一种紫花苜蓿抗旱保苗型生物保水剂丸衣种子及其制作方法

1.本发明涉及紫花苜蓿种子播种前种子的处理，主要是一种种子包衣配方及加工方法。


背景技术：

2.紫花苜蓿(medicago sativa l.)作为优良的多年生豆科饲草，具有产量和营养价值高，适口性好和适应性强等特点，素有“牧草之王”的美誉，是国内外栽培最为广泛的饲草之一。随着我国经济的蓬勃发展和膳食结构变化带来的对牛羊肉和牛奶等畜产品需求量的增长，草地畜牧业发展对紫花苜蓿等优质饲草产品的需求也越来越大，紫花苜蓿的生产变得日益重要。但在紫花苜蓿栽培过程中，常会出现出苗率低和出苗不整齐现象，这是由多种因素导致的。近年来，受全球气候变暖和水资源日益匮乏的影响，干旱已成为一个世界性问题，我国季节性干旱和土壤盐渍化程度加剧的问题日益突出。而紫花苜蓿大多种植在我国干旱半干旱地区。众多研究报道，干旱胁迫是影响植物生长的重要自然因素之一。在播种时，干旱是导致出苗率低和幼苗弱小等不理想的重要因素。
3.目前，主要通过两种途径去提高植物在干旱胁迫下的耐受力，一是利用传统育种手段或者分子生物技术手段去培育耐旱品种。这包括传统的杂交育种以及新兴的诱变育种和基因工程育种等，但是其花费时间较长，代价较大。二是调整农艺措施，包括播种时间、种植密度、外源物质诱导和土壤管理等手段来提高植物的耐旱性。具有见效快和效果明显等优势。研究表明，保水剂可以提高紫花苜蓿在干旱胁迫下的发芽率和出苗率。保水剂可以利用其吸水缓释的原理，在紫花苜蓿种子周围形成微型水库，将多余的水储存，缓慢释放给种子，降低干旱造成的种子无法发芽和出苗的风险。但是过多的施用保水剂容易造成环境问题，同时对种子造成伤害。因此保水剂施用方式至关重要。
4.种子包衣作为种子处理技术一种，给予种子适量的营养物质和保护物质，降低化学肥料和药品的使用量，来抵御不利因素和促进种子萌发。同时改造种子物理结构和大小，有利于精准农业的机械化播种，是农业可持续发展的重要工程技术。
5.保水剂是一种具有超强的吸水和保水能力的高分子聚合物，保水剂无毒无害，可以降解，被生物分解为co2、h2o和k
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，物理与化学性能稳定，使用寿命长。水通过化学吸附、物理吸附和网状吸附进行吸收，并且在吸收水之后，保水剂变为水凝胶状态，然后根据植物对水分的需求缓慢释放出。保水剂的吸水缓释特性可以延展为多种功能。例如，保水剂和化肥、除虫剂和生根粉一起使用，然后缓慢释放以显著提高成分利用率。保水剂可以在种子周围形成微型水库，具有保苗抗旱的作用。保水剂用量对种子萌发的影响因物种而各异，适量的保水剂对典型荒漠植物种子的萌发具有促进作用，提高种子萌发能力，增加植物成活率。适量的保水剂也可以促进苜蓿、沙棘(hippophae rhamnoides l.)和柠条(caragana korshinskii kom.)种子的萌发及幼苗的生长。在轻度干旱胁迫下，使用高吸水聚合物可以提高豇豆(vigna unguiculata(linn.)walp.)在逆境下对水分的利用率，优化豇豆产量。保水剂的主要应用方式是拌土及作为培养基质或者直接采取蘸根、浸种、种子包衣等方式。种
子包衣方式应用保水剂的原理是，在制备一定浓度的保水剂并与种子混合后，可以在种子表面形成一层保护膜，既可有效防止刺激因素对种子的影响，又可为种子提供营养成分和所需的水分，这对种子的保存和发芽非常有益。5％浓度的化学保水剂处理柠条、油松、沙棘(hippophae rhamnoides l.)和酸枣(ziziphus acidojuba c.y.cheng et m.j.liu)种子，可促进种子萌发，对后期幼苗生长也有一定的促进作用，还可增大幼苗根系的表面积。在保水剂的应用中存在以下两个问题：化学型保水剂在土壤中不断积累，由此引发土壤问题及环境问题；保水剂丸衣化配方研究较少，尤其生物质保水剂应用较少，在紫花苜蓿较少报道。


技术实现要素：

6.本发明的发明者认为，干旱胁迫是一种主要的非生物胁迫，会对植物造成渗透胁迫，使植物不能进行正常的生长发育。种子萌发过程对水分非常敏感，其幼苗的活力强弱决定了田间建植能否成功和植物产量。因此，本发明采用了一种环境友好型生物质保水剂对紫花苜蓿种子进行丸衣处理，来提高干旱下苜蓿幼苗抗旱保苗的能力，有助于苜蓿建植成功，减少干旱与半干旱地区种子播种量和浇水量，促进农业可持续发展。
7.本发明的第一方面，是提供了一种抗旱保苗型生物保水剂紫花苜蓿包衣种子，整个丸衣有三层：第一层为成核层、第二层为保水层及第三层为成膜层。
8.所述第一层，为包覆在紫花苜蓿种子外的成核层，是由粉剂组成，所述粉剂为皂土或滑石粉，皂土和滑石粉的配比为：2-1:1，所述成核层的厚度为：0.10-0.12mm。
9.所述第二层，为包覆在成核层外的保水层，所述保水层由粉剂和保水剂组成，所述粉剂为皂土或滑石粉，所述粉剂和保水剂的配比为：6-10:1，所述保水层的厚度为：0.1-0.13mm。
10.所述第三层，为包覆在保水层外的成膜层，所述成膜层由粉剂或/和粘合剂组成，粉剂和粘合剂的的配比为：1g:1ml，所述成膜层的厚度为：0.04-0.06mm。
11.优选的，所述粉剂为皂土或滑石粉。
12.优选的，所述保水剂选择生物质保水剂(sb)或华申保水剂(hb)，所述保水剂的粒度为200目。所述华申保水剂为对照保水剂，实际上抗旱保苗型生物保水剂紫花苜蓿包衣种子所指的是生物质保水剂。
13.本发明的第二方面，是提供本发明第一方面所述一种抗旱保苗型生物保水剂紫花苜蓿包衣种子的制备方法，包括下述步骤：
14.步骤1：选择苜蓿种子、粉剂及保水剂；
15.步骤2：配置0.5-1％和1-1.5％羧甲基纤维素钠水溶液；
16.步骤3：苜蓿包衣种子的制备：
17.第一层(成核层)：称取5g干净的紫花苜蓿种子倒入包衣机中，转速调整至650～690范围，使种子沿着卡槽匀速滚动，并且使种子碰到挡板有一定的下落高度(约2cm)，使粉剂、粘合剂充分接触。之后将雾化盘固定于卡槽内，向槽内雾化盘添加少量(约0.4ml)1.0％cmc粘合剂使种子表面湿润，并且种子之间不粘连。之后开始添加粉剂，此时转速稍微下降；当观察到种子恢复匀速滚动时，继续少量滴入粘合剂。重复上述操作，直至配方粉剂加完(表2)。在包衣过程中粘合剂和粉料要交替添加，遵循少量多次的原则。
18.第二层(保水层)：在第一层粉剂加完后，使种子空转2-3min，然后适当调高转速至690～700。根据配方表2，将粉剂混合均匀。继续交替加入1％cmc水溶液粘结剂和第二层粉剂。此过程粘着剂和粉料要做到少量多次，先加粘结剂，在保证种子不粘连在一起前提下待种子表面湿润时加入适量的粉剂，使粉剂均匀的包裹于种子表面，重复上述操作，直至配方粉剂加完。第二层粘结剂用量约6～8ml，每次用0.4～0.5ml粘结剂，粉剂使用约0.7g左右。
19.第三层(成膜层)：在第二层结束后，使种子空转2-4min，然后根据配方添加1.5％cmc粘合剂和第三层的粉剂，交替进行，在保证种子不粘连在一起前提下待种子表面湿润时加入适量的粉剂，每次加入粘结剂约0.4-0.5ml，加入0.5-0.7g粉剂。可适当延长种子滚动时间(每次加入粘结剂和粉剂后滚动30-40s，再进行粘合剂和粉剂的添加，提高种子的硬度和光滑度。待配方粉剂全部加完后，空转3min，之后停机取种过筛，留下大小适中的种子。包衣结束后，将丸化种子放入烘箱进行干燥处理。
20.在第三层丸粒化结束后将结紫花苜蓿种子取出，筛选留取14～9目的丸粒化种子，尺寸为1.4～2.0mm的丸衣种子。将丸粒化的种子放入烘箱中干燥0.5h，干燥温度为35℃,或者自然晾干(24h)。
21.本发明的第三方面，是本发明制备的紫花苜蓿包衣种子适宜干旱的田间实验和应用。
22.本发明具体的技术解决方案
23.1保水剂配方的筛选和丸衣配方的研制
24.选择生物质保水剂(sb)和华申保水剂(hb)作为包衣材料。生物质保水剂作为新型的环境友好性材料，从香蕉皮中提取出来，具有环境友好型。华申保水剂作为对比材料，是市场上常用的用于农林保水用，一般通过拌土等方法使用，是通过化学物质合成。
25.参照小粒种子丸化技术，整个丸衣有三层。第一层为成核层(皂土和滑石粉)；第二层添加保水剂；第三层为成膜期。以5g紫花苜蓿裸种子为例。整个包衣设计模式如图1所示。
26.2苜蓿种子适宜干旱梯度的筛选
27.为了验证丸衣在干旱下的性能，采用砂培控水方法模拟干旱，以发芽率为指标，用裸种子进行最适宜的干旱梯度筛选。
28.3保水剂丸衣在干旱下幼苗发芽和幼苗活力
29.测定的指标包括发芽特性、抗氧化酶指标、叶绿素指标和抗旱指标。发芽特性指标包括：发芽率(出苗率)、发芽指数、鲜重等。抗氧化酶指标：过氧化氢酶(cat)、过氧化物酶(pod)和超氧化物歧化酶(sod)。叶绿素指标：叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素。干旱指标包括：脯氨酸含量、可溶性蛋白含量和相对电导率。
附图说明
30.图1苜蓿种子丸衣设计示意图；
31.图2不同类型和含量的保水剂丸衣种子照片；
32.图3沙培模拟干旱处理条件下苜蓿种子的出苗率；
33.图4干旱胁迫下丸衣种子发芽特性。a：出苗率；b：发芽指数；c：鲜重；
34.图5干旱胁迫下丸衣种子的抗氧化酶指标。a：pod酶活性；b：sod酶活性；c：cat酶活性；
35.图6干旱胁迫下丸衣后幼苗的抗旱指标。a：脯氨酸；b：相对电导率；c：可溶性蛋白；
36.图7干旱胁迫下丸衣后幼苗的叶绿素含量。a：叶绿素a；b：叶绿素b；c：总叶绿素；
37.图8干旱胁迫下丸衣幼苗的主成分分析。a:主成分3d图；b：变量贡献图。
具体实施方式
38.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
39.实例1
40.保水剂配方的筛选和丸衣配方的研制
41.参照小粒种子丸化技术，整个丸衣有三层。第一层为成核期(皂土和滑石粉)；第二层为有效物质添加和增大滚圆期；第三层为成膜期。以5g紫花苜蓿裸种子为例。丸衣第二层的配方表在表2所示。以ck2为对照，即丸衣第二层不添加保水剂。
42.丸衣前将保水剂粉碎过200目筛，之后按照表2配方与皂土和滑石粉混合均匀。
43.表2保水剂丸衣配方
[0044][0045]
参考张强(2017)小粒种子丸粒化方法并做部分修改，根据表2的配方，丸粒种子包衣流程如下：
[0046]
第一层(成核层)：称取5g干净的紫花苜蓿种子倒入包衣机中，转速调整至650～690范围，使种子沿着卡槽匀速滚动，并且使种子碰到挡板有一定的下落高度(约2-2.5cm)，使粉剂、粘合剂充分接触。之后将雾化盘固定于卡槽内，向槽内雾化盘添加少量(约0.4-0.45ml)1.0％cmc粘合剂使种子表面湿润，并且种子之间不粘连。之后开始添加粉剂，此时转速稍微下降；当观察到种子恢复匀速滚动时，继续少量滴入粘合剂。重复上述操作，直至配方粉剂加完(表2)。在包衣过程中粘合剂和粉料要交替添加，遵循少量多次的原则。
[0047]
第二层(保水层)：在第一层粉剂加完后，使种子空转2-3min，然后适当调高转速至690～700。根据配方表2，将粉剂混合均匀。继续交替加入1％cmc水溶液粘结剂和第二层粉
剂。此过程粘着剂和粉料要做到少量多次，先加粘结剂，在保证种子不粘连在一起前提下待种子表面湿润时加入适量的粉剂，使粉剂均匀的包裹于种子表面，重复上述操作，直至配方粉剂加完。第二层粘结剂用量约6～8ml，每次用0.4～0.5ml粘结剂，粉剂使用约0.7-0.8g左右。
[0048]
第三层(成膜层)：在第二层结束后，使种子空转2-4min，然后根据配方添加1.5％cmc粘合剂和第三层的粉剂，交替进行，在保证种子不粘连在一起前提下待种子表面湿润时加入适量的粉剂，每次加入粘结剂约0.4-0.5ml，加入0.5-0.55g粉剂。可适当延长种子滚动时间(每次加入粘结剂和粉剂后滚动30-50s，再进行粘合剂和粉剂的添加，提高种子的硬度和光滑度。待配方粉剂全部加完后，空转3-5min，之后停机取种过筛，留下大小适中的种子。包衣结束后，将丸化种子放入烘箱进行干燥处理。
[0049]
在第三层丸粒化结束后将结紫花苜蓿种子取出，筛选留取9-14目的丸粒化种子。将丸粒化的种子放入烘箱中干燥0.5h，干燥温度为35℃,或者自然晾干(24h)。最终的保水剂丸衣种子在图2所示。
[0050]
保水剂丸衣质量评价
[0051]
对丸衣结束的丸衣种子进行丸衣性能和活力指标的测定与评价。根据丸衣标准，单籽率、裂解率大于98％表示丸衣合格，这表明此次的工艺都是合格的。此外，丸衣对发芽率不会显著降低。综上所述，丸衣的工艺是合格的(表3)。
[0052]
表3紫花苜蓿保水剂丸衣种子质量评价
[0053][0054]
苜蓿种子干旱胁迫适宜条件筛选
[0055]
为了验证丸衣在干旱中的作用，使用砂培控水模拟干旱胁迫。结果表明，砂培控水处理的水分含量为5％时，种子发芽率显著降低，约为70％(图3)。因此选择5％的基质含水量作为干旱胁迫条件。
[0056]
保水剂丸衣在干旱胁迫下的验证
[0057]
选择砂培控水模拟干旱，保持基质的含水量为5％(水与基质的质量比)。以ck0、ck1和ck2为对照，其具体处理在表4中所列。
[0058]
表4丸衣种子干旱处理
[0059]
[0060][0061]
测定萌发性能、抗氧化酶活、抗旱指标、叶绿素含量指标。萌发性能包括：发芽率、发芽指数和鲜重；抗氧化酶指标：cat酶活性、sod酶活性和pod酶活性；抗旱指标：脯氨酸含量、电导率和可溶性蛋白含量。
[0062]
萌发性能指标结果表明，适宜浓度的保水剂能提高出苗率，但无显著差异。hb在高浓度会抑制种子的出苗。sb1相对ck1和ck2出苗率都提高了7.2％(图4a)。与ck1相比，sb1会显著提高发芽指数(p《0.05)(图4b)。同时所有浓度的保水剂相比ck1，都会显著提高幼苗的鲜重(p《0.05)，其中sb的鲜重明显高于hb，在sb中，sb1和sb2的幼苗鲜重最高(图4c)。
[0063]
抗氧化酶指标结果表明，sb1、sb2和hb0.5相比对照ck1和ck2的pod酶活性显著降低，与cko(未受干旱胁迫)的pod酶活接近(图5a)。sb1的sod酶活性相比对照ck1和ck2的最低，与ck0保持一致(图5b)。cat酶活性中sb1的远远低于ck1、ck2和其他保水剂浓度处理，与ck0的cat酶活水平接近(图5c)。
[0064]
抗旱指标结果显示，sb1和hb0.5的脯氨酸含量与其他处理相比是最低的，与ck0接近(图6a)。sb1的相对电导率与ck1、ck2和其他处理，都是最低的(图6b)。可溶性蛋白质含量sb1显著高于ck1和ck2(p《0.05)，同时在不同保水剂添加含量中也是最高的(图6c)。
[0065]
对于叶绿素指标，结果显示sb在三种含量下相对ck1和ck2都显著提高了叶绿素a和叶绿素b含量(p《0.05)，其中sb1是最高的(图7a，b)。而总叶绿素sb的三个含量都是显著高于ck1和ck2(p《0.05)(图7c)。
[0066]
综合以上指标，进行了主成分分析和隶属函数分析。结果表明，主成分可以明显将保水剂丸衣后的幼苗与对照ck1和ck2区分开来，表明保水剂丸衣在砂培干旱下是有的效的。通过主成分变量贡献分析，结果表明，鲜重(weight)、可溶性蛋白(sp)、sod、cat、发芽指数(gi)、脯氨酸(pro)、活力指数(vi)指标较重要(图8)。
[0067]
选择重要指标进行隶属函数分析，来综合评价不同保水剂包衣配方的性能。结果表明，在sb中，sb1的综合性能最好。在hb中，hb0.5保水剂综合效果最好，它们相比对照ck1、ck2隶属函数值高(表5)。并且sb1隶属函数值高于hb0.5。所有包衣配方的隶属函数从高到底为：ck0》sb1》sb2》hb0.5》sb0.5》ck2》hb1》hb2》ck1。
[0068]
表5不同保水剂配方幼苗的抗旱综合评价
[0069][0070]
综上所述，每5g紫花苜蓿种子中添加1g～2g生物质保水剂进行丸衣，能提高苜蓿幼苗活力和抗旱能力，可以作为紫花苜蓿抗旱保苗丸衣配方。并且相比华申等市场上常见的化学保水剂，对幼苗没有抑制作用，并且对环境友好。
[0071]
6本发明的优点
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本发明技术提高了紫花苜蓿种子播种时抗旱保苗能力；
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本发明技术可以用于相关企业进行紫花苜蓿种子丸粒化包衣，增加种子的大小，便于播种；
[0074]
本发明技术方法简便，节约材料，易于操作和程序规范化。
[0075]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求书指出。