CN102276364A - 一种含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂，它包含如下质量百分比的组分：γ-聚谷氨酸0.02～1％，粘合剂0.5～5％，表面活性剂0.05～2％，微量元素0.2～6％，杀菌剂0.5～9％，杀虫剂0.2～5％，警戒色0.5～1.2％，其余为水。本发明的种衣剂，具有高活性生物功能，具有促生根、促发芽、改土、保水、增肥、增效、螯合有毒重金属等功能，适用于番茄、青菜、黄瓜、辣椒、油菜等蔬菜品种，棉花、大豆等经济作物以及小麦、玉米等粮食作物。

Description

一种含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂及其制备方法

技术领域

本发明属于种子处理应用技术领域，具体涉及一种含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种子包衣剂及其制备方法。

背景技术

种衣剂是用于种子包衣、具有成膜特性的一类制剂，既能使良种标准化，又具有植物保护作用等多种功能。它的优点有：(1)在土壤中遇水膨胀透气而不被溶解，从而使种子正常发芽、使农药化肥缓慢释放，具有杀灭地下害虫，防治种子病菌，提高种子发芽率，减少种子使用量，改进作物品种。种衣剂紧贴种子，药力集中，利用率高，因而比喷雾、土壤处理等施药方法省药、省工、省种。(2)种衣剂隐蔽使用，对大气、土壤无污染，不伤天敌，使用安全；种衣剂包覆种子后，有效成分能逐步释放而对作物发芽生长无毒害作用，种衣膜具有透水性、透气性，不影响种子生命和呼吸作用。

种子包衣是一项以种子为载体，种衣剂为原料，包衣机为手段，集生物、化工、机械等多学科成果为一体的综合性种子处理新技术。

在干旱沙漠地区水分本来就很缺乏，但分散在植物根系周围的土壤水分80％多的以蒸发和渗透形式流失，仅有10％左右的水分被根部吸收，这不仅造成了本来短缺的水资源的严重浪费，还导致了干旱地区种子发芽率非常低下甚至不能正常发芽，抗旱保水种子包衣剂能吸附自身几百甚至上千倍的水分，因此对干旱地区种子包衣是十分必要的。以往包衣剂在土壤中难以被降解，易造成环境污染，因此环境友好的种子包衣剂是人们一直研究的课题。

γ-聚谷氨酸(γ-poly-glutamic acid，简称γ-PGA)是谷氨酸单体以γ-羧基与氨基相缩合的一种聚氨基酸(结构如下)。

γ-PGA的分子链上具有大量的活性较高的游离侧链羧基，可在分子内部或分子之间形成氢键，水溶性好，保水性强。γ-PGA作为肥料增效剂使用，其生物可降解性吸收促进剂的特性得以充分的发挥和利用，既可以进一步增加作物的产量，还可以对肥料起到很好的缓释作用，使肥料在土壤中的释放时间较传统肥料延长了4倍左右。在促进作物的吸收的同时还起到了抑制肥料成分快速分解和流失的作用。

γ-PGA具有极佳的生物可降解性、成膜性、成纤维性、可塑性、粘结性、保湿性等许多独特的理化和生物学特性，可用于化妆品、食品、分散剂、螯合剂、建筑涂料、防尘、农业领域在注重环保、强调可持续发展的今天，γ-PGA及其衍生物有十分广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂。

本发明还要解决的另一技术问题是提供上述种衣剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂，它包含如下质量百分比的组分：

γ-聚谷氨酸   0.02～1％，

粘合剂        0.5～5％，

表面活性剂    0.05～2％，

微量元素      0.2～6％，

杀菌剂        0.5～9％，

杀虫剂        0.2～5％，

警戒色        0.5～1.2％，

其余为水。

其中，所述的γ-聚谷氨酸为γ-聚谷氨酸纯品，或以γ-聚谷氨酸盐、或包含γ-聚谷氨酸的发酵培养物、或含有γ-聚谷氨酸的可湿性粉剂替换γ-聚谷氨酸纯品；γ-聚谷氨酸盐、或包含γ-聚谷氨酸的发酵培养物、或含有γ-聚谷氨酸的可湿性粉剂的用量以其中所含的γ-聚谷氨酸计，即其中含有的γ-聚谷氨酸需满足上述配方要求(0.02～1质量％)。γ-聚谷氨酸优选的质量百分比为0.02-0.5％。

上述，γ-聚谷氨酸优选用含有γ-聚谷氨酸的可湿性粉剂的形式，所述的γ-聚谷氨酸可湿性粉剂按如下方法制备得到：微生物发酵生产γ-聚谷氨酸，发酵结束后，提取得到γ-聚谷氨酸提取物，再经干燥粉碎制得，其中，γ-聚谷氨酸可湿性粉剂中，γ-聚谷氨酸的含量为10～20％。具体来说，γ-聚谷氨酸可湿性粉剂可采用如下方法制备，发酵结束的发酵液分子量为2000-4000kDa，先用硫酸调发酵液pH为2-4，70-130℃水解0.2-3h，将聚谷氨酸分子量降解为4～100KDa，用NaOH回调pH6-7，加入2-3倍体积的酒精进行沉淀，收集沉淀干燥粉碎即得γ-聚谷氨酸可湿性粉剂。但本发明不局限于上述γ-聚谷氨酸可湿性粉剂方法，通过现有的任何γ-聚谷氨酸生产菌株，任何现有的发酵方法制备得到的γ-聚谷氨酸，再经提取、干燥、粉碎得到的产品都可以用作γ-聚谷氨酸可湿性粉剂。

其中，所述的粘合剂为聚丙烯酰胺、聚乙二醇、淀粉和***树胶中的任意一种或几种的混合物。优选聚丙烯酰胺。粘合剂优选的质量百分比范围是2-4％。

其中，所述的表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚和聚氧乙烯烷基醚中的任意一种或两种的混合物。优选聚乙二醇辛基苯基醚。表面活性剂优选的质量百分比范围是0.3-1％。

其中，所述的微量元素为锰盐、锌盐、铁盐、硼盐、铜盐、钼盐、镁盐、钾盐和钙盐中的任意一种或几种的混合物。优选硫酸锰、硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸硼、硫酸铜、硫酸钼、硫酸镁、硫酸钾或碳酸钙等。微量元素优选的质量百分比范围是0.2-4％。

其中，所述的杀菌剂为***酮、多菌灵、多效唑、百菌清和敌克松中的任意一种或几种的混合物。优选多菌灵。杀菌剂优选的质量百分比范围是0.5-5％。

其中，所述的杀虫剂为克百威和吡虫啉中的任意一种或几种的混合物。优选吡虫啉。杀虫剂优选的质量百分比范围是1-4％。

其中，所述的警戒色为红色、绿色、黄色、黑色、蓝色或白色颜料。优选红色颜料，例如氧化铁红。警戒色优选的质量百分比范围是0.5-1％。

制备上述抗旱保水种衣剂的方法是，将配方量的γ-聚谷氨酸、粘结剂、表面活性剂、微量元素、杀菌剂、杀虫剂、警戒色和水加入混合器中充分混合均匀制得。

上述抗旱保水种衣剂的使用方法是，将种子置于造粒机中，喷入上述抗旱保水种衣剂进行包衣造粒即可得包衣种子。其中，种子重量与抗旱保水种衣剂的质量比为(20-35)∶1。

本发明的抗旱保水种衣剂适用于蔬菜作物、经济作物或粮食作物种子，尤其适用于蔬菜种子。

有益效果：本发明与现有技术相比具有以下特点：

1、本发明的种子包衣剂具有蓄水、保水和供水的功能，提高了种子的抗旱能力。种子外层包衣中的聚谷氨酸保水能力强，能有效的减缓苗床土壤中的重力失水和扩散失水、增加种子周围及幼苗根部土壤的有效含水量，增强土壤的透水性和通气性，能显著减少播种育苗浇水次数和浇水量，出苗时间提前。

2、本发明的种子包衣剂中γ-聚谷氨酸成分可以控制营养、微肥等活性的释放速度，使得种子播种后，从种子发芽、幼苗生长乃至中期这一较长时间内能够有效防止病虫害和保证作物生根发芽。

3、本发明的种子包衣剂基本组分中的γ-聚谷氨酸，随种子萌发后，会在植株根毛表层形成一层保护膜，不但具有保护根毛的功能，更能有效的提高肥料的溶解、存储、输送与吸收。阻止硫酸根、磷酸根、草酸根与金属元素产生沉淀作用，使作物能更有效的吸收土壤中磷、钙、镁及微量元素。促进作物根系的发育，加强抗病性。

4、具有多种肥效，γ-PGA是纯生物发酵干燥而成，不会对环境造成任何污染，其中含有氮、磷、钾等各种元素及植物生长调节剂，因此同时起到了营养、生理调节的作用，能达到抗旱保墒、提高种子发芽速度和发芽率、增强作物抗逆能力，有利于作物的生长。

5、本发明的种子包衣剂含有多种微量元素及营养成分，具有促进种子生根发芽等功能，可以有效提高种子的发芽率，苗齐、苗壮、增产效果明显，同时又可提供农产品的品质。

6、本发明的种子包衣剂在遇水时，可以吸水并稀释种衣剂中的盐分浓度，可以降低种衣剂对种子发芽的不利影响。

7、本发明通过温室内大豆种子盆栽发芽试验，与未经处理的大豆种子为对照，干旱胁迫后含γ-聚谷氨酸种衣剂能促进幼苗植株干重、根干重、根长的增加，提高大豆叶片SOD、POD的活性。种衣剂能促进植株的生长速度，提高了叶片的保护酶活性和大豆幼苗的抗性。

附图说明

图1为不同处理黄瓜种子在不同干旱胁迫下发芽率的变化。其中，不同小写字母表示不同处理黄瓜种子在相同胁迫浓度下差异显著(α＝0.05)。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1：抗旱玉米种子包衣。

抗旱玉米种子包衣由下列质量百分含量原料构成：

γ-聚谷氨酸0.2％，聚丙烯酰胺2％，聚乙二醇辛基苯基醚1％，硫酸锰0.5％，硫酸锌0.1％，碳酸钙0.1％，硫酸铜0.01％，***酮1％，多菌灵3％，克百威2％，红色颜料0.5％，其余成分为水。

将以上种衣原料加入混合器充分混匀制成玉米种衣剂。种子包衣时将20质量份的玉米种子与1质量份的种子包衣剂在造粒机中制成包衣玉米种子。

将制成的γ-聚谷氨酸包衣种子在2010年7-8月进行田间试验，以未包衣玉米种子(CK)做对照试验，各播种100粒，出苗数与出苗率列于下表1。

表1γ-PGA种衣剂对玉米出苗率的影响

由表1的数据可以看出，经过包衣的种子与对照形成了明显的差别，出苗期提前了3-5天，出苗率提高了20％以上，耐干旱能力更强，减轻萎焉，遇雨后能恢复生长，为玉米后期的生长发育奠定了良好的基础。

实施例2：抗旱棉花种子包衣。

抗旱棉花种子包衣由下列质量百分含量原料构成：

γ-聚谷氨酸钠盐0.8％，聚丙烯酰胺2％，聚氧乙烯烷基醚2％，硫酸锰0.1％，硫酸锌0.1％，硫酸亚铁0.1％，***酮2％，敌克松3％，克百威3％，红色颜料0.6％，其余成分为水。

将以上种衣原料加入混合器充分混匀制成棉花种衣剂。将25质量份的棉花种子与1质量份的种子包衣剂在造粒机中制成棉花包衣种子。

将制成的γ-聚谷氨酸包衣种子在2010年4-5月进行田间试验，以未包衣棉花种子(CK)做对照试验，各播种200粒，出苗数与出苗率列于下表2。

表2γ-PGA种衣剂对棉花出苗率的影响

由表2的数据可以看出，经包衣处理的种子发芽率大幅提高，发芽时间提前，包衣中的γ-聚谷氨酸具有吸水保水的作用，能够提供更多的种子发芽所需要的水分，更利于种子的发芽。

实施例3：抗旱油菜种子包衣。

抗旱油菜种子包衣由下列质量百分含量原料构成：

γ-聚谷氨酸可湿性粉剂2％(其中含20％(w/w)的γ-聚谷氨酸)，***树胶5％，聚乙二醇辛基苯基醚0.6％，硫酸锰0.05％，硫酸锌0.15％，硫酸钼0.1％，硫酸铜0.01％，百菌清3％，吡虫啉0.5％，红色颜料0.9％，其余成分为水。

将以上种衣原料加入混合器充分混匀制成油菜种衣剂。将30质量份的油菜种子与1质量份的种子包衣剂在包衣机中制成油菜包衣种子。

试验于2010年10月在昆山市大塘村进行。以普通油菜种子(CK)为对照，2010年10月15播种，2010年11月15日移栽，秧苗素质调查时间为2010年11月14日。

表3γ-PGA种衣剂对油菜秧苗素质的影响

注：以上结果为各重复平均值

由表3可知，包衣处理的油菜秧苗苗高比对照提高14.8％，根长增加5.1％，秧苗干重增加3.6％，表明聚谷氨酸种子包衣剂能提高油菜秧苗素质，对油菜根茎叶的生长有很大的促进作用，能促进幼苗的形成。

实施例4：抗旱大豆种子包衣。

抗旱大豆种子包衣由下列质量百分含量原料构成：

γ-聚谷氨酸可湿性粉剂5％(其中含20％(w/w)的γ-聚谷氨酸)，聚乙二醇2％，聚乙二醇辛基苯基醚0.3％，硫酸锰0.1％，硫酸锌0.1％，硫酸硼0.02％，硫酸钼0.02％，多菌灵3％，克百威1％，红色颜料0.7％，其余成分为水。

将以上种衣原料加入混合器充分混匀制成大豆种衣剂。将35质量份的大豆种子与1质量份的种子包衣剂在包衣机中制成大豆包衣种子。

供试大豆品种为中黄13，用以上配方种衣剂对大豆种子进行包衣处理，以未包衣处理大豆种子(CK)为对照，试验采用三次重复，随机区组排列，6行区，行长5m，行距0.6m，小区面积18m²。

表4不同处理对大豆产量及其构成因子的影响

由表4可知，大豆包衣种子的分枝数、节数、荚数、粒数、粒重都有不同程度的促进作用，包衣处理的大豆种子比未处理的种子亩产量提高12.6％。

实施例5：抗旱萝卜种子包衣。

抗旱萝卜种子包衣由下列质量百分含量原料构成：

γ-聚谷氨酸发酵培养物40％(其中含2％(w/w)的γ-聚谷氨酸)0.8％，聚丙烯酰胺3％，聚氧乙烯烷基醚1.5％，硫酸锰0.02％，硫酸锌0.3％，硫酸亚铁0.1％，硫酸铜0.01％，多效唑1％，吡虫啉0.3％，红色颜料1％，其余成分为水。

将以上种衣原料加入混合器充分混匀制成萝卜种衣剂。将27质量份的萝卜种子与1质量份的种子包衣剂在造粒机中制成萝卜包衣种子。

将制成的γ-聚谷氨酸包衣萝卜种子在2010年9月进行田间试验，以未包衣萝卜种子(CK)做对照，各播种500粒，每个处理125粒，4次重复。

表5聚谷氨酸抗旱种衣剂对萝卜发芽势、发芽率、发芽指数的影响

注：同一列中不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。

由表5可以看出，与CK相比，包衣种子提高了萝卜种子的发芽势、发芽率和发芽时间，且达到了显著性差异。

实施例6：抗旱黄瓜种子包衣。

抗旱黄瓜种子包衣由下列质量百分含量原料构成：

γ-聚谷氨酸可湿性粉剂5％(其中含20％(w/w)的γ-聚谷氨酸)，***树胶4％，聚乙二醇辛基苯基醚0.2％，硫酸锰0.03％，硫酸锌0.2％，***酮3％，克百威2％，红色颜料1.2％，其余成分为水。

将以上种衣原料加入混合器充分混匀制成黄瓜种衣剂。将30质量份的黄瓜种子与1质量份的种子包衣剂在包衣机中制成黄瓜包衣种子。

黄瓜品种为蔬春宝优26号，经包衣处理的黄瓜种子为处理组，未包衣的种子为对照组(CK)，处理组与对照组黄瓜种子先用自来水在室温下吸胀6h，然后放入发芽盒中分别加入10ml浓度为0％、5％、10％、15％、20％的PEG₆₀₀₀胁迫溶液，发芽温度25℃，每隔24h称质量补充水分，使处理间渗透胁迫浓度保持相对稳定。

结果见图1。由图1可知相同干旱胁迫下包衣处理的黄瓜种子发芽率比未包衣种子发芽率高，而且越干旱发芽率相差越大，在PEG₆₀₀₀浓度为10％和15％时达到了显著性差异。说明聚谷氨酸抗旱保水种衣剂能够提高种子的保水吸水能力，对种子的发芽有很大的促进作用。

实施例7：抗旱小麦种子包衣。

抗旱小麦种子包衣由下列质量百分含量原料构成：

γ-聚谷氨酸可湿性粉剂4％(其中含15％(w/w)的γ-聚谷氨酸)，聚丙烯酰胺3％，聚乙二醇辛基苯基醚0.5％，硫酸锰0.05％，硫酸锌0.2％，多菌灵3％，克百威3％，红色颜料0.7％，其余成分为水。

将以上种衣原料加入混合器充分混匀制成小麦种衣剂。将25质量份的小麦种子与1质量份的种子包衣剂在包衣机中制成小麦包衣种子。

小麦品种为宁麦13，取包衣处理的小麦种子及未包衣对照种子各400粒，每个处理100粒，4次重复，播种于发芽盒内按GB/T3543.5-1995(砂床、25℃)进行标准发芽试验，发芽第七天每处理取幼苗10株测定生理指标。

表6不同处理对小麦幼苗生理指标的影响

注：同一列中不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。

由表6可知，包衣处理小麦幼苗的根系活力与对照相比明显提高，且达到了显著性差异，幼苗中的过氧化氢酶(CAT)能够消除细胞过多的H₂O₂，保护膜的结构，包衣处理的种子幼苗中的过氧化氢酶与对照相比明显提高且达到了显著性差异，过氧化物酶(POD)也具有分解H₂O₂的作用，包衣处理的小麦幼苗POD活性比对照提高了21.1％，增强了清除自由基的能力，从而保护膜的完整性，增强了小麦的抗逆性。

Claims (9)

1.一种含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂，其特征在于，它包含如下质量百分比的组分：

γ-聚谷氨酸   0.02～1％，

粘合剂        0.5～5％，

表面活性剂    0.05～2％，

微量元素      0.2～6％，

杀菌剂        0.5～9％，

杀虫剂        0.2～5％，

警戒色        0.5～1.2％，

其余为水。

2.根据权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂，其特征在于，所述的γ-聚谷氨酸为γ-聚谷氨酸纯品，或以γ-聚谷氨酸盐、或包含γ-聚谷氨酸的发酵培养物、或含有γ-聚谷氨酸的可湿性粉剂替换γ-聚谷氨酸纯品；γ-聚谷氨酸盐、或包含γ-聚谷氨酸的发酵培养物、或含有γ-聚谷氨酸的可湿性粉剂的用量以其中所含的γ-聚谷氨酸计。

3.根据权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂，其特征在于，所述的粘合剂为聚丙烯酰胺、聚乙二醇、淀粉和***树胶中的任意一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂，其特征在于，所述的表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚和聚氧乙烯烷基醚中的任意一种或两种的混合物。

5.根据权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂，其特征在于，所述的微量元素为锰盐、锌盐、铁盐、硼盐、铜盐、钼盐、镁盐、钾盐和钙盐中的任意一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂，其特征在于，所述的杀菌剂为***酮、多菌灵、多效唑、百菌清和敌克松中的任意一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂，其特征在于，所述的杀虫剂为克百威和吡虫啉中的任意一种或几种的混合物。

8.根据权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂，其特征在于，所述的警戒色为红色、绿色、黄色、黑色、蓝色或白色颜料。

9.权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸的抗旱保水种衣剂的制备方法，其特征在于，将配方量的γ-聚谷氨酸、粘结剂、表面活性剂、微量元素、杀菌剂、杀虫剂、警戒色和水加入混合器中充分混合均匀制得。

Images