王猛，夏明升，程濤，李中玉，李鵬程

（安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司，安徽 合肥 230001）

沉水植物是水環(huán)境生態(tài)修復(fù)工程領(lǐng)域中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]，其群落構(gòu)建的成功與否直接關(guān)系到水生態(tài)修復(fù)工程的成敗。在工程實(shí)踐中，構(gòu)建沉水植物群落的常規(guī)施工方法是人工種植，但缺少有效的促生保活手段，栽種的沉水植物種苗生長速度較慢，成活率偏低。

蕓苔素是一種新型植物激素，是公認(rèn)的高效、廣譜、無毒植物生長調(diào)節(jié)劑，其作用特點(diǎn)是在極低的濃度水平下，即可引發(fā)植物生理狀態(tài)的改變，能有效增加葉綠素含量，提高光合作用效率，促根壯苗，對(duì)于促進(jìn)植物生長、提高植物抗逆性和成活率具有顯著效果[2-5]。Hu 的研究[6]發(fā)現(xiàn)，蕓苔素能促進(jìn)相關(guān)生長基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，提高細(xì)胞分裂速度，進(jìn)而促進(jìn)植物生長。Khripach的研究[7]發(fā)現(xiàn)，蕓苔素可以提高植物細(xì)胞壁松動(dòng)酶，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞的伸長和分裂活性。目前蕓苔素在沉水植物促生?；罘矫娴难芯旷r見報(bào)道。

無機(jī)碳源是沉水植物光合作用中制造有機(jī)物的主要原料，是沉水植物生長的主要限制因子之一[8]。自然水體中無機(jī)碳源主要以碳酸氫根離子的形式被沉水植物吸收。在植物光合作用旺盛的階段，適量投加NaHCO3有助于提高沉水植物的生長速率，提高植物成活率[9]。

緩釋技術(shù)主要應(yīng)用于無機(jī)肥、農(nóng)藥控釋或醫(yī)藥有效成分緩釋[10-12]。硬脂酸以其優(yōu)良的緩釋性能、便于加工以及成本低廉的優(yōu)勢，在各類緩釋片制備工藝中被廣泛采用[13-14]。采用硬脂酸制備緩釋片，可將硬脂酸在熱乙醇中溶解后均勻包覆在可溶性有效成分的外表面，利用硬脂酸的疏水性，大幅降低有效成分與水的接觸面積，從而起到緩釋作用。硬脂酸具有一定的材料強(qiáng)度，便于緩釋片的加工成型和運(yùn)輸。

本研究采用蕓苔素粉劑和NaHCO3粉末作為有效促生成分，硬脂酸作為緩釋劑，石英粉作為增重劑，分別制備不同硬脂酸含量的沉水植物促生緩釋片，檢測脆碎度，用于表征片劑的耐磨性能，以減少運(yùn)輸和搬運(yùn)中的磨損；檢測緩釋性能，以了解片劑有效成分的釋放情況；測試對(duì)新建苦草群落存活率的影響，以確定最佳的緩釋片配比。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蕓苔素粉劑；NaHCO3粉末，AR；硬脂酸，1801；無水乙醇，AR；石英粉，800目，去離子水淘洗3遍去除可溶性雜質(zhì)；苦草，生長狀態(tài)良好，長勢相近，平均株高約15 cm 植株；底泥，河道中采集，去除大顆粒雜質(zhì)及植物殘?bào)w，充分?jǐn)嚢杌靹?；聚乙烯水缸? m×1 m×0.5 m，潤洗3遍。

iCE 3300 AAS 型原子吸收光譜儀，賽默飛；CJY-300D 型片劑脆碎度測定儀，上海精密；TDP-2A 型壓片機(jī)，上海精密；HWS-28型恒溫水浴鍋，上海精密；DHG-9240N型恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海幕斯。

1.2 研究方法

1.2.1 沉水植物促生緩釋片制備

制備4組硬脂酸含量不同的緩釋片，分別稱取硬脂酸2 g、4 g、8 g、16 g 加入燒杯，向各燒杯加入無水乙醇50 mL，置于恒溫水浴鍋中以50℃加熱至硬脂酸完全溶解，再向各燒杯中分別加入蕓苔素粉劑10 g、碳酸氫鈉粉末60 g，石英粉分別為28 g、26 g、22 g、14 g，充分?jǐn)嚢杌靹蚝笾糜诤銣毓娘L(fēng)干燥箱中以40℃烘干3 h 至干燥狀態(tài)，制得緩釋混合粉末。干燥期間每隔半小時(shí)攪拌1次，防止粉末結(jié)塊。

采用壓片機(jī)對(duì)緩釋混合粉末進(jìn)行壓片造粒，壓力設(shè)置為5 kN，壓片直徑12 mm，片劑厚度6 mm，制得4 組硬脂酸含量分別為2%、4%、8%、16%的沉水植物促生緩釋片，單片重量0.75～0.82 g。

1.2.2 脆碎度檢測

根據(jù)片劑脆碎度檢查法[15]的要求，片重為0.65 g或以下者取若干片，使其總重約為6.5 g；片重大于0.65 g者取10片。本研究制得的緩釋片單片重量為0.75～0.82 g，因此4組不同硬脂酸含量的緩釋片各取10片用于脆碎度測試。用吹風(fēng)機(jī)吹去緩釋片表層附著的少量粉末，精密稱重并記錄原始重量，置于片劑脆碎度測定儀的圓筒中，轉(zhuǎn)速:25轉(zhuǎn)/分，100 次。取出緩釋片，同法吹脫表層粉末，精密稱重，計(jì)算減失重量，除以片劑原始重量，即為脆碎度（%）。

1.2.3 緩釋性能測定

以緩釋片中NaHCO3在去離子水中的釋放百分率用于表征緩釋性能，將制備的4組不同硬脂酸含量的緩釋片分別加入去離子水中，讓其溶解釋放NaHCO3，在第1天、3天、7天、28天分別取水樣檢測各組NaHCO3的釋放百分率，檢測方法參考火焰原子吸收分光光度法[16]。

1.2.4 新建苦草群落存活率的測定

將河道底泥分別鋪設(shè)于5 個(gè)聚乙烯水缸，厚度為0.2 m，加入河水至0.48 m 高度，待水澄清后，在各水缸中種植100 株苦草。其中1 個(gè)水缸作為空白對(duì)照組，不添加其他實(shí)驗(yàn)試劑，另外4個(gè)水缸分別添加10片硬脂酸含量為2%、4%、8%、16%的沉水植物促生緩釋片。

實(shí)驗(yàn)周期28天，觀察苦草生長狀態(tài)，到期后全部拔出，計(jì)算存活率。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同硬脂酸含量對(duì)緩釋片脆碎度的影響

各組硬脂酸含量不同的緩釋片脆碎度檢測結(jié)果及檢測后片劑外觀情況統(tǒng)計(jì)情況如表1 所示。根據(jù)片劑脆碎度檢查法的要求，片劑減失重量不得超過1%，且不得檢出斷裂、龜裂及粉碎。

表1 各組緩釋片脆碎度檢測及外觀情況統(tǒng)計(jì)

硬脂酸含量為2%時(shí)，緩釋片的脆碎度高達(dá)6.31%，片劑出現(xiàn)多處碎裂、裂紋及邊緣塊狀脫落，判定為不達(dá)標(biāo)。硬脂酸含量4%的緩釋片脆碎度為3.12%，碎裂情況較前組改善，但仍不達(dá)標(biāo)。硬脂酸含量8%時(shí)，緩釋片脆碎度值大幅降低，僅為0.55%，外觀改善，受試的10 片緩釋片均無碎裂或裂紋。在本測試體系中，硬脂酸含量8%的緩釋片性能大幅提升，推測為硬脂酸含量達(dá)到一定的閾值后形成了片劑內(nèi)部的緊密包覆與粘結(jié)。由于存在邊際效用遞減規(guī)律，當(dāng)硬脂酸含量提升到16%時(shí)，緩釋片的脆碎度和外觀情況仍有提升，但較為有限。

2.2 不同硬脂酸含量對(duì)緩釋片緩釋性能的影響

各組緩釋片的緩釋性能如表2 所示，以緩釋片NaHCO3含量的累積釋放百分率作為表征。

表2 各組緩釋片NaHCO3含量的累積釋放百分率

將硬脂酸含量為2%的緩釋片投入去離子水中，很快出現(xiàn)崩解，片劑膨脹并碎裂成數(shù)個(gè)小塊，溶解速度較快，僅第1 天即釋放出52%的NaHCO3。之后溶解速度逐漸降低，至第28 天，緩釋片有效成分基本溶出，剩下石英粉小團(tuán)粒，NaHCO3累積釋放率93%。硬脂酸含量為4%的緩釋片在前6 天溶解速度中等，片劑表層逐漸出現(xiàn)孔隙，至第7 天片劑發(fā)生崩解，溶解加速，NaHCO3釋放率上升至61%，之后溶解速度降低，至第28 天，剩下少量碎片，NaHCO3累積釋放百分率達(dá)82%。硬脂酸含量2%和4%的這兩組緩釋片均未達(dá)到緩釋的目的，可能是因?yàn)橛仓岷坎蛔阋孕纬芍旅芙Y(jié)構(gòu)，水分將片劑表層的可溶性物質(zhì)溶解后形成數(shù)量眾多的孔洞，侵入片劑內(nèi)部[17]，發(fā)生溶脹作用，最終導(dǎo)致片劑崩解。

硬脂酸含量為8%和16%的緩釋片在28 天測試周期內(nèi)均未出現(xiàn)崩解現(xiàn)象，其中前組的NaHCO328天累積釋放百分率為25%，釋放量適中，溶解緩慢，有效成分釋放持久，緩釋性能穩(wěn)定可靠；后組的NaHCO328 天累計(jì)釋放百分率僅為6%，釋放速度過于緩慢，在實(shí)際應(yīng)用中可能難以形成有效的局部促生濃度。

2.3 不同緩釋片對(duì)新建苦草群落存活率的影響

工程實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)苦草成活率低的問題，可能的原因有兩方面：其一，用于群落構(gòu)建的苦草苗，通常由其他水體拔出并經(jīng)過長途運(yùn)輸至栽種地點(diǎn)，苦草處于根系受損、葉片水分蒸發(fā)、植株受擠壓磨損等應(yīng)激狀態(tài)，不利于種植成活；其二，群落構(gòu)建過程中，會(huì)對(duì)底泥造成大范圍擾動(dòng)，內(nèi)源污染釋放量增加[18]，對(duì)苦草造成營養(yǎng)脅迫，造成部分植物死亡[19]。

各組緩釋片對(duì)新建苦草群落28天存活率的影響情況如表3所示。對(duì)照組沒有添加促生藥劑，經(jīng)過28天實(shí)驗(yàn)周期，苦草的存活率為88%，出現(xiàn)12 株苦草死亡，存活苦草長勢一般，該結(jié)果驗(yàn)證了新建苦草群落成活率低下的問題。硬脂酸含量為2%和4%的緩釋片對(duì)苦草的成活率不僅沒有提升，反而造成了較大的負(fù)面影響，成活率分別為75%和84%，存活的苦草較為矮小，葉片顏色泛黃，生長狀態(tài)劣于對(duì)照組。硬脂酸含量為8%的緩釋片對(duì)苦草的成活率和生長狀態(tài)有極大的提升，成活率達(dá)到99%，苦草生長旺盛，植株高大，葉片翠綠。硬脂酸含量為16%的緩釋片對(duì)苦草的成活率（94%）和生長狀態(tài)較對(duì)照組也有一定的提升，但促生效果低于前組。

表3 各組緩釋片對(duì)新建苦草群落28天存活率的影響

蕓苔素與其他植物激素一樣，對(duì)植物的生長作用具有顯著的“二重性”，即低濃度促進(jìn)植物生長，高濃度抑制植物生長[20]，本研究得出相似結(jié)果。硬脂酸含量為2%和4%的緩釋片對(duì)苦草成活率和生長狀態(tài)產(chǎn)生了抑制作用，結(jié)合脆碎度檢測和緩釋性能測定結(jié)果，分析其主要原因是這兩組緩釋片硬脂酸含量不足，片劑溶解過快并發(fā)生崩解，導(dǎo)致蕓苔素短時(shí)間內(nèi)迅速釋放，形成較高的局部濃度，從而抑制了苦草存活和生長。硬脂酸含量為16%的緩釋片內(nèi)部過度包覆，有效成分難以溶出，但釋放出的微量蕓苔素仍然對(duì)苦草產(chǎn)生一定的促生效果。硬脂酸含量為8%的緩釋片有效成分釋放速率適中，適宜濃度的蕓苔素和NaHCO3協(xié)同促進(jìn)苦草生長，表現(xiàn)出了最佳的促生效果。

從前述結(jié)果也可推測蕓苔素對(duì)苦草生長的影響程度要高于NaHCO3。碳酸氫根離子作為沉水植物的無機(jī)碳源，并無植物激素那樣的“二重性”效應(yīng)，而各實(shí)驗(yàn)組苦草的存活率和生長狀態(tài)表現(xiàn)出了明顯的“二重性”，說明蕓苔素在沉水植物促生體系中占據(jù)著主導(dǎo)作用（見表3）。

3 結(jié)論

（1）隨著緩釋片中硬脂酸含量的增加，片劑的脆碎度、碎裂和磨損程度均顯著降低，片劑耐磨性能得到有效改善，其中硬脂酸含量達(dá)到8%及以上時(shí)，緩釋片脆碎度檢測即可達(dá)標(biāo)。

（2）硬脂酸含量2%和4%的緩釋片容易發(fā)生崩解，導(dǎo)致有效成分過快釋放；硬脂酸含量16%的緩釋片釋放速率過慢，有效成分難以溶出；硬脂酸含量為8%的緩釋片釋放速率適中，溶解緩慢，有效成分釋放持久，緩釋性能穩(wěn)定可靠。

（3）硬脂酸含量2%和4%的緩釋片對(duì)苦草產(chǎn)生抑制作用，硬脂酸含量16%的緩釋片對(duì)苦草有一定的促生作用，但效果有限；硬脂酸含量為8%的緩釋片對(duì)苦草的存活率和生長狀態(tài)表現(xiàn)出最佳的促生效果，建議工程實(shí)踐中采用該配比制備沉水植物促生緩釋片。