多功能悬浮型药用植物种衣剂的研制及其生物活性△

2018-05-30黄文静张严磊孙晓春李铂王楠王二欢张小莉唐志书

中国现代中药 2018年5期

黄文静，张严磊，孙晓春，李铂，王楠，王二欢，张小莉，唐志书*

(1.陕西中医药大学/陕西省中药资源产业化协同创新中心，陕西咸阳 712083；2.陕西步长制药有限公司，陕西西安 710077；3.陕西御林实业有限公司，陕西咸阳 711200)

种子包衣技术是提高种子质量、促进种子产业化、标准化和预防病虫害的一项先进技术[1]。在众多类型的种子包衣剂中，悬浮种衣剂是使用最广泛的种子处理剂型，具有应用安全和环境友好等特点[2]。悬浮种衣剂可将农药、生长调节剂、微肥等通过助剂和成膜剂包裹在种子表面并固化成种衣，使各种活性物质缓慢释放，起到调节植物生长，防病治虫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、黄芪等药材上有应用种子包衣剂防治病虫害的报道[4-8]，但这类种衣剂大多仅针对一种作物或药材，其适用范围较小，功能较为单一。因此开发一种适用范围广，且具有多种功能的药用植物种子包衣剂是十分必要的。

在前期研究基础上，本实验预通过对悬浮种衣剂各助剂，如湿润分散剂、增稠剂和成膜剂进行筛选，以低毒、低残留杀虫和杀菌剂为主要有效成分，复配以平衡肥和植物生长调节剂，研制一种适用于中药材种子的包衣剂，并通过室内种子发芽、田间出苗和病虫害调查对其安全性和田间防效进行验证。

1 材料与方法

1.1 药剂与仪器

1.1.1 供试药剂润湿分散剂：2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐(NNO)、木质素磺酸钠(CMN)。增稠剂：海藻酸钠、阿拉伯胶。成膜剂：聚乙烯醇(PVA-1788)、羧甲基纤维素钠(CMC)。有机硅、山梨酸钾、乙二醇和有机色素(胭脂红)，以上试剂均购自山东优索化工科技有限公司。

98%吡虫啉(浙江龙游东方阿萨克作物科技有限公司)；98%福美双(比利时特胺有限公司)；95%多菌灵(江苏省太仓市农药厂有限公司)；N、P、K水溶性平衡肥(英国欧麦斯农用流体公司)；赤霉素GA3和水杨酸SA(广州市林国化肥有限公司)。

1.1.2 主要仪器 PHS-3c酸度计(上海雷磁)；BT25S电子天平(北京赛多利斯)；砂磨机(广东瑞德利纳米科技)；UV-1800紫外分光光度计(日本岛津)；LS-609激光粒度分析仪(珠海欧美克)；NDJ-8S粘度仪(浙江勒丰)。

1.2 种衣剂的制备及助剂的筛选

1.2.1 种衣剂的制备根据前期种衣剂有效成分筛选的结果，按照配方要求，将除成膜剂以外的其他原料按如下质量分数：吡虫啉(15%)、福美双(5%)、多菌灵(10%)、平衡肥(5%)、润湿分散剂(4%)、增稠剂(2%)、警戒色(2%)、防冻剂(3%)、防腐剂(0.5%)、消泡剂(0.5%)、生长调节剂(0.01%)和水混合预分散，于高速均质机中按10 000～14 000 r·min-1剪切30 min，经325目筛过滤后加入成膜剂，在砂磨机中研磨1 h即得种衣剂成品。

1.2.2 湿润分散剂的筛选根据预实验的结果，选择NNO或(和)CMN为湿润分散剂，进行复筛。在200 mL烧杯中按配方加入除成膜剂和增稠剂外的其他组分，分别称取1、2和4 g的NNO和CMN，补足水至100 mL，高速均质机10 000 r·min-1剪切30 min，经325目筛过滤后测定悬浮率，并评价其流动性、分散性和热贮稳定性。

1.2.3 增稠剂的筛选根据预实验和1.2.2 的结果，选择海藻酸钠和阿拉伯胶为增稠剂，进行复筛。在200 mL烧杯中按配方加入除成膜剂外的其他组分，分别称取0.5、1和2 g的海藻酸钠和阿拉伯胶，按照1.2.2的方法制备种衣剂半成品，测定其悬浮率以及室温下黏度，并评价流动性和热贮稳定性。

1.2.4 成膜剂的筛选按照1.2.2和1.2.3的结果，分别加入1、2和4 g的PVA-1788和CMC，并按照1.2.1的方法制备种衣剂，测定其成膜时间、均匀度和脱落率，并评价成膜性。

1.3 种衣剂性能测定

种衣剂悬浮率按GB/T 14825—2006方法测定；成膜时间、包衣均匀度和包衣脱落率按GB/T 17768-1999方法测定；热贮稳定性按GB/T 19136—2003方法测定；低温稳定性按GB/T 19137—2003方法测定；流动性和分散性按照刘步林[9]的方法测定；粒径采用LS-609激光粒度分析仪测定；黏度采用NDJ-8S数字式黏度计测定；PH值使用PHS-3c酸度计测定。所研制的悬浮种衣剂的性能检测参照国家标准《GB/T 17768—1999悬浮种衣剂产品标准编写规范》进行。

1.4 种衣剂生物活性试验

1.4.1 种子包衣的室内安全性试验选取饱满健壮、大小一致的黄芪、甘草和桔梗种子，种子用0.1% HgCl2消毒5 min，蒸馏水冲洗3次，晾干表面水分后将种子和种衣剂按包衣比[包衣剂质量(g)：种子质量(g)]1∶50、1∶100、1∶150和1∶200分别置于封口袋中均匀混合，晾干后备用。

按照张春平等[10]方法，将包衣后种子放入铺有双层湿润滤纸的培养皿中，在光照培养箱中培养，以幼根达种子直径长为发芽标准，按如下公式计算发芽势和发芽率。

(1)

(2)

1.4.2 田间发芽及防效试验大田试验于2017年4月至10月在陕西淳化县方里镇进行，试验地前茬植物为丹参，肥力中等。田间出苗试验时间为4月1日至10日，播种前药材种子经50 mg·L-1GA3浸泡24 h，捞出后于木桶中催芽3 d，期间每隔一段时间向桶中淋水并翻动种子。按照1.3.1实验结果，取适量种衣剂处理种子，以清水处理的种子为对照，将种子播于田间划定的小区内(1m×1m)，每小区300粒种子，每种处理5次重复，每天统计出芽数。于播种后30 d测定幼苗农艺性状及叶绿素含量，叶绿素含量测定按照潘瑞青[11]方法进行。分别于5月、7月和9月中旬按小区调查统计百株虫口数，百株病株数。

(3)

其中A为未包衣的百株虫口或病株数，B为包衣处理组的百株虫口或病株数[12]。

2 结果与分析

2.1 湿润、分散剂的筛选

利用湿润分散剂可降低悬浮种衣剂中各种粒子的表面自由能，帮助粒子分散悬浮，在加快粒子入水的同时使整个体系更加稳定[13]。由表1可知，单独使用NNO或CMN作为湿润分散剂时种衣剂有效成分的悬浮率较低，流动性较差，在55 ℃下贮藏14 d后出现分层现象，说明其单独使用时湿润分散效果不理想。两种湿润、分散剂复配后悬浮率提高，其中以3% NNO和1% CMN复配作为湿润分散剂时种衣剂的流动性、分散性和热贮稳定性最佳。

表1 湿润、分散剂的筛选结果

2.2 增稠剂的筛选

通常为获得稳定的悬浮体系，需要向种衣剂中加入增稠剂以提高黏度，既要保持一定的倾倒流动性又要减缓种衣剂中颗粒的沉降[14]。由表2可知，单独使用海藻酸钠或阿拉伯胶时虽然种衣剂的流动性较好，但热贮易分层。以1%海藻酸钠和1%阿拉伯胶复配作为增稠剂时，悬浮率较高、流动性较好，种衣剂黏度可达597 mPa·s，55 ℃下热贮藏14 d稳定不分层。

表2 增稠剂的筛选结果

2.3 成膜剂的筛选

成膜剂的种类和配比直接影响到种衣剂的各项物理化学性能指标，优质的成膜剂具有成膜性好、黏度适中、包衣均匀、脱落率低、透水透气性好等特点。对2种成膜剂进行筛选结果如表3所示，其中以3% PVA-1788和1% CMC复配作为成膜剂时，种衣剂的成膜时间最短，包衣均匀度可达95.5%，脱落率仅为4.2%。

表3 成膜剂的筛选结果

2.4 种衣剂的配方及其性能指标

通过对湿润分散剂、增稠剂和成膜剂进行筛选，最终确定了种衣剂的配方，其组分、含量和生物学功能如表4所示。

表4 种衣剂配方

对所制备的悬浮种衣剂的pH值、黏度、悬浮率和稳定性等指标进行检测，对照国家标准，结果(表5)表明其各项性能均合格。

表5 种衣剂控制指标及其检测结果

2.5 种衣剂对种子发芽安全性测定

由表6可知，种衣剂不同用量下3种药材种子的发芽情况各不相同，高用量(包衣比1∶50)易产生药害，3种药材种子的发芽势和发芽率均最低，种子发芽时滞最长。黄芪种子在包衣比为1∶150时发芽势较高，发芽率可达84.33%，接近对照组86.33%的发芽率；甘草种子在包衣比为1∶100时发芽势高达57.67%，发芽率为92.67%略高于对照组；桔梗种子在包衣比1∶200时发芽率高于对照组，发芽时滞最短为1.66 d。

表6 种衣剂不同用量对黄芪、甘草和桔梗种子发芽的影响

2.6 包衣种子田间出苗试验

分别按照1∶150、1∶100和1∶200对黄芪、甘草和桔梗种子包衣，于大田中进行出苗实验，结果如图1所示。各处理组与对照组的出苗时间无差异，3种药材种子的出苗率随时间增加不断升高，包衣种子在相应天数内的出苗率均高于对照组。黄芪包衣组在播种后6 d的出苗率即达到一个较高水平，对照组在播种后9 d才达到最高，出苗率仅为包衣组的87.5%。甘草种子在播后3 d开始少量出苗，播后7 d时包衣组与对照组的差异最大，至第10 d时包衣组的出苗率高达80.33%，比对照组高出7.67%。桔梗种子在播后2 d即开始出苗，6 d时包衣组出苗率即达到较高水平，其后随着时间的增加出苗率缓慢上升；第6 d时对照组出苗率最高达68%，但后期由于气温和土壤水分含量降低出现死苗，出苗率有所减少。

图1 种子出苗天数与出苗率

2.7 种衣剂对药材幼苗生长和叶绿素含量的影响

由表7可知，包衣处理对3种药材幼苗根长的影响最为显著，包衣后黄芪、甘草和桔梗幼苗的根长分别为对照组的1.15、1.17和1.37倍，此外，包衣处理显著提高了幼苗的叶绿素含量。3种药材中，桔梗受包衣处理的影响最大，其株高增高，根长变长，鲜重和叶绿素含量也大幅度增加。

表7 幼苗农艺性状和叶绿素含量

注：“*”表示包衣处理与对照差异达5%显著水平。

2.8 种衣剂的田间防效试验

5月初至9月中旬，气温先升高后降低，田间虫口数量同温度呈明显正相关关系。如表8所示，7月时田间虫口基数大，黄芪、甘草和桔梗的田间百株虫口数分别高达257、207.3和228.3只，包衣处理显著降低了百株虫口数，相对防效分别达87.04%、84.9%和81.77%。包衣处理同时降低了田间病株数，5月至9月间对3种药材的病害相对防效均在75%以上。

表8 种衣剂的田间防效结果

注：“—”表示是参照。

3 结论与讨论

多功能高效环境友好型种衣剂的开发是目前植保行业研究的热点。种衣剂于播前使用，可综合防治苗期病虫害，与此同时又能促进植物生长，使其根系强大，增强抗逆性，具有显著的经济效益和生态效益[15]。与农作物如小麦、水稻、大豆和玉米等标准商品化的种子不同，药材种子多为农家自留种，大多存在净度低、均一度低、活力低、出苗率低和易霉烂现象[16-18]。黄芪、甘草、桔梗、党参和当归等常用大宗药材的种植通常分种苗繁育和大田移栽两个阶段，高萌发率的种子和健壮的幼苗是进行移栽保证药材产量和品质的基础。本实验通过对种衣剂助剂如润湿分散剂、增稠剂和成膜剂的筛选，最终研制出一种多功能的适用于中药材种子的悬浮种衣剂。该种衣剂的活性成分为一定种类和数量的抗菌剂、杀虫剂、植物生长调节剂和矿质营养，其助剂有一定的保水和缓释功能。研制出的多功能悬浮种衣剂物理化学性能稳定，各项控制指标符合国家相关标准。

通过包衣种子发芽室内安全性试验，发现不同种类的药材所需种衣剂的包衣比不同，这与种衣剂在农作物种子上使用的情况相类似[19-20]，最适宜黄芪、甘草和桔梗的包衣比分别为1∶150、1∶100和1∶200，在此剂量下，3种药材的发芽势和发芽率处于较高水平。当处于大田开放环境，尤其是田间温度突然降低土壤水分含量较少时，通过该剂量包衣的种子出苗率均高于对照。包衣处理后药材幼苗的生长加快，其根长更长，株高更高，用于吸收光能同化有机物的叶绿素的含量显著高于未包衣幼苗。田间防病虫害实验表明，包衣组植株的虫口数远低于对照组，5月苗期时黄芪对照组蚜虫和食心虫的发生率极高，7月时甘草小区内的红蜘蛛和短毛草象虫口密度大，通过调查发现，包衣处理组的百株虫口数远低于对照，其田间防效在80%以上。此外，通过对幼苗根部和茎叶部的发病情况调查发现，包衣后3种药材植株根腐病、白粉病、褐斑病和锈病的发病率显著降低，其百株病株数低于20，相对防效在70%以上。

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