8種糧食和蔬菜作物種子短期節(jié)能儲藏研究

何娟娟　盧新雄　栗　釗　辛　霞

8種糧食和蔬菜作物種子短期節(jié)能儲藏研究

何娟娟1盧新雄1栗釗2辛霞1

（1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京100081；2北京中農(nóng)科信機械設(shè)備有限公司）

選取水稻、小麥等8種主要糧食和蔬菜作物，開展了短期節(jié)能儲藏研究。共選用18個品種，分別采用紙袋、編織袋和鋁箔袋包裝后，儲藏于室內(nèi)、中期庫和節(jié)能試驗庫，儲藏2年后監(jiān)測種子生活力。對比發(fā)現(xiàn)儲藏2年后，3種儲藏條件下，種子平均發(fā)芽率差異不顯著，但是室溫庫儲藏種子間一致性明顯降低，而節(jié)能庫儲藏效果則與0～2℃冷庫基本一致。同等條件下節(jié)能庫比0～2℃冷庫節(jié)能47.68%。因此認為本研究所采用的試驗庫可以實現(xiàn)短期節(jié)能儲藏目標。

種子；短期儲藏；節(jié)能；生活力；出苗率

種子儲藏壽命受多種因素影響，除自身的遺傳特性影響外，主要受儲藏溫度和濕度、種子含水量、包裝方式等因素影響［1］。降低儲藏溫度和種子含水量可以顯著延長種子儲藏壽命［1］。工作中，需要綜合考慮種子儲藏壽命目標和資金狀況，選擇不同的儲藏條件［2］。作為種質(zhì)資源進行長期或中期儲藏時，國際上通用的種子長期儲藏（目標壽命50～100年）條件為：種子含水量5%～7%，鋁箔袋、玻璃瓶等密封包裝，儲藏于-18℃（或-20℃）長期庫；種子中期儲藏（目標壽命10～20年）的條件則較為寬泛，種子含水量5%～13%，儲藏溫度-4℃～4℃［1］。一般情況下，長期庫和中期庫的空氣相對濕度都控制在50%以下。由于需要控制低溫低濕的條件，中長期庫的能耗都很高。種子公司、育種單位等對種子儲藏壽命的要求要遠低于資源儲藏，一般在5年以內(nèi)。顯而易見，對于種子短期儲藏目標來講，不必要采用中長期庫的條件進行儲藏。本文以水稻、小麥等主要糧食作物為對象，開展了短期節(jié)能儲藏研究。

1　材料與方法

1.1材料本研究選擇了水稻、小麥、玉米、大豆、豇豆、油菜、小白菜和黃瓜8種作物18個品種種子作物實驗材料（表1）。18個品種種子均為2014年市面上新供應(yīng)種子或者實驗室新繁殖收獲種子。

表1　本試驗用種子信息

1.2儲藏條件研究設(shè)定3種儲藏條件：條件1為建筑物室內(nèi)自然儲藏（冬季集中供暖，室溫高于20℃時空調(diào)開放，簡稱室溫庫）；條件2為低溫庫（溫度為0～2℃，不控制濕度，簡稱冷庫），條件3為本研究所設(shè)計的節(jié)能儲藏庫，簡稱試驗庫。試驗庫的溫度控制范圍15℃～20℃，在溫度控制區(qū)域內(nèi)相對濕度控制在45%以內(nèi)（與冷庫相比側(cè)重除濕功能），由于種子儲藏的安全環(huán)境，主要受庫內(nèi)溫度和濕度的綜合影響。溫度低則允許濕度適當升高，而溫度高時應(yīng)保持良好的干燥條件，即可達到安全儲藏的目的。節(jié)能庫的設(shè)備在環(huán)境溫度低于15℃時，庫內(nèi)相對濕度自動控制在稍高的范圍，例如庫內(nèi)溫度達到0℃時（北方冬季）允許的相對濕度控制在70%以內(nèi)，而庫內(nèi)溫度在10℃左右（南方冬季）庫內(nèi)相對濕度則控制在60%以內(nèi)。通過智能溫濕度聯(lián)合控制程序，充分利用自然環(huán)境溫度的變化調(diào)節(jié)庫房內(nèi)的溫度濕度綜合條件，可大幅縮短設(shè)備的運行時間，從而達到種子儲藏既安全又節(jié)能的目的，尤其適合種子短期儲藏，這種安全節(jié)能庫和控制方法已獲得國家發(fā)明專利，專利號ZL2014 10213853.3［3］。

包裝方式，為研究包裝材質(zhì)對儲藏效果的影響，選定了紙袋、編織袋和鋁箔袋抽真空包裝3種方式進行包裝。每個品種分成9份，分別用紙袋、編織袋和鋁箔袋包裝后，分別存放于上述3種儲藏條件。同時放入自動溫濕度記錄儀，實時記錄各庫的溫度和濕度，每隔4小時采集一次數(shù)據(jù)。

1.3生活力監(jiān)測參照國際種子檢驗規(guī)程［4］規(guī)定，通過標準的種子發(fā)芽實驗檢驗種子的生活力。根據(jù)作物種類不同選擇各自最適宜的發(fā)芽溫度和發(fā)芽床，發(fā)芽7～14d，發(fā)芽結(jié)束統(tǒng)計種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢（一般為發(fā)芽第4天時的發(fā)芽率）。發(fā)芽勢反映種子快速發(fā)芽的能力，是生活力的一個重要指標。每次監(jiān)測4個重復(fù)，每重復(fù)25～100粒種子。

2　結(jié)果與分析

2.1儲藏2年后種子發(fā)芽能力總體分析儲藏前18個品種的發(fā)芽率范圍為75%～100%，平均94.1%±5.9%；發(fā)芽勢范圍為73.0%～98.5%，平均91.4%±7.5%。儲藏2年后，分析各品種3包裝方式、3儲藏條件下的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽率范圍變?yōu)?7%～100%，均值90.7%±8.2%；發(fā)芽勢范圍變?yōu)?4%～100%，均值89.4%±8.7%（表2）。儲藏2年平均發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別下降了3.4%和2.0%，總體下降幅度很小，但標準偏差和變異系數(shù)明顯增加，尤其最小值的下降值卻已經(jīng)接近20%，說明不同儲藏條件、包裝方式或品種間存在一定差異。

表2　18個品種儲藏前后發(fā)芽率和發(fā)芽勢

2.2儲藏條件間差異對比各儲藏條件溫濕度對比分析連續(xù)2年記錄數(shù)據(jù)，統(tǒng)計平均值、最大值和最小值，發(fā)現(xiàn)試驗庫的溫度低于室溫庫而高于冷庫，試驗庫的相對濕度則高于室溫庫而低于冷庫（表3）?？傮w而言，試驗庫的溫度濕度綜合條件優(yōu)于室溫庫而差于冷庫。

表3　3種儲藏條件的溫濕度數(shù)據(jù)

各儲藏條件種子生活力對比為對比不同儲藏條件之間儲藏效果，統(tǒng)計了3種條件下儲藏2年后各品種、各包裝方式的平均值、最大值、最小值、標準偏差和變異系數(shù)，發(fā)現(xiàn)3種條件下的監(jiān)測發(fā)芽率差異不顯著（P＞0.05）；但是進一步對比最小值、標準偏差和變異系數(shù)則發(fā)現(xiàn)試驗庫與冷庫的儲藏效果更接近（表4）。

表4　不同儲藏條件種子生活力對比

各儲藏條件種子田間出苗能力對比進一步調(diào)查了3種條件下儲藏2年后各品種、各包裝方式保存種子的田間出苗能力差異，對比其平均值、最大值、最小值、標準偏差和變異系數(shù)，發(fā)現(xiàn)冷庫和試驗庫2種條件下的出苗率與初始出苗率差異不顯著（P＞0.05），而室溫庫保存種子的田間出苗率則降低了7.3%；最小值、標準偏差和變異系數(shù)也是試驗庫與冷庫的儲藏效果更接近于初始值，室溫庫則差異明顯（表5）。

表5　不同儲藏條件種子田間出苗能力對比

2.4包裝方式間差異對比為對比不同包裝方式之間儲藏效果差異，統(tǒng)計了試驗庫儲藏2年后各品種的平均值、最大值、最小值和標準偏差，發(fā)現(xiàn)其平均監(jiān)測發(fā)芽率、平均監(jiān)測發(fā)芽勢差異不顯著（P＞0.05）；最小值、標準偏差和變異系數(shù)間的差異也較?。ū?）。說明包裝方式對短期儲藏效果的影響小于儲藏條件（即儲藏溫濕度）的影響。

表6　不同包裝方式間對比（試驗庫）

2.5作物間差異對比前文所述，8個作物3種包裝方式在3種儲藏條件下，儲藏2年后平均發(fā)芽率由94.1%下降至90.7%，平均下降3.4%。然而，對比不同作物發(fā)現(xiàn)作物間存在一定差異。表6中對比了8個作物種子編織袋包裝于試驗庫儲藏2年前后種子發(fā)芽率差異，發(fā)現(xiàn)水稻、玉米、小麥和大豆發(fā)芽率下降值高于平均值，尤其是水稻下降值達到5.2%，而油菜、黃瓜、小白菜和豇豆等蔬菜類種子則沒有下降，部分種子的平均發(fā)芽率甚至比初始值略高（表7）。由此認為試驗庫可以滿足主要糧食和蔬菜作物的短期保存需要，對蔬菜種子的保存效果更好。

表7　各種間儲藏前后種子發(fā)芽率對比—條件3編織袋包裝

2.6各儲藏條件能耗對比分析2016年8月3日實際測定了各保存條件的耗電量，具體結(jié)果見表8。測定了單位時間耗電量，計算單位容積功率，發(fā)現(xiàn)試驗庫比冷庫設(shè)備單位容積節(jié)能59.6%，考慮到全國不同地區(qū)氣候條件保守節(jié)能47.68%；試驗庫比室溫庫設(shè)備單位容積節(jié)能54.5%，考慮到全國不同地區(qū)氣候條件保守節(jié)能43.6%。

表8　各儲藏條件能耗對比

3　討論與結(jié)論

本文通過對比種子在室溫、0～2℃冷庫和節(jié)能試驗庫條件下保存2年的生活力差異、庫的能耗，認為實驗所建立的節(jié)能試驗庫可以實現(xiàn)主要糧食和蔬菜作物種子的短期保存，并且能夠極大地節(jié)省能耗。

前人大量研究證實種子儲藏過程中，生活力并非勻速下降。種子存活曲線呈反S型，即在開始階段有一個平臺期，而后種子生活力快速下降，最后種子緩慢死亡［5］。辛霞等［6］研究了小麥種子生活力喪失特性，發(fā)現(xiàn)存活曲線S型的第一個平臺期向生活力快速下降階段的轉(zhuǎn)折點約83%發(fā)芽率；發(fā)芽率低于該值，則表明種子很快進入生活力快速下降階段，短期內(nèi)生活力會大幅降低；因此推薦種子儲藏臨界發(fā)芽率不得低于83%。根據(jù)表2和表4中種子平均發(fā)芽率差值，計算得種子在室溫、冷庫和試驗庫條件下儲藏，發(fā)芽率年均下降值分別為2.5%、1.2%和1.5%。按照該下降速度可以推算，種子在室溫、冷庫和試驗庫條件下儲藏發(fā)芽率下降至83%時，分別需要4.5年、9.3年和7.4年。室溫條件下儲藏種子，常常由于種子呼吸作用而大量放熱，尤其是種子儲存量很大時，因此，若室溫大量堆積儲藏時，種子生活力下降速度則會加劇，因此不推薦室溫條件儲存種子。本文中所設(shè)計的節(jié)能庫則能夠在節(jié)約大量能耗的基礎(chǔ)上，確保種子可以安全儲藏5年以上。

［1］ FAO/ IPGRI. Genebank Standards. FAO/ IPGRI， Rome， 1994： 7-8

［2］ 盧新雄， 陳叔平， 劉旭， 等. 農(nóng)作物種質(zhì)資源保存技術(shù)規(guī)程. 北京： 中國農(nóng)業(yè)出版社， 2008： 4-17

［3］ 栗釗， 劉京. 一種適用于種子貯藏的除濕系統(tǒng)及除溫方法. 中國，2014102138533. 2016-04-27

［4］ ISTA. International Rules for Seed Testing. Seed SciTechnol， 1985， 15：299-355

［5］ Caid H S， Ecchemmakh T， Elamrani A， et al. Alterations occurring during accelerated ageing of winter wheat. Cahiers Agric， 2008， 17： 39-44

［6］ 辛霞， 陳曉玲， 張金梅， 盧新雄. 小麥種子在不同保存條件下的生活力喪失特性研究. 植物遺傳資源學(xué)報， 2013， 14（4）： 588-593

2016-08-05）

作物種質(zhì)資源保護與利用項目（2130135）；農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗示范專項經(jīng)費（2130106）

何娟娟，助理研究員，主要從事作物種質(zhì)資源保存工作。郵箱：hejuanjuan@caas.cn

辛霞，副研究員，主要從事作物種質(zhì)資源保存工作。郵箱：xinxia@caas.cn