6-糠氨基嘌呤在PVA水溶膜种子带中的应用研究.pdf

15Abstract:Based on the excellent water solubility and biodegradability of Polyvinyl Alcohol(PVA),PVA is appliedtothefieldofagriculturalproduction,usingPVAinsteadoftheoriginalseedbelttoparticipateinthesowingandbreedinglinks,improvingagriculturalproductionefficiencyandrespondingtothecallofgreenenvironmentalprotectionandgreenpackaging.Inthispaper,6-KTwater-solublePVAfilmswithdifferent concentration ratios were prepared with PVA as base material,glycerol,Tysen,sodium dodecyl sulfate as additives and 6-KT as functional additives.The mechanical properties and water solubility of the films were tested.The results showed that when the concentration of 6-KT was 1545mg/kg,Thetensilestrengthofthefilmsrangesfrom21.2MPato24.6MPa,anddecreaseswiththeincreaseoftheconcentration.Thewaterdissolutiontimeofthefilmisbetween190sand239s,andthewaterdissolution time increases gradually with the increase of the concentration.The promoting effect of seed beltspreparedbyPVAaqueousfilmwithdifferentconcentrationsof6-KTontheearlygrowthofgreenvegetable seeds was studied.It was found that the 6-KT concentration was 20-30mg/kg,which had obvious effect on the weight gain and stem growth,but decreased with the increase of the concentration.Keywords:PVAwater-solublefilm;seedbelt;6-KT马海霞，郝喜海*，胡瀛熙，李德水（湖南工业大学，湖南 株洲 412007）6-糠氨基嘌呤在 PVA 水溶膜种子带中的应用研究Application of 6-Furylaminopurine in PVA Water-Soluble Membrane Seed BandMA Hai-xia,HAO Xi-hai*,HU Ying-xi,LI De-shui(Hunan University of Technology,Zhuzhou 412007,China)摘要：基于聚乙烯醇(PVA)优异的水溶性和可生物降解性，将 PVA 应用到农业生产领域，使用 PVA 代替原有的种子带参与播种育种环节，提高农业生产效率，响应绿色环保和绿色包装号召。以 PVA 为基料，甘油、吐温、十二烷基硫酸钠为助剂，6-KT（6-糠氨基嘌呤）为功能助剂制备不同浓度配比的 6-KT 水溶性 PVA 薄膜，对薄膜进行力学性能和水溶性测试，结果表明在 6-KT 浓度为 1545mg/kg 时，薄膜的拉伸强度在 21.224.6MPa 之间，随着浓度上升其拉伸强度有所下降；薄膜的水溶时间在 190239s 之间，随着浓度上升其水溶时间逐渐上升。以青菜种子为实验种植对象，研究不同 6-KT 浓度的 PVA 水溶膜所制备的种子带对其生长初期的促进作用。研究发现，6-KT 浓度为 2030mg/kg 时，对其增重和茎部增长效果明显，随浓度增大其增长效果减弱。关键词：PVA 水溶膜；种子带；6-KT中图分类号：TB484 文献标识码：A 文章编号：1400(2023)08-0015-06DOI:10.19362/10-1400/tb.2023.08.001Green Packaging Research Technology收稿日期：2023-02-25基金项目：湖南省教育厅科学研究重点项目（“宽幅(2000mm)”超薄水溶性 PVA 薄膜生产技术及装备研究开发 20A155）；湖南省自然科学基金资助项目（基于油茶剩余物的纳米纤维素功能包装膜的制备及应用研究 2022JJ50064）作者简介：马海霞（1997），女，甘肃礼县人，湖南工业大学在读硕士研究生，师承郝喜海教授，从事包装新材料与技术研究工作，E-mail：。通讯作者：郝喜海（1952），男，吉林东丰人，教授，博士生导师，主要从事生态型功能包装材料和通用包装技术研究，E-mail：。16随着精准栽培技术的发展，近年来种子带也开始在各国的农业生产中得到应用。种子带是一项农业上的高新技术，它有利于推动农作物的生产、耕作和栽培，并推动其产业化发展。传统的种子带是通过特殊编织机将种子按设定间距和粒数编入一种带状“纸”中制成的可直接用于播种的种子1。本文使用能够促进种子生长的水溶性 PVA 薄膜2-4来替代传统的种子带用于包装种子成为新型种子带。PVA 本身具有优异的水溶性和生物降解性，所以不存在薄膜回收以及污染土壤的问题，省时省力、绿色环保。由于水溶性 PVA薄膜本身不具有促进种子生长的性能，通过添加 6-KT使得 PVA 薄膜满足应用需求。6-糠氨基嘌呤(6-KT)是一种嘌呤类的天然植物内源激素，也是人类发现的第一个细胞分裂素5-7。它可促进细胞分裂、扩大和诱导芽的分化、解除植物的顶端优势、打破种子休眠、促进种子和芽的萌发、调控营养物质的运输、促进叶绿素的合成等。以 PVA，6-KT 以及各种助剂为原料设计并制备具备促进种子生长能力的 PVA 薄膜种子带。不仅可以提高播种育种的效率，也满足绿色环保的环境需求。本文通过在 PVA 基础配方中加入不同浓度6-KT，使其具备促进植物早期生长的特性，通过控制变量法，在控制原有基础组分不变的情况下，探究不同浓度 6-KT 对于 PVA 薄膜性能的影响以及 6-KT的最佳添加量。1 实验部分1.1 含 6-KT 的 PVA 薄膜制备1.1.1实验原料与设备见表 1，表 2。1.1.2薄膜制备聚乙烯醇 0588(10g)，甘油（占 PVA 的 8%），吐温（占 PVA 的 6%），十二烷基硫酸钠（占 PVA 的3%），溶解于 100ml 去离子水，80条件下溶解加热30min，溶液呈无色透明状，加入 15mg/kg 的 6-KT（由于 6-KT 所用剂量很小，另用 mg/kg 为单位表绿色包装研究技术表 1 实验原料Table1 Experimental raw materials表 2 实验设备Table2 Experimental equipmen材料名称材料规格生产厂家聚乙烯醇0588化学纯(CP)重庆市川维化工有限公司丙三醇化学纯(CP)湖南汇虹试剂有限公司吐温化学纯(CP)天津市科密欧化学试剂有限公司十二烷基硫酸钠(K12)化学纯(CP)上海埃彼化学试剂有限公司6-糠氨基嘌呤(6-KT)化学纯(CP)四川国光农化股份有限公司设备型号生产厂家数显恒温水浴锅HH-S24S金坛市瑞华仪器有限公司电子天平JEA2001上海市蒲春计量仪器有限公司集热式恒温加热磁力搅拌器DF-101Z上海秋佐科学仪器有限公司智能电子拉力机XLW(L)-PC 型河南兰光机电技术有限公司透气测试仪BTY-B1河南兰光机电技术有限公司超声波清洗机1990QTD杭州法兰特超声波科技有限公司塑料薄膜测厚仪CHY-C2河南兰光机电技术有限公司热封仪GBB-B 型河南兰光机电技术有限公司17示），继续加热 10min 至 6-KT 完全溶解且混合均匀，将制成的水溶性胶流涎涂布到镜面不锈钢带上，经干燥成膜后从钢带上剥离，然后进入干燥室干燥至规定水分后，切边收卷获得成品膜；6-KT 的浓度增量为5mg/kg，依据相同的方法和步骤依次制备七组不同6-KT 浓度的薄膜。1.2 种子带试验1.2.1材料与设备青菜种子，于江苏拖车头供应链有限公司购买；营养土壤，于阜阳市邦妮生物科技有限公司购买；育苗穴盘，于常熟市轩和贸易有限公司购买；不同 6-KT有效成分浓度的 PVA 水溶膜，自制；数控种子编织机，型号：SD-BZ-IX；于禹城久力机械有限公司购买。1.2.2种子带制备及育种将制备的薄膜剪裁成所需规格，使用数控种子编织机制备不同 6-KT 含量的 PVA 薄膜种子带8。本实验采用育苗穴盘9种植，实验共设置九组，分别为：无种子带的对照组；无 6-KT 的普通水溶性膜种子带的对照组；1545mg/kg 有效成分浓度的 6-KT 水溶性膜种子带实验组七组，6-KT 的浓度增量为 5mg/kg；将制备好的种子带埋入对应标号的育苗穴盘中，每组的土壤、浇水量、光照均保持一致，每天记录种子的发芽与生长情况。实验周期为两周，考察植株生长初期情况，即不同 6-KT 含量对青菜幼苗重量、根长与茎长的影响。1.3 薄膜性能测试1.3.1力学性能测试根据国标 GB/T35513.2-2017 测量断裂伸长率(EAB)与拉伸强度(TS)10，使用手工冲压机裁切，所得试样为长度 50mm，宽度 10mm，形似哑铃状。采用薄膜厚度测试仪测量每个样品的厚度，记录数据并计算其平均值。将样品与智能型拉力机的夹具进行连接，设置样品的长度、宽度、厚度等参数，设置拉力速度为 50mm/min 进行测试，最后采集样品拉断后的数据。每组试样重复测量三次以上，取平均值。Green Packaging Research TechnologyEAB 和 TS 的计算公式如下：(1)其中，-断裂伸长率(%)；L-试样被拉伸的长度(mm)；L0-试样未拉伸的长度(mm)。(2)其中，P-拉伸强度(MPa)；b-试样宽度(mm)；d-试样厚度(mm)1.3.2水溶性能测试选 取 符 合 实 验 厚 度 要 求 的 薄 膜，剪 裁 成50100mm 的规格，将加入水的 100ml 烧杯置于252恒温水浴锅中，水与薄膜的重量比为 300：1，待水温达到平衡温度后，将试样薄膜放入烧杯中，用玻璃棒轻微搅动并用秒表记录簿膜完全溶于水中的时间为溶解时间，每组试样连续测定三块以上薄膜的溶解时间，以不少于三次测定的溶解时间的平均值作为水溶性评定指标。2 结果与分析2.1 含 6-KT 的 PVA 薄膜性能分析2.1.16-KT 添加量对薄膜力学性能的影响不同含量 6-KT 对于薄膜拉伸强度以及断裂伸长率的影响如图 1 所示，随着 6-KT 浓度的增加，PVA水溶性膜的拉伸强度与断裂伸长率均呈现先上升后下图 1 6-KT 添加量对薄膜力学性能的影响Fig.1 Effect of 6-KT Addition on Mechanical Properties of Films18图 2 6-KT 添加量对薄膜水溶性能的影响Fig.2 Effect of 6-KT Addition on Water Solubility of Films图 3 6-KT 添加量对青菜幼苗重量的影响Fig.3 Effects of 6-KT addition on seedling weight of Chinese cabbage降的趋势。其中，以 6-KT 浓度为 2025mg/kg 的薄膜性能最佳，拉伸强度最高达到 24.6MPa，断裂伸长率达到最佳值 242%。究其原因可能是，6-KT 为小分子物质，可以进入 PVA 的大分子链段之间，在6-KT 含量较小时，可以起到增加 PVA 韧性和强度的作用，表现为拉伸强度以及断裂伸长率的上升，随其含量增加，薄膜的力学性能达到最佳值，浓度过高时，由于其分子含量增多会阻碍 PVA 大分子链段的运动，从而使其刚性增加，柔顺性下降，导致薄膜容易脆断，表现为拉伸强度与断裂伸长率随之下降。2.1.26-KT 添加量对薄膜水溶性能的影响不同浓度 6-KT 对薄膜水溶性能的影响如图 2 所示。薄膜完全溶解时间在 190239s 之间，6-KT 浓度与薄膜水溶时间呈正相关，而与薄膜水溶解速率呈负相关。综合考虑水溶膜的力学性能等方面，选取 6-KT 浓度为 20mg/kg 较为适宜。究其原因可能是，6-KT 不易溶于水，在水中的溶解度较低，仅为51.0mg/L(25)，但其浓度较低时，水溶膜中 6-KT有效成分含量较低，对于水溶膜的溶解速度影响较小，故水溶时间并未明显延长；随着 6-KT 浓度的继续增加，水溶膜中有效成分含量逐渐升高，其对于水溶膜的水溶解速度的影响也随之增强，表现为水溶时间逐渐上升11。2.2 种子带试验结果分析2.2.16-KT 添加量对青菜幼苗重量的影响不同浓度 6-KT 对青菜幼苗重量的影响如图 3 所示。由图可知，两组空白对照组对青菜种子发芽初期的重量增长不明显，其平均重量差值仅为 2.08mg，增幅为 2.96%。当 6-KT 浓度为 15mg/kg 时，出现明显增重效果，其浓度为 20mg/kg 时，增幅达到最大值，与空白组相比增重21.81mg，增幅达31.04%。当6-KT浓度大于 20mg/kg 后，其增幅开始呈下降趋势，但较于空白组仍增重明显。分析其原因可能是，6-KT是一种细胞分裂素，属于腺嘌呤的衍生物，是腺嘌呤6 位和 9 位上 N 原子以及 2 位 C 原子上的 H 被取代的产物。故其具有促进细胞分裂和组织分化；诱导芽的分化，解除顶端优势的作用，随着 6-KT 浓度不断增加，对于细胞分裂、组织分化以及芽分化的促进作用更加明显，在植株生长初期，细胞快速分裂造成植株生长速度加快，即植株的生长导致植株进行光合作用的面积增加，因 6-KT 还具有延缓蛋白质和叶绿素降解的能力，所以加快了植株进行光合作用的速率，光合作用所产生的有机物的快速积累，体现为植株的重量增加；当其浓度过高时，对于植株重量的增长作用不再明显，可能是因为，叶绿素的含量以及植株合成叶绿素的速率不足以满足植株进行更快的光合作用，因此植株的光合作用速率减缓，表现为植株质量增长不明显，随着 6-KT 浓度增加，其对于植株质量增长的作用减缓12,13。2.2.26-KT 添加量对青菜幼苗根长的影响不同含量 6-KT 对青菜幼苗根长的影响如图 4 所示。随着 6-KT 浓度的升高，植株根长的变化呈现先上升后下降的趋势，当 6-KT 浓度为 20mg/kg 时，植株根长达到 43.65mm，随着 6-KT 浓度的继续增加，绿色包装研究技术19图 4 6-KT 添加量对青菜幼苗根长的影响Fig.4 Effect of 6-KT Addition on Root Length of Chinese Cabbage Seedlings图 5 6-KT 添加量对青菜幼苗茎长的影响Fig.5 Effect of 6-KT Addition on Stem Length of Chinese Cabbage Seedlings裂以及植株生长的作用不明显，随着 6-KT 浓度增加，有效成分含量增加，加快植株细胞分裂的速度，进而促进植株生长，但是此时，6-KT 的浓度低于植株自身所产生的生长素浓度，所以表现为促进根部生长，对于植株茎长的促进作用不明显，继续增大 6-KT 浓度，当 6-KT 浓度大于植株自身的生长素浓度时，表现为促进植株发芽以及茎部生长的作用，在此 6-KT浓度下，植株的长势更为明显，体现为植株茎长增加，继续增大浓度，对于植株生长的促进作用减缓16,17。3 结论不同含量 6-KT 对薄膜力学性能以及水溶性能的影响较为明显，研究发现，其浓度介于 20mg/kg-25mg/kg 时，薄膜的力学性能及水溶性能更好。因其为小分子物质，进入 PVA 大分子链段之间的含量较少时起到增韧和增强的作用，对于薄膜的水溶解速度影响较小，其含量过大时，容易导致薄膜变脆，强度下降，因其在水中的溶解度较小，导致混合体系整体的水溶解速度下降，延长水溶时间。不同浓度 6-KT 的 PVA 水溶性膜所制备的种子带对青菜幼苗重量、根长和茎长的影响明显，由于6-KT 是一种细胞分裂素，属于腺嘌呤的衍生物，具有促进细胞分裂和组织分化；诱导芽的分化，解除顶端优势的作用。研究发现，其浓度介于 2030mg/kg时，对于植株生长的促进作用更为明显，效果更好。6-KT 浓度与植株自身产生的生长素浓度的大小关系表现为 6-KT 对于植株根长、茎长的促进作用不同，即其浓度大于生长素浓度时，促进植株发芽及茎部生长，反之，则促进植株根部生长。参考文献：1 李 春 生.种 子 带 技 术 开 发 研 究 J.孝 感 学 院 学报,2008(03):91-94.2 黎根盛,曾晖,李瑞,靳计灿,林锐,张少雄.水溶性 PVA 薄膜的制备及其改性研究进展 J.合成树脂及塑料,2021,38(02):77-79.植株根长增长趋势减缓。原因可能是，6-KT 作为一种细胞分裂素，在其浓度较低时，对于植株细胞分裂速度的影响较小，植株根长变化较空白组较小，随着6-KT 浓度持续增加，对于植株生长的促进作用开始明显，此时，6-KT 的浓度小于植株自身产生的生长素的浓度，故其可以促进植株生根以及根部生长，但随着 6-KT 浓度的继续升高，其浓度开始小于植株自身的生长素浓度，对于植株生根作用减弱，表现为根部生长速度减缓14,15。2.2.36-KT 添加量对青菜幼苗茎长的影响不同 6-KT 添加量对青菜幼苗茎长的影响如图5 所示，随着 6-KT 浓度增加，植株幼苗茎长呈现先上升后下降，最终趋于平缓的趋势。当 6-KT 浓度为30mg/kg 时，植株茎长达到最佳值 93.36mm，对幼苗茎长的促进效果最好；随着 6-KT 浓度继续增加，植株茎长先有一定程度下降，最终趋于稳定值。原因可能是，当 6-KT 浓度过低时，对于促进植株细胞分Green Packaging Research Technology203 衣潇鹏.聚乙烯醇水溶性包装薄膜的生物降解性研究D.湖南工业大学,2015.4 郝喜海,史翠萍,李慧敏.水溶性 PVA 薄膜在软包装上的应用及其生产技术 J.印刷技术,2010(18):55-57.5 刘小越,王荣华,王维成,刘镎,刘晓晗,刘朝阳,刘大丽,吴则东,王茂芊.不同浓度细胞分裂素对甜菜种子引发的影响 J.中国农学通报,2021,37(11):9-14.6 植 物 生 长 调 节 剂 糠 氨 基 嘌 呤 J.农 药 科 学 与 管理,2018,39(05):64-65.7 于学睿,刘丽红,袁梦.0.4%糠氨基嘌呤水剂对设施菠菜生长的影响 J.现代农村科技,2020(12):63+112.8 李秀,王家胜,赵帅,张峰峰,段玉振,刘志波.种子带编织机的设计与试验研究J.农机化研究,2018,40(02):174-178.9 廖雅汶,成臣,卢占军,姚锋先,朱博,胡贝,龚采妮,俞薇,张婷.不同细胞分裂素浓度对生菜穴盘基质育苗质量的影响 J.山东农业大学学报(自然科学版),2022,53(03):362-367.10 GB/T 35513.2-2017,塑料 聚碳酸酯(PC)模塑和挤出材料 第 2 部分:试样制备和性能测试 S.GB/T 35513.2-2017,Plastic polycarbonate(PC)molded and extruded materials-Part 2:Preparation and performance test of specimenS.11 张艳华,熊翠军,谢涛雄.水溶性沙林树脂对低温型PVA 水溶速度的影响 J.广州化工,2020,48(13):32-35.12 邱振鲁,李筱涵,朱蕾,张稳轩,刘文薪,于洪泉.赤霉素 6-糠氨基嘌呤与萘乙酸对风信子花期及叶绿素含量的影响 J.绿色科技,2018(16):253-255.13 魏晓琼,贾文飞,马靖恒,王颖,李金英,吴林.植物生长调节剂对植株生长发育的影响概述 J.北方园艺,2022(04):118-125.14 陈开,唐瑭,张冬平,陈云,吕冰.生长素和细胞分裂素参与构建水稻根系的研究进展 J.植物生理学报,2020,56(12):2495-2509.15 王晓红.植物生长调节剂对金边虎尾兰叶插生根的影响 J.北方园艺,2007(10):143-144.16 高铃铃.外源 ABA 和 6-KT 对甜瓜幼苗建成与产量的影响 D.黑龙江八一农垦大学,2019.17 郭战备,郭志刚,郭振营.喷施糠氨基嘌呤对小麦分蘖株高产量的影响 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