（环境工程专业论文）环保型水稻种衣剂的研制与应用效果研究.pdf

摘要 本研究以天然高分子多糖为主要原料，通过对成膜剂、活性成分、非活性 成分进行一系列筛选的基础上，研制出一种环保型水稻种衣剂。与传统农药型 水稻种衣剂相比，该环保型水稻种衣剂提高了水稻发芽率和秧苗素质，增加了 水稻产量，具有高效安全和环境友好等特点。通过试验，确定了最佳的配方， 考察了供试种衣剂对水稻发芽势、发芽率、秧苗素质、田间产量等方面的影响， 检测了种衣剂对抑菌率及鱼类的毒理效果，同时对环保型种衣剂抑菌、增产机 理进行了理论上的分析与探讨。研究的主要结果为： 1 、经室内试验，对纤维素及其衍生物类、淀粉及其衍生物类、天然高聚物 类、其它类成膜物进行单一及复配筛选，选定天然高分子多糖和聚乙烯醇以7 ： 3 的比例共混得到最佳成膜剂，其成膜效果好且对水稻种子的发芽安全性好。 2 、通过检测室内发芽势和发芽率，筛选其他成分。筛选出烯效唑、9 8 q 一 萘乙酸钠和多效唑及多种微量元素为最佳活性成分，筛选出适宜非活性成分为 分散渗透剂p e g x 、丙三醇、椰油酸二乙醇酰胺、警戒色浆。 3 、将筛选出来的成膜物、活性成分、非活性成分通过正交试验，根据室内 发芽试验检测效果，确定最佳配方( 投料质量) 为：复合成膜物( 5 0 ) 、多效唑 ( o 1 0 ) 、9 8 ( i t 一萘乙酸钠( 0 0 5 ) 、烯效唑( 0 0 2 ) 、微素( 1 2 ) 、助剂a ( 1 0 ) 、 p e g x ( 2 5 ) 、丙三醇( 1 5 ) 、警戒色浆( 2 ) 、椰油酸二乙醇酰胺( 0 1 5 ) 。 4 、通过对自制环保型水稻种衣剂和传统水稻种衣剂进行室内抑菌实验及鱼 类急性毒理实验发现：当药种比1 ：4 0 时，自制种衣剂对恶苗病菌、立枯病菌 的抑制率分别达到8 0 0 0 和8 3 1 3 ，高于传统种衣剂的7 7 2 1 ，7 7 4 5 ，抑菌 效果明显。两者对鱼类的致死剂量比率达3 3 3 ，表明自制种衣剂对鱼类的安全 系数比传统的要高，并符合种衣剂的行业质量指标。 5 、田间药效试验证明，自制环保种衣剂能增加水稻产量7 7 左右，具有重 要的推广应用价值。 关键词：水稻种衣剂；发芽率：天然高分子多糖；毒理安全 a b s t r a c t a ne n v i r o n m e n t a l l y f r i e n d l yt y p eo fo r g a n i cr i c es e e dc o a t i n ga g e n tw a s d e v e l o p e db yu s i n gc a r b o x y m e h y lc h i t o s a na st h em a i nr a w m a t e r i a la n dp o l y m e r i s e d w i lp l a n tg r o w t hr e g u l a t o r sa n do t h e ra d d i t i v e s t h en o v e ls e e dc o a t i n ga g e n t s i g n i f i c a n t l ye n h a n c e ds p r o u tg r o w t ho v e rt r a d i t i o n a la g e n t s , i n c r e a s e dg e r m i n a t i o n r a t ea n ds e e d l i n gq u a l i t yo f f i c e ，a l s or a i s e dt h ey i e l do ff i c ea ni n c r e a s eo ff i c ey i e l d t h en o v e ls e e dc o a t i n ga g e n ti sas a f e r ，c h e a p e ra n dm o r ee n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y a l t e r n a t i v e t h r o u g ht h el a b o r a t o r yt e s tt h eo p t i m a lp r o p o r t i o nh a sb e e nd e t e r m i n e d w ee x a m i n e dt h ee f f e c to fd e ei ng e r m i n a b i l i t y , g e r m i n a t i o n , s e e d l i n gq u a l i t ya n d y i e l d ，d e t e c t e dt h ei n h i b i t i o nr a t ea n df i s ha c u t e t o x i c i t yt e s t m e a n w h i l e ，t h ef u n c t i o n m e c h a n i s m so ft h es e e dc o a t i n ga g e n th a v eb e e na n a l y z e di nt h i ss t u d y t h er e s u l t ss o ft h es t u d ya r ea sf o l l o w s ： 1 i nt h el a b o r a t o r yt e s t ，t h eo p t i m a lf i l mf o r m i n ga g e n th a v eb e e ns c r e e n e do u t f r o mc e l l u l o s ea n di t sd e r i v a t i v e s ，s t a r c ha n di t sd e r i v a t i v e s ，n a t u r a lp o l y m e r st h r o u g h m i x t u r es e l e c t i o n t h eo p t i m u mb l e n df i l mi ss u c c e s s f u l l yp r e p a r e db yc o a g u l a t i n ga m i x t u r eo fn a t u r a lp o l y s a c c h a r i d ea n dp o l y v i n y la l c o h o la t7 ：3 b yw e i g h t t h e p r o p e r t yo fb l e n df i l mh a sg o o df i l m f o r m i n ge f f e c ta n dp o s s e s s e dg o o ds a f e t y 2 b yi n d o o rt e s t ，t h eg e r m i n a b i l i t y , g e r m i n a t i o nw e r es t u d i e d ，a n dt h eo p t i m a l a c t i v e i n g r e d i e n t s h a v eb e e ns c r e e n e do u t ： u n i c o n a z o l e ， a n a p h t h a l e n e a c e t i c a c i d ，p a c l o b u t r a z o l ，m i c r o e l e m e n t s t h eo p t i m a ln o n - a c t i v ei n g r e d i e n t si sd i s p e r s i o n p e n e t r a n tp e g x ，g l y c e r o l ，c o c o n u t td i e t h a n o la m i d e ，p i g m e n t 3 t h eo p t i m a lf o r m u l af o rt h ee n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l ys e e d c o a t i n ga g e n tw a s d e t e r m i n e dt h r o u g ha no r t h o g o n a lt e s t ，t h ef o l l o w i n gc o m p o s i t i o n sw e r eu s e di n t e r m so ff e e d i n gq u a l i t y ：b l e n df i l m5 0 ，p a c l o b u t r a z o lo 10 ，仅一n a p h t h a l e n ea c e t i c a c i do 0 5 ，u n i c o n a z o l eo 0 2 ，m i c r o e l e m e n t s1 2 ，p r o m o t e ra10 ，p e g x2 5 ，g l y c e r o l 1 5 ，p i g m e n t3 ，c o c o n u td i e t h a n o l a m i d e0 15 4 t h ef u n g a li n h i b i t i o nt e s to ft h en o v e ls e e dc o a t i n ga g e n ta n da c u t et o x i c i t y t e s to nf i s hs h o w e dt h a ti th a sa no b v i o u sf u n g a li n h i b i t o r ye f f e c ta n dah i g h e rs a f e t y i n d e xd u r i n gu s a g ea n dd i s p o s a l t h ee n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l ys e e d - c o a t i n ga g e n t i i w i t ht h e1 ：4 0t r e a t m e n tp r o v i d e db e t t e ri n h i b i t o r yc o n t r o lo fr h i z o c t o n i as o l a n ia n d f u s a r i u mm o n i l i f o r m et h a nd i dt r a d i t i o n a lr i c es e e dc o a t i n ga g e n ta tt h es a m ed o s a g e f o re x a m p l e ，t h ee n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l ys e e d c o a t i n ga g e n tw a s8 0 0 0 a n d 8 3 13 ，a n dt r a d i t i o n a lf l e es e e dc o a t i n ga g e n tw a s7 7 21 a n d7 7 4 5 ，r e s p e c t i v e l y t h ee f f e c to fs e e d - c o a t i n g a g e n to nf i s hs a f e t ys h o w e dt h e r e a r es i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s t h el e t h a ld o s eo ft h ee n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l ys e e d c o a t i n ga g e n tc a l l r e a c h3 3 3t i m e st h a to ft r a d i t i o n a lr i c es e e dc o a t i n ga g e n ta n ds t i l lr e s u l ti nt h es a m e f i s hm o r t a l i t yr a t e t h ee n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l ys e e d c o a t i n ga g e n th a sam u c h h i g h e rs a f e t yi n d e xf o rf i s h ，a n dh a ss h o w nt h a ti ti ss a f ef o rt h ep u b l i ca n dm e e t st h e e n v i r o n m e n t a lr e q u i r e m e n td u r i n gu s a g ea n dd i s p o s a l a tl a s t ，a l lt h ei n d e x e so fi t h a v e b e e na g r e e dw i t hs e e dc o a t i n ga g e n ti n d u s t r yl e v e l 5 f i e l dt r i a ls h o w nt h a tt h ec r o py i e l do fs e e d sc o a t e db yt h en o v e ls e e dc o a t i n g a g e n tw a si n c r e a s e db y7 ，t h en o v e le n v i r o n m e n t a lf r i e n d l ys e e dc o a t i n ga g e n th a s g r e a tp o t e n t i a la p p l i e dv a l u e k e y w o r d s ：r i c es e e dc o a t i n ga g e n t ；g e r m i n a t i o np e r c e n t a g e ；n a t u r a lp o l y s a c c h a r i d e ； t o x i c o l o g i c a ls e c u r i t y i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特n d l l 以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 旦壹亚堡 日期： 2 1 1 ，f 羔! 篮 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本 学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使 用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：慨 导师( 签名)日, - l i t l q 巾以， 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 水稻是我国栽培面积和产量均居首位的主要粮食作物，在我国的农业生产 中具有举足轻重的作用。我国水稻育种取得了令人瞩目的成就，一大批遗传品 质优良的新品种在水稻优质、高产中发挥了重要作用。水稻生产中普遍存在着 日益严重的病虫危害，影响了水稻产量和品质，由于种子本身携带的病原菌以 及土壤中的病原物等常常会影响种子萌发，其他有害生物的污染、及秧苗期受 病虫危害而造成的产量损失在1 0 左右【l 】。人们为了提高出苗率，通常增加播种 量，但这种方法既浪费了种子又不能消除病虫害及对环境的不利影响，针对这 些情况，种子处理技术应运而生。 处理种子的方法有物理法、化学法和生物法。目前应用最广泛的是化学法， 即用杀虫剂、杀菌剂、植物生长调节剂等药剂对种子进行处理，作物种子包衣 技术是作物物化栽培技术的重要组成部分，是实现作物良种标准化、加工机械 化、播种精量化、栽培管理轻型化以及农业生产增收节支的重要途径【2 】。其中的 种衣剂技术由于具有独特的优势，因此是今后种子处理技术发展的重点【3 羽。 种衣剂是一类用于种子包衣处理的农药新剂型，主要由杀虫剂、杀菌剂、 复合肥料、微量元素、植物生长调节剂和成膜剂等助剂加工制成的药肥复合型 的种子包衣新产品。种衣剂以种子为载体，借助于成膜剂粘附在种子上，很快 固化成为均匀的一层药膜，不易脱落，播种后种衣剂对种子形成一个保护屏障， 吸水后膨胀，不会马上溶解，随种子萌动、发芽、出苗、成长，有效成分逐渐 被植株根系吸收传导到植株幼苗各部位，使植株幼苗对土壤中的植物病原及地 下害虫起到防病杀虫的作用，提高种子发芽率，促进幼苗健康生长，增加作物 产量 7 ，引。 2 0 世纪8 0 年代，国外种衣剂已经广泛地应用于种子加工厂。近年来德国拜 耳公司的5 8 5 高巧( 福美双+ 戊菌隆+ 吡虫啉) 湿拌种剂，瑞士先正达公司的1 0 适乐时( 咯菌腈) 悬浮种衣剂和7 0 快胜( 噻虫嗪) 干种衣剂等产品。国内种衣剂的 真正发展是从2 0 世纪9 0 年代才开始的。在过去的十几年里，开发了适宜在不 同地区，不同作物，防治不同病虫害的一系列品种，并基本形成了具中国特色 的种衣剂研究、开发、生产和推广体系。国产种衣剂中病虫兼治的复合型种衣 剂较多，占种衣剂品种的7 0 左右，药肥复合型种衣剂占4 0 左右，已经形成2 武汉理工大学硕士学位论文 万吨年左右，约4 亿元的销售规模。应用较多的品种有3 5 多克福( 多菌灵+ 克百威+ 福美x 2 ) 种衣剂，2 0 克福( 克百威+ 福美x 2 ) 种衣剂等【8 1 。 近年来，有关种子包衣对水稻种子发芽率、苗期长势、抗病虫害、增产的 影响的报道多为传统的化学种衣剂【9 】，而有关同样起到抗病虫害、增产效果的无 公害无污染的绿色环保型水稻种衣剂的报道较少见。并且传统的化学种衣剂多 是农药剂型种衣剂，含有有毒的杀虫杀菌成分，种子包衣后种衣剂中的农药成 分不仅对种子产生药害、抑制种子的生长发育，还会在农田中留下持久性污染， 对人畜和周围环境存在巨大危害。随着人们对绿色食品、有机食品的重视，无 公害农产品生产发展迅速，因此，研制新型高效环保型水稻种衣剂已成为当前 农业和环保领域亟待解决的重大课题。 本研究选用安全无害、环保多功效的天然高分子多糖为主要原料替代传统 种衣剂中有毒有害成分制备环保型水稻种衣剂，水稻种子经过包衣处理，种衣 剂能在种子表面固化成膜，形成种衣。该膜具有杀菌消毒、缓慢释放其中的植 物调节物和微素，持效期长，能达到增产增收的目的。通过室内试验与大田试 验相结合的方法，系统地研究了环保型水稻种衣剂包衣处理稻种对水稻发芽率、 田间出苗率、鲜重、根长、产量的影响，并对该环保型种衣剂的增效机理进行 了研究。希望能对使用该环保型种衣剂以减少农药污染和拓展天然高分子多糖 及其复合种衣剂取代传统农药型种衣剂在农业上的利用提供参考。用该新型环 保的种衣剂替代目前对人畜和环境均有剧毒的水稻种子包衣剂，对环境无污染， 对人畜无危害，符合种衣剂的发展趋势。 1 1 水稻种衣剂的研制及其发展 早在1 9 世纪6 0 年代美国b l e s s i n g 就提出了用面糊给棉花种子包衣只是为 了使棉种大粒均匀化以方便播种，此后种子包衣技术的发展较慢，直到2 0 世纪 3 0 年代英国g e r - m a i n s 种子公司才首次研制出旱作物丸化种衣剂【1 0 】，并使之迅 速商品化，但包衣目的仍然是使小颗粒种子体积质量增加、粒型规整，便于机 播匀播之。1 9 5 0 年b u r g e s s e r 等研究了薄膜种衣剂技术，1 9 7 8 年t e x a s 实验站 首先研制成功旱作物薄膜种衣剂，用三梨糖和醋酸纤维对棉种进行包衣处理防 治立枯病。1 9 8 2 年前苏联和美国分别用高分子聚合物农药及生长调节剂复配成 棉花、大豆薄膜种衣剂，随后欧美等国家相继开发出了各自的旱作物种衣剂， 并在生产上得到了广泛应用。而水稻种衣剂研制起步较晚，8 0 年代末9 0 年代初， 2 武汉理工大学硕士学位论文 日本大部分农村约一半以上水稻面积采用过氧化钙丸衣进行直播栽培，在菲律 宾、泰国等水稻栽培国家已有相当应用面积。目前，发达国家的部分花卉种子 和蔬菜种子实现了丸粒化【l l 】，1 9 8 0 年日本k a m u r a 1 2 1 研制出了由石膏、过氧化 氢、氢氧化钙制成的水稻旱直播用丸化种衣剂，i n a y o s h i 等【l3 】加以改进研制出 了用过氧化镁和硅酸钠配制而成的水稻水直播用丸化种衣剂。美国a m a d o u 【1 4 】 于1 9 8 9 年研制出了用过氧化钙为主成分配制成的水稻水直播用丸化种衣剂。 19 9 0 年，d a v i d t ”】通过研究发现，相比未包衣的水稻种子，经过种衣剂包衣的 水稻种子能有效防止鸟类对种子发芽的危害。1 9 9 1 m o t o y u k i 【m 】用k n 0 3 包衣处理 水稻种子能提高发芽，促进出苗率和营养叶的生长，但效果不及c a 0 2 。n a o k i h a r a d a r 7 】使用一种农药对水稻种子包衣，能有效提前种子发芽。2 0 0 5 年，a r u n k u m a r l 1 8 】应用吲哚乙酸( i a a ) 、萘乙酸( n a a ) 、细胞分裂素( b a ) 复配的自组 装胶体处理水稻种子，能促进发芽率和出穗率。 与外国相比，我国水稻种衣剂的研制起步较晚。1 9 8 0 1 9 8 5 年，中国农业大 学李金玉等，根据我国地域辽阔，农业生态条件各异，地区间病虫害差别很大 的特点【1 9 】，其将我国水稻种衣剂的研究集中在药肥复合型上，并且成功研制出 一系列药肥复合型水稻种衣剂。1 9 8 8 年，吉林省农科院原子能所以过氧化钙为 主要成分，以石膏为凝固剂，以微量元素为辅加成分进行水稻种子包衣，促进 水稻对土壤和肥料中氮的吸收。自2 0 世纪9 0 年代以来发展迅速、应用较广， 但目前的种衣剂应用多集中于旱粮和经济作物，少数水稻种衣剂也只能在旱直 播中使用，而可浸种催芽的水稻种衣剂种类少。1 9 9 4 年赵建勋等【2 0 】研制出以杀 菌剂、生长调节剂和微肥为活性成分的悬浮型水稻种衣剂；1 9 9 8 年徐卯林等【2 l 】 研制出以高吸水树脂、农药、生长调节剂、微肥为主要成分的水稻旱育干粉种 剂；熊远福和陈树仁【2 2 f2 3 】成功研制出浸种型水稻种衣剂。陈文丰等【2 4 】用水稻种 衣剂苗的研究表明：种衣剂能促进水稻秧苗早生快发，促进秧苗根系的生长发 育，增强根的活力，使后期根系衰退延迟，谷粒灌浆、充实较好，结实率提高， 千粒重增加，对促进水稻生长发育及提高产量有一定的作用。刘大军等【2 5 】以 a b a 、s a 作为活性物质包衣水稻种子有利于水稻抵抗低温等不利条件对水稻秧 苗的危害。目前，水稻种衣剂的应用面积尚不足水稻总种植面积的5 ，而杂交 水稻种子包衣技术的应用和研究极少，因此杂交水稻种子包衣剂有着巨大的市 场潜力 2 6 1 。 3 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 种衣剂的组成 1 2 1 成膜物 成膜物的成膜性是种衣剂的关键特性，是影响包衣质量的重要因素也是衡 量种衣剂质量的重要标志之一。如果种衣剂的成膜剂选择不当，包农后脱落率 高甚至不能形成膜，它就起不了预结合型种子处理剂的作用，也就不能成为真 正意义上的种衣剂。因此，成膜剂的选用和深层次研究至关重要，影响着种衣 剂的发展和应用。因成膜剂属种衣剂的关键助剂，对种衣剂的质量影响至关重 要，因此，国内外种衣剂研究者和厂商对其产品的活性组分基本上是公开的， 但相关助剂、生产工艺等关键技术则极少公开或采用登记专利等方法加以保护， 所以未报道哪种成膜剂最为合适。1 9 7 8 年t e x a s 实验站首先研制成功旱作物薄 膜种衣剂用三梨糖和醋酸纤维对棉种进行包衣处理防治立枯病，2 0 0 3 年吴学宏 等【2 7 】研究了薄膜种衣剂技术。随着薄膜技术的提出以及高分子聚合材料的开发 与应用，现代意义上的化学型种衣剂才得以飞速地发展。其间，成膜物也经历 了由物理泥浆型向以高分子聚合物为主的化学型的转变。 综合各文献材料，已报道的成膜物可分为四大类：( 1 ) 淀粉及其衍生物类， 如羧甲基淀粉、磷酸化淀粉、氧化淀粉以及接枝淀粉等。( 2 ) 纤维素及其衍生物 类，如乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等。( 3 ) 合成高聚物类， 如聚醋酸酯、聚丙烯酸酯、聚已内酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮等。( 4 ) 其 它类，如碱性木质素、阿拉伯树胶等。 随着种衣剂的研究不断深入，加工工艺的进步，人们非常重视开发高分子 聚合物成膜剂，因为它可使药剂在种子表面不易脱落，最大限度地均匀牢固附 着和发挥药效。国外已利用多种合成多聚物包衣种子。d i e t z e 2 8 】使用一种联苯芳 酸作为膜物质包衣种子，发现它能改善种子发芽，阻止病害菌对种子的危害。 我国也出现了其它一些新类型的种衣剂及成膜物。许伟亮【2 9 】用丙烯酸一丙烯酚 氨聚合物和柠檬酸乙醇聚脂包衣种子，发现它们不但有作为种衣剂使用的优良 物理性能，还对种子活力略有促进作用，且不影响种子的发芽。 随着人们对环境保护越来越重视，以化学合成成膜剂、包衣材料为主的局 面必将被打破，对种子没有毒害并能改善种子生理功能的成膜剂正在开发。以 天然海洋产物及其衍生物为代表的种衣剂正在崛起。因为其安全、可降解，具 有良好的生物相容性和较好的成膜性，而且能够促进种子的萌发、幼苗的生长， 4 武汉理工大学硕士学位论文 提高耐盐性，并有效防治病虫害的发生【3 0 1 。另外，以电子包衣技术作为包衣材 料也是新兴的一例【3 1 1 。但就目前的设计情况，开发环保型的种衣剂及成膜物仍 是一个主要的研究方向。 1 2 2 种衣剂活性成分 在种衣剂的活性成分研究上，国内偏重于杀虫、杀菌等活性成分的混配， 而国外种衣剂则以单一组分为主，以满足农业生产不同目的的需要。 综合目前国内的研究报道，活性成分主要包括农药活性成分( 杀虫剂、杀菌 剂) 、激素、除草剂、微量营养元素或有益微生物，是种衣剂中直接发挥的有效 成分。其种类、组成及含量直接反映种衣剂的功效。 常用的农药活性成分主要有：呋喃丹、福美双、克百威、林丹、多菌灵、 拌种灵、苯菌灵、甲霜灵、咪鲜胺、苯菌磷、咯菌腈、吡虫啉、浸种灵等，以 及具有特定防治作用的生物源农药等。通常根据病虫防治对象加以选择。 常用的激素主要包括生长素类、赤霉素类、及生长延缓剂。如吲哚乙酸i a a 、 g a 3 、n a a 、矮壮素、b a 、三唑类延缓剂等广谱性植物生长调节剂。 常用肥料包括尿素、化肥等常量元素肥料和微量元素肥料；常用有益微生 物包括根瘤菌、苏云金杆菌、固氮菌、木霉菌、芽孢杆菌等。 随着人类环保意识的加强，农药活性物将向高效化的方向发展，高效化意 味着减少农药用量，从而减少其对人畜的危害和对环境的污染。因此，广谱、 高效、内吸、低毒农药是水稻种衣剂活性成分的首选。 活性成分的筛选，通常要根据当地水稻的生长特性需要和土壤肥力状况及 季节选择，并考虑与其它组分的配伍性。 1 2 3 非活性成分 非活性物质就是常说的配套助剂，它与活性组分混合加工后能改善种衣剂 的理化性质，提高药效，便于使用，是维持种衣剂的物理及化学性状，控制衣 膜内活性成分缓释的重要成分。其中配套助剂包括悬浮剂、乳化剂、渗透剂、 增韧剂、分散剂、防冻剂、防腐剂、稳定剂、警戒色浆等。丸化种衣剂还含有 泥炭、膨润土、硅藻土、石膏、滑石粉或石棉纤维等，起填充、崩解、吸水等 作用。 5 武汉理t 大学硕士学位论文 1 3 种衣剂的类型 在所有的栽培作物中，水稻的栽培是最具专业性、复杂性的一种作物。随 着地区、气候、种源、水源、种植习惯等条件的不同，种植方式千差万别，因 此，在水稻栽培中形成了直播和育秧移栽两大系列。针对不同地区育秧期的不 同气候条件，又出现了早育秧、水早直播和浸种育秧等多种栽培方式。此外， 水稻芽期和苗期常见病虫与种源、土壤、地区等因素密切相关。这就决定了水 稻种衣剂多种多样。 国际上使用种衣剂的不同国家根据各国国情、作物品种、病虫种类、土壤 和植物营养不同需要，研究开发出很多种衣剂品种，目前对种衣剂的分类标准 没有一致的说法，目前较主流的分法是根据其生物活性将种衣剂分为4 类，主 要有农药型、复合型、生物型和特异型等类型。 a 单一型种衣剂：主要成分为一种有效成分，主要根据当地的实际情况选 用或者是和其他药剂配合使用。 b 复合型种衣剂：含有2 种以上有效成分( 杀虫、杀菌、微肥、激素等) ， 功能齐全，针对性强，有防虫防病、防鼠雀、促进植物生长等作用。 c 生物型种衣剂：根据生物菌类之间的拮抗原理，筛选有益的拮抗根菌， 以抵抗有害病菌的繁殖、侵害而达到防病的目的，有抗病虫、促进幼苗生长等 作用。生物型种衣剂无毒害无污染，是将来种子包衣技术发展的趋势。如浙江 省种子公司开发的“z s b ”根菌类生物种衣剂。 d 特异型种衣剂：根据不同作物和目的而专门设计的种衣剂类型，有效 成分具有某种非农药活性的特殊功能( 如逸氧剂、除草剂、解毒剂和高分子吸水 剂等) ，利用种衣的成膜性和缓释性达到提高在种子表面的附着力和方便使用的 目的。如中国气象研究所研制的高吸水树脂抗旱种衣剂等。 1 4 种衣剂的功能及应用现状 1 4 1 种衣剂对室内发芽势和发芽率的影响 根据已有的各种报道，种衣剂对种子的发芽有一定的影响。种衣剂在种子 表面形成的包衣膜，对种子的吸水和供氧产生一定的影响，但这种影响一般不 大，而且种衣剂中的多数药剂通过防病及自身对种子发芽具有促进作用【1 1 】。胡 前毅 3 2 1 研究表明，水稻良种包衣效果好，种子的发芽率比对照提高o 9 1 8 。 6 武汉理工大学硕士学位论文 钟家有等【3 3 】研究了浸种性晚稻专用种衣剂包衣水稻种子发现：包衣和未包衣种 子的水分含量变化规律基本相同，种子包衣后发芽率下降速度比未包衣种子慢。 卢俊春等【3 4 】研究表明，水稻种子经包衣后，前期发芽相对推迟，但对发芽率没 有影响。卞红正【3 5 】研究发现：水稻包衣后，可促进种子的发芽，发芽势和发芽 率分别比清水对照的提高了1 3 3 和1 6 7 ，整个室内安全性测定表明，各种衣 剂包衣处理对水稻种子的发芽无不利影响。壳聚糖包衣处理后可以提高在清水 或盐胁迫条件下杂交水稻种子发芽率和1 3 淀粉酶活性，降低盐胁迫条件下水稻 种子q 淀粉酶活性【3 0 】。腾振勇等 3 6 1 研究发现，水稻种子经9 种种衣剂处理后其 发芽率可比未包衣种子提高1 7 q 7 。潘万华应用丰乐水稻种衣剂对水稻种子 进行包衣，种子的发芽率比对照高2 t 3 7 】。 但也有研究认为，成膜剂如果选择不当，尤其是包衣膜太厚时，包衣处理 会影响种子的吸水萌动、发芽抑制物的渗出，而且再加上部分化学药剂的影响， 因而部分种衣剂对稻种萌发构成了威胁【3 8 3 9 1 。杨安中【4 0 1 研究认为，多功能种衣 剂降低水稻种子的发芽。杨卓飞和苏国潘【4 1 4 2 】研究结果表明种衣剂处理后可降低 水稻种子发芽率，降幅为1 5 。 1 4 2 种衣剂对田间水稻性状的影响 1 4 2 1 种衣剂对水稻田间出苗率、成秧率影响 种衣剂的使用对水稻田间出苗有一定的促进效果，李小林等 4 3 1 研究表明， 使用种衣剂包衣后，出苗率提高1 5 3 5 ，成秧率提高o 3 3 ，百株鲜重提高 1 5 4 3 4 2 ，分蘖数提高5 0 0 , - - , 6 2 5 ，叶龄增大8 5 1 0 6 ，产量提高1 以上。 曾聪明对2 个水稻品种包衣处理，随着包衣浓度的升高，其发芽率先上升后下 降，以1 浓度的溶液对水稻发芽率的促进作用最强【删。 1 4 2 2 包衣处理对田间水稻秧苗素质的影响 目前，已有不少报道显示，水稻种子包衣处理能促进秧苗素质。曾卓华用 1 5 多福悬浮种衣剂对水稻种子进行包衣处理，研究发现，在秧苗期，该种衣剂 能提高秧苗茎蘖数、根长、鲜重和叶绿素含量，对苗高、叶龄和根数的影响不 明显【4 5 1 。陈文丰研究发现种衣剂能促进秧苗早生快发，增加低位分蘖，为大田 生长期争取早分蘖、提高有效穗数创造了条件 4 6 1 。刘怀珍w 7 】通过对苗博士、“华 农”两种种衣剂的增效效果研究表明种衣剂处理的秧苗质素有较明显的改善。 7 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 2 3 种衣剂对水稻田间有害生物的防治效果 种子包衣时，种衣剂中的成膜剂将活性成分、微肥等及其它非活性成分网 结在一起，这层膜在种子周围形成一个活性物质库，在种子播种后，物质缓慢 释放起到屏障的作用，可以对种子外部的有害微生物起到趋避效果。 刘西莉等【4 8 】等通过研究发现水稻种衣剂包衣处理水稻种子后，可使秧苗抗 病性相关的酶活性提高，能增加种苗的抗逆能力。李小林用1 5 克多福悬浮种 衣剂防治水稻种传土传和苗期病虫害鼠害及促进生长发育的综合功效作用下， 水稻产量提高【4 3 1 。钱小平研究发现【4 9 1 ，在秧田期，经种衣剂处理稻种后，对秧 田灰飞虱、条纹叶枯病、螟虫都有较好的控制作用，对灰飞虱的控制效果达到 6 0 以上，对条纹叶枯病的防病效果达到6 7 ，对二化螟的控虫效果达到9 0 ， 保苗效果达到3 5 1 6 。 但是在实际的操作中，由于水稻一般需要浸种催芽，方面容易造成活性 物质的淋溶流失，另一方面，又对环境造成污染，因此，开发活性物质既流失 少又不影晌稻种安全性的种衣剂值得研究。 1 4 2 4 种衣剂对水稻经济性状、产量的影响 根据全国农技推广中心在不同省区组织的田间药效统计数据表明，使用水 稻种衣剂进行种子包衣，平均增产幅度可达6 以上。曾卓华【4 5 】研究发现经1 5 多福悬浮种衣剂包衣处理后的水稻株高、穗长、穗平均实粒数、结实率、千粒 重影响效果不显著，测定结果与对照基本持平，而对每窝穗数、有效穗、穗平 均着粒数、理论产量和实际产量等指标均有显著性提高，其上述指标分别较对 照提高3 3 0 、3 3 6 、2 3 7 、4 6 2 、和5 0 2 。包衣剂处理水稻种子对水稻 经济性状有较大影响，尤其能显著提高水稻生物产量。 反之，如果种衣剂所选的成膜剂成膜后通透性太差以及药剂成分选用不当， 也势必会对稻种的出苗率、成秧率造成不利的影响，从而影响产量【4 1 1 。 1 4 3 水稻种衣剂存在的问题 从北京农业大学在2 0 世纪8 0 年代起开始研究种衣剂到1 9 9 1 年获得国家专 利并大面积推广，旱作物( 包括水稻早育) 种衣剂因对成膜基料及成膜技术的要求 不高，其研制、应用与发展较快，并已在推广应用中取得显著的经济效益及社 会效益【3 3 1 。但到目前为止，我国水稻种衣剂仍处于试验、示范阶段。据统计， 8 武汉理工大学硕士学位论文 我国目前种衣剂市场组成为：玉米占4 8 ，小麦占2 4 ，大豆占1 0 ，棉花占 8 ，水稻占5 ，其他占5 。显然，作为我国南方主要作物的水稻，种衣剂包 衣推广应用还不普及，其原因主要有两个：一是水稻播种前需浸种催芽；二是 我国不同稻作区的生态条件、病虫害情况差异大，对种衣剂品种的需求也不相 同，致使水稻种衣剂的研制难度很大。此外，种子经过包衣处理后往往需要一 段时间的贮藏，而在长江中下游双季稻区，春夏两季温度高、湿度大，对种子 的发芽率容易产生不良影响。 水稻种衣剂特别是浸种型及水下直播型水稻种衣剂，一直是令国内外研制 者头痛的事情，也是当前困扰种衣剂企业的一大难题【8 , 3 8 , 5 0 】。用于直播田的水稻 种衣剂由于种子播种后处于水中，所以对成膜剂和染色剂的耐水性能要求较高。 在研制水稻种衣剂成膜剂和染色剂时，要兼顾膜的水解速度和种子需要吸水萌 发之间的矛盾，以及染料在水中溶解或分散情况，所以研制难度较大。 日本、美国分别于2 0 世纪8 0 年代初、中期研制出了水下直播用水稻种衣 剂，并于2 0 世纪9 0 年代打入中国市场( 如美国产的v f 2 0 0 水稻种衣剂) 。据报 道，2 0 世纪9 0 年代初期日本大部分农村一半以上的水稻种子均进行了包衣处理， 水下直播；目前美国阿肯色州约7 0 8 0 的水稻种子，是用杀菌剂进行包衣处 理过的。但这两种种衣剂均系拌种式包衣，要求种子先浸种，后包衣，包衣种 子无法贮存，且难以实现种子处理的产业化。国内的沈阳化工研究院、江苏里 下河地区农科所各自研制的干粉型水稻直播种衣剂，均须先浸种再包衣，包衣 种子无法安全贮存，也难以实现种子处理产业化，且前者发芽慢，发芽率低， 后者只宜用于早育秧；浙江省种子公司、安徽六安地区种子公司、江苏华农、 江苏南沈等研制生产的薄膜型水稻种衣剂，所用成膜剂均是易溶于水的成膜材 料，浸种时衣膜易溶于水，活性成分损失大，发芽低，包衣种子难以贮存。 虽然国内已相继开始水稻种衣剂的研制开发，但由于水稻在苗期需要防治 的病虫害种类较多，使用杀虫、杀菌剂时还需考虑除草剂的特殊性，如乙草胺、 丁草胺等与氨基甲酸酯类药剂的冲突等，许多产品药剂配方筛选不当，部分品 种仅对苗病防治有效，而另一部分品种仅对恶苗病防治有效果，所以有效成分 的选择也在一定成度上限制了水稻种衣剂的发展【5 们。此外，当前生产应用中， 往往是先由供种部门进行包衣，农户在播种前再用其它药剂浸种，这样操作既 繁琐又增加了成本，从而制约了水稻种衣剂的推广应用【5 。 目前生产上可用于浸种催芽的水稻种衣剂剂型却很少，而且使用的药剂又 多为高毒性物质( 尤指杀虫剂) ，这类种衣剂在生产中若使用不当不仅会造成药剂 9 武汉理工大学硕士学位论文 流失，而且还有可能污染环境。 近两年政府相继出台的将要禁用的2 0 多个高毒农药品种，基本上包括了目 前种衣剂产品的高毒杀虫剂成分。现在的种衣剂产品以克百威、甲拌磷等高毒 农药为主要成分的占据8 0 以上。政策上的门槛向高毒种衣剂敲响了淘汰的警 钟。高效、低毒、安全，对环境友好的产品是未来发展的趋势。因此，研究水 稻种衣剂及其作用机理，对于克服现有技术的上述致命缺点、促进良种标准化、 调控水稻生长发育、防治苗期病虫害、减少环境污染、增收节支，同时建立和 发展水稻种衣剂及作物物化栽培理论、保证农业持续稳定发展具有重要的理论 与实际意义。 1 4 4 水稻种衣剂未来的发展方向 随着人们对食品安全生产发展以及对作物种子的标准化的需要，以天然高分 子材料为代表的种衣剂正在崛起，以天然高分子多糖为主要原料的环保型水稻 种衣剂就是其中一例。天然高分子多糖无毒、可降解，具有良好的生物相容性 和较好的成膜性，而且能够促进种子的萌发、幼苗的生长和能有效防治水稻病 虫害的发生，还能有效的提高水稻的产量。目前对这种环保型包衣剂的研究与 应用明显不足，天然高分子多糖用于种衣剂的研究报道也较少。因此，将天然 高分子多糖用于水稻种衣剂的研究将成为未来水稻种衣剂的发展方向。 1 5 天然高分子多糖 天然高分子多糖是一种用甲壳生物的外壳或昆虫的外骨骼提取的多糖，来源 极其丰富。天然高分子多糖因其独特的分子结构，具有一系列特殊功能性质。 低分子量的天然高分子多糖及其衍生物在水溶液中的构象变化对其生理活性及 功能性质有极其重要的影响。以它为主要原料制成的种衣剂具有天然环保、优 质价廉的特点，有着广阔的发展前景和市场竞争优势。 1 5 1 天然植物生长调节剂 天然高分子多糖是一种天然的植物生长调节剂，可提高种子的发芽率，增 强幼苗的抗病能力，能发根促茎，调节作物生长，增加作物的抗性，提高作物 的产量，而且天然高分子多糖种衣剂对作物无药害，对人畜无毒害，对环境无 公害。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 1 5 2 抗菌抑菌活性 种子经天然高分子多糖处理后，在种子表面形成良好通透性的通透膜，而 且会通过促进组织木质化，将病原菌隔离，使之无法侵犯机体，起到减少病菌 侵染的作用，提高几丁质酶活性，以分解入侵病菌细胞壁上的几丁质，同时启 动防御系统产生环保抗病物质，达到抗菌抑菌的作用。 1 5 3 成膜作用 天然高分子多糖具有的易于成膜的特殊功能，是良好的种衣剂材料。 1 5 4 其他作用 天然高分子多糖可在水果表面形成膜，能够改变果实组织内部气体组成和 降低蒸发损耗，从而抑制了水果腐烂变质。另外，天然高分子多糖具有抑制多 种菌类的繁殖功能，从而达到防腐保鲜的作用。 1 6 研究目的、意义及内容方法 1 6 1 研究目的、意义 根据国家实行“种子工程项目”的精神提出的各地要提高“良种精选率”、“良 种包衣率”和“社会统一供种率”要求。国家提出包衣率每年要以2 0 的速度递增。 国家宏观调控对推广良种包衣技术十分有利。目前推广的面积只占种植面积的 2 3 5 ，尚属起步阶段。 由于水稻的包衣率只有5 ，因此水稻用种衣剂将是开发热点之一。克百威、 多菌灵、福美双、甲胺磷等由于其毒性或抗性等问题的产生，其使用量将稳定 或逐年减少；一些高活性的化合物，如吡虫啉、烯效唑、戊唑醇、咪鲜胺等将 得到推广和应用。降低农药污染，建设生态型农业一直是我国农业发展的方向， 但目前用于防治病虫害提高产量的种衣剂都是有毒有污染的农药剂型种衣剂， 其有效成分如克百威、多菌灵、福美双等都是有毒有害的高残留农药，在农田 中留下持久性污染，对人畜和周围环境存在巨大危害，成为我国发展生态型农 业的一大隐患。因此研制高效新型环保型农业种衣剂已成为当前农业和环保领 域亟待解决的重大课题。 天然高分