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      8种粮食和蔬菜作物种子短期节能储藏研究
      来源: | 作者:pro84ede6 | 发布时间: 2020-03-29 | 279 次浏览 | 分享到:
      何娟娟1,卢新雄1,栗钊2,辛霞1*
      (1中国农业科学院作物科学研究所,2北京中农科信机械设备有限公司)

      摘要:本文选取水稻、小麦等8种主要粮食和蔬菜作物,开展了短期节能储藏研究。共选用18个品种,分别采用纸袋、编织袋和铝箔袋包装后,储藏于室内、中期库和节能试验库,储藏2年后监测种子生活力。对比发现储藏2年后,3种储藏条件下,种子平均发芽率差异不显著,但是室温库储藏种子间一致性明显降低,而节能库储藏效果则与0-2℃冷库基本一致。同等条件下节能库比0-2℃冷库节能47.68%(详见分析表)。因此认为本研究所采用的试验库可以实现短期节能储藏目标。
      关键词:种子,短期储藏,节能,生活力,出苗率

      种子储藏寿命受多种因素影响,除自身的遗传特性影响外,主要受储藏温度和湿度、种子含水量、包装方式等因素影响[1]。降低储藏温度和种子含水量可以显著延长种子储藏寿命[1]。工作中,需要综合考虑种子储藏寿命目标和资金状况,选择不同的储藏条件[2]。作为种质资源进行长期或中期储藏时,国际上通用的种子长期储藏(目标寿命50~100年)条件为:种子含水量5~7%,铝箔袋、玻璃瓶等密封包装,储藏于-18℃(或-20℃)长期库;种子中期储藏(目标寿命10~20年)的条件则较为宽泛,种子含水量5~13%,储藏温度-4℃~4℃[1]。一般情况下,长期库和中期库的空气相对湿度都控制在50%以下。由于需要控制低温低湿的条件,中长期库的能耗都很高。种子公司、育种单位等对种子储藏寿命的要求要远低于资源储藏,一般在5年以内。显而易见,对于种子短期储藏目标来讲,不适用于采用中长期库的条件进行储藏。本文以水稻、小麦等主要粮食作物为对象,开展了短期节能储藏研究。

      1. 材料与方法
      1.1 材料
      本研究选择了水稻、小麦、玉米、大豆、豇豆、油菜、小白菜和黄瓜8种作物18个品种种子作物实验材料(具体见表1)。18个品种种子均为2014年市面上新供应种子或者实验室新繁殖收获种子。
      表1 本实验用种子信息


      1.2 储藏条件
          研究设定3种储藏条件:条件1为建筑物室内自然储藏(冬季集中供暖,夏季高温时空调开放,简称室温库);条件2为低温库(温度为0-2℃,不控制湿度,简称冷库),条件3为本研究所设计的节能储藏库,温度控制范围+15℃~+20℃,在温度控制区域内相对湿度控制在45%以内(与冷库相比侧重除湿功能),由于种子保存的安全环境,主要受库内温度和湿度的综合影响。温度低则允许湿度适当升高,而温度高时应保持良好的干燥条件,即可达到安全储藏的目的。节能库的设备在环境温度低于+15℃时,库内相对湿度自动控制在稍高的范围,例如库内温度达到0℃时(北方冬季)允许的相对湿度控制在70%以内,而库内温度在+10℃左右(南方冬季)库内相对湿度则控制在60%以内。通过智能温湿度联合控制程序,充分利用自然环境温度的变化调节库房内的温度湿度综合条件,可大幅缩短设备的运行时间,从而达到种子保存既安全又节能,尤其适合种子短期保存库,这种方法的安全节能试验库,简称试验库。
          包装方式,为研究包装材质对储藏效果的影响,选定了纸袋、编织袋和铝箔袋抽真空包装3种方式进行包装。每个品种分成9份,分别用纸袋、编织袋和铝箔袋包装后,分别存放于上述3种储藏条件。同时放入自动温湿度记录仪,实时记录各库的温度和湿度,每隔4小时采集一次数据。
      1.3生活力监测
          参照国际种子检验规程[3]规定,通过标准的种子发芽实验检验种子的生活力。根据作物种类不同选择各自最适宜的发芽温度和发芽床,发芽7d-14d,发芽结束统计种子发芽率和发芽势(一般为发芽第4天时的发芽率)。发芽势反映种子快速发芽的能力,是生活力的一个重要指标。每次监测4个重复,每重复25-100粒种子。
      2.结果与分析
      2.1 储藏2年后种子发芽能力总体分析
          储藏前18个品种的发芽率范围为75-100%,平均94.1%±5.9%;发芽势范围为73.0-98.5%,平均91.4%±7.5%。储藏2年后,分析各品种3包装方式3储藏条件下的监测数据发现,发芽率范围变为57- 100%,均值90.7%±8.2%;发芽势范围变为54-100%,均值89.4%±8.7%(表2)。储藏2年平均发芽率和发芽势分别下降了3.4%和2.0%,总体下降幅度很小,但标准偏差和变异系数明显增加,尤其最小值的下降值却已经接近20%,说明不同储藏条件、包装方式或品种间存在一定差异

              表2  18个品种储藏前后发芽率和发芽势


      2.2储藏条件间差异对比
         各储藏条件温湿度对比  分析连续2年记录数据,统计平均值、极大值和极小值,发现试验库的温度低于室温库而高于冷库,试验库的相对湿度则高于室温库而低于冷库(表3)。总体而言,试验库的温度湿度综合条件优于室温库而差于冷库。

      表3  3种储藏条件的温湿度数据



          各储藏条件种子生活力对比  为对比不同储藏条件之间储藏效果,统计了3种条件下储藏2年后各品种、各包装方式的平均值、极大值、极小值、标准偏差和变异系数,发现3种条件下的监测发芽率差异不显著(P>0.05);但是进一步对比最小值、标准偏差和变异系数则发现试验库与冷库的储藏效果更接近(表4)。

      表4  不同储藏条件种子生活力对比



          各储藏条件种子田间出苗能力对比 进一步调查了3种条件下储藏2年后各品种、各包装方式保存种子的田间出苗能力差异,对比其平均值、极大值、极小值、标准偏差和变异系数,发现冷库和试验库2种条件下的出苗率率与初始出苗率差异不显著(P>0.05),而室温库保存种子的田间出苗率则降低了7.3%;最小值、标准偏差和变异系数也是试验库与冷库的储藏效果更接近于初始值,室温库则差异明显(表5)。
      表5  不同储藏条件种子田间出苗能力对比



      2.4包装方式间差异对比
          为对比不同包装方式之间储藏效果差异,统计了试验库储藏2年后各品种的平均值、极大值、极小值和标准偏差,发现其平均监测发芽率、平均监测发芽势差异不显著(P>0.05);最小值、标准偏差和变异系数间的差异也较?。ū?)。说明包装方式对短期储藏效果的影响小于储藏条件(即储藏温湿度)的影响。

      表6 不同包装方式间对比(试验库)



      2.5作物间差异对比
          前文所述,8个作物3种包装方式在3种储藏条件下,储藏2年后平均发芽率由94.1%下降至90.7%,平均下降3.4%。然而,对比不同作物发现作物间存在一定差异。表6中对比了8个作物种子编织袋包装于试验库储藏2年前后种子发芽率差异,发现水稻、玉米、小麦和大豆发芽率下降值高于平均值,尤其是水稻下降值达到5.2%,而油菜、黄瓜、小白菜和豇豆等蔬菜类种子则没有下降,部分种子的平均发芽率甚至比初始值略高(表7)。 由此认为试验库可以满足主要粮食和蔬菜作物的短期保存需要,对蔬菜种子的保存效果更好。

      表7 各种间储藏前后种子发芽率对比—条件3编织袋包装



      2.6 各储藏条件耗电量对比分析表





      库房
      分项    温度、湿度控制参数及设备形式    设备运行开停比    库体保温条件    单位容积功率折算比值(w/m3)    备注
      室温库
      (在楼内)    温度控制+20℃,湿度不控制,采用1.5HP分体壁挂式空调    温度实测最低达到+24℃,相对湿度实测50%以下,白天设备始终运行不?;?nbsp;   砖墙
      无保温    18    测试时间北京地区八月白天室内环境温度+26℃~+28℃,相对湿度55%~60%
      冷库
      (在楼内)    温度控制0-2℃,湿度不控制,采用5hp制冷机组,配吊顶式冷风机    温度实测达到控制范围,相对湿度实测65%~70%,平均开停比为1:1    室内拼装库,100厚聚氨酯双面彩钢保温板    20.25    测试时间北京地区八月白天室内环境温度+26℃~+28℃,相对湿度55%~60%
      试验库
      (在室外)    温度控制+15℃~+20℃,在温度控制区域内相对湿度控制在45%以内(根据季节变化智能控制相对湿度值),采用2hp种子干燥储藏机    温度实测+15℃~+15.5℃,相对湿度实测45%以下,平均开停比为1:2    室外拼装库,100厚聚氨酯双面彩钢保温板    8.18    测试时间北京地区八月白天室外环境温度+32℃~+34℃,相对湿60%~65%
      比室温库设备单位容积节能54.5%(考虑到全国不同地区气候条件保守节能43.6%)
      比冷库设备单位容积节能59.6%(考虑到全国不同地区气候条件保守节能47.68%)
          
      4. 讨论与结论
           本文通过对比种子在室温、0-2℃冷库和节能试验库条件下保存2年的生活力差异、库的能耗,认为实验所建立的节能试验库可以实现主要粮食和蔬菜作物种子的短期保存,并且能够极大地节省能耗。
           前人大量研究证实种子储藏过程中,生活力并非匀速下降。种子存活曲线呈反S型,即在开始阶段有一个平台期,而后种子生活力快速下降,最后种子缓慢死亡[4]。辛霞等[5]研究了小麦种子生活力丧失特性,发现存活曲线S型的第一个平台期向生活力快速下降阶段的转折点约83%发芽率;发芽率低于该值,则表明种子很快进入生活力快速下降阶段,短期内生活力会大幅降低;因此推荐种子储藏临界发芽率不得低于83%。根据表2和表4中种子平均发芽率差值,计算得种子在室温、冷库和试验库条件下储藏,发芽率年均下降值分别为2.5%、1.2%和1.5%。按照该下降速度可以推算,种子在室温、冷库和试验库条件下储藏发芽率下降至83%时,分别需要4.5年、9.3年和7.4年。室温条件下储藏种子,常常由于种子呼吸作用而大量放热,尤其是种子储存量很大时,因此,若室温大量堆积储藏时,种子生活力下降速度则会加剧,因此不推荐室温条件储存种子。本文中所设计的节能库则能够在节约大量能耗的基础上,确保种子可以安全保存5年以上。
      主要参考文献
      [1]FAO/ IPGRI. Genebank Standards[M]. FAO/ IPGRI, Rome, 1994: 7-8
      [2]卢新雄, 陈叔平, 刘旭, 等. 农作物种质资源保存技术规程[M]. 北京: 中国农业出版社, 2008: 4-17
      [3]ISTA. International Rules for Seed Testing[J]. Seed Sci Technol, 1985, 15: 299-355
      [4]Caid H S, Ecchemmakh T, Elamrani A, et al. Alterations occurring during accelerated ageing of winter wheat[J]. Cahiers Agric, 2008, 17: 39-44
      [5]辛霞, 陈晓玲, 张金梅, 卢新雄. 小麦种子在不同保存条件下的生活力丧失特性研究. 植物遗传资源学报, 2013, 14(4): 588-593
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