CN106034485A - 一种种子的纳米金属颗粒包衣剂及包衣方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种种子的纳米金属颗粒包衣方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)高分子粘结剂溶液的制备：恒温振荡高分子粘结剂溶液；(2)纳米金属颗粒溶液的制备：称取纳米金属颗粒置于容器中用蒸馏水溶解后进行振荡均质；对均质后的溶液在60分钟内重复上述冰浴超声波振荡进行逐级稀释；(3)将步骤(2)所得溶液加入步骤(1)的高分子粘结剂溶液中冰浴超声波振荡后加入色浆即得纳米金属颗粒包衣剂；(4)将步骤(3)的纳米金属颗粒包衣剂注入包衣机、充分雾化后对种子进行包衣处理，处理后的种子晾干即可。本发明利用纳米金属颗粒对植物种子进行包衣，形成的纳米结构可以保护营养成分吸收，有效地抑制土壤中的微生物对种子的侵害。

Description

一种种子的纳米金属颗粒包衣剂及包衣方法

技术领域

本发明涉及一种植物种子包衣技术，特别是涉及一种使用纳米金属颗粒作为种子薄膜包衣剂及包衣方法。

背景技术

目前，目前，农业种植栽培过程中大量农药和化学肥料的使用，对农产品安全、土壤耕地和水环境安全均具有显著的破坏作用。纳米技术应用在植物生长发育过程中，可以促进植物快速生长，改善作物品质和提高产量，还可以抑制有害微生物生存，从而替代或减少农药使用，生产高品质绿色农产品。限于技术手段的制约，纳米材料尚未高效地应用于农业生产、促进农作物生长。不同微量元素对植物和农作物生长必不可少，铜参与植物的光合作用，锌参与植物体内的氮代谢，铁参与叶绿素的合成，锰对植物体内的酶具有活化作用。铁、铜、锌、锰等纳米金属颗粒具有生物学活性，利用其对植物种子进行包衣，形成的纳米三维结构可以保护营养成分吸收促进发育，可以有效地抑制土壤中的微生物对种子的侵害，使病害难于侵入和发展。

发明内容

本发明的目的是解决现有种子包衣技术中存在的部分问题，提供一种种子的纳米金属颗粒包衣剂及包衣方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种种子的纳米金属颗粒包衣方法，包括如下步骤：

(1)高分子粘结剂溶液的制备：恒温过夜振荡高分子粘结剂溶液；

(2)纳米金属颗粒溶液的制备：称取纳米金属颗粒置于容器中用蒸馏水溶解后进行冰浴超声波振荡均质；将均质后的溶液在60分钟内稀释后重复上述冰浴超声波振荡均质；

(3)将步骤(2)所得溶液加入步骤(1)的高分子粘结剂溶液中后进行冰浴超声波振荡、再加入色浆即得纳米金属颗粒包衣剂；

(4)将步骤(3)的纳米金属颗粒包衣剂置于包衣机的转盘上充分雾化后对种子进行包衣处理，包衣处理后的种子晾干即可；

所述步骤(1)中恒温为25℃-30℃，振荡采用水浴摇床；

所述步骤(1)中高分子粘结剂溶液的质量浓度为4×10^-2-6×10^-2g/ml；

所述步骤(2)中冰浴温度为0℃-6℃，振荡的频率为振荡1s、间歇1s，持续30s后停置15s，总振荡时间不超过120s；

所述步骤(2)中纳米金属颗粒溶液的质量浓度为1×10^-10-1×10^-6g/ml。

优选地，所述步骤(1)中高分子粘结剂为聚丙烯酸、聚醋酸乙烯或聚乙烯吡咯烷酮中一种或多种。

优选地，所述步骤(1)的振荡时间为24-40小时。

优选地，所述步骤(2)中称取采用精度为万分之一的分析天平。

优选地，所述步骤(2)中的金属为铁、铜、锌、锰、银的一种或多种组合。

优选地，所述步骤(2)中称取需要使用称量纸称取纳米金属颗粒，将其倾倒至容器中后，需再次对称量纸上残留的纳米金属颗粒进行称量，二者数值相减为纳米金属颗粒的质量。

优选地，所述步骤(2)中振荡采用超声波破碎仪进行。

优选地，所述超声波破碎仪的输出功率为200w。

优选地，所述步骤(3)色浆的质量浓度为2×10^-2-4×10^-2g/ml。

本发明的另一发明为根据上述方法制备的种子的纳米金属颗粒包衣剂，包衣剂的成分及含量如下：

金属纳米颗粒物：1×10^-10-1×10^-6g/ml；高分子粘结剂：4×10^-2-6×10^-2g/ml；色浆：2×10^-2-4×10^-2g/ml；蒸馏水；所述金属为铁、铜、锌、锰的一种或多种组合；所述高分子粘结剂为聚丙烯酸、聚醋酸乙烯或聚乙烯吡咯烷酮中一种或多种。

通过使用超声波细胞低温冰浴振荡均质将具有生物学活性的纳米金属颗粒制备成为种衣剂的主要配方，与高分子粘结剂和指示剂色浆配合使用。利用包衣机对种衣剂的雾化作用，使纳米金属颗粒能够均匀地包裹覆盖在种子表面形成一层薄膜。

本发明的有益效果：本发明采用的种衣剂材料由种子萌发生长需要的微量元素金属纳米颗粒和高分子粘结剂、及作为颜色包裹指示剂的色浆所组成。以纳米金属颗粒制备的种衣剂会在种子表面形成一层薄膜附着物，纳米金属颗粒的生物学活性所形成的三维微观结构可以充分富集养分、在种子的萌发和生长过程中持续提供营养物质、促进对营养物质的吸收。并且该结构具有抗菌作用，防止土壤中的细菌和病毒微生物对种子和根系的侵害与渗透，起到防病抗病的效果，最终提高种子萌发率、在农业生产中达到稳产增产的作用。纳米材料的附着力强，不易氧化失效。因此经过纳米金属颗粒包衣的植物种子在储藏过程中不易受到微生物的侵害，有利于长时间的保存和运输，具有一定的经济价值。应用超声波振荡、低温均质等生产工艺和包衣技术，可保证纳米金属颗粒种衣剂所具有的生物学活性不失效。该包衣工艺技术较为简单，生产成本低，可操作性强，便于示范推广应用。

具体实施方式

为了更好地说明本发明，下面结合本发明实施例中对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实例1：

植物材料：玉米，品种“纪元128”。

实施地点：北京神舟绿鹏农业科技有限公司通州基地。

2016年4月22日，将10g高分子粘结剂置于200ml的蒸馏水中，并将容器置于30℃的水浴摇床中振荡30小时。待溶液完全透明澄清取出备用。称取1.5mg的锰纳米金属颗粒，置于盛有15ml蒸馏水的50ml离心管容器中，从而获得1×10^-4g/ml的锰纳米金属颗粒母液。使用超声波细胞破碎仪(宁波新芝Scientz-IID)对上述溶液进行低温冰浴超声波均质。振荡过程中，输出功率调节为20％，200W，设置振荡时间30s为一个周期，以1s振荡/1s停止为振荡频率。共振荡3个周期，每周期间隔15s。通过微量移液器和超声波低温振荡将母液逐级稀释10倍，获得1×10^-5g/ml和1×10^-6g/ml的纳米金属颗粒工作液。继续使用微量移液器，分别转移0.1ml的浓度为1×10^-4g/ml、1×10^-5g/ml和1×10^-6的锰纳米金属颗粒溶液至10ml的成膜剂溶液中，分别获得3个浓度(1×10^-6g/ml、1×10^-7g/ml和1×10^-8g/ml)的锰纳米金属颗粒种衣剂。经过超声波低温振荡后，每份种衣剂分别加入0.3g的色浆、手动摇匀。根据种药比，每种种衣剂使用6ml溶液通过种子包衣机(SATEC Concept ML-2000，Germany)对140g玉米种子(>300粒)进行雾化包衣处理。以此类推，通过逐级稀释，获得1×10^-9g/ml、1×10^{- 10}g/ml和1×10^-11g/ml的铜纳米金属颗粒的种衣剂、和经其雾化包衣处理的300粒玉米种子。之后将包衣处理的种子于室内晾干。

5月10日，以锰和铜纳米金属颗粒种衣剂包衣处理的300粒玉米种子，随机分为3份，代表每个处理播100粒种子，3次重复进行随机地块的播种。6月10日开始观察出苗率。其中，作为对照，未使用纳米种衣剂的平均出苗率为72.3，而使用纳米铜金属颗粒种衣剂(浓度为1×10^-10g/ml)包衣处理的纪元128平均出苗率为76.0，使用纳米锰金属颗粒种衣剂(浓度1×10^-6g/ml)的平均出苗率为79.3。相比对照，两种浓度的纳米金属颗粒种衣剂分别使玉米出苗率显著提高了5.12％和9.69％。

实例2：

植物材料：玉米，品种“航育30”。

实施地点：北京神舟绿鹏农业科技有限公司通州基地。

2015年4月20日，配制质量浓度为5％的100ml高分子粘结剂溶液。4月23日澄清透明的溶液用于配制铁纳米金属种衣剂。通过超声波低温冰浴振荡和逐级稀释，分别获得5个浓度(1×10^-5g/ml、1×10^-6g/ml、1×10^-7g/ml、1×10^-8g/ml和1×10^-9g/ml)的铁纳米金属颗粒种衣剂。为使种衣剂均匀覆盖到玉米种子表面，根据种药比，每种种衣剂使用6ml溶液通过种子包衣机(SATEC Concept ML-2000，Germany)对120g玉米种子(>250粒)进行雾化包衣处理。

5月4日，将经过5种铁纳米金属颗粒浓度的种衣剂包衣处理的玉米种子播种，每个浓度处理120粒。秋季9月收获后调查发现，未使用铁纳米金属颗粒处理的对照平均单株产量为326.47g，而使用浓度1×10^-5g/ml和1×10^-6g/ml的纳米铁金属颗粒种衣剂包衣处理的航育30平均单株产量分别为347.11g和340.12g。相比对照，两种浓度不同的纳米金属颗粒种衣剂分别提高玉米平均单株产量6.3％和4.18％。

为便于植物表面吸附、便于根系吸收，现阶段已有将氮磷钾等常规肥料制备成为纳米级别的细小颗粒，添加成为肥料供农业生产应用。但还没有充分利用植物发育生长的所需的微量金属元素的纳米级材料用于农业生产实践。研究发现超高电压对高纯度的金属材料进行电击气化升华、骤然冷却后所产生的纳米级金属颗粒粉末具有一定的生物学活性，例如纳米银等材料因具有一定的抗菌性而广泛应用于医疗材料和分子生物学实验器具的制备。而这一特性尚未被引入到农业生产领域，主要就在于这些纳米级别的金属颗粒粉末的生物学活性不易保持。而维持这些纳米颗粒在生物材料表面所具有的三维立体结构尤其重要，既有利于保持营养成分的富集、被植物体吸收，也有利于防止微生物病害的侵袭和渗透。因此，通过有效的技术手段，维持金属纳米颗粒的生物学抗菌等活性、促进植物体对营养物质的高效吸收，是本发明的主要应用前景。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种种子的纳米金属颗粒包衣方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)高分子粘结剂溶液的制备：恒温过夜振荡高分子粘结剂溶液；

(2)纳米金属颗粒溶液的制备：称取纳米金属颗粒置于容器中用蒸馏水溶解后进行冰浴超声波振荡均质；将均质后的溶液在60分钟内稀释后重复上述冰浴超声波振荡均质；

(3)将步骤(2)所得溶液加入步骤(1)的高分子粘结剂溶液中后加入色浆即得纳米金属颗粒包衣剂；

(4)将步骤(3)的纳米金属颗粒包衣剂置于包衣机的转盘上充分雾化后对种子进行包衣处理，包衣处理后的种子晾干即可；

所述步骤(1)中恒温为25℃-30℃；

所述步骤(1)中高分子粘结剂溶液的质量浓度为4×10^-2-6×10^-2g/ml；

所述步骤(2)中冰浴温度为0℃-6℃，振荡的频率为振荡1s、间歇1s，持续30s后停置15s，总振荡时间不超过120s；

所述步骤(2)中纳米金属颗粒溶液的质量浓度为1×10^-10-1×10^-6g/ml。

2.根据权利要求1所述的种子的纳米金属颗粒包衣方法，其特征在于，所述步骤(1)中高分子粘结剂为聚丙烯酸、聚醋酸乙烯或聚乙烯吡咯烷酮中一种或多种。

3.根据权利要求1所述的种子的纳米金属颗粒包衣方法，其特征在于，所述步骤(1)的振荡时间为24-40小时。

4.根据权利要求1所述的种子的纳米金属颗粒包衣方法，其特征在于，所述步骤(2)中称取采用精度为万分之一的分析天平。

5.根据权利要求1所述的种子的纳米金属颗粒包衣方法，其特征在于，所述步骤(2)中的金属为铁、铜、锌、锰的一种或多种组合。

6.根据权利要求1所述的种子的纳米金属颗粒包衣方法，其特征在于，所述步骤(2)中称取需要使用称量纸称取纳米金属颗粒，将其倾倒至容器中后，需再次对称量纸上残留的纳米金属颗粒进行称量，二者数值相减为纳米金属颗粒的质量。

7.根据权利要求1所述的种子的纳米金属颗粒包衣方法，其特征在于，所述步骤(2)中振荡采用超声波破碎仪进行。

8.根据权利要求7所述的种子的纳米金属颗粒包衣方法，其特征在于，所述超声波破碎仪的输出功率为200w。

9.根据权利要求1所述的种子的纳米金属颗粒包衣方法，其特征在于，所述步骤(3)色浆的质量浓度为2×10^-2-4×10^-2g/ml。

10.根据权利要求1-9任一所述的种子的纳米金属颗粒包衣剂，其特征在于，包衣剂的成分及含量如下：

金属纳米颗粒物：1×10^-10-1×10^-6g/ml；高分子粘结剂：4×10^-2-6×10^-2g/ml；色浆：2×10^-2-4×10^-2g/ml；蒸馏水；

所述金属为铁、铜、锌、锰的一种或多种组合；所述高分子粘结剂为聚丙烯酸、聚醋酸乙烯或聚乙烯吡咯烷酮中一种或多种。