温控缓释抗寒型种衣剂及抗寒剂制备方法

摘要

本发明提供一种温控缓释抗寒型种衣剂，由温控缓释抗寒剂和包衣辅料组成，所述的温控缓释抗寒剂由温控缓释材料和水杨酸组成，所述的温控缓释材料为N-异丙基丙烯酰胺与甲基丙烯酸丁酯的无规共聚物，所述的抗寒剂与包衣辅料的质量比为0.0015～0.03:1。本发明还提供了温控缓释抗寒剂的制备方法。本发明提供的温控缓释抗寒型种衣剂能够发挥温控缓释材料的温控作用，使其控制抗寒剂在特定的温度下释放，以保证抗寒剂的有效作用充分发挥，同时也可节约成本，减少环境污染。

权利要求

1.一种温控缓释抗寒型种衣剂，其特征在于，由温控缓释抗寒剂和包衣辅料组成，所述的温控缓释抗寒剂由温控缓释材料和水杨酸组成，所述的温控缓释材料为N-异丙基丙烯酰胺与甲基丙烯酸丁酯的无规共聚物，且它们的质量比为500:81，所述的温控缓释抗寒剂与包衣辅料的质量比为0.0015～0.03:1。

2.如权利要求1所述的温控缓释抗寒型种衣剂，其特征在于，所述的温控缓释抗寒剂中水杨酸与缓释材料的质量比为1:2。

3.如权利要求1所述的温控缓释抗寒型种衣剂，其特征在于，所述的包衣辅料包括滑石粉和膨润土，其配比为60%～80%的滑石粉和20%～40%的膨润土。

4.如权利要求1-3任意一项所述的温控缓释抗寒型种衣剂，其特征在于，所述的温控缓释抗寒剂与包衣辅料的质量比优选为0.03:1。

说明书

温控缓释抗寒型种衣剂及抗寒剂制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及农业种子处理及包衣技术，具体涉及一种能够提高抗寒能力的温控缓释种衣剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 早春低温逆境对全世界作物生产都会带来危害，烟草在早春播种时也常会遇到低温逆境，引起种子出苗率降低、出苗迟缓、幼苗生长差，甚至使种子完全失去发芽力，造成严重的经济损失。20世纪60年代美国、巴西、日本等国开始对烟草种子丸粒化包衣技术研究，目前，已形成了一整套完善的烟草种子繁育、丸化、包装、推广、销售体系。我国从上世纪90年代初开始推广烟草包衣丸化种子，目前在全国的推广率已经达到90％左右，在烟叶生产中取到了明显的效果。

[0003] 目前，烟草种子包衣剂有效活性成分主要靠扩散机制释放，丸化种子播种后遇水破裂，其活性成分与种子及临近土壤接触，靠扩散机制缓慢而自由地释放。如中国专利“烟草包衣种子及其制备方法”，专利申请号：200410022264.3；专利“烤烟种子包衣剂配方”，专利申请号：93103717.4；专利“一种缩短烟草丸化种子发芽时间及提高抗寒性的方法”，专利申请号：200810058970.1；专利“一种烟草生物型包衣丸化种子的生产方法”，专利申请号：03135484.X。上述专利无一例外的都采用活性成分自然释放的模式，该模式不仅容易造成种衣剂有效成分的大量流失，而且活性成分有效作用时间过短。

[0004] 由于作物对寒害的耐受性有一个温度临界点，如当温度低于11～13oC时，烟草种子的发芽会受到抑制。因此，如果在种衣剂中采用温控缓释材料来控制抗寒剂的释放，可以最大限度地发挥抗寒剂的作用。

发明内容

[0005] 本发明的目的是在于克服现有的种衣剂自然释放活性成分而活性成分并未完全起到应有的作用的缺点，提供一种温控缓释抗寒型种衣剂，该种衣剂能够最大限度地发挥温控缓释材料的温控作用，使温控缓释材料控制抗寒剂在特定的温度下释放，保证抗寒剂的有效作用充分发挥。本发明提供的技术方案如下所述。

[0006] 一种温控缓释抗寒型种衣剂，由温控缓释抗寒剂和包衣辅料组成，所述的温控缓释抗寒剂由温控缓释材料和水杨酸（SA）组成，所述的温控缓释材料为N-异丙基丙烯酰胺与甲基丙烯酸丁酯的无规共聚物（PNIPAm-co-BMA），所述的抗寒剂与包衣辅料的质量比为0.0015～0.03：1。

[0007] 其中，所述的温控缓释抗寒剂中水杨酸与温控缓释材料的质量比为1:2。

[0008] 其中，所述的温控缓释抗寒剂与包衣辅料的质量比优选为0.03：1。

[0009] 其中，所述的包衣辅料包括滑石粉和膨润土，其配比为60%-80%的滑石粉和20%-40%的膨润土。

[0010] 其中，所述的温控缓释抗寒剂的制备方法包括如下步骤：

[0011] 取N-异丙基丙烯酰胺与甲基丙烯酸丁酯的无规共聚物（PNIPAm-co-BMA）固体颗粒，浸泡在2g/L 水杨酸水溶液中3～5 d至溶胀平衡，将溶胀后的N-异丙基丙烯酰胺与甲基丙烯酸丁酯的无规共聚物颗粒在真空干燥器中于40～50℃真空干燥3～5 d后得包裹了水杨酸的N-异丙基丙烯酰胺与甲基丙烯酸丁酯的无规共聚物固体颗粒，将包裹水杨酸的N-异丙基丙烯酰胺与甲基丙烯酸丁酯的无规共聚物固体颗粒粉碎、过100目筛孔得到抗寒剂固体粉末。

[0012] 本发明提供的温控缓释抗寒型烟草种衣剂的温控缓释与传统的扩散释放具有截然不同的作用机理。传统的扩散释放模式中，抗寒型种衣剂从种子播种开始，不论温度高低其有效成份一直缓慢释放，直到有效作用成分完全丧失为止，一般在作物幼苗早期即失去功效。而利用温控缓释材料制备的温控缓释抗寒型烟草种衣剂则可以做到种衣剂有效成份只有在温度低于某临界值时才响应式释放，因而可以最大限度的地发挥抗寒功效。

[0013] 本发明将温控缓释材料PNIPAm-co-BMA引入到种子抗寒包衣中，通过这一材料在一定温度临界点的“开-关”效应，使得抗寒剂只在低于一定的温度临界值时才释放发挥作用，没有达到临界值时则不释放，做到抗寒剂的响应式释放，这将会大大提高种衣剂的抗寒作用效果，延长作用时间。同时，抗寒型烟草种衣剂可以使用更少的种衣剂有效成分来达到作物增产效果，使包衣成本降低，减少对环境的污染。另外，制备温控缓释抗寒剂的原材料价格适中，丸化1万粒烟草种子成本约为0.44元人民币，不会显著增加丸化种子成本，经济上用于烟草种子丸化具有可行性。

附图说明

[0014] 图1是温控缓释抗寒剂在10℃和20℃交替变温条件下SA的释放速率。

具体实施方式

[0015] 下述实施例中，烟草品种“红花大金元”和“MS K326”的种子来自玉溪中烟种子有限责任公司。膨润土和滑石粉来自玉溪中烟种子有限责任公司，羧甲基纤维素购自杭州华东医药集团有限公司。包衣机的型号为BY300A，购自上海新诺仪器设备有限公司。

[0016] 实施例1 温控缓释材料的制备

[0017] 氮气保护下于100 ml广口瓶中依次加入45 ml 去离子水、5 g 聚N-异丙基丙烯酰胺晶体、0.81 g甲基丙烯酸丁酯单体、0.136 g交联剂N, N’-亚甲基双丙烯酰胺和0.125 g引发剂偶氮二异丁腈。广口瓶置于50℃恒温水浴锅中反应12h，从广口瓶中取出反应产物PNIPAm-co-BMA，取出反应产物用剪刀将其破碎，得到重量约0.1～0.5 g颗粒。将破碎后的颗粒先浸泡于去离子水中5 d，再取出浸泡于甲醇中5 d，以去除杂质。取出浸泡后的PNIPAm-co-BMA，在真空干燥器中于40～50℃真空干燥3～5 d后得PNIPAm-co-BMA固体颗粒。

[0018] 温控缓释材料制备时，根据甲基丙烯酸丁酯单体量的不同，其温度敏感点各异，当温度达到或低于其敏感温度时，高分子材料会发生形变膨胀，内部空隙加大，内部包裹物流出。以实施例1方法制备的温控缓释材料将在温度达到或低于15℃时发挥作用。

[0019] 实施例2 温控缓释抗寒剂的制备

[0020] 取4克实施例1制备的PNIPAm-co-BMA固体颗粒，浸泡在2g/L 水杨酸水溶液1.0L中4 d至溶胀平衡，将溶胀后的PNIPAm-co-BMA无规共聚物颗粒在真空干燥器中于40～50℃真空干燥4 d后得包裹了水杨酸的PNIPAm-co-BMA无规共聚物固体颗粒，将包裹水杨酸的PNIPAm-co-BMA无规共聚物固体颗粒粉碎、过100目筛孔得到抗寒剂固体粉末。其中水杨酸与缓释材料PNIPAm-co-BMA无规共聚物的质量比为1:2。

[0021] 根据图1所示，实施例2制备的温控缓释抗旱剂在10℃时，由于已低于其敏感温度点，因此其内部水杨酸的释放速率明显增大，而当温度为20℃时，水杨酸释放速率明显降低，且均维持在一个较低的水平。随着时间的延长，10℃下SA释放速率降低，但始终高于20℃。

[0022] 实施例3 烟草丸化种子的制备

[0023] 将装载SA的PNIPAm-co-BMA粉末与包衣辅料按质量比为0.0015: 1混合，包衣辅料由70g滑石粉和30g膨润土组成，得到温控缓释抗寒型烟草种衣剂。

[0024] 取烟草品种红花大金元种子2 g，将其倒入包衣机，喷雾清水湿润种子表面，加入0.1g温控缓释抗寒型烟草种衣剂，不断搅拌使之包裹于种子表面，重复上述步骤3～5次，形成微小丸粒状。然后每次加入0.4g-1g温控缓释抗寒型烟草种衣剂，喷雾粘合剂，不断搅拌，使丸粒状种子粒径逐渐增加到1.60 mm～1.80 mm。然后筛选、抛光、上色、干燥得到包衣完毕的种子。

[0025] 另取MS K326种子2 g，经过同样的包衣操作，得到MS K326丸化种子成品。

[0026] 所有丸化种子干燥后置于4 ℃冰箱保存备用。

[0027] 实施例4烟草丸化种子的制备

[0028] 重复实施例3的流程，唯一不同的是，在实施例3中将装载SA的PNIPAm-co-BMA粉末与包衣辅料质量比设为0.0075:1。

[0029] 实施例5烟草丸化种子的制备

[0030] 重复实施例3的流程，唯一不同的是，在实施例3中将装载SA的PNIPAm-co-BMA粉末与包衣辅料质量比设为0.03:1。

[0031] 实施例6烟草丸化种子发芽

[0032] 取实施例3-5所得烟草丸化种子进行种子发芽和幼苗生长试验，为了便于表示，实施例3所得烟草丸化种子简称为T1，实施例4所得烟草丸化种子简称为T2，实施例5所得烟草丸化种子简称为T3。同时，为了研究装载SA的PNIPAm-co-BMA相对于单独使用SA或PNIPAm-co-BMA的优势，又制备了7种丸化种子作为对照，分别以CK1，CK2，… CK7来表示，对照组种子的丸化方法同实施例3，所有处理的具体配方见表1。其中的包衣辅料由70%的滑石粉和30%的膨润土组成。

[0033] 表1　试验处理配方

[0034]处理 包衣辅料（g） SA（g） PNIPAm-co-BMA（g）
CK1 100 0 0
CK2 100 0 0.10
CK3 100 0 0.50
CK4 100 0 2
CK5 100 0.05 0
CK6 100 0.25 0
CK7 100 1 0
T1 100 0.05 0.10
T2 100 0.25 0.50
T3 100 1 2

[0035] 3个处理和7个对照种子的发芽条件为：采用纸上发芽，每处理100粒种子，4次重复。20～30℃变温发芽7d，然后转入11℃低温胁迫5d，最后 20～30℃ 恢复生长到16d，每天光照12小时。第16 d计算发芽率、发芽指数（GI）和平均发芽时间（MGT）。计算公式：GI= ∑（Gt/Dt），MGT=∑GtDt/∑Gt，式中：Gt为第t天的发芽种子数，Dt 为发芽日数。

[0036] 3个处理和7个对照幼苗的生长条件为：采用长期纸上发芽，每处理100粒种子，4次重复。20～30℃变温生长16d，然后转入11 ℃ 低温胁迫16d，最后 20～30℃变温恢复生长8d，每天光照12小时。第40d测定根长、全苗长、全苗鲜重和全苗干重。取生长40d的幼苗，用自来水冲洗后用滤纸吸干多余水分，用直尺测量其根和全苗的长度；用千分之一感量天平称量全苗鲜重，将幼苗在80 ℃下烘干24 h，测定幼苗总干重。

[0037] 由于当温度低于11～13℃时，烟草种子的发芽会受到抑制，因此实验采用的是低温11℃，这个温度既可以使种子发芽受抑制，又不会完全阻止种子的生长，使幼苗处于一种低温胁迫状态。而我们采用的温控缓释抗寒剂，其达到或低于15℃时就可以发挥作用，因此，实验中采用11℃低温是合理的。

[0038] 结果表明，本发明制备的丸化种子与常规丸化种子相比，可以显著提高红花大金元和MS K326在低温胁迫下的发芽率和发芽指数，缩短平均发芽时间（表2，表5）。其中T3效果最好，发芽率和发芽指数显著高于7个对照，而平均发芽时间低于7个对照。CK2、CK3、CK4与CK1相比，发芽率、发芽指数和平均发芽时间无显著差异。CK7与CK1相比发芽率与发芽指数显著降低，平均发芽时间变长。从幼苗根长、苗高以及幼苗干鲜重来看，T1 、T2和T3的效果整体优于7个对照（表3，表4，表6，表7）。其中，红花大金元T3的根长、幼苗干鲜重均显著高于其余9个处理（表3，表4）。而MS K326 T3的根长、幼苗干鲜重也显著高于其余9个处理，苗高显著高于除CK6和T2外的7个处理（表6，表7），表明T3为较佳的处理。

[0039] 表2 不同丸化处理对低温逆境下烟草品种红花大金元种子发芽影响[0040]处理 GP（%） GI MGT（d）
CK1 72.0d* 11.93de 7.12ab
CK2 73.2cd 12.15d 6.61bc
CK3 74.0cd 11.49e 7.56a
CK4 74.8cd 11.43e 6.89bc
CK5 75.5cd 12.34cd 6.70bc
CK6 88.4b 14.45b 6.73bc
CK7 46.5e 7.66f 7.69a
T1 77.4c 12.83c 6.78bc
T2 89.2ab 15.08a 6.55bc
T3 93.4a 14.90ab 6.45c

[0041] * 数据后的小写字母表示相同品种不同处理间的差异显著性（α=0.05，Lsd测验），下同。

[0042] 表3 不同丸化处理对低温逆境下烟草红花大金元幼苗根长和苗高的影响[0043]处理根长（mm） 苗高（mm）
CK1 9.75c 22.22d
CK2 9.68c 22.61cd
CK3 9.51c 22.72cd
CK4 9.74c 22.38d
CK5 9.89bc 23.36bc
CK6 10.38b 24.26ab
CK7 8.70d 20.52e
T1 10.01bc 22.71cd
T2 10.44b 24.44a
T3 11.04a 24.82a

[0044] 表4 不同丸化处理对低温逆境下烟草红花大金元幼苗鲜重和干重的影响[0045]处理鲜重（g/50plant） 干重（g/50plant）
CK1 0.815c 0.087d
CK2 0.818c 0.086d
CK3 0.819c 0.087d
CK4 0.836c 0.089d
CK5 0.831c 0.090cd
CK6 0.906b 0.096b
CK7 0.589d 0.064e
T1 0.899b 0.096b
T2 0.903b 0.095bc
T3 0.980a 0.103a

[0046] 表5 不同丸化处理对低温逆境下烟草MS K326种子发芽影响

[0047]处理 GP（%） GI MGT（d）
CK1 72.5ef 10.94de 7.57b
CK2 73.2ef 10.85e 7.51b
CK3 71.1f 11.65cd 7.46b
CK4 72.0ef 10.92de 7.74b
CK5 79.2cd 12.02bc 7.77b
CK6 82.2bc 12.27bc 7.96b
CK7 36.8g 4.72f 9.21a
T1 75.5de 11.81c 7.90b
T2 83.6b 12.7b 7.39bc
T3 91.9a 14.12a 6.80c

[0048] 表6 不同丸化处理对低温逆境下烟草MS K326幼苗根长和苗高的影响[0049]处理根长（mm） 苗高（mm）
CK1 7.21e 16.82c
CK2 7.27e 16.67c
CK3 6.95e 17.11bc
CK4 7.58de 17.23bc
CK5 7.93cd 17.61bc
CK6 8.55bc 20.48a
CK7 6.02f 15.29d
T1 7.97cd 18.06b
T2 9.04b 21.05a
T3 9.98a 21.52a

[0050] 表7 不同丸化处理对低温逆境下烟草MS K326幼苗鲜重和干重的影响[0051]处理鲜重（g/50plant） 干重（g/50plant）
CK1 0.755c 0.095c
CK2 0.752c 0.094c
CK3 0.754c 0.095c
CK4 0.789bc 0.099bc
CK5 0.765c 0.099bc
CK6 0.833b 0.104b
CK7 0.542d 0.071d
T1 0.809bc 0.104b
T2 0.831b 0.103b
T3 0.895a 0.111a

[0052] 由试验数据分析得知，PNIPAm-co-BMA对种子萌发无不良影响，属于较为绿色的高分子材料。而包衣粉剂中直接添加水杨酸，对低温胁迫下种子萌发和幼苗生长并无明显的促进作用，且当水杨酸浓度较高时，对种子发芽有不良影响。而当将水杨酸装载进入PNIPAm-co-BMA后对种子包衣，其对低温胁迫下的种子萌发和幼苗生长产生明显的促进作用，说明当温度达到11℃时，PNIPAm-co-BMA才会将其中的水杨酸释放出来，使水杨酸恰在低温时发挥其功能。若没有PNIPAm-co-BMA的感温控制，水杨酸提前在室温条件下就释放出来，若其低浓度时对种子抗寒力并无显著促进作用，若其浓度高时不仅不能发挥其抗寒功能，反而对种子发芽不利。