CN102499241A

CN102499241A - 一种保水剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102499241A
Application number: CN2011102995862A
Authority: CN
Inventors: 马文广; 胡晋; 李永平; 崔华威; 关亚静; 郑昀晔
Original assignee: CHINA TOBACCO SEED YUXI Co Ltd; Zhejiang University ZJU; Yunnan Academy of Tobacco Agricultural Sciences
Current assignee: CHINA TOBACCO SEED YUXI Co Ltd; Zhejiang University ZJU; Yunnan Academy of Tobacco Agricultural Sciences
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明提供一种保水剂，其由水杨酸和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸组成。本发明进一步提供所述保水剂的制备方法。本发明相对于现有技术具有如下优点：保水剂制备方法简单，但效果良好，在不改变种子原有丸化工艺流程的基础上添加保水剂，无需设备等的更新，成本低廉。添加了保水剂的具有双重抗旱功能的丸化种子与普通丸化种子在外观上无差异，但可以显著提高种子的抗旱功能。

Description

一种保水剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及种子处理及丸化技术，具体涉及一种保水剂及其制备方法。

背景技术

种子丸化技术是一种新的种子处理方法。我国从上世纪80年代开始种衣剂研究，在不同作物上进行应用，90年代初开始推广烟草丸化种子，现在全国烟草丸化种子应用率已经达到90％左右。各种作物的包衣丸化种子在农业生产中取得了明显的效果。

目前，关于抗旱型丸化种子的研制，主要思路和原理是在包衣剂中加入吸水剂(如黄腐酸)，当灌溉或下雨时吸水剂从土壤中吸水形成一个“小水库”，干旱时水分从“小水库”中流出以供种子或幼苗利用。

中国专利“抗旱型种子复合包衣剂”(CN1070799A)公开了一种用于农作物良种处理的抗旱型种子复合包衣剂。此包衣剂除了含有农药、微肥、微量元素、植物生长激素外，还含有3％～4.5％(重量百分比)的高吸水性树脂，因而不仅能防治病虫害，促进作物生长，还具有显著的防旱抗旱效果。

中国专利“抗旱型种子复合包衣剂及制作方法”(CN1108878A)提供的抗旱型种子复合包衣剂，除含有农药、微量元素、植物生长激素外，还含有1.8％～2.8％的高吸水性树脂，具有抗旱、增进农药持续效果、提高出苗率、增产等优点。

但是，单靠吸水剂从土壤中吸水并积蓄的方式只是从物理吸水方面提高种子的抗旱性，另外，传统的吸水剂如黄腐酸、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素等吸水倍率较低(600倍以下)，蓄水能力有限，限制了其在丸化种子上应用的范围。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足，提供一种保水剂及其制备方法。本发明制备的双重抗旱保水剂可以吸收雨水或土壤水分并储存，遭遇干旱时，保水剂在释放储存在其中的水分的同时，还会缓慢释放水杨酸以应对干旱环境胁迫，促进种子快速萌发和幼苗生长。释放出的水杨酸作为一种植物抗逆调节物质，会从生理方面提高种子及幼苗的抗旱能力，避免其对土壤水分的过分依赖。

本发明的目的是公开一种保水剂，其由水杨酸(SA)和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(PAMPS)组成。

其中，水杨酸(SA)和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(PAMPS)的质量比为0.026～0.084∶1。

其中，优选水杨酸和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸优选的质量比是0.084∶1。

本发明的另一目的是提供一种保水剂的制备方法，包含如下步骤：

将一定量聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末于10mg/L～30mg/L水杨酸溶液中溶胀24h，取出后于60℃干燥48h，粉碎过100目筛得到保水剂，即质量比为0.026～0.084∶1的水杨酸和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末。

其中，优选将聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末放入30mg/L水杨酸溶液制备得到质量比为0.084∶1的水杨酸和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末。

其中，水杨酸的选用以及溶液浓度确定是根据前期反复实验筛选的结果。若溶液浓度过低，聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸装载水杨酸的量就过低，生理抗旱的效果则不明显，若溶液浓度过高，又会对种子萌发和幼苗生长产生抑制，故经反复试验筛选得出10mg/L～30mg/L的水杨酸浓度较适宜。

其中，制备的保水剂吸水倍率为1840～2620倍。吸水倍率测定方法：取上述PAMPS高吸水材料0.5g于烧杯中，加入2000ml蒸馏水，静置24h后用纱布(250目)过滤并静置约30min，称量凝胶质量，计算吸液倍率Q＝(m-m₀)/m₀，式中：m₀为吸水前干凝胶质量，m为吸水后经过纱布过滤后的凝胶质量。

其中，将水杨酸载入PAMPS高吸水材料的孔隙中，一方面避免了下雨时水杨酸的快速流失；另一方面，当PAMPS释放水分时可将其中的水杨酸缓慢释放出来，以促进种子萌发或幼苗的生长，提高其抗旱能力。

一种含有保水剂的种衣剂，包括保水剂和包衣辅料，所述的保水剂含量为包衣辅料和保水剂总质量的1.5％～2.5％。

其中，若保水剂用量太高，一则增加成本，二则会影响种子的透气性，不利于种子活力的保持，但是保水剂用量太低，则难以达到抗旱的目的。

其中，所述包衣辅料包括滑石粉和膨润土，其配比为60％～80％滑石粉和20％～40％膨润土。

其中，保水剂含量优选为包衣辅料和保水剂总质量的2.5％。

本发明还提供一种含有保水剂的种衣剂在种子丸化中的应用，包括如下步骤：

造粒：将一定质量的裸种倒入包衣机，喷雾粘合剂湿润裸种表面，加入质量为3.5％～5.0％裸种质量的种衣剂，不断搅拌，使之包裹于裸种表面，重复以上步骤3～5次，形成微小丸状；然后每次加入20％～50％裸种质量的种衣剂并重复数次，期间不断喷雾粘合剂并搅拌；

丸化：多次加入裸种质量20％～50％的种衣剂到上个步骤形成的丸状种子，期间不断喷雾粘合剂并搅拌，然后筛选、抛光、上色、干燥，得到包衣完毕的种子。

其中，所述的粘合剂是0.1％～2％壳聚糖溶液。

所述的裸种为适合丸化的蔬菜、花卉、牧草、经济作物等植物种子，蔬菜种子如花椰菜、芹菜、甘蓝、油菜等，花卉种子如海棠、矮牵牛等，牧草种子如紫花苜蓿、白三叶、披碱草等，经济作物如烟草、芝麻等。

其中，所述种子优选为在实际生产中需要经过丸粒化处理的小粒和极小粒种子，进一步优选千粒重小于5g的种子，特别优选千粒重在0.05g～0.5g的极小粒种子。

当种子为千粒重在0.05g～0.5g的极小粒种子时，在造粒步骤中加入的种衣剂质量总计为裸种质量的6～9倍，优选7.5倍。

其中，当种子为千粒重在0.05g～0.5g的极小粒种子时，在丸化步骤中加入的种衣剂质量总计为裸种质量的35～43倍，优选42倍。

其中，所述的种衣剂中的保水剂优选为种衣剂质量的2.5％。

其中，在造粒步骤结束时，极小粒丸化种子的粒径为1.00mm～1.25mm，在丸化步骤结束时，极小粒丸化种子的粒径为1.60mm～1.80mm。

一种具有双重抗旱功能的丸化种子，该丸化种子所含的保水剂的量为包衣辅料和保水剂总质量的1.5％～2.5％。

其中，所述的种子为适合丸化的蔬菜、花卉、牧草、经济作物等植物种子，蔬菜种子如花椰菜、芹菜、甘蓝、油菜等，花卉种子如海棠、矮牵牛等，牧草种子如紫花苜蓿、白三叶、披碱草等，经济作物如烟草、芝麻等。

其中，若采用烟草种子进行丸化，该丸化种子所含的保水剂的量为包衣辅料和保水剂总质量的2.5％，其中，保水剂中的水杨酸与聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的质量比是0.084∶1。

本发明相对于现有技术具有如下优点：操作简单方便，在不改变种子原有丸化工艺流程的基础上进行简单调整，无需设备等的更新，成本低廉。这种具有双重抗旱功能的丸化种子与普通丸化种子在外观上无差异，但通过添加本发明提供的保水剂，就可以显著提高种子的抗旱功能。

具体实施方式

下面给出本发明的较佳的实施例，这些实施例并非限制本发明的内容。

烟草品种“Msk326”和“红花大金元”的种子来自玉溪中烟种子有限责任公司。花椰菜种子购自浙江省杭州市种子公司，白三叶种子购自浙江杭州牧草种子公司。膨润土和滑石粉来自玉溪中烟种子有限责任公司。壳聚糖购自浙江杭州华东医药股份有限公司。包衣机型号为BY300A，购自上海新诺仪器设备有限公司。

实施例1聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末的制备

N₂保护下在500ml圆底烧瓶依次加入100g水、35g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、12g氢氧化钠、0.014g过硫酸钾和0.105g N，N’-亚甲基双丙烯酰胺加热升温反应12～24h，其中温度为50℃反应2～4h，温度为60℃反应2～4h，温度为70℃反应8～16h，反应产物60℃干燥48h，粉碎过100目筛得到聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末约45g。

实施例2保水剂的制备

取30g聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末于2000mL，浓度为10mg/L水杨酸溶液中溶胀24h，取出后于60℃干燥48h，粉碎过100目筛得装载水杨酸的聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末30.78g，水杨酸和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的质量比为0.026∶1。

实施例3种衣剂的制备

取1.5g实施例2制备的保水剂与68.95g滑石粉和29.55g膨润土混合均匀得到100g种衣剂。

本实施例中保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的1.5％。

实施例4烟草丸化种子的制备

将烟草品种红花大金元种子2g倒入包衣机。

造粒：先喷雾1.5ml的0.5％的壳聚糖溶液湿润种子表面，加入质量为0.1g的实施例3制备的种衣剂后不断搅拌，使其包裹于种子表面，重复上述步骤3～5次，使种子形成微小丸状；然后每次将0.4g～1g实施例3制备的种衣剂加入到丸状种子中，喷雾浓度为1.0％的壳聚糖溶液，不断搅拌，重复多次，使丸状种子的粒径增加到1.00mm～1.25mm；

丸化：将0.4g～1g实施例3制备的种衣剂加入到造粒形成的丸状种子中，喷雾2％的壳聚糖溶液，不断搅拌，重复多次，使造粒形成的丸状种子的粒径增加到1.60mm～1.80mm，然后筛选、抛光、上色、干燥得到包衣完毕的种子。

同时取Msk326种子2g，经过同样的丸粒化操作，得到Msk326丸化种子成品。丸化种子干燥后置于4℃冰箱保存备用。

实施例5烟草丸化种子的制备

重复实施例2-4的流程，唯一不同的是，在实施例2中，将聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末于2000mL，20mg/L水杨酸溶液中吸胀。

本实施例中保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的1.5％。

实施例6烟草丸化种子的制备

重复实施例2-4的流程，唯一不同的是，在实施例2中，将聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末于2000mL，30mg/L水杨酸溶液中吸胀。

本实施例中保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的1.5％。

实施例7烟草丸化种子的制备

重复实施例2-4的流程，唯一不同的是，在实施例3中，取2.5g实施例2制备的保水剂与68.25g滑石粉和29.25g膨润土混合均匀得到100g种衣剂。

本实施例中保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的2.5％

实施例8烟草丸化种子的制备

重复实施例5的流程，唯一不同的是，在实施例3中，取2.5g实施例2制备的保水剂与68.25g滑石粉和29.25g膨润土混合均匀得到100g种衣剂。

本实施例中保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的2.5％。

实施例9烟草丸化种子的制备

重复实施例6的流程，唯一不同的是，在实施例3中，取2.5g实施例2制备的保水剂与68.25g滑石粉和29.25g膨润土混合均匀得到100g种衣剂。

本实施例中保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的2.5％。

实施例10烟草丸化种子的发芽

将实施例4-9所得烟草丸化种子，以及三个对照处理CK₀、CK₁和CK₂的丸化种子进行基质发芽试验，基质为“Fafard”牌进口育苗基质。其中CK₀指基础种衣剂中不添加由PAMPS和水杨酸制成的保水剂，CK₁指基础种衣剂中仅含有1.5％的PAMPS，CK₂指基础种衣剂中仅含有2.5％的PAMPS，其中基础种衣剂仅包括滑石粉和膨润土。CK₀处理是将70g滑石粉和30g膨润土混合后，对2g烟草种子进行丸化，丸化过程同实施例4，不同的是基础种衣剂中不添加其他物质；CK₁处理是将1.5g PAMPS，68.95g滑石粉和29.55g膨润土混合后，对2g烟草种子进行丸化，丸化过程同实施例4，不同的是用PAMPS代替了保水剂；CK₂处理是将2.5g PAMPS，68.25g滑石粉和29.25g膨润土混合后，对2g烟草种子进行丸化，丸化过程同实施例4，不同的是用PAMPS代替了保水剂。

在装有基质的塑料盘每一孔中依次放置一粒丸化种子。试验采用防雨控水栽培，20℃恒温生长，将基质含水量调为其最大持水量的40％来模拟干旱条件。第16d计算发芽率、发芽指数(GI)和活力指数(VI)。计算公式：GI＝∑(Gt/Dt)，VI＝S×GI，式中：G_t为不同时间的发芽数，Dt为发芽天数，∑为总和，S为幼苗全长。取生长16d的幼苗，用自来水冲洗后用滤纸吸干，每个处理随机选取10株，用直尺测量其根和全苗的长度；用千分之一感量天平称量幼苗鲜重，将幼苗在80℃下烘干24h，测定幼苗干重。试验设4次重复，每重复100粒种子。实验结果请见表1-表4：

表1不同丸化处理对干旱胁迫下烟草红花大金元种子发芽的影响

^*小写字母表示不同处理间的差异显著性比较(α＝0.05，LSD)，下同。

表2不同丸化处理对干旱胁迫下烟草Msk326种子发芽的影响

表3不同丸化处理对干旱胁迫下烟草红花大金元幼苗生长影响

表4不同丸化处理对干旱胁迫下烟草Msk326幼苗生长影响

结果表明，本发明制备的具有双重抗旱功能的丸化种子与对照丸化种子(CK₀)相比，可以提高种子在干旱胁迫下的发芽率、发芽指数和活力指数(表1，表2)，其中实施例9制备的丸化种子效果最为明显。红花大金元按实施例9制备的丸化种子发芽率、发芽指数和活力指数与对照(CK₀)相比分别提高19.4％、1.23和23.9，与对照(CK₂)相比分别提高6.9％、0.52和11.37(表1)；Msk326按实施例9制备的丸化种子发芽率、发芽指数和活力指数与对照(CK₀)相比分别提14.8％，0.97和20.02，与对照(CK₂)相比分别提高3.7％、0.29和7.65(表2)。同时，本发明制备的具有双重抗旱功能的丸化种子还可以促进干旱胁迫下烟草幼苗生长和干物质积累(表3，表4)，处理后的丸化种子与对照相比，根长、全苗长、苗干重和鲜重均有提高。对红花大金元来说，实施例9制备的丸化种子其幼苗生长与对照(CK₀)相比，根长、全苗长、苗鲜重和干重分别提高了1.36mm、1.71mm、6.59mg和0.67mg，与对照(CK₂)相比，根长、全苗长、苗鲜重和干重分别提高了0.51mm、0.64mm、3.61mg和0.33mg(表3)；Msk326按实施例9制备的丸化种子的幼苗生长与对照(CK₀)相比，根长、全苗长、苗鲜重和干重分别提高了1.61mm、2.75mm、9.13mg和0.77mg，与对照(CK₂)相比，根长、全苗长、苗鲜重和干重分别提高了0.74mm、0.79mm、5.43mg和0.38mg(表4)。

从表格中可以看出，实施例4-9所制备的具有双重抗旱功能的丸化种子，其发芽率，发芽指数，活力指数，幼苗根长、全苗长，苗鲜重和苗干重的大部分数据均高于CK₁或CK₂，且均显著高于CK₀，说明了由本专利制备的具有双重抗旱功能的保水剂，其效果的确比单纯添加高吸水树脂的抗旱效果好。其中实施例9，也就是聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末于2000mL，浓度为30mg/L水杨酸溶液中溶胀24h制得的保水剂(水杨酸和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸优选的质量比是0.084∶1)，且当保水剂占包衣辅料和保水剂总质量的2.5％时，效果尤其显著。

实施例11具有双重抗旱功能的花椰菜丸化种子的制备

将花椰菜种子2g倒入包衣机，其千粒重为2.8g。

造粒：先喷雾1.5ml的0.5％的壳聚糖溶液湿润种子表面，加入质量为0.5g的实施例3制备的种衣剂后不断搅拌，使其包裹于种子表面，重复上述步骤3～5次，使种子形成微小丸状；然后每次将2g～5g实施例3制备的种衣剂加入到丸状种子中，喷雾浓度为1.0％的壳聚糖溶液，不断搅拌，重复多次，使丸状种子的粒径增加到2.10mm～2.20mm；

丸化：将2g～-5g实施例3制备的种衣剂加入到造粒形成的丸状种子中，不断喷雾1.5％的壳聚糖溶液，不断搅拌，重复多次，使造粒形成的丸状种子的粒径增加到2.40mm～2.50mm，然后筛选、抛光、上色、干燥得到包衣完毕的种子。

实施例12具有双重抗旱功能的白三叶丸化种子的制备

将白三叶种子2g倒入包衣机，其千粒重为0.59g。

造粒：先喷雾1.5ml的0.5％的壳聚糖溶液湿润种子表面，加入质量为0.5g的实施例3制备的种衣剂后不断搅拌，使其包裹于种子表面，重复上述步骤3～5次，使种子形成微小丸状；然后每次将2g～5g实施例3制备的种衣剂加入到丸状种子中，喷雾浓度为1.0％的壳聚糖溶液，不断搅拌，重复多次，使丸状种子的粒径增加到1.30mm～1.50mm；

丸化：将2g～5g实施例3制备的种衣剂加入到造粒形成的丸状种子中，喷雾1.5％的壳聚糖溶液，不断搅拌，重复多次，使造粒形成的丸状种子的粒径增加到1.70mm～1.80mm，然后筛选、抛光、上色、干燥得到包衣完毕的种子。

经验证，实施例11和实施例12制备的丸化种子与常规对照丸化种子相比，同样可以显著提高种子在干旱胁迫下的发芽率、发芽指数、活力指数以及促进幼苗生长。

经本发明实验证实，PAMPS作为高吸水材料，可以将灌溉水或雨水储蓄起来，当土壤缺水时再将水释放出来，为种子或幼苗供水，从物理层面提高种子及幼苗抗旱能力。同时，在PAMPS释放水分时也将其装载的水杨酸(SA)缓慢释放，SA作为一种植物抗逆调节物质，能够提高植物体内游离氨基酸、可溶性糖、游离脯氨酸和可溶性蛋白质含量，可以从生理层面提高种子及幼苗抗旱能力，避免其对土壤水分过分的依赖。选用SA与PAMPS高吸水材料的结合是根据反复实验筛选得出。保水剂主成分PAMPS原材料低廉，聚合方法简易，通过不同配方和工艺筛选，制备的保水剂吸水倍率为1840～2620倍，明显高于常见吸水材料(如黄腐酸、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素)。

可见，本发明提供的含保水剂的种衣剂制备的丸化种子可以促进干旱胁迫时丸化种子的生根、发芽，提高种子发芽指数和活力指数，促进幼苗干物质的积累，减少干旱胁迫对种子和幼苗的危害，为后期的生长奠定较好的基础。

Claims

1.一种保水剂，其特征在于，其由水杨酸和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸组成。

2.如权利要求1所述的保水剂，其特征在于，水杨酸和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的质量比为0.026～0.084∶1。

3.如权利要求2所述的保水剂，其特征在于，优选水杨酸和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的质量比为0.084∶1。

4.如权利要求1所述的保水剂的制备方法，包含如下步骤：

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，优选将聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末放入30mg/L水杨酸溶液制备得到质量比为0.084∶1的水杨酸和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸粉末。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，制备的保水剂吸水倍率为1840～2620倍。