一种新型高效环保型玉米种衣剂的研制.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除天马行空官方博客：/tmxk_docin ；QQ:1318241189；QQ群：175569632一种新型高效环保型玉米种衣剂的研制天马行空官方博客：/tmxk_docin ；QQ:1318241189；QQ群：175569632摘要：以天然高分子材料和生物抑菌剂为主要原料，辅之以微肥、微量元素、防冻剂、增稠剂等助剂制备出一种新型高效环保型玉米种衣剂，使其与传统的剧毒种衣剂相比，在对黑穗病菌的抑菌率相当的情况下，玉米产量提高了9.8、种衣剂成本下降了29、且安全无毒无污染，具有明显的经济与环境效益。关键词：环保型，玉米种衣剂，发芽势，丝黑穗病，抑菌率中图分类号： ， 文献标识码：Preparation Of A Novel High Effect And Environmental Maize Seed Coating AgentZeng Defang , Wu Juanjuan, Tang bin, Wang EnwenSchool of Resource & Environmental Engineering, Wuhan University of Technology,Wuhan 430070, P.R.China. (E-mail: )Abstrct: A novel high effect and environmental maize seed coating agent was made from natural polymer, biologic pesticide and other assistants. Compared with conventional maize seed coating agent, the yield of this maize seed coating agent was enhanced by 9.8, its cost was decreased by 29,its effect of controlling bacteria was the same as the conventional maize seed coating agent, it was much more safe and environmental. So it has obviously economic and environmental benefits.Key Words: environmental type, maize seed coating agent, sprout tendency，smut，bacteriostatic ratio众所周知，我国是一个农业大国，提高粮食产量、降低农药污染一直是我国农业的中心话题【1】，而目前使用的种衣剂（即：农业种子包衣剂）大多对人体和环境有着严重的毒害和污染【2】，如玉米种衣剂中防治黑穗病的有效成分：呋喃丹、福美双、克百威、三唑醇等就属于这类有毒有害污染物，其中“克百威”7毫克便可置人于死地，并在环境中留下持久性污染至少50年不能消除【3】，成为我国生态型农业的一大隐患【2】。但作为玉米种子需100包衣的我国东北和华北地区的农民为了防治黑穗病、确保玉米产量，不得不继续使用这种有毒种衣剂【4】。因此，如何寻找一种既安全又高效的新型环保型玉米衣剂已成为当前农业和环保领域急待解决的重大课题。为此，我们经过多年研究【5-8】，终于研制出一种以天然高分子材料和生物抑菌剂为主要成分、辅之以微肥和微量元素的新型环保型玉米种衣剂，它与传统的玉米种衣剂相比，对玉米黑穗病的抑菌率基本相当、而玉米产量提高9.8、种衣剂成本下降29、安全无毒无污染，具有明显的经济与环境效益。作者简介：曾德芳（1955，9）男，湖南新化人，博士、副教授，主要从事环保新材料方面的教学与科研。1 实验部分1.1 主要实验仪器和试剂1.1.1 主要实验仪器恒温恒湿培养箱（LRH-250-S型，广东省医疗器械厂），电子天平（FA2004型，上海悦丰仪器仪表有限公司），高压蒸汽灭菌器（YXQ-SG46-48SA型，上海博迅实业有限公司），温湿度计(STH950型，美国SUMMIT公司)，生物显微镜（BX41-12HO2型，日本OLYMPUS公司），电子恒速搅拌器（GS28B型，上海安亭电子仪器厂），培养皿（90cm，上海跃进医疗仪器厂）。1.1.2 主要实验试剂，市售玉米种衣剂吉农4号（吉林省吉农高新技术发展有限公司农药一公司），天然高分子材料（简称PO，下同，自制），生物抑菌剂（简称BT，下同，自制），黑穗菌粉（吉林省农科院公主岭玉米试验基地提供），盐酸、氢氧化钠、硼砂、乙二醇、磷酸二氢钾、七水硫酸锌等(分析纯，湖北大学化工厂），钙基膨润土（工业一级，河南省信阳科农膨润土有限公司），紫罗兰天然色素（广东汕头市明徳食品添加剂有限公司），琼脂（食品级，广州市嘉伟达化工有限公司），土豆（湖北红安），蔗糖（食品级，广西南宁糖厂），玉米种子（吉林省农业种子公司）。1.2 实验方案及技术路线 实验方案及技术路线见图1所示。种衣剂在实验室的初步同比试验种衣剂的制备玉米种衣剂的配方设计种衣剂小试配方的确定再进行实验室的同比试验结果分析、配方调整结果分析、配方调整种衣剂在试验田中同比试验新型环保型玉米种衣剂最佳配方的确定再进行试验田中同比试验图1 实验方案及技术路线Fig.1 Experimental scheme and technique route 1.3 实验方案的实施过程1.3.1种衣剂配方的设计原理 根据价廉、环保、品质的三大原则来设计本种衣剂的配方，即在种衣剂原料成本低于一般市售玉米种衣剂原料成本（约10元/公斤）【4】的前提下，设计出若干个既含有成膜、抑菌、增稠、增肥、植物调节、防冻、警戒色等功能、又无公害的等七大类物质组成的种衣剂配方，然后将这些配方制成的种衣剂与传统的公认较好的玉米种衣剂进行各种性能参数的同比试验，一旦发现有主要性能参数超过传统种衣剂的配方，就将其初选出来，然后再在其基础上进行优化试验，最终确定其性价比和环境友好等均优于传统种衣剂的最佳种衣剂配方。1.3.2 种衣剂的配制 先将PO、BT、盐酸、氢氧化钠、硼砂、乙二醇、磷酸二氢钾、七水硫酸锌、钙基膨润土、色素等配成一定浓度的水溶液，然后按一定的比例将他们混合均匀并在1000r/min的电子恒速搅拌器下搅拌5h，即得到新型环保型玉米种衣剂成品。1.3.3 种衣剂在实验室的同比试验玉米种衣剂在实验室的同比试验包括两个方面，一是在恒温恒湿培养箱中的发芽势和发芽率的同比试验，二是对黑穗病抑菌率的同比试验。首先将以上制得的玉米种衣剂与传统的玉米种衣剂（吉农4号）均按一比六十的比例与玉米种子拌和均匀，在室温下晾干20分钟后分为若干份，按照国际种子协会种子检验规程的方法（ISTA）【9】，每份取100粒种子，发芽床为双层湿滤纸，每份做四个重复，将培养皿置于温度为151、湿度为85的恒温恒湿培养箱中进行种子培养，每24小时调查一次发芽情况（第3日计算种子发芽势，第7日计算种子最终发芽率）共调查7天。其中发芽势和发芽率的计算公式如下：种衣剂对黑穗病抑菌率的同比试验包括培养基的制备、黑穗菌接种和实验观察等三个方面。首先用土豆、蔗糖、琼脂和玉米等在一定的配方和工艺条件下制成适合黑穗病菌生长的培养基【10】，实验所用器皿均用高压蒸汽灭菌器进行灭菌处理，然后将黑穗病菌接种到培养基上，加入种衣剂，通过黑穗病菌的生长情况来判断各种种衣剂对其的抑制效果。即在培养72h后对照萌发率达到最大值时，用显微镜观测各种衣剂处理后的孢子萌发情况。将培养皿取出，用游标卡尺测量菌落直径(十字交叉测量两次，取平均值)，以4次重复菌落直径的平均值来计算其抑菌率，计算公式如下【11】：抑菌率 （对照菌落直径-处理菌落直径）/ 对照菌落直径 100% 通过以上三个计算公式求出各种衣剂的发芽势、发芽率和抑菌率的大小，其中这三项指标都超过传统种衣剂、且达到最大值的配方为本种衣剂在实验室初步同比实验的最佳配方，然后再在此初步最佳配方的基础上，通过调整pH值、PO的分子量和BT的加量的等主要影响因素看是否能进一步提高这三项指标，其中增幅均超过初步最佳配方者为本种衣剂在实验室小试的较好配方，并作为下一步大田试验的基本配方而确定下来。1.3.4 种衣剂在玉米实验田的同比试验 将上述在实验室同比试验中所得到的较好配方的若干个种衣剂与传统种衣剂（吉农4号）在我国吉林公主岭玉米实验田的进行同比试验，即按一比六十的比例将种衣剂与玉米种子拌和均匀，铺开晾干约20分钟后，播于含有黑穗病菌粉的种穴中，每年四月播种、十月收割，并根据实验结果不断进行种衣剂配方的调整，找出发芽势、发芽率、抑菌率和产量等主要指标均优于传统种衣剂、而成本又低于传统种衣剂的大田试验的较好配方，其中性价比最好的配方为本种衣剂的最佳配方。2 结果与讨论2.1 种衣剂在实验室的初步同比试验结果 种衣剂在实验室的初步同比试验结果见表1所示，表中CK为未包衣的空白种子、吉农4号为目前公认较好的玉米种衣剂、A1A8均为本实验配制的玉米种衣剂（它们的成分相同，仅配方或相对比例不同而已），以初步筛选出性价比优于传统种衣剂吉农4号的种衣剂配方。表1 种衣剂在实验室的初步同比试验结果Table-1 The elementary results of comparing experiment amongseed coating agents in the lab主要指标种衣剂A1A2A3A4A5A6A7A8CK吉农4号成本/元kg5.97.6010.0发芽势/78667176747578695370发芽率/92899286929392907291抑菌率/6885907988918481089 从表1可以看出，本种衣剂A3和A6的主要指标均超过传统种衣剂，其中A6效果最好，其发芽势、发芽率和抑菌率分别较吉农4号提高5、2和2，而成本降低39。所以，A6作为本种衣剂在实验室的初步最佳配方而确定下来，并作为下一步实验室进行正交实验的基本配方。2.2 本种衣剂小试配方调整优化后的小试结果 在以上种衣剂A6的配方基础上，通过改变pH值以及配方中PO的分子量和BT的用量等三大影响因素来对种衣剂A6的配方进行优化，从中找出若干个性价比均优于传统种衣剂的本种衣剂在实验室的较好配方。2.2.1 pH值对种衣剂主要性能指标的影响pH值对种衣剂主要性能指标的影响见表2所示。表2 pH值对种衣剂主要性能指标的影响Table-2 Influence of pH value on main parameters of seed coating agent主要指标pH值4.04.55.05.56.06.57.0发芽势/52586166765541发芽率/75828588947160抑菌率/92929191918279从表2可以看出，将种衣剂的pH值调到6时的效果最佳，其中在pH从4到6区间，pH值越高，种衣剂的发芽势、发芽率、抑菌率越高，当pH=6左右时发芽势、发芽率、抑菌率均达到最大值，此后随着pH值的增加，发芽势、发芽率、抑菌率等均开始降低。所以，本种衣剂的最佳pH值为6，这是因为：（1）当pH值低于6时，种衣剂与种子膜表面形成的保护膜结合太紧密，使透气孔压缩，致使种子在发芽前与外界的接触几率减少，从而影响了种子在播种后的生长发育。（2）当pH值高于6时，种衣剂在种子表面所形成的保护膜与种子表皮的结合不太紧密，影响了种衣剂中微肥、微量元素及抑菌等功能对种子的传导促进作用，从而影响了种子在播种后的生长。（3）当pH值在6左右时，种衣剂在种子表面所形成的保护膜与种子表皮的结合既比较紧密，同时也基本不改变种子内部的各项性能，因而pH值在6时的膜更具有优良的透气性、透水性，从而保证了种子在萌发时能得到充足的氧气和水分，为种子的良好生长提供了有利条件。（4）一般来说，酸性环境的抑菌效果要好于中性或碱性环境的抑菌效果，所以pH6的抑菌效果必然要好于pH6的抑菌效果，这是由黑穗菌的生长规律所决定的2.2.2 PO分子量对种衣剂主要性能指标的影响 在以上种衣剂A6配方(pH6，PO分子量12万)的基础上，使A6配方中的其他组分及其含量保持不变，仅考察A6配方中不同的天然高分子PO的分子量对种衣剂主要性能指标的影响，结果见表3所示。表3 PO分子量对种衣剂主要性能指标的影响Table-3 Influence of POs molecular weight on main parameters of seed coating agent主要指标PO分子量8万12万15万20万25万30万40万发芽势/62758086817571发芽率/889396100989591抑菌率/90919193929289从表3可以看出，PO分子量的大小对种衣剂的发芽势、发芽率有明显影响，对抑菌率也有一定的影响，当PO分子量在820万范围内时，种衣剂的发芽势、发芽率和抑菌率随分子量的增加而增加，PO分子量为20万时达到最大值，PO分子量大于20万后这三项指标开始有所下降。所以，本种衣剂的PO最佳分子量为20万。2.2.3 BT含量对种衣剂主要性能指标的影响 在以上种衣剂A6配方（pH6，PO分子量为20万，BT3）的基础上，使A6配方中的其他组分及其含量保持不变，仅考察A6配方中不同生物抑菌剂BT的含量对种衣剂主要性能指标的影响，结果见表4所示。表4 BT含量对种衣剂主要性能指标的影响Table-4 Influence of BTs dosage on main parameters of seed coating agent主要指标BT含量 /1234567种衣剂成本/元kg7.7发芽率/100100100100100100100抑菌率/90919395979797从表4可以看出，BT含量对种衣剂的发芽率没有明显影响，而对抑菌率有明显的影响，随着BT含量的增加，种衣剂的抑菌率也随之增加，当BT含量达到5时其抑菌率达到最大值97，但BT含量超过5后，不仅抑菌率没有增加而成本略有增加，所以本种衣剂中BT含量应控制在5为宜。2.3 优化后的小试结果及其比较 本种衣剂优化后的小试配方(A61)与未包衣（CK）的和传统种衣剂（吉农4号）包衣的结果比较见表5所示。表5 优化后的小试结果及其比较Table-5 Result of modified elementary experiment andcomparison with CK and JINONG4#比较指标比较样品 A61CK吉农4号种衣剂成本/元kg6.9010.0发芽势/825370发芽率/1007291抑菌率/97089从表5可以看出，本种衣剂优化后的小试配方A61的发芽势、发芽率、抑菌率等三项主要指标较未包衣的玉米种子分别增长29、28、97，较传统种衣剂吉农4号分别增长12、9、8，而成本较传统种衣剂吉农4号下降31，具有明显的性价比优势。2.4 种衣剂在试验田的同比试验结果 将以上包括A61在内的性价比均优于传统种衣剂吉农4号的小试配方种衣剂拿到实验田里做进一步同比试验，因与实验室环境条件有所差异，在大田实验的基础上做进一步的调整，最终得出试验田的最佳本种衣剂配方A62，其结果及其比较见表6所示。表6 优化后的田间试验结果及其比较Table-6 Result of modified elementary experiment andcomparison with CK and JINONG4#比较指标比较样品 A62CK吉农4号种衣剂成本/元kg7.1010.0发芽率/958092亩产/kg950795865抑菌率/90090从表6可以看出，本种衣剂优化后的试验田配方A62的发芽率和亩产等较未包衣的玉米种子分别增长15、19.5，较传统种衣剂吉农4号分别增长3、9.8，而成本较传统种衣剂吉农4号下降29，抑菌率与传统种衣剂基本相当。这说明实验室的发芽势、发芽率与大田试验的增产趋势基本是一致的，其小试结果是可以说明问题的；而实验室的抑菌率比大田实验的结果要差一些，只能基本说明问题，最终仍要以大田的实验结果为准，因为黑穗病菌在大田的生长环境与实验室有着较大的差别。2.4 本种衣剂增产与抑菌机理的探讨2.4.1增产原理的探讨首先，由于本种衣剂采用的天然高分子PO有较好的成膜性，它可在种子表面形成一层致密的保护膜，使种子内部的营养物质消耗降到最低，一旦这种包衣种子植入土壤中吸水膨胀后，这种高分子膜就表现出良好的通透性，这样就能良好的吸收土壤中的溶解氧，而且较快的放出由于呼吸作用而产生的CO2，从而激活了大豆中某些酶的活性，达到增产效果【12】。其次，由于天然高分子PO膜具有良好的透气性，它可以激活玉米中的某些酶的活性，加上本种衣剂中的微量元素、微肥等物质，从而更加提高了玉米中酶的活性，而一旦蛋白酶的活性得到提高，就能促进玉米中的蛋白质转化成氨基酸；淀粉酶活性的提高可促进淀粉向低分子糖和脂肪的转化，这样就为胚芽的生长提供了充足的营养来源，从而促进了玉米种子的生长，使我们种衣剂的产量较传统种衣剂有明显的提高本种衣剂包衣后的种子表皮PO膜与未包衣的种子表皮膜的横截面的显微照片见图2所示。 图2 包衣（左图）与未包衣（右图）的种子外膜的截面照片对比图Table 2 Comparative pictures of two kinds of membrane between coated seed and pure seed 从图2可以看出，包衣后的左图较未包衣的右图多出一层丰满厚实的膜，正是这层PO膜，对种子的增产、抗菌起着至关重要的作用。 包衣与未包衣的玉米种子的发芽势的对比图见图3所示。图3 包衣（右图）与未包衣（左图）的玉米种子发芽势对比图Table 3 Comparative pictures of burgeon tendency between coated seed and pure seed从图3可以看出，包衣后的的玉米种子发芽势（右图）明显高于未包衣米玉米种子的发芽势（左图），右图的芽既多有粗壮。2.4.1抑菌原理的探讨 天然高分子PO除了有较好的成膜性能外，还具有天然的抑菌抗菌性能，它可使植物产生系统性抗体，即某一部分产生抗性，可诱发整个植株产生抗性，从而对土壤和植物中的菌虫害产生一定的驱避作用，再加上所添加的环保无污染的生物抑菌剂BT对玉米的丝黑穗病也有较好的抑制作用，这两种抗菌作用就从根本上保证了被包衣的玉米免受丝黑穗病的侵害。3 结论通过采用天然高分子材料PO和生物抑菌剂BT为主要成分、辅之以微肥和微量元素等助剂制备出一种新型高效环保型的玉米种衣剂。在制备过程中，将种衣剂的pH值调为6、天然高分子PO的分子量控制在20万左右、生物抑菌剂BT的含量控制在5左右便可达到最佳的增产与抑菌效果，使其与传统的玉米种衣剂相比，对玉米黑穗病的抑菌率相当、而玉米产量提高了9.8、种衣剂成本下降了29、且安全无毒无污染，具有明显的经济与环境效益，在我国广大农村（尤其是主产玉米的东北地区）具有重要的推广应用价值。参 考 文 献1 庚莉萍. 环境友好农药行业的发展方向J. 农药市场信息，2006，（22）: 19212 朱忠林,龚瑞忠,韩志华. 农药对鸟类的毒性及其安全性评价J.农村生态环境,2003,19(3)：53573 徐映明，朱文达合编. 农药问答M. 北京：化学工业出版社，20054 达忠杰. 种衣剂的研发与应用 J.农产品市场周刊，2006（25）: 30325 Herbert, Richard M. 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