SF-花粉多糖增强种子抗低温胁迫能力
一、种子是农业的“筹码”
1.1 种子是农业生产的基础
种子是农业产业链的起点,是农业科技创新的核心,是实施“科技储粮”的重要载体。被誉为农业的“芯片”。种子也是农民接受度最高、使用最直接的技术,是保障全球粮食安全的“钥匙”。据经济合作与发展组织(OECD)预测,到2030年全球人口将达到85亿,提高生产力是养活不断增长的全球人口的关键。中国是世界上最大的种业市场,农作物和畜禽种业市场规模接近6000亿元。良种对粮食生产和畜牧业贡献率分别达到45%和40%,优良品种推广率超过96%。预计2030年全球作物产量增长中有87%来自单产增长。未来提高农产品产量和质量的最重要途径是通过种业创新。种业是以农作物种子为核心,旨在为农业生产提供优质商品种子,通过现代农业科技成果和管理技术,集种子科研、生产、加工、销售、经营于一体的综合性产业。
1.2 极端环境严重影响种子健康生长
根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的最新报告,近期气候变化的程度是前所未有的。根据对未来20年平均气温变化的预测,全球变暖预计将达到或超过1.5℃。气候变化是未来粮食系统面临的最大风险,提高种子的气候耐受性是应对气候变化的关键。
低温冻害是影响全球农业生产的重要气象灾害之一。在东北等高海拔地区,春秋两季的低温严重影响作物生长和种子繁殖[1]。有研究表明,含水量为30%的玉米种子在–4℃持续8小时会严重影响玉米种子的发芽势和发芽率[2]。当温度升高到16~19℃范围内时,玉米初生根的生长速度、线伸长率和生物量沉积率将增加2~3倍。花生收获后,暴露于—1℃的低温12小时,可导致种子活力下降,发芽势、发芽指数等显着降低,影响发芽和出苗[3]。
同样,高温和干旱也是影响种子发芽和作物生长的气象灾害。常见的高温低湿天气伴有大风,形成典型的干热风,易导致小麦高温催熟。此外,降水量少且空间分布不均,导致小麦植株衰老加速,灌浆期缩短,产量和品质明显下降,10%减产至30%[4]。
因此,为了应对不同气象灾害造成的种子不发芽和作物减产现象,人们采用拌种、包衣等种子处理方法来保护种子,以促进其生长发育,提高其抗病能力。适应恶劣环境,保障农产品质量安全。
二、种子逆境反应的防治措施
2.1 种子处理技术发展情况
种子处理是指在播种前采用生物、物理、化学等方法抑制病原菌和昆虫对种子、幼苗或植株的危害。传统的种子处理方法包括浸泡、拌种和包衣。
早在1926年,美国的Thornton和Ganulee首先提出了种子包衣的概念,随后各国研究人员对不同的作物包衣技术进行了探索[5]。 20世纪60年代,美国农民在种植棉花时发现棉籽体积小、形状不规则、用量难以掌握等问题。 Blessing 提议用面粉糊包裹棉花种子,使它们更大更均匀,从而更容易播种 [6-7]。 1978年,美国得克萨斯实验站首先研制出薄膜种衣剂,薄膜种衣技术在80年代得到广泛应用。 1983年,美国公司研制出呋喃丹种子包衣剂,这是世界种子加工会议的一个重要里程碑[8]。
我国种子处理技术起步较晚,50年代才开始推广浸种拌种技术,以防治苗期病虫害。 1976年,轻工业部甜菜工业研究所对甜菜种子进行了制粒包衣处理[9]。 1978年,沉阳化工研究院研制出以甲拌磷和多菌灵或五氯硝基苯为有效成分的复方制剂作为种衣剂[10]。 1980年,毛如达等科研人员对玉米种子的包衣处理进行了研究。当时还推出了适用于水稻[11]、大豆[12]、小麦[13]、玉米[14]等多种作物的种子包衣剂。 1991年,随着第一张种子加工农药登记证的颁发,我国种子包衣产品开始逐步进入制度化、商品化、标准化的发展道路。种衣剂逐渐成为最重要的农药制剂之一[15]。目前,在农业生产中,种子处理已成为苗期防治病虫害、抵御极端天气的最重要措施。
2.2 种子处理特点
种子是土壤微生物(真菌、细菌、病毒等)和土壤昆虫的食物来源。与传统的植物保护技术相比,种子处理可以预防和控制由土壤和种子传播的病原体引起的病害,以及作物苗期的病虫害[16]。同时,种子处理可以减少化学品对环境的副作用,降低成本,减少施用次数,节省时间。对于农作物种子,由于贮藏技术的原因,种子活力可能会降低,种子处理可以打破种子的休眠状态,恢复种子活力;此外,一些种子处理剂可以激活植物种子中的内源物质,增强作物的抗逆性[17]。
然而,目前市场上的种子处理剂质量参差不齐。农民在生产中用药剂量不当、配方使用不当等原因,极易造成种子受害,造成作物不出苗、出苗不均、畸苗,甚至减产。有些种子处理剂在低温条件下易发生化学损伤,影响种子的正常发芽,导致缺苗、断垄。
因此,越来越多的行业研究人员开始关注开发高效、安全、环保的种子处理技术,如利用活微生物或微生物代谢产物制成的生物种衣剂,可以提高种子与土壤的相容性,促进作物生长。生长,增强作物的免疫力[18]。
近日,中国某农业生物技术研发企业将植物源生物刺激素SF-花粉多糖应用于种子处理。结果表明,处理后种子发芽率、根长、根重等均有明显提高。与包衣剂配合使用,可促进玉米等作物茎秆生长,增强作物后期抗倒伏能力。可见,种子加工技术已经朝着安全、环保、符合国家绿色农业发展的方向推进。
3、SF-花粉多糖可显着提高种子出苗率,促进种子健康生长
3.1 SF-花粉多糖的特性
SF-花粉多糖是一种植物来源的生物刺激素,由 成都新盛作物科技有限公司. (以下简称“Newsun”)通过绿色环保工艺。粗提物为浅棕色粉末,易溶于热水,不溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。其主要成分为多糖、低聚糖、单糖等水溶性糖类,此外还富含氨基酸、矿物质、微量元素等。它以植物花粉为原料,引入纤维素酶水解破壁技术,配合一定程度的机械搅拌,分离形成水溶性SF-花粉多糖。
据了解,SF-花粉多糖作为植物源生物刺激素,含有活性多糖等有效成分,可促进种子发芽,促进作物幼苗生根。同时,花粉多糖被植物吸收后,通过调节黄酮类、谷胱甘肽、苯丙烷类相关基因的表达,增强谷胱甘肽代谢,促进黄酮类、苯丙烷类的生物合成,显着促进作物生长。
3.2 SF-花粉多糖对不同作物种子处理后种子萌发和生长的影响
3.2.1 SF-花粉多糖拌种对大豆萌发和生长的影响
按照 1:10000 (SF-1)、1:5000 (SF-2) 和 1:1000 (SF-3) 的比例,用 SF-花粉多糖处理大豆种子。自然晾干24小时后,选正常饱满的种子进行培养萌发。对照组(CK)是市场上常见的植物调节剂产品,可用于拌种。处理7天后调查发现,与对照组相比,SF-花粉多糖处理下大豆地上部生长无明显变化,但根系生长有明显变化。根长增加12.11%~14.49%,单株根重增加12.47%~18.01%,以1:5000品种比处理根系生长效果最佳。
表 1:大豆拌种 3 # SF-花粉多糖数据调查(7 天后)
治疗 | 发芽率(%) | 根长 | 增长率(%) | 株高 | 增长率(%) | 毫克
每株根重 |
增长率(%) | 镁
每株植物地上部鲜重 |
增长率(%) |
CK | 95 | 14.7±0.54b | 24.92±0.90a | 361±6.03b | 1626±36.34ab | ||||
SF-1 | 95 | 16.48±0.36a | 12.11 | 25.51±0.49a | 2.37 | 406±22.94ab | 12.47 | 1641±34.37b | 0.92 |
SF-2 | 98 | 16.82±0.35a | 14.42 | 25.94±0.53a | 4.09 | 426±8.19a | 18.01 | 1691±57.04a | 4.00 |
SF-3 | 98 | 16.83±0.40a | 14.49 | 25.03±0.37a | 0.44 | 409±27.87ab | 13.30 | 1704±50.99a | 4.80 |
3.2.2 SF-花粉多糖种子处理对玉米萌发生长的影响
(1)玉米拌种。玉米花粉多糖按不同剂量拌种后,与对照组(CK)相比,花粉多糖拌种后玉米各项指标均有不同程度的提高。 1:10000-1:2000倍处理下,玉米根长增加12.24%,根鲜重增加8.66%~11.24%,地上部分鲜重增加7.96%~8.98%。
表 2:SF-花粉多糖拌种对玉米生长的影响
治疗 | 发芽率(%) | 增长率(%) | 根长(cm) | 增长率(%) | 株高(cm) | 增长率(%) | 根鲜重(克/株) | 增长率(%) | 单株鲜重(g) | 增长率(%) |
CK | 93.33 | – | 16.51 | – | 13.27 | – | 1.085 | – | 0.490 | – |
1:10000 | 100.00 | 7.15 | 18.53 | 12.24 | 13.81 | 4.07 | 1.207 | 11.24 | 0.529 | 7.96 |
1:2000 | 96.67 | 3.58 | 18.53 | 12.24 | 13.59 | 2.41 | 1.179 | 8.66 | 0.534 | 8.98 |
1:1000 | 98.33 | 5.36 | 17.90 | 8.42 | 13.51 | 1.81 | 1.169 | 7.74 | 0.508 | 3.67 |
1:500 | 98.33 | 5.36 | 17.83 | 8.00 | 13.69 | 3.17 | 1.191 | 9.77 | 0.526 | 7.35 |
1:250 | 98.33 | 5.36 | 18.02 | 9.14 | 13.66 | 2.94 | 1.172 | 8.02 | 0.518 | 5.71 |
(2)玉米种子包衣。常规种子包衣剂SLS用于种子包衣,而SF-Pollen Polysaccharide联合用于测试协同效果。结果表明,与单纯包衣剂相比,SF-花粉多糖用量为20g/100kg时效果最好,根长、茎粗、根重、单株重分别增加19.85%、17.091分别为 TP3T、8.91% 和 7.77%。
图1:种子包衣SF-花粉多糖对玉米根系及地上部分生长的影响
3.2.3 SF-花粉多糖种子处理对小麦萌发和生长的影响
(1)小麦浸种。浸种处理后发现,SF-花粉多糖对小麦株高、根长、株重、根重均有促进作用。在 2 ppm 处理下,与阳性对照处理相比,SF-花粉多糖处理使小麦株高、根长、株重和根重分别增加了 12%、24%、45% 和 43%。
(2)小麦拌种。与对照组(CK)相比,不同浓度SF-花粉多糖拌种后,10g SF-花粉多糖处理后根长增加5.46%,根重和株重增加16.19%, 4.51%在400g SF-花粉多糖处理下。
图2:SF-花粉多糖拌种后小麦根系和株高的变化
表3 SF-花粉多糖拌种对小麦生长的影响
指数 | CK | SF-花粉多糖重量与种子重量之比
(克/100公斤) |
||||
10 | 50 | 100 | 200 | 400 | ||
发芽率 (%) | 84.5a | 85.33a | 90a | 85a | 85a | 86.67a |
每株鲜重 (g) | 公元前 95.65 年 | 公元前 92.74 年 | 91.27c | 98.24ab | 101.89a | 103.35a |
根鲜重 (g) | 83.03b | 91.05ab | 93.13ab | 98.55a | 88.77ab | 98.73a |
根长(厘米) | 12.63b | 13.61a | 13.14ab | 12.85ab | 13.22ab | 13.23ab |
株高(厘米) | 12.48a | 公元前 11.96 年 | 11.63c | 12.08ab | 12.37ab | 12.41ab |
3.3 SF-花粉多糖低温种子处理促进大豆和玉米发芽
3.3.1 SF-花粉多糖低温拌种促进玉米萌发
低温条件下,与对照组(CK)相比,SF-花粉多糖拌种后株高生长没有显着优势,但对叶宽、茎粗、根鲜重、气生根伸长,分别增加15.8-20.3%、13.2-21.4%、17.3-29.6%、10-20%和79-174.4%。这表明SF-花粉多糖可以提高玉米在低温条件下的抗倒伏能力,从而促进玉米吸收和输送地下养分的能力,提高玉米的抗倒伏能力。
表4 SF-花粉多糖拌种对低温条件下玉米生长的影响
治疗 | 出现率
(%) |
株高
(厘米) |
叶宽
(厘米) |
茎粗
(厘米) |
每株鲜重
(克/植物) |
根鲜
重量 (克/植物) |
气生根生长率
(%) |
气生根长度
(厘米) |
|
CK(水) | 95.00a | 9.41天 | 1.48b | 3.51d | 0.41d | 0.82b | 43.33c | 0.43c | |
BH(其他产品) | 96.67a | 15.76a | 1.33c | 3.18c | 0.55a | 0.81b | 0d | 0d | |
SF-花粉多糖
(克/100公斤) |
10 | 98.33a | 9.97摄氏度 | 1.55a | 公元前 3.6 年 | 0.45cd | 0.99a | 60.0a | 0.77b |
50 | 95.00a | 10.59b | 1.57a | 3.86a | 0.52ab | 1.05a | 60.0a | 1.07a | |
100 | 96.67a | 9.97摄氏度 | 1.60a | 公元前 3.65 年 | 0.47bc | 1.01a | 53.33b | 1.18a | |
200 | 95a | 公元前 10 月 17 日 | 1.54a | 3.74ab | 0.49bc | 1.00a | 60.0a | 0.77b | |
400 | 95a | 10.48b | 1.56a | 公元前 3.61 年 | 0.48bc | 0.95ab | 63.33a | 1.06a |
3.3.2 SF-花粉多糖结合种子包衣剂可促进低温条件下玉米种子生长
在低温条件下,当20 g/100 kg SF-花粉多糖与种衣剂一起施用时,玉米株高、茎粗和根重显着增加,增加了15.28%、12.30%、12.30%和分别为 30.67%。
表5 Sf-花粉多糖包衣对低温条件下玉米生长的影响
治疗 | 出现率
%
|
株高
厘米 |
茎粗
毫米 |
叶宽
厘米 |
每株鲜重
克/株 |
根鲜
重量 克/株 |
|
CK | 95.0ab | 6.9d | 2.90度 | 1.5b | 0.39b | 0.64e | |
激光扫描仪 | 93.3b | 7.2cd | 公元前 3.09 年 | 1.6a | 0.44a | 0.75d | |
SF-花粉多糖 g/100kg | SF5 | 95.0ab | 公元前 7.6 年 | 3.29ab | 1.5b | 0.48a | 0.81bcd |
SF10 | 100a | 公元前 7.6 年 | 3.47a | 1.6a | 0.43ab | 0.78cd | |
SF20 | 96.7ab | 8.3a | 3.47a | 1.6a | 0.43ab | 0.98a | |
SF40 | 98.3ab | 公元前 7.6 年 | 3.32ab | 1.6ab | 0.44a | 0.90ab | |
SF60 | 98.3ab | 7.9ab | 3.34ab | 1.6a | 0.45a | 0.86bc |
图3:SF-花粉多糖包衣对低温条件下玉米生长的影响
四、种子处理剂市场前景
种子处理技术是提高种子品质、减少病虫害发生、增产增收的有效措施。是国家种子工程的重要组成部分和战略突破口,对高效农业可持续发展具有重要作用。随着化学农药减量需求的增加,种子处理剂的开发和使用将日益规范化、实用化、安全化。种子处理市场预计将从2022年的$61亿增长到2027年的$92亿,预测期内复合年增长率为8.3%。
因此,进一步开发新型、高效、安全、环保的种子处理技术是当前种子处理技术市场的热点。同时,加强种子处理产品配方研究,形成应用方便、成本低廉的产品,提高种子处理剂的施用效率。最后,完善种子处理药剂应用技术,形成更加广泛、系统、规范的种子处理应用方案。花粉多糖作为一种绿色、环保、安全、高效的新型生物刺激素,在种子处理中可以提高种子发芽率和活力,增强种子对不同环境的抵抗力,已形成较为成熟的应用技术体系。该技术的创新研发和应用,对于农业应对极端天气、种子、农作物的健康生长具有重要价值,对提高粮食安全具有深远的推广意义。
Newsun Crop Science 网站: http://www.cdxzy.com
电子邮件: [email protected]
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