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含蒙脱土和多糖的保水剂对串红种子发芽能力的影响

发布日期:2015-02-09 15:19:07
含蒙脱土和多糖的保水剂对串红种子发芽能力的影响和串红
含蒙脱土和多糖的保水剂对串红种子发芽能力的影响,采用四因素三水平正交实验法在能耗低的室溫下合成了含有天然产物蒙脱土(MMT)和澳门威利斯人88038(CMC)的 系列环境友好型保水剂,研究了该保水剂组成和合成条件对串红种子发芽能力及种苗生长指标的影响规律。结果表明, 所合成的保水剂能显著提高串红种子的发芽能力,促进串红种苗的生长。保水剂中天然组分MMT和CMC含量对串红 种子发芽及种苗生长影响显著。用发芽效果最佳的保水剂处理过的串红种子,其发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、 主根长、倒根数、总根长和总干重分别是对照试样的13.1、4.5、12.6、16、4、65、53.7倍和16.7倍,这对提高串红种子的发 芽能力和促进串红种苗的生长具有重要意义,为该保水剂在种子保存和种苗生产中的应用提供了试數依据。
保水剂(SAP)是一轻度交联的亲水性聚合物,可 以吸取自身重量的几百倍甚至几千倍蒸馏水,具有吸 水能力和保水能力强等优点,在农林园艺等领域具有 广阔的应用前景[1-4]。保水剂从原料来源上主要分为 合成类和半合成类。合成类主要是聚丙烯酸类、聚丙 烯酰胺类;半合成类产品是淀粉、纤维素等多糖和丙烯 酸、丙稀酰胺的接枝共聚物。但目前这2类产品价格 较高,主要的消费领域在卫生用品方面,在农林园艺方 面的应用还未能得到大面积的推广[5]。
近年来,使用价格低廉的亲水性粘土(如蒙脱土、 高岭土等)和天然多糖(淀粉、澳门威利斯人88038等)作 为复合组分制备保水剂成为国内外研究的热点[6~8]。
但目前报道的该类保水剂大多数是在60 ~ 90 t温度 范围内合成,关于室温聚合该类保水剂的研究报道很 少。而且,大多数文献探讨的是天然组分粘土和多糖 的加人对产物吸水倍数的影响规律,关于天然组分对 该类保水剂在农林园艺中应用的影响还未见文献报 道。室温下聚合能耗低,合成工艺简单,可减少热污 染,是降低生产成本的有效途径。本课题组以丙烯酰 胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)为聚 合单体,蒙脱土(MMT)、澳门威利斯人88038(CMC)为添 加组分,在室温下合成了聚(AMPS-AM)/CMC/MMT 保水剂W。与目前市面上农林园艺领域应用的保水 剂相比,该类保水剂的主要特点是在室温下合成,能耗 小,工艺简单,以价格低廉、对土壤无污染的天然组分 MMT和CMC为主要原料,成本低,属环保型保水剂, 在园林节水应用中具有广阔的应用前景。
串红(Safcia spferwfens)为唇形科鼠尾草属一二年 生草本植物,花色鲜红艳丽,多用于大型花坛、成片花 镜的布置,园林应用非常广泛。串红多采用播种繁殖。 有关资料表明,串红种子存在发芽率低、发芽不整齐的 问题,给种苗生产带来很大困难W。目前,系统研究 如何提高串红种子发芽率的种子处理技术的文章国内 报道不多。将聚(AMPS-AM)/CMC/MMT吸水性复合 物应用于串红种子发芽育苗生产中,提高其种子发芽 能力,探索适宜串红种子发芽、出苗最佳的保水剂处理 技术,是本研究的目标所在。
在前期土壤节水试验和土壤理化试验工作的基础 上,以串红种子为试材,以发芽能力为优化目标,使用 正交试验法研究天然组分MMT、CMC对串红种子的 发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数等发芽指标的影 响规律,同时探索MMT、CMC对串红种苗的主根长、 侧根数、总根长、总干重等生长指标的影响,筛选最佳 的保水剂合成条件,为该保水剂在串红种苗规模生产 上提供试验数据。
1材料与方法 1.1试验时间、地点
试验于2013年3月21日至4月2日在晋城市园 林科研所实验室内进行,设定恒温恒湿光照培养箱内 温度为22丈,光照为12h/d。
1.2试验材料与仪器
保水剂的制备原料:MMT (浙江临安膨润土有限 企业)、OJC、AM、AMPS、过硫酸钾(分析纯,天津市化 学试剂一厂)。
串红种子:晋城市园林科研所实验室常温保存。
培养基质:河沙,过筛,12〇 ^高温消毒。
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培养容器:培养皿(直径、髙分别为90、14 cm)。 实验仪器:QHP-250 B型恒温恒湿光照培养箱(江 苏省金坛市双捷试验仪器厂)
1.3试验方法
1.3.1正交试验法制备保水剂
天然组分MMT和CMC可以降低保水剂成本,改 善产物吸水性能和环境友好性。单体浓度和引发剂浓 度是影响产物吸水性能和转化率的主要聚合参数。在 前期工作基础上,选取MMT用量、CMC用量、单体浓 度和引发剂浓度4个因素(用量均以单体质量为计量 基准),每因素选择3个水平,见表1,选择4因素3水 平正交试验设计,见表2。
表1正交试脸所选的因素和水平
水平因素
A(MMT用量)B(CMC用童)C(单体浓度)D(引发剂浓度)
125%6%12%0.10%
230%9%14%0.25%
335%12%16%0.40%
在室温下,按照本课题组申请的发明专利中所述 方法制备保水剂[1°],聚合产物经干燥粉碎后,过40 ~ 60目筛备用。
1.3.2保水剂处理串红种子
串红种子准确称重,经质量浓度为5 g/L KMn04 浸泡消毒24 h,流水冲洗2 h后,以种子颗粒数等分, 每份90粒种子,分别加入种子重量10%的1 ~9号保 水剂,加人少量的水使保水剂均勻吸胀,充分搅合均 匀,使保水剂能完全粘附在种子表面,室温放置过夜。 1.3.3串红种子发芽
分别称取高温消毒的培养基质60 g分成9个不 同处理和1个空白对照(ck),含蒙脱土和多糖的保水剂对串红种子发芽能力的影响,每处理设置3个重复, 分别等量放入培养皿中,给每处理浇水40 g使之达到 饱和。取经保水剂处理的规格均一的30粒串红种子 播种于培养皿中,采用顺序错位法[11]排列于恒温培养 箱中,设置温度22尤,光照12 h/d,每天观察,12 d后 取出发芽植株,蒸馏水清洗干净。
1.3.4数据统计
按照GB 2772 - 1999《林木种子检验规程》[12]和 《国际种子检验规程》[13]计算发芽率、发芽势、发芽指 数、活力指数,并统计主根长、侧根数、总根长,对发芽 苗烘干称量,统计总干重。种子发芽试验统计数据如 表2所示。
发芽率(%)=正常发芽种子粒数/供试种子粒数 x 100% ;
表2正交实验设计和串红种子发芽试驗统计数据
试验 MMTCMC单体引发剂发芽率 分兹抗 发芽 活力 总 (%) 反拂 指数 指数 (cm)侧根数主根长总干重
号 用量用量浓度浓度(条)(cm)(mg)
1 11111.11,10.10.160.200.2L6
2 122225.611.12.735.7322.4382.248.3
3 133328.9103.166.9053.7652.856.8
4 21232.21.10.230.381.430.63.3
5 223117.87.82.073,6619.8372.028.3
6 23124.42.20.490.995.381.78.1
7 31323.32.20.350.69241.05.9
8 32131.11.10.130.201.331.01.5
9 332100000000
ck(土壤空白对照实验)2.22.20.250.43110.73.4
发芽势(%)=发芽达到顶峰时正常发芽种子粒 数/供试种子粒数X100%;
发芽指数(Gi) =为第i天的发芽数,
为相应的发芽天数);
活力指数(vi) =SSM/Z«(S为平均干重,即总 干重/总发芽数)。
2结果与分析
2.1保水剂对串红种子发芽能力的彩响
由表2可知,对照发芽率为2.2%,均低于2、3、5、 6、7号试样,4号试样与对照相同,9号未发芽,3号试 样处理的串红种子发芽率达到了 28. 9%,是对照的 13.1倍。串红种子综合发芽效果最好的是3号试样, 发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数分别是对照的 13.1、4. 5、12.6倍和16倍,主根长、侧根数、总根长、 总干重分别是对照的4、65、53.7倍和16.7倍。而1, 8,9号的发芽率均低于对照,说明保水剂的组成和合 成条件对串红种子发芽影响很大。
2.2正交试验结果的极差分析
采用正交极差分析对影响串红种子发芽能力的因 素进行分析,以探明天然组分含量、聚合条件对各指标 的影响强弱。根据表2所示的正交试验设计和种子发 芽试验结果,分别算出表1中各相应水平的3次试验 结果性质指标之和尺,、尺2、尺3和其平均值^、it2、岣以 及极差A,计算结果见表3、表4。
表3和表4中的极差数据表明,各种因素对不同 指标的影响程度不一致。发芽率、发芽势、发芽指数、 活力指数是评价种子发芽能力性状和效果的重要指 标,总根长、侧根数、主根长和总干重是判断种苗生长 性状的重要指标[14],各因素对发芽率、发芽指数、活力 指数、总根长、侧根数、总干重的影响次序为A(MMT 用量)>C(单体浓度)>B(CMC用量)>D(引发剂浓 度),各因素对发芽势的影响次序为A>B = C>D,各 因素对主根长的影响次序为C > B = D > A。MMT用 量对除主根长以外的其它各指标的影响均最大,单体 浓度和CMC用量次之,说明天然组分CMC和MMT的 含量对种子发芽能力及植株的生长影响显著,通过调 整复合物中CMC和MMT的含量是提高串红种子发芽 能力和植株生长的有效途径。MMT含量对主根长的 影响相对较小。
发芽率、发芽势、发芽指数、总干重的最优处理为 A1B 2C 3D 2,活力指数和侧根数的最优处理为A1 B 2 〇3 03,主根长的最优处理为人183 03 03。考虑到 对发芽率、发芽势、发芽指数、总干重而言,含蒙脱土和多糖的保水剂对串红种子发芽能力的影响,引发剂浓度 的影响最小,CMC用量在水平2和水平3之间的差别 不大,而天然产物CMC用量的增加可以增加保水剂的 环境友好性,所以CMC用量和引发剂浓度均取水平 3,种子综合发芽及植株生长能力的最优处理确定为 A 1 B3 C3 D3,即正交表中的3号试样。
2.3保水剂中天然组分含置对串红种子发芽能力的
彩响
由以上讨论可知,保水剂中天然组分MMT和 CMC的加人对串红种子发芽能力影响较大。为了更 直观的分析天然组分的含量对发芽能力的影响规律, 以MMT和CMC的水平数为横坐标,各指标的平均数 为纵坐标,将MMT和CMC的统计分析结果 绘成趋势图进行分析。
MMT是一种亲水性的硅酸盐粘土,其表面含有的 亲水性轻基可以和聚合物发生化学反应,提高保水剂 的吸水性能[4]。图1是保水剂中MMT含量对串红种 
表3发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数的正交极塞分析
发芽率(%)发芽势 发芽指数活力指数
ABCDABCDABCDABCD
55.66.66.618.922.24.44.48.95.990.680.722.1712.81.231.353.82
24.444.527.833.311. 12012.215.52. 794.932.963. 575.039. 596. 117.41
尺34.433.35032.23.312.22012.20.483.655. 583.521.887.8911,257.48
18.52.22.26.37.41.471.472.972.00.230.240.724.260.410.451.27
^28.1314.89. 2711.13.76.674.075.170. 931.640.991.191.683.202.042,47
灸31.4711. 116.710.71.14.076.674.070.161.221.861.170.632.633.752.49
1712.614.54.86.35.25.22.21.841.411.620.473.632.793.31.22
表4总根长、侧根数、主根长和总干重的正交极差分析
总根长(cm)侧根数i条)主根长(cm)总干重(m«)
ABCDABCDABCDABCD
76.33.66.8201061014395.20.82.92.2106.710.811.229.9
尺226.543.523.829.7518143534.33.22.84.939.778.151.662.3
尺33.35975.556.4975109743.74.55.84.47.464,991.06L6
25.41.22.36.6735,33.334.67131.730.60.970.7335.63.63.739.97
^28.8314.57. 939.9172714.317.71.431.070. 931.6313.226.017.220.8
灸31.119.725.218.832536.624.71.231.51.931.472.4721.630.320.5
DJ24.318.522.912.132.323.731.911.70.50.91.00.933.122.426.610.8
 
子发芽及种苗生长指标的影响规律图。由图1可知, 含蒙脱土和多糖的保水剂对串红种子发芽能力的影响,发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、总根长、侧根数、 主根长和总干重都随着MMT用量的增加呈下降趋 势。说明MMT含量大于25%时,MMT用量的增加不 利于串红种子的萌发,不利于植株根系生长和侧根的 萌发,也不利于植株干物质的积累。这可能与MMT 用量的增加,提高了保水剂的吸水性能,使保水剂在种 床部位与种子及种苗根系存在争水问题,进而影响种 子的萌发和植株的生长有关[15]。
CMC是一种纤维素衍生物,分子链上含有亲水性 的羧基、羟基,具有良好的亲水性和生物降解性,作为 土壤改良剂可以提高土壤的有效磷养分含量[16]。前 期研究也表明,在本聚合体系中加人CMC后可以提高 吸水性能,CMC用量取水平2 (9% )时吸水性能最佳, 过量CMC的加人不利于吸水性能的提高[17]。图2是 CMC含量对种子发芽指标的影响规律图。由图2可 见,各指标(除总根长和主根长外)均随CMC用量的 增大呈单峰形变化趋势,取用量9%时性能最佳。说 明保水剂的吸水倍数与发芽性能在CMC用量小于 12%的范围内呈一致性。总根长和主根长在CMC用 量小于12%的范围内,随CMC用量的增加而增大,达 • 40 • 到12%时性能最佳,说明CMC用量的增加,有利于种 苗根系的整体生长,这可能与CMC能提髙土壤有效养 分的含量有关。CMC用量大于12%时对总根长和主 根长的影响有待进一步试验研究。
3结论与讨论
3.1聚(AM-AMPS)/CMC/MMT保水剂能显著提高 串红种子的发芽能力,含蒙脱土和多糖的保水剂对串红种子发芽能力的影响,促进串红种苗的生长。用发芽 能力最佳时的保水剂处理后,串红种子的发芽率、发芽 势、发芽指数、活力指数分别是对照试样的13.1、4.5、 12.6、16倍,串红种苗的总根长、侧根数、主根长和总 干重分别是对照试样的53.7、33、4倍和16.7倍,这对 提髙串红种子的发芽能力和促进串红种苗的生长具有 重要意义,对该保水剂在园林中的推广应用具有重要 价值。
3.2正交极差分析法表明,在各种影响因素中,粘土 类天然产物MMT对除主根长外的其他指标的影响最 显著。MMT含量大于25%时,MMT用量的增加不利 于串红种子的萌发。MMT含量小于25%时,对串红 种子发芽能力的影响有待进一步试验。
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