我國種衣劑在非生物脅迫領域的研究和應用還有待被充分挖掘

陽陽深度 2024-04-29 19:20:43

我國種衣劑經過多年的發展在部分作物上已經得到了生産者和農戶的認可。種衣劑在減低農藥用量,減少農藥使用次數以及提升苗素質和精播增産方面取得的效益是顯而易見的。盡管如此,目前種衣劑的功能也主要僅限于生物脅迫即病蟲害的基本防治上面,在非生物脅迫領域的研究和應用還沒有被充分挖掘。

非生物脅迫主要有:低溫凍害、幹旱、澇漬、土壤鹽漬化以及除草劑藥害、土壤除草劑殘留藥害等。近幾年土壤酸化也成爲影響作物健康生長的重要因素。

一、國外種衣劑在非生物脅迫領域的研究和應用

國外尤其是歐美等發達國家由于現代農業發展起步早,種衣劑的研究和應用相比國內更加完善和深入。國外相關研究報道:用烯效唑(0.0075%)包油菜種子可以增強油菜澇漬脅迫的耐受力。用烯效唑包衣的油菜種子在脅迫期間顯著增強了油菜的生理機能,促進油菜生長;油菜抗氧化酶活性顯著提升,並且對種子萌發沒有影響。

另外研究表明在低溫和幹旱脅迫下使用聚合物包衣可以提高油菜籽的發芽率(Willenborg等人,2004年)。用Paraburkholderia phytofirmans rhizobia(伯克霍爾德菌)作爲種衣劑可以改善小麥的幹旱脅迫(Naveed等人,2014)。還研究表明用微生物接種作爲種衣劑包衣可以提高豇豆在缺水條件的耐受力(Rocha等人,2019)。

用木黴菌和熒光假單胞菌作爲種衣劑使用顯著提升孜然種子的各項機能(Piri等人,2019)。鹽堿脅迫會降低土壤水分的可用性,並導致土壤中鈉離子過剩。生物種子處理可以相對改善鹽度對植物生長的有害影響。將木黴菌作爲種衣劑應用于南瓜種子,在溫室的盆栽中進行試驗。試驗表明用 50 和 100 mM NaCl 溶液灌溉花盆,並分析植物重量和葉片礦物質含量。與未處理的對照相比用木黴菌包衣在兩種濃度的鹽水下都促進了南瓜的生長,並且增加了葉片鉀鈉的比例,這表明有益生物菌能改變作物對礦物質的吸收。最近一項關于用作種子包衣的有益微生物的研究表明部分植物有益微生物可以增強植物的耐旱性或耐鹽性。

二、國內種衣劑在非生物脅迫領域的研究和應用

國內劉麗華等研究表明使用抗寒種衣劑在低溫條件下能顯著提升水稻種子的發芽率;付豔等研究表明使用抗旱種衣劑在幹旱條件下明顯提升玉米種子的發芽率。陳秀等在種衣劑抗鹽漬的研究表明:用10μmol的24-表芸苔素內酯處理赤桉的種子後,在150 mmol的NaCl環境中,種子仍能保持較高的出芽率。另外相關報道某外企一款産品在減輕土壤中殘留除草劑對玉米生長發育影響上,能很好的緩解土壤中殘留藥劑對玉米苗期的影響,並且能起到一定程度的增産作用。

此外國內某款調節劑産品赤黴酸·吲哚乙酸·芸苔素內酯也有推廣種子包衣用于壯苗以及緩解除草劑藥害等逆境脅迫。

盡管國內種衣劑在非生物脅迫領域的研究較爲廣泛,但在實際應用中並沒有得到大面積的推廣,目前種衣劑在非生物脅迫領域主要還是用于抗低溫爛種,種衣劑對除草劑藥害及殘留藥害的緩解逐步引起關注。其他方面種衣劑主要還是利用化合物本身所具有的植物健康的特性達到抗逆的性能,比如甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑本身所具有的植物健康的作用,煙堿類化合物促根壯苗的特性等。這些化合物促根壯苗的特性形成優質強壯的幼苗,其逆境耐受力也隨之提升。

1、種衣劑抗低溫爛種(粉籽)

種衣劑抗低溫爛種(粉籽)雖然在産品登記上並沒有明確的登記,但在北方春播玉米、春播花生區在提供包衣方案時必須要具備抗低溫這一功能已經成爲不成文的約定。在商家提供的包衣方案上如無明確的說明則默認要具備抗低溫爛種的功能。

甲氧基氨基甲酸酯類、煙堿類種衣劑雖然在提升種子及幼苗非生物脅迫有一定的作用,但在一些特點脅迫下其效果並沒有達到預期的顯著。隨著土壤退化(酸化、鹽漬化)、除草劑殘留及除草劑藥害、氣候異常等問題的頻發,種衣劑在非生物脅迫方面的功能逐漸被重視起來。

在除草劑藥害、土壤退化(酸化、鹽漬化)等方面,植物生長調節劑、生物刺激素以及微生物等由于其可以調節生物生長,提高幼苗中防禦相關酶的含量和活性、改善種子周圍土壤菌落等方面具有顯著的優勢。

2、非生物脅迫的市場需求推動植物調節劑及生物種子處理劑市場的發展

生物種子處理市場包括廣泛的生物制品,包括生物肥料、生物農藥和生物刺激素。生物刺激素並沒有作爲種子處理劑進行廣泛應用。與葉面和土壤施用方法相比,作爲種子處理和包衣施用的生物刺激素更具成本效益,並且在增産方面潛力巨大。用作種子處理的生物刺激素全球市場預計到 2025 年達到 3.38 億美元 。

生長調節劑種子包衣提高非生物脅迫的原理:通過科學應用植物生長調節劑,可以加快種子根系的發育速度,以便達到對內源素的有效調控,以便增強細胞原生質的粘滯性。(程豔華《探究植物生長調節劑在種子處理中的應用》)

在玉米上使用芸苔素內酯,可使玉米根系發達,長勢旺盛,抗病蟲性增強,結實率提高,産量比對照增加13%左右,玉米籽粒中總氨基酸含量比對照增加25%左右。龍友華等研究了芸苔素內酯對玉米生長發育狀況、産量和品質的影響,試驗結果表明,用芸苔素內酯浸種可提高玉米出苗率,顯著增加玉米葉面積,玉米産量增率爲7.4%。(陳秀《植物生長調節劑芸苔素內酯在農業上的應用現狀及前景》)

周小毛等研究表明一定濃度的芸苔素內酯可緩解胺苯磺隆對水稻和玉米的藥害,但要注意芸苔素內酯的使用濃度,因濃度過高可能反而會加重藥害作用。沐興武等報道芸苔素內酯可促進甲磺隆在水稻體內的代謝,減輕甲磺隆對光合作用的抑制,從而緩解除草劑甲磺隆對水稻的藥害。此外,亦有關于芸苔素內酯作爲安全劑緩解除草劑西草淨和丁草胺等的藥害的報道。

植物生長調節劑種類較多,其中乙烯利、赤黴素、三十烷醇和細胞分裂素萘乙酸等應用較爲廣泛,將其應用于浸種過程中能夠促進種子中胚軸的新陳代謝情況,從而提升種子的活力指數,避免種子睡眠狀態造成的不良影響(王憲《分析植物生長調節劑在種子處理中的應用》)

三、種衣劑在抗除草劑殘留及藥害領域的應用

除草劑占全球農藥産量和銷量的比例最高。據統計, 2019年除草劑的銷售額約占全球農藥市場份額的52%。隨著全世界日益增長的糧食需求, 除草劑的種類和用量都在持續增加。中國除草劑年使用量在1995年時僅爲4.6萬t, 2015年就達到了100多萬t。2014年累計使用除草劑的作物面積達到了1.07億hm2, 相當于同年作物總面積的65%左右。2000年農田的除草劑用量約爲0.41 kg·hm2, 而這一數值在2015年時增加了近15倍,農田除草劑用量達到了6.08 kg·hm2

大量且頻繁的使用除草劑, 會使其在農田土壤中殘留, 並通過土壤、水和空氣等介質遷移擴散.有研究表明, 噴灑的除草劑對雜草靶向性不到1%, 99%以上的除草劑分布在周圍的環境中, 最終彙入土壤, 並殘留在土壤中。

土壤中的除草劑殘留會顯著影響土壤微生物群落結構和功能, 抑制酶的活性。Carpio等研究結果表明除草劑的施用使土壤中微生物總量急劇下降, 土壤微生物群落結構發生了明顯的變化。除草劑殘留還會降低土壤中氮磷等養分的有效性, 從而減少後茬作物對養分的吸收和積累, 不利于後茬作物的生長。Guan等研究發現長期使用乙草胺降低了紅壤旱地中花生和大豆幼苗的出苗率、葉片數、莖粗和株高, 明顯抑制了作物幼苗的生長。另外羅浩然研究表明玉米小麥輪作田超量使用莠去津會使小麥減産。

土壤除草劑殘留藥害在沒有直接造成明顯的減産或大面積絕收時,並不會引起種植農戶的關注,而且很多將除草劑殘留藥害引起的畸形苗、黃化苗、僵苗等歸爲病害或者其他原因。

但除草劑藥害和殘留藥害在部分區域已經成爲影響産量的重要因素比如黑龍江玉米乙草胺、24-D異辛酯封閉藥害,異噁草松、氟磺胺草醚等殘留除草劑藥害已經成爲影響玉米生産的重要難題,而通過種子包衣緩解除草劑藥害成爲最經濟高效的防治方案。

除不規範使用外,耕作習慣也是造成除草劑藥害的重要因素,比如在新疆地區的春播覆膜玉米,大部分區域采用先使用乙草胺封閉後播種的習慣。這種方式在播種後易發生乙草胺藥害,尤其在播種後遇到陰雨天氣更爲明顯,而早春的陰雨天氣往往伴隨的又是低溫,低溫又加重了藥害的發生。但通過抗乙草胺除草劑藥害的種衣劑處理後藥害明顯降低。

2022年新疆昌吉種衣劑抗乙草胺藥害大田試驗除耕作習慣外,近幾年氣候異常、耕作方式變更等因素也成爲除草劑藥害頻發的原因之一。比如西北幹旱區近幾年春季雨水偏多引起除草劑乙草胺藥害,另外播種後滴灌設施漏水也會引起封閉除草劑乙草胺藥害。

適用于抗除草劑藥害的成分

適用于種子包衣緩解除草劑藥害的成分目前研究相對比較單一,主要還是集中在生長調節劑,比如赤黴酸、芸苔素內酯等等。雖然生長調節通過拌種對緩解除草劑藥害是有效的,但相對于複雜的除草劑殘留藥害其效果並不顯著。但通過生長調節劑與其他物質的混配不失爲一個很好的研究方向。

1、除草劑安全劑:通過種子處理來解決除草劑藥害目前在國內沒有查詢到相關的應用案例。

2、生長調節劑:生長調節劑目前國內登記種子處理的産品不多,但近幾年推廣用芸苔素內酯、赤黴酸·吲哚丁酸·芸苔素等進行種子處理的作物和區域較多。

3、生物刺激素:生物刺激素相比生長調節劑其對促進生長效果更明顯,相對安全性更高,並且對部分病原菌有一定的抑制作用。內容來源于國際刊物《現代種子技術》,《現代種子技術:用于提高種子和作物性能的種子包衣技術》2020年11月5日。

4、微生物菌劑:微生物菌劑近幾年逐漸受到很多企業的信賴,在種衣劑領域其功能還沒有被充分挖掘。

5、植物營養元素:

四、展望

土壤退化(酸化、鹽漬化)、除草劑殘留、氣候異常等現象已經成爲農業生産的主要問題之一,而作爲精准農業技術之一的種子包衣,在增效降本方面具有無可替代的重要作用。但種衣劑在非生物脅迫領域的功能研究很多也是淺嘗辄止,種植中問題的不斷湧現及市場的競爭將促進在這領域深入研究。

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