)：種子質量(g)]1∶50、1∶100、1∶150和1∶200分別置于封口袋中均勻混合，晾干后備用。

按照張春平等[10]方法，將包衣后種子放入鋪有雙層濕潤濾紙的培養皿中，在光照培養箱中培養，以幼根達種子直徑長為發芽標準，按如下公式計算發芽勢和發芽率。

(1)

(2)

1.4.2 田間發芽及防效試驗 大田試驗于2017年4月至10月在陜西淳化縣方里鎮進行，試驗地前茬植物為丹參，肥力中等。田間出苗試驗時間為4月1日至10日，播種前藥材種子經50 mg·L-1GA3浸泡24 h，撈出后于木桶中催芽3 d，期間每隔一段時間向桶中淋水并翻動種子。按照1.3.1實驗結果，取適量種衣劑處理種子，以清水處理的種子為對照，將種子播于田間劃定的小區內(1m×1m)，每小區300粒種子，每種處理5次重復，每天統計出芽數。于播種后30 d測定幼苗農藝性狀及葉綠素含量，葉綠素含量測定按照潘瑞青[11]方法進行。分別于5月、7月和9月中旬按小區調查統計百株蟲口數，百株病株數。

(3)

其中A為未包衣的百株蟲口或病株數，B為包衣處理組的百株蟲口或病株數[12]。

2 結果與分析

2.1 濕潤、分散劑的篩選

利用濕潤分散劑可降低懸浮種衣劑中各種粒子的表面自由能，幫助粒子分散懸浮，在加快粒子入水的同時使整個體系更加穩定[13]。由表1可知，單獨使用NNO或CMN作為濕潤分散劑時種衣劑有效成分的懸浮率較低，流動性較差，在55 ℃下貯藏14 d后出現分層現象，說明其單獨使用時濕潤分散效果不理想。兩種濕潤、分散劑復配后懸浮率提高，其中以3% NNO和1% CMN復配作為濕潤分散劑時種衣劑的流動性、分散性和熱貯穩定性最佳。

表1 濕潤、分散劑的篩選結果

2.2 增稠劑的篩選

通常為獲得穩定的懸浮體系，需要向種衣劑中加入增稠劑以提高黏度，既要保持一定的傾倒流動性又要減緩種衣劑中顆粒的沉降[14]。由表2可知，單獨使用海藻酸鈉或阿拉伯膠時雖然種衣劑的流動性較好，但熱貯易分層。以1%海藻酸鈉和1%阿拉伯膠復配作為增稠劑時，懸浮率較高、流動性較好，種衣劑黏度可達597 mPa·s，55 ℃下熱貯藏14 d穩定不分層。

表2 增稠劑的篩選結果

2.3 成膜劑的篩選

成膜劑的種類和配比直接影響到種衣劑的各項物理化學性能指標，優質的成膜劑具有成膜性好、黏度適中、包衣均勻、脫落率低、透水透氣性好等特點。對2種成膜劑進行篩選結果如表3所示，其中以3% PVA-1788和1% CMC復配作為成膜劑時，種衣劑的成膜時間最短，包衣均勻度可達95.5%，脫落率僅為4.2%。

表3 成膜劑的篩選結果

2.4 種衣劑的配方及其性能指標

通過對濕潤分散劑、增稠劑和成膜劑進行篩選，最終確定了種衣劑的配方，其組分、含量和生物學功能如表4所示。

表4 種衣劑配方

對所制備的懸浮種衣劑的pH值、黏度、懸浮率和穩定性等指標進行檢測，對照國家標準，結果(表5)表明其各項性能均合格。

表5 種衣劑控制指標及其檢測結果

2.5 種衣劑對種子發芽安全性測定

由表6可知，種衣劑不同用量下3種藥材種子的發芽情況各不相同，高用量(包衣比1∶50)易產生藥害，3種藥材種子的發芽勢和發芽率均最低，種子發芽時滯最長。黃芪種子在包衣比為1∶150時發芽勢較高，發芽率可達84.33%，接近對照組86.33%的發芽率；甘草種子在包衣比為1∶100時發芽勢高達57.67%，發芽率為92.67%略高于對照組；桔梗種子在包衣比1∶200時發芽率高于對照組，發芽時滯最短為1.66 d。

表6 種衣劑不同用量對黃芪、甘草和桔梗種子發芽的影響

2.6 包衣種子田間出苗試驗

分別按照1∶150、1∶100和1∶200對黃芪、甘草和桔梗種子包衣，于大田中進行出苗實驗，結果如圖1所示。各處理組與對照組的出苗時間無差異，3種藥材種子的出苗率隨時間增加不斷升高，包衣種子在相應天數內的出苗率均高于對照組。黃芪包衣組在播種后6 d的出苗率即達到一個較高水平，對照組在播種后9 d才達到最高，出苗率僅為包衣組的87.5%。甘草種子在播后3 d開始少量出苗，播后7 d時包衣組與對照組的差異最大，至第10 d時包衣組的出苗率高達80.33%，比對照組高出7.67%。桔梗種子在播后2 d即開始出苗，6 d時包衣組出苗率即達到較高水平，其后隨著時間的增加出苗率緩慢上升；第6 d時對照組出苗率最高達68%，但后期由于氣溫和土壤水分含量降低出現死苗，出苗率有所減少。

圖1 種子出苗天數與出苗率

2.7 種衣劑對藥材幼苗生長和葉綠素含量的影響

由表7可知，包衣處理對3種藥材幼苗根長的影響最為顯著，包衣后黃芪、甘草和桔梗幼苗的根長分別為對照組的1.15、1.17和1.37倍，此外，包衣處理顯著提高了幼苗的葉綠素含量。3種藥材中，桔梗受包衣處理的影響最大，其株高增高，根長變長，鮮重和葉綠素含量也大幅度增加。

表7 幼苗農藝性狀和葉綠素含量

注：“*”表示包衣處理與對照差異達5%顯著水平。

2.8 種衣劑的田間防效試驗

5月初至9月中旬，氣溫先升高后降低，田間蟲口數量同溫度呈明顯正相關關系。如表8所示，7月時田間蟲口基數大，黃芪、甘草和桔梗的田間百株蟲口數分別高達257、207.3和228.3只，包衣處理顯著降低了百株蟲口數，相對防效分別達87.04%、84.9%和81.77%。包衣處理同時降低了田間病株數，5月至9月間對3種藥材的病害相對防效均在75%以上。

表8 種衣劑的田間防效結果

注：“—”表示是參照。

3 結論與討論

多功能高效環境友好型種衣劑的開發是目前植保行業研究的熱點。種衣劑于播前使用，可綜合防治苗期病蟲害，與此同時又能促進植物生長，使其根系強大，增強抗逆性，具有顯著的經濟效益和生態效益[15]。與農作物如小麥、水稻、大豆和玉米等標準商品化的種子不同，藥材種子多為農家自留種，大多存在凈度低、均一度低、活力低、出苗率低和易霉爛現象[16-18]。黃芪、甘草、桔梗、黨參和當歸等常用大宗藥材的種植通常分種苗繁育和大田移栽兩個階段，高萌發率的種子和健壯的幼苗是進行移栽保證藥材產量和品質的基礎。本實驗通過對種衣劑助劑如潤濕分散劑、增稠劑和成膜劑的篩選，最終研制出一種多功能的適用于中藥材種子的懸浮種衣劑。該種衣劑的活性成分為一定種類和數量的抗菌劑、殺蟲劑、植物生長調節劑和礦質營養，其助劑有一定的保水和緩釋功能。研制出的多功能懸浮種衣劑物理化學性能穩定，各項控制指標符合國家相關標準。

通過包衣種子發芽室內安全性試驗，發現不同種類的藥材所需種衣劑的包衣比不同，這與種衣劑在農作物種子上使用的情況相類似[19-20]，最適宜黃芪、甘草和桔梗的包衣比分別為1∶150、1∶100和1∶200，在此劑量下，3種藥材的發芽勢和發芽率處于較高水平。當處于大田開放環境，尤其是田間溫度突然降低土壤水分含量較少時，通過該劑量包衣的種子出苗率均高于對照。包衣處理后藥材幼苗的生長加快，其根長更長，株高更高，用于吸收光能同化有機物的葉綠素的含量顯著高于未包衣幼苗。田間防病蟲害實驗表明，包衣組植株的蟲口數遠低于對照組，5月苗期時黃芪對照組蚜蟲和食心蟲的發生率極高，7月時甘草小區內的紅蜘蛛和短毛草象蟲口密度大，通過調查發現，包衣處理組的百株蟲口數遠低于對照，其田間防效在80%以上。此外，通過對幼苗根部和莖葉部的發病情況調查發現，包衣后3種藥材植株根腐病、白粉病、褐斑病和銹病的發病率顯著降低，其百株病株數低于20，相對防效在70%以上。

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