我国种子丸粒化研究现状及展望.pdf

DOI 10 12357 cjea 20230486 谢锦 韩立朴 我国种子丸粒化研究现状及展望 J 中国生态农业学报 中英文 2024 32 4 605 615 XIE J HAN L P Current status and prospects of seed pelleting research in China J Chinese Journal of Eco Agriculture 2024 32 4 605 615 我国种子丸粒化研究现状及展望 谢 锦1 韩立朴1 2 1 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 河北省土壤生态学重点实验室 中国科学院农业水资源重点实验室 石家庄 050022 2 中国科学院大学 北京 100049 摘 要 种子是农业的 芯片 在农业现代化进程中发挥重要作用 丸粒化是适应精量播种需要的新型种子处理技 术 将填充剂 粘合剂 营养物质 保护剂 生长调节剂 染色剂等物料分层或混合包裹在种子表面 不仅能改变 种子形状和大小 还具有保护种子 促进逆境下种子萌发和幼苗生长的作用 从种子萌发到幼苗建植是作物生产 周期中最为脆弱的生育阶段 利用种子丸粒化技术促进种子萌发 提升幼苗素质对作物增产具有重要意义 本文 综述了种子丸粒化技术的发展过程 种子丸粒化的作用原理 工艺流程及质量检验标准 总结了丸粒化技术在蔬菜 和花卉 粮食和经济作物 牧草和绿肥 药用作物 林木的应用现状 明确了各自的研究重点和难点 在此基础 上 提出今后的研究需加强跨学科交流协同 利用基因组学 代谢组学等高新技术加强种子休眠和萌发的信号途径 研究和信号分子提取 明确丸粒化种子萌发的环境阈值 关注专用型丸粒化物料和特异性丸粒化工艺的研发 建立 健全丸粒化种子质量标准 评估种子丸粒化对环境的长期影响 以期为促进我国种子处理技术快速发展提供理论支持 关键词 种子 丸粒化 加工工艺 质量标准 抗逆性 中图分类号 S351 1 Current status and prospects of seed pelleting research in China XIE Jin1 HAN Lipu1 2 1 Center for Agricultural Resources Research Institute of Genetics and Developmental Biology Chinese Academy of Sciences Hebei Key Laboratory of Soil Ecology Key Laboratory of Agricultural Water Resources Chinese Academy of Sciences Shijiazhuang 050022 China 2 University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049 China Abstract Seeds are the chips of agriculture which plays an important role in agricultural modernization Pelleting is a novel seed treatment technology that meets the requirements of precision sowing Covering seeds with fillers binders nutrients protectants phytoactive promoters and colors modifies seed shape and size protects seeds from birds and bugs and enhances seed germination and seedling growth Seed germination and seedling establishment are the most vulnerable stages of the crop production cycle Utiliz ing seed pelleting technology to promote seed germination and seedling growth is important for increasing crop yields This paper provides an overview of the development process of seed pelleting technology theory processing procedures and quality inspection standards involved in seed pelleting This article also summarizes the application characteristics of pelleting technology in various crops such as vegetables and flowers grains and commercial crops forage and green manure medicinal crops and forestry and highlights the research focus and challenges specific to each crop type Based on this discussion future research priorities are pro posed First it is necessary to strengthen interdisciplinary communication and collaboration and use high tech technologies such as 国家重点研发计划项目 2021YFD190090404 和河北省重点研发计划项目 21326406D 资助 通信作者 韩立朴 主要研究方向为边际土地生态过程及资源化利用 E mail lphan 谢锦 主要研究方向为种子丸粒化 E mail xiejin 收稿日期 2023 09 04 接受日期 2024 01 19 This study was supported by the National Key Research and Development Project of China 2021YFD190090404 and the Key Research and Devel opment Program of Hebei Province 21326406D Corresponding author E mail lphan Received Sep 4 2023 accepted Jan 19 2024 中国生态农业学报 中英文 2024年4月 第 32 卷 第 4 期 Chinese Journal of Eco Agriculture Apr 2024 32 4 605 615 genomics and metabolomics to enrich research on the signaling pathways of seed dormancy and germination the extraction of signal molecules and the environmental threshold of pelleted seed germination Second research should focus on the development of spe cial materials and specific pelleting technology improvement of the quality inspection standards of pelleting seeds and evaluation of the long term impact of seed pelleting on the environment with the aim of providing theoretical support for the rapid development of seed treatment technology in China Keywords Seed Pelleting Process technology Quality criterion Stress resistance 种子品质在很大程度上决定着作物产量 优质 种子可以使作物产量增加15 20 1 从种子萌发 到幼苗建植是作物生产周期中最为脆弱的生育阶段 幼苗建植不仅取决于种子活力 还取决于环境条件 2 种子处理技术可以通过生物 物理 化学处理技术 和添加生物制剂等改变种子物理性状 增强种子活 力 实现出苗整齐和作物增产 3 种子丸粒化 seed pelleting 是种子包衣的一种特 殊形式 指通过丸粒化机械 利用各种丸粒化材料使 重量较轻或表面不规则的种子具有一定强度 形状 和重量 从而达到小种子大粒化 轻种子重粒化 不规则种子规则化的效果 4 完成丸粒化的种子通 常为球形 不再能区分种子的初始形状 而是以粒径 区分大小 5 种子丸粒化不仅可以增加种子流动性 以便于机械化播种 6 还可以保护种子 提高其抗逆 性 丸粒化剂中的杀虫剂可避免种子被地下害虫啃 食 7 外层警戒色可显著减少种子被鸟类采食的几率 8 丸粒化剂中的营养元素可促进幼苗生长 9 11 生长调 节物质可提高逆境下幼苗存活率 12 13 如在高寒地 区 早期播种可能会使种子经历倒春寒而建植失败 延迟播种虽可避免冻害但会缩短生育期 通过特殊 的种衣剂进行丸粒化 可缩短种子发芽时间 弥补延 迟播种的负面效应 有效解决高寒地区播种问题 14 种子丸粒化作为提高种子商用价值的重要手段 其物料及配方被种子公司和相关技术服务企业视为 商业机密 5 在我国 种子丸粒化企业或公司基本 没有对丸粒化制剂成分进行公开分享 在科学研究 中 也有部分论文未明确给出丸粒化的物料及其配 比 其给出的物料成分也以常见的粘合剂 填充剂 生长调节剂和营养元素为主 15 18 我国商业领域主 要集中于种子包衣设备的研发 种子丸粒化剂成品 和丸粒化服务的宣传 学术领域则更多关注丸粒化 材料中活性成分的效果检验 5 种业透明度的缺乏 产业与学术关注重点的错位导致丸粒化效果的真实 性验证不足 阻碍了种子丸粒化技术的改良和发展 本文基于大量前人研究结果 简述种子丸粒化 技术的发展过程 论述种子丸粒化的作用原理 工 艺流程和质量检验标准 描述了丸粒化在不同作物 种子的应用并明确其研究重点和难点 最后在此基 础上提出未来的研究展望 以期为促进我国种子丸 粒化产学研相结合 提升种子处理技术提供理论 参考 1 种子丸粒化技术的发展过程 种子丸粒化技术的研究起源于美国 后传至英 国 日本等国家 20世纪40年代 美国将丸粒化包 衣技术应用于蔬菜和花卉种子上 以提高其播种性 能 随着对精准播种要求的逐渐提高 单粒化和高品 质种子的需求扩大了丸粒化的应用市场 20世纪 80年代 美国洋葱 Allium cepa L 芹菜 Apium gra veolens L 等小粒蔬菜种子 西北欧的甜菜 Beta vul garis L 种子 英国的生菜 Lactuca sativa var ramosa Hort 种子 番茄 Solanum lycopersicum L 种子已 基本达到了丸粒化的生产标准 20世纪90年代 荷 兰花卉种子的丸粒化率达到100 19 至今 丸粒化 技 术 在 发 达 国 家 已 普 遍 应 用 20 现 阶 段 日 耳 曼 Germains Seed Technology 和 盈 可 泰 Incotec 是 种 子包衣领域的主要引领者 5 侧重于可生物降解物料 的研发 生产无微塑料的种子包衣产品 我国种子丸粒化技术起步较晚 从20世纪80年 代至今 丸粒化技术持续受到我国学者的关注 21 22 附 图1 见 官 网此 文 的 资 源 附 件 1980 1989年是种子丸粒化的引入阶段 丸 粒化技术于1980年引入我国 以应对牧草补播不易 入土的问题 从仿制起步 摸索通过丸衣化来接种 根瘤菌的基本技巧 中国农业科学院土壤与肥料研 究所开展了牧草种子丸衣化接种根瘤菌技术的研究 并成功应用 提高了豆科牧草飞播成效 20世纪80 年代末 江苏省烟草研究所联合南京烟草科学研究 所等相关科研单位开始了烟草 Nicotiana tabacum L 种子丸粒化研究 23 24 1990 1999年为种子丸粒化技术的起步阶段 研究论文数量明显增加 种子丸粒化相关专利的申 请开始出现 研究对象扩展至甜菜 油菜 Brassica 606 中国生态农业学 报 中英文 2024 第 32 卷 campestris L 芝麻 Sesamum indicum L 等高值经 济作物 附图2 见官网此文的 资 源附件 烟草种子的丸粒化研究率先取得突破性 进展 经过多代更新 丸粒化种子的单籽率 有籽率 裂解度等质量指标均已达到国外先进水平 23 24 并形 成了配套的丸粒化种子育苗技术 25 安徽农业大学 安徽省六安地区种子公司等单位研发的油菜丸粒化 种子开始工厂化生产 26 该阶段种子丸粒化研究重 点由解决播种问题转向提高作物抗逆性 2000 2009年为种子丸粒化技术的发展阶段 论文发表和专利申请数量显著增加 相关研究的广 度和深度不断拓展 表现为作物种类持续增多 包括 玉米 Zea mays L 种子 水稻 Oryza sativa L 种子 青 菜 Brassica rapa var chinensis L Kitam 种 子 中华羊茅 Festuca sinensis Keng ex E B Alexeev 种 子 沙拐枣 Calligonum mongolicum Turcz 种子等 该阶段丸粒化与种子引发技术的结合成为研究的 热点 侧重丸粒化工艺的细化 如引发条件 烘干时 间 烘干温度 贮藏条件等对种子萌发和幼苗生长 的影响 2010 2019年为种子丸粒化技术的爆发阶段 专利申请量大幅提升 随着丸粒化效果的显现 药 用植物和用于防风固沙的木本植物种子也逐渐引用 丸粒化技术 包括党参 Codonopsis pilosula Franch Nannf 桔梗 Platycodon grandiflorus Jacq A DC 防 风 Saposhnikovia divaricata Turz Schischlk 黄 芩 Astragalus henryi Oliv 花棒 Hedgsarum scopar ium Fish Et Mey 和 锦 鸡 儿 Caragana spp 等 附 图2 见官网此文的 资源附件 该阶段的研究主要以利用丸粒化技术促进逆境下种 子萌发和幼苗生长为主 如在丸衣剂中添加保水剂 来 吸 收 土 壤 水 分 供 干 旱 环 境 中 青 海 冷 地 早 熟 禾 Poa crymophila Keng cv Qinghai 和青海中华羊茅 Festuca sinensis Keng ex E B Alexeev cv Qinghai 幼苗生长 27 在丸粒化包衣中添加氟啶虫胺腈 以带 药入土的方式显著提高黄曲条跳甲 Phyllotreta stri olata Fabricius 的防控效果 28 筛选新丸粒化物料 谷胱甘肽有效缓解苜蓿 Medicago sativa L 种子的 盐胁迫效应 29 另外也有研究利用丸粒化种子裂解 条件来调控种子发芽时间 使植物可躲避干旱和寒 冷胁迫 2020 2023年发表论文和专利申请量达到新高 度 种子丸粒化研究仍是种子加工领域的热点之一 预计在国内仍将保持快速发展的状态 2 种子丸粒化的作用原理与方法 2 1 种子丸粒化作用原理 种子丸粒化通过调节外部微环境改变种子内部 生理生化活动 种子萌发的过程分为吸胀 萌动和 发芽3个阶段 种子吸水后种皮膨胀软化 使氧气透 过种皮进入内部 种子开始呼吸作用和能量代谢 随 后种胚生长与合成 30 丸粒化物料具有结构疏松 吸附性强的特性 可搭载活性物质 同时丸粒化外衣 可借助毛细管作用吸水膨胀并产生裂缝 使活性物 质通过裂缝向内参与种子生理活动 向外接触微域 土壤防治病虫害 31 丸粒化外衣在种子周围形成 蓄 水球囊 对土壤墒情变化起缓冲作用 协调保湿性 与透气性之间的矛盾 在土壤含水量低时 丸粒化 外壳吸收周围土壤水分供种子吸胀萌发 在土壤含 水量高时 丸粒化外壳发挥高吸水性能 避免种子因 吸 水 过 快 而 发 生 膜 系 统 损 伤 和 呼 吸 代 谢 功 能 异 常 32 33 丸粒化外衣还在种子周围形成 微型肥库 其中含有的生长调节物质可使种子内可溶性糖含量 丙二醛含量明显增加 提前启动其抗逆机制 缓慢释 放的营养元素起到促根壮苗的作用 其在烟草的应 用表明 丸粒化使竖叶期烟苗侧根数增加9 15 单 株 地 上 部 和 地 下 部 干 重 分 别 提 高12 20 和 32 38 23 丸粒化外衣中添加的杀菌剂 杀虫剂 在种子周围形成 保护罩 不仅可直接对土壤中病菌 和害虫进行防治 还可通过根系的吸收传达至地上 部分 继续防止病害的侵袭 2 2 种子丸粒化工艺流程 种子丸粒化过程一般包括精选 丸化 筛选 着色 干燥5个步骤 即将精选后的种子放入设定 好参数的丸粒化机器 先利用杀菌剂 生长调节剂 或粘合剂等液相物料润湿种子表面 然后按顺序加 入不同功能固态物料或直接加入预先混匀的固态物 料 使种子表面均匀包裹上丸粒化剂 在此过程中 可用筛选设备筛选丸粒化种子2 3次 统一丸粒化 粒径至设定尺寸 丸化成型种子继续抛光后 对不 同作物 品种的种子着染不同颜色 最后将种子放置 于温湿度可控的热空气干燥机 快速风干至规定的 含水量 其中需重点关注但往往容易忽视的是种子 丸粒化之前的精选 未精选的种子可能包含瘪粒 碎粒 茎秆 土粒等杂质 直接用于丸粒化会降低 成品质量 特别是在精量播种条件下 容易造成出苗 断垄问题 从而导致减产 丸化是整个流程的核心 常见的方式为滚动造 粒法和流动造粒法 滚动造粒法的基本原理是利用 第 4 期 谢 锦等 我国种子丸粒化研究现状及展望 607 种子表面特征与设备内表面的附着性能 使种子在 设备内呈滚动状态 并按顺序逐步加入液态和固态 物料 在种子表面形成外壳 34 流动造粒法则是利用 气流使种子在设备内呈悬浮翻滚状态 同时按顺序 施加液态和固态物料 最终使得漂浮翻滚的种子表 面形成均匀衣壳 34 2 3 种子丸粒化质量标准 丸粒化种子的质量指标是衡量丸粒化工艺和配 方优劣的依据 但我国尚无统一的种子丸粒化质量 标准 现行的标准和规程包括经济作物类 GB T 21138 2019 烟草种子 35 YC T 368 2010 烟 草种子 催芽包衣丸化种子生产技术规程 36 蔬菜 花卉类 DB65 T 3031 2009 番茄包衣丸化种子 37 DB32 T 4589 2023 蔬菜小粒种子丸粒化包衣技 术规程 38 蔬菜种子丸粒化包衣技术规程 39 大田作物类 DB14 T 2742 2023 高粱种子丸粒化 生产技术规程 40 林木种子类 DB15 T 1492 2018 丸粒化林木种子质量检验规程 41 DB13 T 1768 2023 林木种子丸粒化包衣技术规程 42 王 海鸥等 43 提出丸粒化种子质量的一般要求为 1 丸 粒近球形 形状规整 大小适中 表面光滑 2 单粒抗 压 强 度 150 g 3 单 籽 率 90 4 有 籽 率 95 5 种 子 含 水 量 8 6 裂 解 度 98 7 整 齐 度 98 8 不改变农艺性状 9 在种子加工与应用过程 中 对农药 激素等添加剂的使用 要按照国际安全 卫生环保标准 严格控制残留量 不同作物种子的丸粒化质量指标和定量要求略 有异同 较为公认的指标为单粒抗压强度 有籽率 含水率 整齐度和发芽率 单籽率 丸粒化倍数等 指标则非所有丸粒化种子的统一度量指标 烟草 蔬菜等需精量播种的作物 要求丸粒化种子单籽率 达90 而林木种子对单籽率要求较低 不同作物 种子的含水率差异较大 林木丸粒化种子含水率的 变化范围最大 12 烟草丸粒化种子的含水率需 低于2 因此丸粒化种子质量指标和要求的确定 还需根据作物种类和应用环境细化 丸粒化种子质量指标的统一测定方法更为缺乏 如种子发芽率 含水量的测定往往依据已有国家标 准或地方标准中裸种的检测方法 但测定时的温度 烘干时间等条件并不一致 崩解率的测定方法同样 各异 DB15 T 1492 2018 丸粒化林木种子质量 检验规程 41 中将崩解率定义为 取丸粒100粒置 于充分湿润的滤纸上 统计10 min内丸粒表面开裂 松散 膨胀或脱落的粒数 DB32 T 4589 2023 蔬菜小粒种子丸粒化包衣技术规程 38 则将崩解率 定义为将 100粒丸粒化种子置于湿润滤纸上 观察 3 min内崩解粒数 DB65 T 3031 2009 番茄包衣 丸化种子 37 中观测裂解度的时间则为5 min 丸粒 化种子质量的另一衡定维度是丸粒化种子抗逆性是 否优于裸种 15 目前对丸粒化种子的抗逆性更多集 中于科研论文中 尚未形成统一的判断标准 3 种子丸粒化的应用进展 3 1 蔬菜和花卉种子丸粒化技术研究 蔬菜和花卉种子丸粒化需解决的首要问题是 针对种子自身特点研发改善播种性能的配方和工 艺 44 46 蔬菜和花卉通常栽培于现代园艺设施 47 设施园艺内相对可控的温度 湿度 光照 土壤等 环境条件使蔬菜和花卉种子萌发在一定程度上摆脱 了胁迫的限制 48 近年来 随着精量播种技术和工厂 化育苗技术的广泛应用 对适合机械化精量播种的 蔬菜和花卉种子需求不断增大 49 50 但蔬菜和花卉 裸种具有体积小 质量轻 形状特殊的特点 51 53 如 白菜 Brassica rapa var glabra Regel 种子呈球形 直 径1 1 5 mm 单粒重约3 mg 番茄种子不仅粒径小 直径2 3 mm 且形状不规则 呈扁平的肾形 小雏 菊 Bellium minutum L 种子则呈倒卵形 相对扁平 单粒重仅0 2 mg 为降低精量播种的难度 不同形态 特征的种子通常被丸化成球体或椭球体 54 在丸粒 化工艺方面 为降低粉尘脱落率 提高抗压强度 需 调增粘合性物料的配比 但过多的粘合剂容易导致 丸粒化外壳过硬 裂解性能变差 使得小粒种子难 以突破硬壳 进而限制种子萌发出芽 过大的丸粒化 倍 数 也 会 因 丸 粒 化 外 壳 过 厚 使 种 子 无 法 顶 土 出 苗 55 近期较多研究关注新型的丸粒化物料和工艺 探寻丸粒化种子播种性能和萌发特征的平衡点 协 调裂解速度和抗压强度的权衡关系 在新型包衣物 料方面 用质量占比20 的白黏土为粘合剂对结球 甘蓝 Brassica oleracea L var capitate L 种子进行丸 粒化处理 既能提高种子流动性 满足机械精量播种 的要求 又不会对种子萌发造成不良影响 56 在丸粒 化工艺方面 Sikhao等 57 以生菜和番茄种子作为模 式作物种子 探究一丸多粒种子和一丸多种种子的 丸粒化方式对幼苗生长的影响 消除连作障碍是蔬菜和花卉种子丸粒化研究需 解决的另一重要问题 设施园艺环境条件在适宜植 物生长同时 也适宜病菌等微生物繁殖和害虫生长 58 为短期内充分发挥设施园艺效能 种植者通常频繁 608 中国生态农业学 报 中英文 2024 第 32 卷 连作蔬菜 瓜果 导致土壤养分比例失调等连作障 碍 59 改变原有的用药和施肥方式 将杀菌剂 杀虫 剂 微量元素肥 微生物制剂混配成丸粒化包衣剂 可有效保护种子免受蝼蛄 Gryllotalpa spp 等土壤 害虫啃食 防止幼苗感染土传病害 并且为幼苗提供 均衡的营养 60 已有研究报道 将抗菌剂农用链霉素 和生长调节剂烯效唑按比例混配成丸粒化剂后 可 有效减少花椰菜 Brassica oleracea var botrytis L 黑 腐病的发生并促进幼苗生长 61 也有研究表明将杀 虫剂进行丸粒化处理后可减少黄曲条跳甲对青翠菜 心 Brassica campestris L 幼苗的危害 62 但有关丸 粒化包衣剂中杀虫剂 杀菌剂效果的研究仍较少 两者如何合理配比 以何种添加方式应用于丸粒化 处理 是否具有减少药量高效防护的效果等问题仍 需广泛研究 3 2 粮食和经济作物种子丸粒化技术研究 粮食作物和经济作物通常在集中连片的农田种 植 主要利用自然光照 温度和土壤资源 在一定程 度受到环境因子的限制 为防治病虫和增加养分供 应 实现良种标准化 玉米 小麦 Triticum aestivum L 等主要粮食作物多进行种子包衣处理 为减少育秧 移秧 插秧等工序 实现大田水直播 水稻种子多进 行丸粒化处理 63 因为水稻种植环境的特殊性 丸粒 化剂既需要锁住有效成分 避免遇水溶失 又要保证 透水透气性 目前对水稻丸粒化的研究集中于丸粒 化剂的研发和丸粒化种子直播方法的尝试 64 李锦 江等 63 自行研制的丸化型种衣剂 WHW 23 提高了 水稻根系和叶片的脯氨酸 过氧化物酶 过氧化氢 酶 超氧化物歧化酶活性 其秧苗综合素质优于进 口种衣剂处理的种子 对经济作物的丸粒化研究以烟草 油菜 棉花 Gossypium hirsutum L 为主 23 我国对烟草 油菜 等小粒种子作物的丸粒化研究涉及物料筛选 丸粒 化工艺 种子贮藏和直播应用效果等方面 且已取 得可喜突破 解决了种子体积小 出苗率低 幼苗长 势弱而且易受地下害虫危害的问题 目前丸粒化烟 草种子在全国的应用率已达90 65 66 近年来 对烟 草和油菜的研究重点在于研发具有良好抗逆效果的 丸粒化种子 因极端天气频发 烟草或油菜等面临 干旱或水淹 苗期干旱严重影响种子萌发 而土壤饱 含水分又会造成低氧胁迫 导致发芽时间长 出苗 率低 出苗整齐度差等问题 水杨酸 SA 是植物抗 逆反应的一种信号分子 可激活植物抗逆机制 以装 载SA的高吸水树脂粉末作为丸粒化剂成分 可提高 丸粒化烟草种子的抗旱性 66 纳米材料TiO2具有特 殊的空间构象和微观电磁性能 应用纳米TiO2丸粒 化烟草种子 可催化叶绿素和类胡萝卜素的合成 进 而促进低温环境下幼苗生长 67 3 3 药用作物种子丸粒化技术研究 在我国 中药材种植品种和种植面积不断增加 中药材种子的需求量也持续增长 68 对中药材小粒 种子进行丸粒化是节本增效的有效方法 与蔬菜和 花卉种子类似 部分中药材种子的体积和质量较小 形状不规则 传统种植方式不仅浪费种子 人工间 苗成本高 还常出现幼苗质量参差不齐的问题 特殊 之处在于 药材种子价格昂贵 更进一步增加了栽培 的成本 69 如防风种子粒小 不易播种 而且春播后 出苗慢 出苗时间持续40 50 d 51 52 针对这一问题 范文艳等 70 用自主研制的复合型丸粒剂对防风种子 进行丸粒化 结果表明 丸粒化种子的活力 过氧化 氢酶和过氧化物酶活性显著提高 发芽集中度是裸 种的1 39倍 该结果证明种子丸粒化在中药材生产 中表现出明显优势 近年来 我国学者主要致力于研发中药材专用丸 粒化剂来提高种子萌发性能 71 73 姚东伟等 74 发现 自制丸粒化配方对矮牵牛 Petunia hybrida Vilm 种 子发芽和出苗无负面影响 但同时指出配方需改进 吸水和裂解性能 对桔梗种子的研究表明 单独使 用一种填充剂时 海藻土处理的种子活力最高 但种 子硬度和裂解性较差 75 与其他填充剂混合施用 例 如硅藻土 活性炭 4 1时 丸粒化后的桔梗种子表 现出较佳的出苗率和幼苗素质 71 在中药材品质和 发病率方面 陈英等 76 利用不同丸粒化配方对黄芩 种子进行处理 发现丸粒化对种子出苗和产量无明显 影响 但黄芩品质和发病率在不同配方之间差异显著 如何通过丸粒化处理促进特定环境下药用作物 种子萌发 同时维持其药用成分含量是另一个重要 研究方向 中药材讲求道地性 需要在特定地域内 生产 才能保证其独特药效 因此 药用作物对环境 的依赖性强于常规大田作物 77 药用作物的有效成 分大多为次生代谢物质 是植物抵抗逆境胁迫时生 成的产物 78 次生代谢产物的积累与植株生长环境 需求之间的矛盾是药用作物种植的难题 已有研究 针对药用作物种子萌发出苗期易遭受干旱和寒冷胁 迫等问题开展丸粒化试验 通过在种子外层包裹吸 水性强的物料 将土壤中的水分聚集在种子周围 改 变种子微环境 提高成苗率 78 丸粒化后党参种子的 萌发相对滞后 发芽势及发芽率均降低 但幼苗长势 第 4 期 谢 锦等 我国种子丸粒化研究现状及展望 609 健壮 幼苗中可溶性糖 可溶性蛋白质及丙二醛含量 较高 提高了植株的抗逆性 72 总之现有研究很少涉 及丸粒化对药用作物中次生代谢物质积累的影响 3 4 牧草和绿肥种子丸粒化技术研究 基于我国基本国情 牧草和绿肥作物多种植于 边际土地 边际土地一般存在水热资源缺乏 盐碱 度高 养分贫瘠等各种障碍 79 导致牧草种子在萌发 期 长不出 在苗期 长不好 80 种子丸粒化在牧草 生产中的作用主要包括解决种子播种难题 缓解或 解除环境胁迫 牧草种子丸粒化的研究对象多为苜 蓿 三叶草 Trifolium repens L 等种子呈近圆形的 豆科牧草 81 82 及垂穗披碱草 Elymus nutans Griseb 青海冷地早熟禾和青海中华羊茅等种子呈梭形且带 芒的禾本科牧草 83 84 研究目的主要为筛选提高种 子适播性和萌发能力的填充剂 生长调节剂 目前 的研究已实现丸粒化牧草种子满足精量播种要求 使其易于固着在土壤中 而且萌发表现良好 84 在利用丸粒化技术缓解牧草和绿肥的环境胁迫 方面的研究仍较少 已有研究多集中于丸粒化种子 抗旱性能的提升 李积兰等 27 检验了牧草种子经包 衣处理后是否具有抗旱性 结果表明加有保水剂的 丸粒种子抗旱性优于裸种 而裸种抗旱性强于未加 保水剂的丸粒种子 王建光等 84 研究了吸水剂丸粒 化对苜蓿和老芒麦 Elymus sibiricus L 种子抗旱性 的影响 发现土壤含水量较低或较高时 用吸水剂丸 粒化均不见效 在丸粒化实际应用中 应考虑牧草 种子萌发需水情况和环境水分阈值 近期 利用草种丸粒化技术对生态遭破坏的区 域进行植被恢复成为备受关注的探索方向 85 87 由 于气候变化和人为活动 我国90 左右的天然草原 处于不同程度的退化状态 88 马源等 18 专门对生态 恢复领域草种丸粒化研究进行综述 论述了该领域 种子丸粒化配方中物料的组成和技术要点 干旱缺 水 养分贫瘠导致种子萌发困难 幼苗成活率低是 制约生态修复的重要因素 Liu等 89 研究了绿肥作 物多花黑麦草 Lolium multiflorum Lamk 和紫云英 Astragalus sinicus L 的丸粒化种子在青藏高原退化 草地的萌发和生长情况 结果证明用吸湿的营养性 物料覆盖种子 并接种特定微生物来缓慢分解丸粒 化外衣 是很有前景的恢复退化草场的方法 3 5 林木种子丸粒化技术研究 油松 Pinus tabuliformis Carri re 侧柏 Platyc ladus orientalis L Franco 柠条 Caragana korshin skii Kom 是防风固沙的重要植物 在干旱半干旱区 飞播造林中应用广泛 研究表明林木种子丸粒化克 服了飞播造林中种子漂动位移的弊端 筛选了较为 理想的林木种子丸粒化材料 90 94 张金香等 90 发现 2种混配物料对油松种子丸粒化效果最好 分别为膨 润土原矿石粉与2 桃胶混配 膨润土与滑石粉 1 1混配 林艳等 91 筛选适合林木种子的丸粒化黏 着剂 结果表明桃胶粉是理想的林木种子粘合剂 杨 丽芳等 92 以柠条种子为研究对象 筛选出最优丸粒 化配方 提高播种精准度 目前已有的丸粒化技术尚不能克服降雨量不足 导致的种子成活率低的问题 干旱半干旱区较低的 降水量可使种子发芽 但不足以支撑幼苗存活 造成 闪苗 现象 通过研发配方和工艺 控制丸粒化种子 崩解时间 提高种子萌发的水分阈值是有效途径 陶启威等 93 探究了柠条丸粒化种子吸水及崩解特性 发现在土壤干旱时 羧甲基纤维素钠浓度为1 25 丸粒化倍数为7 丸粒化材料配方为黏土 滑石粉 高岭土 3 3 5 3 5和黏土 滑石粉 4 6可延长丸 粒化种子的崩解时间 93 武志博等 94 在确定飞播沙 拐枣成苗所需降雨量基础上 完善丸粒化工艺 调 整丸粒化配方的方法 实现丸粒化沙拐枣种子裂解 时间的控制 4 种子丸粒化的发展趋势 4 1 种子丸粒化基础理论研究 结合分子生态学 分子遗传学基本原理 利用 基因组学 代谢组学研究明确种子组织协调控制休 眠和萌发的机理 揭示种子萌发的信号途径 寻找关 键信号分子 进一步加强种子萌发对逆境响应的生 理生化机制 明确信号分子在提升作物抗逆能力中 的作用 为研发靶向性丸粒化功能添加剂 高效提升 丸粒化种子抗逆能力提供理论基础 在此基础上 加强材料学 生态学 生物学和农学的跨学科研究 开展丸粒化种子萌发的环境阈值研究 为研发特异 型物料和工艺提供理论参考 4 2 种子丸粒化专用型材料和特异型工艺的研发 物料是影响丸粒化效果的重要因素 目前 虽 然种子丸粒化材料的种类已经越来越多 但是不同 类型和形状的种子所需的专用型丸粒化材料较少 如 禾 本 科 的 羊 草 Leymus chinensis Trin ex Bunge Tzvelev 种子质量轻且表皮粗糙 常用的丸粒化物料 容易粘连 形成多粒丸或者无籽丸 降低丸粒化草种 的质量 苜蓿种子体积小且表皮光滑 不易粘附物料 导致丸粒化外衣脱落 中药材种子丸粒化还要求不 610 中国生态农业学 报 中英文 2024 第 32 卷 影响药用成分的含量 因此需要针对不同种子的生 物学特性 研发专用型材料 特异型丸粒化工艺对提高丸粒化效果具有决定 性作用 以干旱胁迫为例 短期干旱下丸粒化可促 进种子萌发 但是长期干旱下 萌发的幼苗仍会缺水 枯死 以盐碱胁迫为例 丸粒化外壳可将种子与盐碱 环境相隔离 使种子具有一定抵抗能力后再接触盐 碱环境 因此 以提高抗旱能力为目的进行丸粒化 可调节种子萌发时间 使其能躲避干旱逆境 最终成 功建植 以提高抗盐碱胁迫能力为目的进行丸粒化 处理 可提前启动其抗逆机制 使幼苗能忍耐盐碱胁 迫 基于此 还需结合种子萌发机理 加强抗寒 抗 旱 抗涝 抗盐碱的特异型丸粒化工艺的研发 形 成不同区域和目的多样性的丸粒化工艺 4 3 种子丸粒化质量标准的建立 种子丸粒化有多种优势 但我国丸粒化种子的 质量和效果发挥并不稳定 同时市场对种子丸粒化 产品和技术的宣传具有夸大的嫌疑 导致消费者对 国产丸粒化种子信心不足 主要在于国内对丸粒化 种子管理不健全 加工生产不规范 检验标准无依据 应提升国内种子丸粒化加工质量标准 完善并规范 丸粒化种子检测方法 细化特定作物和应用环境的 丸粒化要求 提高丸粒化产品质量 4 4 种子丸粒化对环境的影响评估 种子丸粒化的作用不仅体现在种子自身质量的 提升 还会对生态环境产生影响 种子丸衣中的填 充物料 营养成分和微生物制剂可间接改善土壤理 化性质 在阿拉善左旗腾格里沙漠应用飞播丸粒化 技术后 丸粒化种子播区植物覆盖度明显提升 土壤 有机质和微生物多样性显著增加 95 种子丸粒化的 关键成分是粘合剂 但是大多粘合剂被认为含有微 塑料 丸粒化剂中的微塑料不仅直接进入植物体内 还会随播种进入土壤