邵長勇,王德成,張麗麗,李 艷,唐 欣,惠云婷,徐 特

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院,北京 100083;2.山東省種子有限公司,濟(jì)南 250100;3.山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院,濟(jì)南 250100)

0 引言

種子的健康和優(yōu)質(zhì)是決定農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的決定性因素[1]。在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,目前一般采用精細(xì)選種、日光照曬、壓力碾壓、機(jī)械磨皮、化學(xué)浸種、藥物拌種和催芽等傳統(tǒng)的機(jī)械、物理、化學(xué)和生物學(xué)方法進(jìn)行種子播前處理[2]。經(jīng)過傳統(tǒng)處理后,在某種程度上確實(shí)起到了促進(jìn)種子萌發(fā)、提純復(fù)壯和殺菌消毒的作用效果,極大地提高了種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì),實(shí)現(xiàn)促壯復(fù)生和殺菌消毒的效果,保證了農(nóng)作物在田間苗齊、苗壯,提高了作物的自身抗逆性,促進(jìn)了農(nóng)業(yè)作物提前成熟和農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn),增加了農(nóng)民收入[3]。但是,這些傳統(tǒng)的化學(xué)和生物處理等方法存在嚴(yán)重弊端,極有可能會(huì)造成土壤肥力減弱、土壤板結(jié),進(jìn)一步危害環(huán)境安全,且化學(xué)方法并不能真正改善種子本身的特性,如抵抗寒冷、抵抗干旱及早熟等性能。生物防治因其自己本身的特性,一些病害蟲控制劑不能與根瘤菌、植物生長調(diào)節(jié)劑等混合使用,無法適應(yīng)更廣泛的地理環(huán)境,開發(fā)與應(yīng)用受到一定的限制,從而影響其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用[4]。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,以光、電、熱和磁場(chǎng)為代表的現(xiàn)代物理工程技術(shù)開始在種業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行研究與應(yīng)用,一種以現(xiàn)代物理技術(shù)為基礎(chǔ)的的改善植物生長發(fā)育特性的新型農(nóng)業(yè)技術(shù)開始被廣泛關(guān)注。現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)方法應(yīng)用在種子播前處理上,是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì),機(jī)械需求量大[5]。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)的單項(xiàng)技術(shù)研究,源于20世紀(jì)70年代。首先,日本和蘇聯(lián)等國家開展了電磁場(chǎng)處理種子的研究,并對(duì)電磁場(chǎng)處理種子的作用機(jī)理和生物學(xué)效應(yīng)進(jìn)行了大量研究,取得了一定的研究效果[6]。邵長勇等(2013)發(fā)現(xiàn)種子含有一定量的水分,具有熱特性、機(jī)械特性和電磁特性等三大物理特性。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,以熱特性、電磁特性和機(jī)械特性為代表的現(xiàn)代物理技術(shù)處理農(nóng)作物種子的方法和手段得到研究與應(yīng)用[7]。

1.1 機(jī)械處理

人們利用一些自然界中的天然物質(zhì)、簡單機(jī)械、簡易物件或物理措施來處理種子,可以改變種子的表皮結(jié)構(gòu),增加種子的通透性,促進(jìn)作物生長,從而影響作物的某些性狀表達(dá)[8]。種子的機(jī)械特性主要表現(xiàn)在種子的加工、貯存、包裝及運(yùn)輸過程中,包括種子的抗壓力、抗拉力、抗剪力和流動(dòng)性等[9]。李治安、竇文林等[10]利用麥飯石對(duì)棉花、玉米進(jìn)行種子處理。劉艷等(2013)為有效解決白櫟[11]、山櫟和夏櫟[12]種子延遲萌發(fā)和出苗不整齊的問題,研究了不同機(jī)械處理(對(duì)照、去碗疤、去皮、去皮及切除1/2子葉、去皮及切除2/3子葉)對(duì)白櫟、山櫟、夏櫟種子萌發(fā)和生長的影響。孫樹坤[13]等(2001)利用砂磨機(jī)械破損的紫云英。傅海平[14]等(2014)通過專用種子去殼機(jī)處理茶種子。研究表明:機(jī)械處理對(duì)種子萌發(fā)和整齊性出苗有顯著的促進(jìn)作用,但操作難度大,在生產(chǎn)上應(yīng)用相對(duì)較難。

1.2 熱特性處理

種子本質(zhì)是一種濃縮的膠體,具有類似膠體的導(dǎo)熱性能。種子的營養(yǎng)成分、含水量和貯存溫度等的不同,導(dǎo)致種子的熱容量和比熱發(fā)生改變。大量試驗(yàn)結(jié)果表明:種子的比熱與種子的含水量線性相關(guān),種子的比熱隨溫度升高而增大。根據(jù)種子的這一熱特性,在播種之前對(duì)種子進(jìn)行溫湯、浸泡、烘烤、日曬和干熱風(fēng)等預(yù)處理[15],可以有效滅菌殺蟲,打破種子的休眠期,促進(jìn)種子的萌發(fā)、生長,并可以有效提高種子生命周期[16]。

1.3 電磁特性處理

農(nóng)作物種子的電磁特性可分為生物電和空間磁場(chǎng)兩類:生物電是指在種子內(nèi)部因存在某種能量而產(chǎn)生的電位差;空間電場(chǎng)是指影響其所在空間的電磁場(chǎng)及電流分布的諸如電阻、電導(dǎo)和介電常數(shù)等特性。種子的電特性與種子的種皮厚度、種子含水率、種子的組成成分、損傷程度及抵抗病菌能力等性質(zhì)存在直接或間接的聯(lián)系,直接影響農(nóng)作物種子的發(fā)芽、生長、貯存、加工和分級(jí)等過程。種子的電處理是指為了一定的目的對(duì)種子施以電能的過程,具有很大的研究價(jià)值和發(fā)展前景。目前,主要從冷等離子體和磁化兩個(gè)方面對(duì)農(nóng)作物種子電特性的研究。

種子磁化技術(shù)是近年發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)種子處理技術(shù),應(yīng)用于種子的外磁場(chǎng),特別應(yīng)用磁化水等手段,可有效地激發(fā)種子內(nèi)部酶的活性,改善種子的生活環(huán)境。利用磁化技術(shù)來磁化種子,或?qū)⑵渑c常規(guī)種子處理技術(shù)相結(jié)合,也可以達(dá)到殺滅有害真菌和細(xì)菌的目的[17],對(duì)其抗旱性有顯著影響[18]。種子磁化技術(shù)的缺點(diǎn)就是在種子處理后2～7天內(nèi)必須播種,不然種子就失去活力,不再發(fā)芽,在生產(chǎn)中有很大的局限性,可以應(yīng)用在工廠化育苗上面。

冷等離子體技術(shù)首先由蘇聯(lián)科學(xué)家提出,研究了冷等離子體對(duì)于生物體的表面處理作用機(jī)理,并由普拉斯瑪公司探索制造了冷等離子體種子預(yù)處理設(shè)備[19]。通過冷等離子處理,顯著提高了種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì),改善了蔬菜出苗狀況,提高了蔬菜長勢(shì),增加了蔬菜的產(chǎn)量。隨著蘇聯(lián)的解體,相關(guān)研究幾乎停頓,研究沒有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。后來,美國、加拿大等國家的冷等離子實(shí)驗(yàn)室研究人員采用冷等離子體技術(shù)對(duì)農(nóng)作物種子進(jìn)行處理,目的是滅菌消毒,減少作物生長時(shí)病害的發(fā)生[20]。近年來,烏克蘭、以色列、韓國和日本等國也開始進(jìn)行冷等離子體種子處理技術(shù)的研究和應(yīng)用,主要的應(yīng)用體現(xiàn)在種子的表面改性方面[21];但由于研究起步較晚,基礎(chǔ)較差,對(duì)作物種子的處理效率很低,沒有達(dá)到明顯的處理效果[22]。到目前為止,冷等離子體在國外主要應(yīng)用于微生物滅菌方面,在我國也剛剛興起,各國學(xué)者對(duì)冷等離子體滅菌的條件、效率和細(xì)菌種類進(jìn)行了大量的研究。清華大學(xué)的科研人員提出了“一種等離子體對(duì)微生物進(jìn)行誘變育種的方法”,利用此發(fā)明專利,用冷等離子體輻照進(jìn)行誘變育種,得到了突變的微生物,獲得了新的微生物新品種,已在工業(yè)微生物誘變育種領(lǐng)域中發(fā)揮了很大的作用[23],而將冷等離子體應(yīng)用于作物育種方面的工作還未見報(bào)道。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院和山東省種子有限公司聯(lián)合組建的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),首先提出把冷等離子體作為一種新型誘變劑,誘變農(nóng)作物發(fā)生表觀遺傳變異,以提高其產(chǎn)量和抗逆性,對(duì)農(nóng)作物、苗木、花卉、中草藥和牧草等種子進(jìn)行了冷等離子體種子播前處理研究,特別是在種子的促壯復(fù)生和殺菌消毒方面取得了大量的研究成果,并在農(nóng)作物、中草藥和牧草育種方面進(jìn)行大量研究應(yīng)用,取得了階段性成果。

2 研究進(jìn)展

2.1 開辟育種思路,創(chuàng)新培育種子的手段

由于育種的周期長、生產(chǎn)效率低等局限性,傳統(tǒng)的育種不被看好,甚至育種停滯。目前,轉(zhuǎn)基因技術(shù)在育種上的應(yīng)用,在全球范圍內(nèi)具有較大的爭議,某些觀點(diǎn)認(rèn)為轉(zhuǎn)基因作物具有很大的潛在危險(xiǎn),極有可能會(huì)對(duì)人類的身體健康和人類社會(huì)的生存環(huán)境造成巨大威脅。生物育種和航天輻照育種的成本比較高。在這種情況下,探索一種既能突破傳統(tǒng)生物育種低水平重復(fù)操作、同時(shí)又不造成基因安全問題和保護(hù)生態(tài)環(huán)保的育種手段,成為當(dāng)今社會(huì)的當(dāng)務(wù)之急。

冷等離子體種子處理技術(shù)在農(nóng)作物上的育種已經(jīng)初步成功,方法是利用一定功率的冷等離子體輻照種子育種材料,誘發(fā)農(nóng)作物的表型性狀變化。冷等離子技術(shù)用于農(nóng)作物的誘變育種,已經(jīng)培育出了高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗、適宜密植和機(jī)械化作業(yè)的農(nóng)作物新品種,實(shí)現(xiàn)了農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的高度融合。冷等離子體種子處理技術(shù)可以突破傳統(tǒng)育種低水平重復(fù)、同質(zhì)化嚴(yán)重和轉(zhuǎn)基因育種潛在危險(xiǎn)的缺點(diǎn),解決了傳統(tǒng)育種周期長,經(jīng)濟(jì)投入巨大的缺點(diǎn),縮短了育種周期,在農(nóng)作物、牧草和中草藥等方面育種上具有先進(jìn)性。

通過反復(fù)試驗(yàn)可以找到某種種子某一特定性狀的處理功率,能更好地滿足選育優(yōu)良品種的需求,克服了傳統(tǒng)的育種手段時(shí)間長、目標(biāo)盲目性、育種質(zhì)量低、育種成本高的弊端,獲得一批早熟種質(zhì)資源。目前,取得一種冷等離子體處理的玉米育種方法(ZL201410356308.X)、一種冷等離子體處理的甘藍(lán)育種方法(ZL201510960226.0)、一種冷等離子體處理花粉的棉花育種方法及應(yīng)用(ZL201310402401.9)、一種冷等離子體處理的大豆育種方法(ZL201510098014.6)、一種冷等離子處理的花生育種方法(ZL201410273108.8)、一種冷等離子體處理的苜蓿育種方法(ZL201410020247.X)、一種冷等離子體處理的小麥育種方法(ZL201410230458.6)、一種冷等離子體處理的西葫蘆育種方法(ZL201510279424.0)、一種旋轉(zhuǎn)倉式冷等離子體種子處理儀及其處理方法(CN201610061385.1)、一種具有控溫裝置的射頻等離子體種子處理設(shè)備(ZL201621177210.9)、一種青貯原料的等離子體殺菌設(shè)備及方法(ZL201610917819.3)、一種離子射頻處理的黃芪育種方法及其應(yīng)用(CN201611230314.6)、一種微波等離子體處理的水稻育種方法(CN201811044951.3)等發(fā)明專利10余項(xiàng)。

2.2 獲得多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì),得到業(yè)界認(rèn)同

確定針對(duì)不同農(nóng)作物種子的最佳處理工藝和關(guān)鍵參數(shù),科技成果達(dá)到了同類研究的國際領(lǐng)先水平。目前,已進(jìn)行了14種農(nóng)作物、牧草、中草藥及樹木的種子的處理工藝研究,為促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和農(nóng)民增收提供了新的途徑,同時(shí)為促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了技術(shù)支持。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院和山東省種子有限公司等單位實(shí)施的“氦氣介質(zhì)下冷等離子體種子播前處理技術(shù)及裝備”項(xiàng)目榮獲“2014-2015年度中華農(nóng)業(yè)科技獎(jiǎng)”,“冷等離子體種子播前處理技術(shù)及裝備”成果獲得2014年度山東省科技進(jìn)步獎(jiǎng),“保護(hù)地西葫蘆種質(zhì)資源創(chuàng)新及新品種選育技術(shù)”獲得2016年度濟(jì)南市科技技術(shù)獎(jiǎng),“密閉真空冷等離子體種子播前處理技術(shù)及裝備”榮獲“第一屆全國現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)創(chuàng)新示范獎(jiǎng)”(2014),“基于冷等離子體種子播前處理的植物育種新技術(shù)”獲得了“第二屆全國現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)優(yōu)秀創(chuàng)新項(xiàng)目” (2015),“基于冷等離子體處理技術(shù)的保護(hù)地西葫蘆種質(zhì)資源創(chuàng)新及新品種選育技術(shù)” 榮獲“第三屆全國現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)優(yōu)秀創(chuàng)新項(xiàng)目”(2016)。

2.3 爭取項(xiàng)目支持,深入開展研究

經(jīng)過大量的室內(nèi)試驗(yàn)和田間種植試驗(yàn)研究,結(jié)果顯示:冷等離子體處理可以有效激活種子產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng),且種子的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)得到明顯提高,根系與對(duì)照相比得到顯著發(fā)達(dá),抗旱、耐鹽堿和抗病性能增強(qiáng),提高了農(nóng)作物的品質(zhì),加快了農(nóng)作物提前成熟,提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量[24]。基于冷等離子體種子播前處理技術(shù)的現(xiàn)代物理種業(yè)技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的效果[25]?？蒲袌F(tuán)隊(duì)申請(qǐng)到了教育部教育部中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目 “冷等離子體處理對(duì)種子發(fā)芽及幼苗特性的影響研究”(2013QJ019)、山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“冷等離子體種子處理機(jī)處理西葫蘆親本材料”(2013GGC3004) 、山東省農(nóng)業(yè)良種工程項(xiàng)目“臨花6號(hào)花生新品種良種繁育與加工技術(shù)研發(fā)”(2013GGC3004)、濟(jì)南市種業(yè)振興項(xiàng)目“設(shè)施專用番茄新品種選育與商品化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范”(201210002)、濟(jì)南市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“設(shè)施專用西葫蘆新品種的突破性選育”(201502067)等,得到了政府和社會(huì)結(jié)構(gòu)的廣泛認(rèn)同。

針對(duì)冷等離子體種子播前處理工藝技術(shù)開展了大量的研究,主要體現(xiàn)在在以下幾個(gè)方面:

1)促壯復(fù)生,提高種子活力。經(jīng)過冷等離子體裝備處理后,通過室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)、溫室盆栽試驗(yàn)和田間小區(qū)試驗(yàn)等,種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)有很大幅度的提高,且種子的發(fā)芽勢(shì)提高幅度顯著。經(jīng)處理的黃芪種子的發(fā)芽勢(shì)與實(shí)驗(yàn)中的對(duì)照組相比較提高了10.3%～30.6%,同時(shí)發(fā)芽率與實(shí)驗(yàn)中的對(duì)照組相比提高了7.75%～20.5%。其中,苜蓿種子的發(fā)芽勢(shì)提高了32.%,發(fā)芽率提高了14.5%。長時(shí)間放置的種子的發(fā)芽率已經(jīng)明顯降低,但經(jīng)過冷等離子體技術(shù)對(duì)其處理后,陳舊種子激活作用非常明顯。陳舊菠菜種子的發(fā)芽勢(shì)提高了21.8%,發(fā)芽率提高了13.72%;陳舊番茄發(fā)芽勢(shì)提高25.3%,發(fā)芽率提高6.5%～9.6%[26]。

2)抗旱耐鹽,提高作物抗逆性。經(jīng)過冷等離子體處理的小麥種子,在水分脅迫的情況下進(jìn)行發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率室內(nèi)試驗(yàn),發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率與實(shí)驗(yàn)中的對(duì)照組相比分別提高了35.7%和21.0%。田間種植試驗(yàn)表明:在干旱嚴(yán)重情況下,經(jīng)過冷等離子體技術(shù)處理的旱地小麥可增產(chǎn)40%以上,且處理后的種子抗旱萌發(fā)力及作物幼苗抗旱性均明顯提高。目前,已進(jìn)行了14種農(nóng)作物、牧草、中草藥及樹木的種子的處理工藝研究,累計(jì)推廣應(yīng)用122.9萬hm2,為促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和農(nóng)民增收提供了新的途徑,也為促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了技術(shù)支持,并獲得中華農(nóng)業(yè)科技獎(jiǎng)和山東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

3)促進(jìn)生長,提高作物產(chǎn)量。冷等離子研究團(tuán)隊(duì)于2013年3月20日在山東省種子有限公司齊河試驗(yàn)站調(diào)查小麥分蘗,結(jié)果數(shù)表明:沒有經(jīng)過冷等離子體處理的每株小麥分蘗數(shù)平均為3.8個(gè);經(jīng)80W冷等離子處理的每株小麥分蘗數(shù)平均為5.5個(gè),比對(duì)照組增加了38.5%;經(jīng)100W冷等離子處理的分蘗數(shù)平均為45個(gè),比對(duì)照組增加了12.8%。同年6月12日,科研團(tuán)隊(duì)邀請(qǐng)有關(guān)專家,對(duì)應(yīng)用“冷等離子體種子處理技術(shù)”處理小麥進(jìn)行了測(cè)產(chǎn)驗(yàn)收,結(jié)果小麥增產(chǎn)6.38%～9.31%。研究表明:等離子體處理技術(shù)可使農(nóng)作物增產(chǎn)14%～40%,蔬菜增產(chǎn)15%～40%,丹參、黃芪等中草藥增產(chǎn)10%～20%。

4)促進(jìn)早熟,改善作物品質(zhì)。經(jīng)過試驗(yàn),利用80W冷等離子體處理的玉米成熟期比未處理的早2～3天,甘藍(lán)成熟期提前3天。農(nóng)業(yè)部谷物檢測(cè)中心(山東農(nóng)業(yè)大學(xué))檢測(cè)表明:經(jīng)過冷等離子體技術(shù)處理的小麥的蛋白質(zhì)含量提高1.8%,經(jīng)過冷等離子體處理的西葫蘆的一級(jí)品率提高了10%。

3 存在的問題

目前,冷等離子體處理裝備的推廣存在兩個(gè)主要問題:一是冷等離子體處理的最佳劑量,不論采取電流還是功率,都是輸入值,到底輸出值是多少,沒有檢測(cè),是個(gè)非常模糊的概念,還處于“感性研究”認(rèn)識(shí)階段,有點(diǎn)玄學(xué)味道,這在以前設(shè)備推廣過程中已經(jīng)表現(xiàn)出來[27];二是當(dāng)前對(duì)于理論研究不夠深入,冷等離子體對(duì)于作物種子的作用機(jī)理尚不明確,種子處理裝備的開發(fā)整體水平整體不高,部分關(guān)鍵技術(shù)裝備還不夠成熟,阻礙了該技術(shù)的推廣和應(yīng)用[28]。目前,已研發(fā)的設(shè)備處理量較小、效率低,因此需要建立規(guī)模化生產(chǎn)的大型冷等離子體親本材料處理的成套設(shè)備。同時(shí),設(shè)備的操作較復(fù)雜,需要研發(fā)基于虛擬儀器技術(shù)的冷等離子體親本材料處理成套設(shè)備的智能測(cè)控系統(tǒng)。

4 研究目標(biāo)和建議

4.1 研究目標(biāo)

研究冷等離子體技術(shù)進(jìn)行種子提純復(fù)壯和殺菌作用的工藝技術(shù)、作用機(jī)理和設(shè)備優(yōu)化。

4.1.1 規(guī)模化生產(chǎn)的大型冷等離子體種子處理作用機(jī)理及成套設(shè)備優(yōu)化

通過冷等離子體處理種子,在冷等離子體與種子相互作用的過程中,使種子的分子具有更高的能量,對(duì)種子產(chǎn)生積極的生物學(xué)效應(yīng),從而激活種子的內(nèi)源活性物質(zhì)。通過高能量的作用,種子的生理活性大大加強(qiáng),基因節(jié)點(diǎn)得到激發(fā),潛在抗逆基因得到表達(dá),提高了生長活力和抗逆性能[29]。

通過分析低氣壓或者大氣壓狀態(tài)下的冷等離子體裝備發(fā)生功率、處理時(shí)間和工作介質(zhì)對(duì)處理效果的作用機(jī)理,探究冷等離子體種子處理裝置的工藝技術(shù)性能要求,確立批次處理量或者不間斷連續(xù)處理種子的運(yùn)動(dòng)軌跡。對(duì)冷等離子體發(fā)生功率和種子處理時(shí)間等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行剖析,優(yōu)化冷等離子體種子處理的工藝技術(shù)方案、處理裝置的總體設(shè)計(jì),進(jìn)一步優(yōu)化規(guī)?；a(chǎn)的大型冷等離子體種子處理成套設(shè)備[24]。

4.1.2 建立基于虛擬儀器技術(shù)的冷等離子體種子處理成套設(shè)備的智能測(cè)控系統(tǒng)

基于等離子體發(fā)生條件和種子處理的技術(shù)要求,利用PLC技術(shù)對(duì)冷等離子體種子處理裝置控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì),擬通過嵌入式控制技術(shù)、總線技術(shù)、通信技術(shù)、真空控制技術(shù)整合,開發(fā)出性能更加可靠、技術(shù)更加先進(jìn)、通用性更強(qiáng)、技術(shù)服務(wù)更方便的總體控制系統(tǒng)模塊,完成種子處理裝備的智能化控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,以及低氣壓或者大氣壓條件下的冷等離子體穩(wěn)定產(chǎn)生、種子輸送、種子處理和溫度反饋調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制。結(jié)合種子處理裝置的操作流程,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,減少由于人為操作而產(chǎn)生的誤差,減少不必要的誤差,提高處理準(zhǔn)確性和效率。在前期設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上并通過多次實(shí)驗(yàn)研究,進(jìn)一步對(duì)冷等離子體種子處理設(shè)備在規(guī)?；N子處理方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),達(dá)到規(guī)?；?、智能化處理種子的要求[30]。

4.1.3 建立種子的冷等離子體種子處理工藝數(shù)據(jù)庫

將種子置于冷等離子體處理機(jī)內(nèi),在1～500W的處理功率下對(duì)種子進(jìn)行15～20s的非電離輻射處理,研究種子發(fā)芽、幼苗特性、品質(zhì)、產(chǎn)量及抗逆性等的影響規(guī)律,尋找出處理種子的最佳功率,建立不同類型的種子需要的冷等離子體種子處理工藝數(shù)據(jù)庫。

將處理后的種子按照農(nóng)業(yè)部《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程一發(fā)芽試驗(yàn)》規(guī)程,進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn),觀察、記載發(fā)芽數(shù),統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì),找出發(fā)芽率的最佳處理劑量。將處理后的種子與未經(jīng)過任何處理的種子進(jìn)行同一批次的田間種,對(duì)比苗高、主根長和干、鮮重提高的比率、植株蔓長、株幅的增加率,找出激發(fā)植株活力的最佳處理劑量;對(duì)比瓜長、瓜橫徑、單瓜重、前期產(chǎn)量、總產(chǎn)量提高比率,找出提高商品性和產(chǎn)量的最佳處理劑量;對(duì)比低溫、寡照條件下植株長勢(shì)、座瓜率及畸形瓜率等指標(biāo),分析遭到冷害時(shí)細(xì)胞線粒體的發(fā)育受到破壞程度,找出抗低溫弱光的最佳處理劑量。

4.2 建議

1)在國家糧食安全戰(zhàn)略層面和規(guī)劃發(fā)展等領(lǐng)域,增強(qiáng)基于冷等離子體種子播前處理的現(xiàn)代物理種業(yè)工程技術(shù)在種子播前處理上的可行性、重要性和公益性。

2)根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)和自然區(qū)劃,以及不同品種生理特性和生態(tài)特性,完善現(xiàn)代種業(yè)工程技術(shù)種子處理標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法,建立國家、省級(jí)檢測(cè)中心和生產(chǎn)基地。

3)加強(qiáng)現(xiàn)代物理種業(yè)基礎(chǔ)條件建設(shè),在管理制度、環(huán)境條件、人員素質(zhì)、操作技術(shù)等硬件、軟件方面與國際接軌,提升種業(yè)國際競爭力。