， ，，陳利

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201106)

種子在成熟收獲及貯藏過(guò)程中會(huì)受到有害病菌侵染，而使種子成為病源之一，如不加以控制，帶菌種子進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，病菌一旦發(fā)作蔓延將會(huì)對(duì)作物生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害。作物許多病害是由種子攜帶傳播的，作物播種前采用物理、化學(xué)、生物的方法處理種子，殺滅種傳病菌成為確保作物正常生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，也是作物病害防治中最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法。

在歐洲，17世紀(jì)中葉開(kāi)始采用鹽水處理種子，18世紀(jì)中葉，銅鹽產(chǎn)品開(kāi)始使用，1765年德國(guó)開(kāi)始使用熱水消毒技術(shù)，隨后是砒霜的引入和禁用(1740—1808)、有機(jī)汞化物引入和禁用(1915—1982)，20世紀(jì)60年代出現(xiàn)第一個(gè)化學(xué)殺菌劑(萎銹靈)，20世紀(jì)90年代以后，新型現(xiàn)代化學(xué)殺菌劑的使用成為了種子滅菌處理的主要方式[1]?；瘜W(xué)藥劑處理具有效果好，使用方便的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在缺點(diǎn)，一是長(zhǎng)期使用會(huì)使病蟲(chóng)產(chǎn)生抗藥性，二是會(huì)污染環(huán)境，處理后的種子如沒(méi)有種植，只能當(dāng)廢棄物處理，不能作為飼料重新利用。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以機(jī)械、電和熱為代表的物理技術(shù)處理種子方法開(kāi)始得到研究與應(yīng)用，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，有機(jī)生產(chǎn)面積的逐年擴(kuò)大，綠色環(huán)保的種子處理技術(shù)開(kāi)始在生產(chǎn)上應(yīng)用，方法主要有熱處理、電磁處理、輻射處理等。

1 熱處理

利用熱力及有效殺菌溫度與種子耐受溫度的差距來(lái)殺滅病菌，主要包括熱水浸種、干熱、濕熱空氣處理方法。

1.1 熱水浸種

該方法主要利用種子與病原物耐熱性的差異，選擇適宜的水溫和處理時(shí)間來(lái)殺死種子表面和種子內(nèi)部潛伏的病原物，而不會(huì)對(duì)種子造成損傷，根據(jù)溫度及處理流程不同又可分為溫湯浸種法和熱水燙種法。溫湯浸種所用水溫為55 ℃左右，適合辣椒、番茄、黃瓜等種子處理，熱水燙種所用初始水溫為70～75 ℃，一般用于冬瓜等種皮厚難于吸水的種子[1]。

1.2 干熱處理

該方法利用70～75 ℃的干熱空氣對(duì)種子進(jìn)行高溫處理，對(duì)多種種傳病毒、細(xì)菌和真菌都有防治效果。種子干熱處理可以采用普通的干燥箱或?qū)ｉT(mén)的干熱殺菌機(jī)，目前該方法主要用于較耐熱的瓜類(lèi)和茄果類(lèi)蔬菜種子等，我國(guó)及日本應(yīng)用較多[1]。

1.3 濕熱處理

各種微生物對(duì)濕熱環(huán)境更敏感，濕熱處理更容易殺滅病菌，通過(guò)精確控制處理溫度和時(shí)間，可以在不傷害種子活力的條件下殺滅大部分病原菌。瑞典SeedGard AB公司于2002年開(kāi)發(fā)了Thermoseed 種子處理技術(shù)，利用濕熱空氣進(jìn)行小麥、大麥、燕麥等谷物種子處理，可有效防治小麥網(wǎng)腥黑穗病、葉斑病等種傳病害，防治效果與化學(xué)殺菌劑相當(dāng)。2008年Incote公司收購(gòu)了SeedGard AB公司，拓展了濕熱空氣處理技術(shù)，應(yīng)用于水稻、洋蔥等蔬菜種子處理[2]。該方法處理種子環(huán)保且處理后不需干燥，快捷高效。

2 輻射處理

輻射指的是能量以波或是次原子粒子移動(dòng)的型態(tài)傳送。依其能量的高低及電離物質(zhì)的能力分類(lèi)為電離輻射和非電離輻射，按照頻率分類(lèi)可分為無(wú)線(xiàn)電波、微波、紅外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紫外線(xiàn)、X-射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)等。一定能量的輻射對(duì)種子生理及攜帶的微生物有影響，可以用來(lái)進(jìn)行種子處理。

2.1 非電離輻射

非電離輻射不會(huì)電離物質(zhì)，能量比較低，會(huì)改變分子或原子之旋轉(zhuǎn)，振動(dòng)或價(jià)層電子軌態(tài)，令物質(zhì)內(nèi)的粒子震動(dòng)，溫度上升。有電磁場(chǎng)、紫外線(xiàn)、微波及超聲波等。

2.1.1 電磁處理

地球上的生物體在電磁場(chǎng)的環(huán)境中長(zhǎng)期生存，生物的各種生命活動(dòng)都與電磁場(chǎng)密切相關(guān)。近40年來(lái)，許多科研人員研究了電磁對(duì)植物種子活力、萌發(fā)過(guò)程中生理生化變化等各方面的影響，同時(shí)也開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)處理設(shè)備在生產(chǎn)上有較大的應(yīng)用，主要有電場(chǎng)處理機(jī)、磁化機(jī)、等離子處理機(jī)。

1) 電場(chǎng)種子處理。電現(xiàn)象是一切生命活動(dòng)的信號(hào)，適當(dāng)?shù)乜刂坪透淖兩矬w的電活動(dòng)，有可能影響和刺激有機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育。研究表明，靜電場(chǎng)處理可以促進(jìn)茄子、黃瓜、西瓜、番茄、大豆等種子發(fā)芽，提高活力[3-4]。電場(chǎng)處理能夠提高酶活性，陳信等發(fā)現(xiàn)，用160 V激勵(lì)電壓輻射水稻種子可以提高淀粉酶、過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化物酶活性[5]。于愛(ài)真等用50 kV/m的電場(chǎng)處理顯著提高了水稻、油菜、芝麻種子的α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶的活性[6]。楊曉紅認(rèn)為，靜電場(chǎng)對(duì)種子生物特性的影響存在最佳值，合適的劑量可以提高種子活力，不合適劑量抑制種子的發(fā)芽生長(zhǎng)[7]。電場(chǎng)處理技術(shù)首先于1995年在天津市推廣應(yīng)用，隨后電場(chǎng)處理機(jī)在內(nèi)蒙、黑龍江、新疆等十多個(gè)省市推廣應(yīng)用，處理作物包括小麥、玉米、棉花、蔬菜等，普遍比對(duì)照增產(chǎn)10%左右[8]。

2) 磁處理。種子磁化處理技術(shù)是一項(xiàng)新的物理農(nóng)業(yè)技術(shù)。利用磁場(chǎng)直接處理種子和應(yīng)用磁化水浸種可以激發(fā)種子酶活力，改善種子及幼苗素質(zhì)。崔路路等發(fā)現(xiàn)，1 000～3 500 GS磁場(chǎng)處理1～6 min甘藍(lán)濕種子，可以促進(jìn)種子萌發(fā)，提高種子活力[9]。王計(jì)平等發(fā)現(xiàn)，83.5 mT的磁場(chǎng)強(qiáng)度處理紫蘇種子3 h對(duì)刺激種子活力、促進(jìn)種子萌發(fā)效果最佳[10]。目前生產(chǎn)上有CJ-Ⅲ型磁場(chǎng)種子處理機(jī)，主要在遼寧、天津等省份推廣應(yīng)用，磁化種子發(fā)芽快，玉米、水稻、小麥等糧食作物應(yīng)用后普遍增產(chǎn)10%以上，磁化種子需要在24 h內(nèi)播種完畢[11]。

3) 等離子種子處理。等離子體處理技術(shù)原理是通過(guò)氣體放電使氣體電離，氣體分子和原子吸取了外界能量被分解和電離，成為帶負(fù)電的電子和帶正電的離子，形成等離子體。吳萍等研究發(fā)現(xiàn)，等離子體處理對(duì)白菜種子萌發(fā)前期有一定影響，對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率沒(méi)有影響[12]。郝學(xué)金等發(fā)現(xiàn)，利用俄羅斯等離子種子處理設(shè)備適宜劑量輻照大豆、玉米、番茄、甘藍(lán)種子，可以促進(jìn)作物增產(chǎn)[13]。我國(guó)大連博事等離子體有限公司于1999年研制出等離子體種子處理機(jī)，其基本原理是仿照空間部分等離子環(huán)境，通過(guò)高壓電弧等離子體裝置、交變電場(chǎng)裝置、交變磁場(chǎng)裝置在機(jī)器內(nèi)部產(chǎn)生光、電、磁等環(huán)境來(lái)處理種子，以提高種子活力。種子處理后，最佳播種期為5～12 d。該技術(shù)主要在吉林、黑龍江、湖北等省份推廣應(yīng)用[14-15]。

2.1.2 其 它

紫外線(xiàn)輻射能量和穿透力都很低，幾乎不能穿透固體物體，對(duì)液體的穿透力也很差，主要用于一定范圍內(nèi)空氣的滅菌，有效波長(zhǎng)為240～280 nm。微波是波長(zhǎng)較短的電磁波，微波處理可以殺滅一定種類(lèi)的病菌，但用于種子處理需要精確的過(guò)程控制和種子喂入裝置，該方法適用于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模及少量種子的處理，不適合批量化生產(chǎn)處理。適當(dāng)劑量的激光輻射、超聲波處理、無(wú)線(xiàn)路由器輻射可以提高種子的萌發(fā)率、酶活性和葉綠素含量及植物抗逆性[16-17]。

2.2 電離輻射

電離輻射是一切能引起物質(zhì)電離的輻射總稱(chēng)，能使受作用物質(zhì)發(fā)生電離現(xiàn)象，波長(zhǎng)小于100 nm，特點(diǎn)是波長(zhǎng)短、頻率高、能量高。主要有X-射線(xiàn)、γ-射線(xiàn)、重離子束輻照、加速電子等。各種微生物對(duì)電離輻射抵抗力的強(qiáng)弱不同，細(xì)菌芽孢的抵抗力較強(qiáng)，但差異不像熱力滅菌那樣大，相對(duì)容易被殺死[18](見(jiàn)表1)。

表1 各種射線(xiàn)對(duì)不同類(lèi)型微生物的致死劑量

2.2.1 高能電離輻射種子處理

電離輻射作為一種高能物理?yè)p傷因素，能量直接作用于生物分子，引起生物分子的電離和激發(fā)，使DNA、RNA或蛋白質(zhì)發(fā)生斷裂，也可引起水分子產(chǎn)生大量自由基，間接作用于生物分子，最終造成遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞。X-射線(xiàn)、γ-射線(xiàn)、重離子束輻照種子主要應(yīng)用于作物改良和誘變育種。1922年，PICHLER和WOBER利用紫外燈、X-ray和鐳進(jìn)行了小麥、大麥和燕麥黑穗病的防治試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)紫外燈和X-ray均可成功殺滅黑穗病菌，但X-ray會(huì)損害種胚，不能用于種子抑菌處理[19]。馬雅敏等發(fā)現(xiàn)，輻照強(qiáng)度8～10 kGy可以完全殺滅西瓜果斑病菌，但對(duì)種子發(fā)芽有顯著抑制作用[20]。利用電子加速器產(chǎn)生高能電子束輻照糧食種子，可以殺滅種子內(nèi)部的害蟲(chóng)、微生物，鈍化內(nèi)部的酶活性，延長(zhǎng)貯藏期。

圖1 電子束穿透密度為1 g/cm3的物質(zhì)深度與電子束能級(jí)關(guān)系

2.2.2 低能電子束種子處理

高能電離輻射容易穿透整個(gè)種子，很容易對(duì)種胚造成傷害。低能電子束穿透深度與加速電子能級(jí)相關(guān)，能級(jí)為300 KeV的電子束穿透深度為0.95 mm，能級(jí)為1 MeV的電子束穿透深度為2.5 mm(圖1)。通過(guò)調(diào)節(jié)電子束能級(jí)可以精確控制電子束穿透深度，從而達(dá)到抑制種子表層病菌而不傷害胚的目的[21]。

1) e-ventus 技術(shù)。 一種新型電子束種子處理技術(shù)(e-ventus)，主要由德國(guó)Schmidt-Seeger AG公司于1997年開(kāi)發(fā)，其核心技術(shù)為一對(duì)低能電子束發(fā)生器，如圖2，該裝置由2個(gè)位置相對(duì)的電子束發(fā)生器組成，每邊都產(chǎn)生低能量的平行電子束，待處理種子按一定速度垂直通過(guò)電子束輻照區(qū)域，處理過(guò)程中種子表面接受各個(gè)方向的電子束，根據(jù)種子的種皮構(gòu)造，通過(guò)調(diào)節(jié)合適的劑量和能級(jí)，控制電子束穿透深度(10～200μm)，病菌受到電子束電離作用而被殺死，種胚免受傷害，與此同時(shí)種子溫度沒(méi)有升高。圖3展示了低能電子束處理谷類(lèi)穎果原理，種子受到各個(gè)方向的電子束照射，通過(guò)控制電子束穿透深度，電子束僅穿過(guò)果皮和種皮，不能達(dá)到胚和胚乳層，因此種子活力不會(huì)受到傷害[21]。

圖2 e-ventus原理

2) e-ventus 技術(shù)應(yīng)用。根據(jù)e-ventus技術(shù)原理，利用電子簾加速器獲得的低能量電子束處理種子，通過(guò)控制電子的穿透深度，殺死種子表面病菌的同時(shí)，不傷害種胚，達(dá)到去除種帶病菌的效果。德國(guó)Schmidt-Seeger AG 公司于2000年研發(fā)出第一代處理機(jī)，目前使用的第3代e-ventus處理機(jī)加載了可移動(dòng)系統(tǒng)，處理設(shè)備安裝在卡車(chē)上，處理能力達(dá)到30 t/h，現(xiàn)在德國(guó)每年有4 000～5 000 t谷類(lèi)種子經(jīng)過(guò)了電子束輻照處理。2015年該公司又開(kāi)發(fā)出了第3代移動(dòng)式處理機(jī)EVONTA e-3 system，適合處理蔬菜種子，加工能力為50～1 000 kg/h，可以有效降低由假單胞菌、莖點(diǎn)霉屬、鏈格孢屬、黃單孢菌、黃萎菌、鐮刀菌引起的豆類(lèi)、白菜、胡蘿卜、芹菜、菠菜等種傳病害[21]。

圖3 電子束處理谷類(lèi)穎果原理圖

3 結(jié) 語(yǔ)

種子處理是防治種傳病害及早期控制病蟲(chóng)害的首要環(huán)節(jié)，從源頭上控制病害，是植物病蟲(chóng)害防治中最經(jīng)濟(jì)、有效的方法。利用物理方法進(jìn)行種子處理，在有效降低種傳病菌危害的同時(shí)，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，越來(lái)越受到生產(chǎn)者的關(guān)注。近20年來(lái)，瑞典、德國(guó)等農(nóng)業(yè)公司相繼開(kāi)發(fā)出適合批量處理的設(shè)備，農(nóng)作物種子播前利用物理方法進(jìn)行處理已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，特別是有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。在國(guó)內(nèi)，種子物理方法處理主要應(yīng)用在電場(chǎng)、磁場(chǎng)處理方面，主要是提高種子活力，不能減少種傳病菌危害，生產(chǎn)上仍以化學(xué)處理為主?？沙掷m(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)是國(guó)家十三五規(guī)劃中農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要主題，如何才能在提高單位面積的作物產(chǎn)量的同時(shí)減量使用農(nóng)藥、化肥等農(nóng)業(yè)投入品，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。利用物理技術(shù)處理種子，無(wú)環(huán)境污染，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用前景廣泛，與歐洲農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)在除菌效果好、處理迅速等批量化處理設(shè)備研發(fā)方面差距仍很大，今后需對(duì)此方面加強(qiáng)研發(fā)，切實(shí)提升我國(guó)種子處理技術(shù)水平，為綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)保障。