麻 冬，艾比布拉·伊馬木，哈里木拉提·努熱合買提

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830052； 2．新疆天博草業(yè)有限公司，烏魯木齊 830000)

0 引 言

【研究意義】種子包衣是一種用包衣材料覆蓋種子的技術(shù)，以提高種子性能和植物建植水平，降低生產(chǎn)成本，提高植物的播種成功率，增加種子流動(dòng)性[1-2]。在干旱半干旱地區(qū)，有很多適宜在荒漠地區(qū)建植的物種，但因其種子質(zhì)量輕，在大面積的飛播，種子規(guī)?；a(chǎn)，生態(tài)恢復(fù)，以及荒山綠化等方面，種子成活率低，不能發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值，提高小粒徑種子重量和增加種子維度等包衣措施，是解決問題的關(guān)鍵[3-4]。通過篩選適宜木地膚種子包衣材料，提高其機(jī)械化播種便利性和出苗質(zhì)量，發(fā)揮木地膚的種用價(jià)值?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】木地膚具有很強(qiáng)的抗逆性，且有很高的飼用價(jià)值；在人工栽培、改良天然草場(chǎng)、生態(tài)修復(fù)中是具有前途的植物[5-7]。在木地膚包衣材料中添加粘結(jié)劑，可潤濕種子、提高種子表面的粘結(jié)外圍包衣材料能力、抗壓強(qiáng)度等[8]；添加高分子吸水材料，使種子周邊吸附更多的自由水，提高包衣種子的抗旱性，提高種子萌發(fā)率及發(fā)芽整齊度[9]。添加填充材料，增加種子粒徑，保護(hù)種子，改善種子播種的微環(huán)境。合適的種子包衣材料，不僅能促進(jìn)木地膚種子的萌發(fā)，還可以在結(jié)構(gòu)上保證包衣種子的強(qiáng)度和裂解度[10-12]。通過種子包衣丸粒化，改變種子通透性和吸脹保水性，從而影響種子的萌發(fā)特性[13]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】種子經(jīng)過包衣處理，可以提高其抗性，增加種子維度。因木地膚種子小，質(zhì)量輕且形狀不規(guī)則，限制其機(jī)械化播種及生產(chǎn)。研究篩選木地膚種子包衣材料?！緮M解決的關(guān)鍵問題】木地膚種子丸粒化過程中，篩選表現(xiàn)較好的粘結(jié)材料、吸水材料和填充材料以及合理添加水平和配比，為木地膚種子包衣在生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

木地膚種源位于新疆天博草業(yè)有限公司木地膚種植基地，該基地隸屬新疆呼圖壁縣石梯子鄉(xiāng)(E 86°46′8″，N 43°58′48″，海拔817 m)。該地屬溫帶大陸性干旱氣候，年降水量100～220 mm，無霜期150～180 d左右，7月平均氣溫24～26℃。采回的木地膚種子在-16℃黑暗條件儲(chǔ)藏8個(gè)月，種子純凈度51.46%。

1.2 方 法

1.2.1 種子處理

木地膚種子于2018年10月收獲，選取飽滿完整的木地膚種子。先采用10%的H2O2消毒，再采用蒸餾水多次沖洗，自然晾干。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

粘結(jié)材料的篩選。選用羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)、阿拉伯膠(AG)、聚乙烯醇(PVA)、殼聚糖(Chitosan)4種粘結(jié)材料，其中CMC-Na、AG、PVA設(shè)計(jì)8個(gè)濃度(0.1%、0.2%、0.5%、1%、1.5%、2%、4%、6%)；Chitosan設(shè)計(jì)6個(gè)濃度(0.1%、0.2%、0.5%、1%、1.5%、2%)，以蒸餾水為對(duì)照(CK)，把配置好的各濃度的粘結(jié)材料溶液與處理好的種子，分別放置在培養(yǎng)皿中，溶液沒過種子表面，浸種30 min，自然晾干。

高分子吸水樹脂(吸水劑，SAP)用量的篩選。將SAP粉碎后，過100目篩，使其吸水充分。稱取6份質(zhì)量均為1 g的已消毒的晾干種子(未經(jīng)粘結(jié)材料處理)，再分別稱取種子重量的2%、5%、8%、11%、13%、15%的吸水劑，與種子混合，加入少量水?dāng)嚢杈鶆?，確保種子表面附著吸水劑，自然風(fēng)干。對(duì)照采用空白處理(CK)，進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，分別測(cè)試吸水材料對(duì)木地膚種子萌發(fā)特性的影響。試驗(yàn)采用的高分子吸水材料的吸水重量倍數(shù)為原干燥材料的400倍。

填充材料的篩選。選擇硅藻土(Diatomite)、高嶺土(Kaolin)、蛭石(Vermiculite)、硅藻土+高嶺土(Diatomite+Kaolin，1∶1)、硅藻土+蛭石(Diatomite+Vermiculite，1∶1)、高嶺土+蛭石(Kaolin+Vermiculite，1∶1)、硅藻土+高嶺土+蛭石(Diatomite+Kaolin+Vermiculite，1∶1∶1)7種填充材料作為擴(kuò)大種子體積的外圍包衣填充材料。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過單因素試驗(yàn)，篩選出萌發(fā)表現(xiàn)較好的粘結(jié)材料，高分子吸水材料以及填充材料和用量，再采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行木地膚包衣種子試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)，選用三因素四水平的正交設(shè)計(jì)表，最后一列設(shè)置為空列，分別考慮了粘結(jié)材料、吸水材料、填充材料三個(gè)因素的3種變化水平，得出最優(yōu)的包衣配比。

發(fā)芽試驗(yàn)，將2層濾紙鋪入消毒過的培養(yǎng)皿(φ=90 mm)中，加蒸餾水使其充分潤濕，每一個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)放置30粒包衣處理過的種子，再放入25℃恒溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)發(fā)芽培養(yǎng)，每天光照/黑暗(16 h/8 h)，從置床起第2 d同一時(shí)間觀察，以胚根突破種皮達(dá)到種子長度的1/2為標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)數(shù)，連續(xù)觀測(cè)14 d，以種子連續(xù)4 d不再萌發(fā)視為萌發(fā)結(jié)束，測(cè)定指標(biāo)包括種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)，利用以下公式進(jìn)行計(jì)算[14]：

發(fā)芽率(GR)=(14 d正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(shì)(GP)=(7 d正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=Σ(Gt/Dt)(Gt為時(shí)間t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù))[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016和SPSS 25.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差分析，用鄧肯氏多重比較進(jìn)行差異顯著性分析，P<0.05為差異顯著，結(jié)果數(shù)據(jù)用“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度下羧甲基纖維素鈉對(duì)種子萌發(fā)的影響

研究表明，隨CMC-Na濃度的增加，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)由高變低。濃度0.1%～1.5%發(fā)芽率均高于對(duì)照，但差異不顯著(P>0.05)。用量0.1%時(shí)，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)最好。表1

2.2 不同濃度下阿拉伯膠對(duì)種子萌發(fā)的影響

研究表明，隨著阿拉伯膠濃度的升高，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)出現(xiàn)由高至低的變化趨勢(shì)。在0.1%～6%各濃度中，發(fā)芽率均高于對(duì)照；0.2%濃度時(shí)，發(fā)芽率最高，與對(duì)照相比差異顯著(P<0.05)；且種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)在所有處理中表現(xiàn)最好。表2

表2 不同濃度阿拉伯膠下木地膚種子萌發(fā)指標(biāo)變化Table 2 Effects of different concentrations of Arabic gum on seed germination index of Kochia prostrata

2.3 不同濃度下聚乙烯醇對(duì)種子萌發(fā)的影響

研究表明，隨著聚乙烯醇濃度升高，木地膚種子3項(xiàng)發(fā)芽指標(biāo)表現(xiàn)由高變低。濃度0.1%～6%發(fā)芽率均好于對(duì)照，0.1%～1%與對(duì)照差異顯著(P<0.05)，在濃度0.1%時(shí)，發(fā)芽率最高，達(dá)82.67%。在濃度0.1%～4%，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)均與對(duì)照差異不顯著(P>0.05)。表3

表3 不同濃度聚乙烯醇下木地膚種子萌發(fā)指標(biāo)變化Table 3 Effects of different concentrations of polyvinyl alcohol on seed germination index of Kochia prostrata

2.4 不同濃度下殼聚糖對(duì)種子萌發(fā)的影響

研究表明，殼聚糖不同濃度對(duì)木地膚種子的影響，隨濃度的增加，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)呈下降趨勢(shì)。6個(gè)處理中，0.1%濃度發(fā)芽率與對(duì)照相比提升最明顯，達(dá)7.33%；發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)所需時(shí)間均與對(duì)照差異不顯著(P>0.05)。表4

2.5 高分子吸水材料對(duì)種子萌發(fā)特性的影響

研究表明，隨著吸水樹脂用量的增加，木地膚種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均由低變高，發(fā)芽率在藥種比17%用量時(shí)，發(fā)芽率達(dá)85.33%，與對(duì)照相比提高19.33%，發(fā)芽勢(shì)提高25.33%，發(fā)芽指數(shù)提高6.83%，3項(xiàng)發(fā)芽指標(biāo)均好于對(duì)照，且具有顯著差異(P<0.05)。表5

2.6 不同填充材料對(duì)種子萌發(fā)特性的影響

研究表明，以硅藻土、蛭石、高嶺土+蛭石為填充材料時(shí)，木地膚種子的累計(jì)發(fā)芽率表現(xiàn)良好，分別為73.34%、65.55%、62.22%。木地膚種子的發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照組比較，硅藻土與對(duì)照組相比有提高。硅藻土、蛭石、硅藻土+高嶺土+蛭石的發(fā)芽指數(shù)高于對(duì)照，而硅藻土處理過的木地膚種子發(fā)芽指數(shù)在所有處理中表現(xiàn)最好。表6

表4 不同濃度殼聚糖下木地膚種子萌發(fā)指標(biāo)變化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膚種子發(fā)芽指標(biāo)特性變化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膚種子發(fā)芽指標(biāo)特性變化Table 6 Effects of different filling materials on the characteristics of seed germination index of Kochia prostrata

2.7 包衣材料組合優(yōu)化篩選

研究表明，粘結(jié)材料優(yōu)選順序?yàn)?.2%阿拉伯膠、0.1%聚乙烯醇、0.1%羧甲基纖維素鈉、0.1%殼聚糖；吸水材料優(yōu)選順序?yàn)榉N藥比17%、14%、11%；填充材料優(yōu)選順序?yàn)楣柙逋?、蛭石、高嶺土+蛭石。而粘結(jié)材料殼聚糖較其他3種粘結(jié)材料價(jià)格高，對(duì)種子萌發(fā)特性改善不顯著，因此，在粘結(jié)材料的3個(gè)水平選擇為羧甲基纖維素鈉0.1%，阿拉伯膠0.2%，聚乙烯醇0.1%。B因素，C因素也選擇能提高萌發(fā)能力較高的3個(gè)水平。表7

表7 木地膚種子包衣正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 7 Orthogonal experimental test of seed coating of Kochia prostrata

研究表明，試驗(yàn)6號(hào)(A2B3C1)發(fā)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)三因素各水平間差異性顯著，影響木地膚種子包衣發(fā)芽率的影響因素從大到小排列為B>C>A，吸水材料對(duì)木地膚種子包衣影響最大，其次是填充材料，而粘結(jié)材料影響最小。表8，表9

A粘結(jié)材料的最優(yōu)水平為A1羧甲基纖維素鈉0.1%，A2阿拉伯膠0.2%；B吸水材料的最優(yōu)水平為B3藥種比17%；C填充材料的最優(yōu)水平為C2硅藻土。木地膚種子包衣試驗(yàn)最優(yōu)組合為A1B3C2或A2B3C2。

因羧甲基纖維素鈉的材料成本較阿拉伯膠少，木地膚種子包衣試驗(yàn)最優(yōu)組合為A1B3C2時(shí)，成本較低。圖1

表8 木地膚種子包衣正交試驗(yàn)Table 8 Results of orthogonal experiment on seed coating of Kochia prostrata

表9 木地膚種子包衣正交試驗(yàn)方差Table 9 Variance analysis of orthogonal test on seed coating of Kochia prostrata

3 討 論

木地膚種子包衣，4種粘結(jié)材料都能促進(jìn)種子萌發(fā)，隨著濃度的增加，木地膚包衣種子萌發(fā)指標(biāo)呈現(xiàn)了下降的趨勢(shì)，這可能與高濃度抑制生長有關(guān)。李成云等[15]試驗(yàn)證明，阿拉伯膠、聚乙烯醇能提高紅三葉的發(fā)芽速度和發(fā)芽率，與試驗(yàn)結(jié)果相似，可能原因是阿拉伯膠、聚乙烯醇溶液屬中性，對(duì)種子沒有脅迫作用，或?yàn)榉N子萌發(fā)提供所需養(yǎng)分，使得種子發(fā)芽率提高。但是針對(duì)不同的物種，不同濃度下，粘結(jié)材料對(duì)種子萌發(fā)能力的提升不同。張金香等[16]研究表明，油松種子包衣選用殼聚糖和羧甲基纖維素鈉做粘結(jié)材料最好，能提高種子萌發(fā)能力；姚香平[17]的研究表明，0.2%的羧甲基纖維素鈉可以提高美女櫻的萌發(fā)能力，出現(xiàn)這種結(jié)果可能是0.2%羧甲基纖維素鈉包衣種子降低種皮硬度，使種子更容易萌發(fā)，與試驗(yàn)結(jié)果相似。王洋[18]通過對(duì)4種荒漠植物進(jìn)行包衣試驗(yàn)，0.2%殼聚糖能有效改善泡果白刺種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽速率，并達(dá)到最大值，這與試驗(yàn)結(jié)果類似，殼聚糖可能通過影響種子中各種酶的活性及含量，從而影響種子萌發(fā)。

在干旱半干旱地區(qū)，因降水較少等自然條件的限制，土壤含水量成為影響植被成活的重要因素之一[19]。在西北地區(qū)，為了使植被成活率提高，初冬進(jìn)行木地膚種子的播撒，目的是依靠第2年春季的冰雪融水，為種子萌發(fā)提供水源，提高木地膚的成活率。而高分子吸水材料可以改善種子周圍土壤含水量，形成一個(gè)小型的水庫，提供給種子萌發(fā)和生長的需要[20-22]。研究表明，合適的吸水材料用量能提高木地膚種子發(fā)芽特性，木地膚種子隨著吸水材料的增加，明顯提升的種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)，在17%的用量時(shí)發(fā)芽率達(dá)85.33%，比對(duì)照組高35.33%，吸水材料可以將水分保持在種子周圍，為種子萌發(fā)提供充足的水分，吸水材料對(duì)種子活力有促進(jìn)作用；吸水材料用量藥種比為17%時(shí)發(fā)芽率達(dá)到了最大值，這與梁猛等[23]、劉瑞鳳等[24]、李積蘭等[25]的研究結(jié)果相似。

適宜的填充材料，相當(dāng)在種子表面形成一個(gè)微土壤環(huán)境，滿足種子萌發(fā)和生長的需求，進(jìn)而改善種子的生活力。針對(duì)粒徑較小的種子，在種子外用填充材料進(jìn)行包裹，增加種子粒徑和維度。而對(duì)于硅藻土，蛭石，高嶺土+蛭石作為種子包衣填充涂層都能明顯改善木地膚種子的發(fā)芽效果。王治等[26]，姚東偉等[27]，也表明硅藻土能促進(jìn)種子的萌發(fā)；李成云等[15]研究發(fā)現(xiàn)，高嶺土，蛭石能提高紅三葉和高羊茅種子萌發(fā)特性；陳雙燕[28]也報(bào)道了蛭石能提高結(jié)縷草發(fā)芽率，縮短出苗時(shí)間，這與試驗(yàn)結(jié)果相同。

4 結(jié) 論

種子包衣粘結(jié)材料優(yōu)選順序?yàn)?.2%阿拉伯膠、0.1%聚乙烯醇、0.1%羧甲基纖維素鈉、0.1%殼聚糖；吸水材料優(yōu)選順序?yàn)樗幏N比17%、14%、11%；填充材料優(yōu)選順序?yàn)楣柙逋粒问?，高嶺土+蛭石。粘結(jié)材料，吸水材料，其包衣種子萌發(fā)特性優(yōu)于其他處理和對(duì)照，可作為木地膚商品種子的包衣材料及添加水平選用。填充材料三因素種子包衣時(shí)，木地膚種子包衣發(fā)芽率的影響因素從大到小排列為吸水材料>填充材料>粘結(jié)材料，最優(yōu)組合為0.1%羧甲基纖維素鈉×17%吸水劑×硅藻土。