一种谷物种子冷诱导处理方法及装置

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本发明公开了一种谷物种子冷诱导处理方法及处理装置，其中处理装置包括低温活力液和冷诱导处理系统，冷诱导处理系统包括冷诱导容器、自控移动装置、恒温液槽与制冷设备；低温活力液存放于恒温液槽内，通过制冷设备精密控制其温度，利用自控移动装置对装载于冷诱导容器中的谷物种子进行冷诱导过程控制。本发明利用低温活力液对浸入其中的谷物种子进行冷诱导处理，在谷物种子表皮形成一层固态“冰衣”，大幅降低谷物种子在空气环境中的新陈代谢作用，提高了谷物种子的保存质量，有效保证了种子的存储活力。

1.一种谷物种子冷诱导处理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、采用温度范围为-20℃～-60℃低温活力液，通过均匀搅拌对位于低温活力液内的谷物种子进行低温处理，谷物种子在所述低温活力液中处理的时间为6～15分钟；其中，低温活力液的成分及重量百分比为：对羟基苯甲酸甲酯0.1％～1.0％，植物抗冻糖蛋白0.1％～0.5％，氯化钠10％～15％，乙醇15％～30％，果糖10％～20％，其余为蒸馏水；搅拌速度为2转/分～5转/分；步骤2、将经过低温活力液处理的谷物种子取出保存于冷库里，冷库里的空气温度控制在-15℃～-20℃。 2.一种谷物种子冷诱导处理装置，其特征在于：包括放置谷物种子的冷诱导容器、自控移动装置、恒温液槽、制冷设备与搅拌器，所述恒温液槽嵌入于所述制冷设备中并由所述制冷设备控制恒温液槽的温度，在所述恒温液槽中存放有低温活力液，所述冷诱导容器连接在所述自控移动装置上并由所述自控移动装置控制所述冷诱导容器在所述恒温液槽内的处理时间，所述搅拌器包括搅拌电机、搅拌轴以及连接在搅拌轴上的搅拌桨叶，所述搅拌桨叶位于所述诱导容器内，所述搅拌桨叶为截面面积和长度依次递减的分形结构叶片，所述低温活力液的成分及重量百分比为：对羟基苯甲酸甲酯0.1％～1.0％，植物抗冻糖蛋白0.1％～0.5％，氯化钠10％～15％，乙醇15％～30％，果糖10％～20％，其余为蒸馏水。 3.如权利要求2所述的谷物种子冷诱导处理装置，其特征在于，所述冷诱导容器为载物桶，所述载物桶为圆柱形，在圆柱形的周面和底面均匀布置细小通孔；所述搅拌轴下端固定在载物桶底部，所述搅拌电机采用十字固定钢条固定在载物桶顶部。 4.如权利要求3所述的谷物种子冷诱导处理装置，其特征在于，所述搅拌桨叶为对称分布在所述搅拌轴径向的两个，所述分形结构叶片包括主叶片和次生叶片，主叶片和次生叶片的长度与宽度根据分形理论确定，第i级与第i-1级叶片的长度之比为2，叶片宽度之比为2，D为长度维数(1

技术领域

本发明涉及谷物种子低温保存领域，尤其涉及一种谷物种子冷诱导处理方法及装置。

背景技术

种子作为农业生产中最基本、最重要的生产资料。随着全球人口增长、环境不断恶化、耕地面积不断减少，农业生产中对于单产高、抗性好的种子需求越来越明显。而且粮食谷物种子大多为短寿命种子，其种子及种质资源在贮藏的过程中易老化劣变，如何有效延长谷物种子的储藏寿命，并最大限度地减少谷物种子细胞损伤，对于保证谷物种子质量、促进农业发展具有重要的现实意义。

基于物理农业新思路，为提高谷物种子质量，紫外光、超声与静电处理等物理方法已被运用于种子处理工艺，但这些方法受限于技术工艺的复杂性，处理装置难以应用于批量化处理谷物种子。并且这些物理方法在延长谷物种子寿命、保证种子存储活力的效果也不令人满意。目前低温冷冻方法已应用于谷物种子保存。现在通常做法是将谷物种子存放在冰箱内的0℃至-10℃的空气环境中保存，或者将谷物种子在液氮(－196℃)提供的超低温空气环境下保存。在冰箱内的0℃至-10℃的空气环境中保存，谷物种子还存在一定程度上新陈代谢作用，谷物种子的活力在保存过程中会受到一定程度削弱。在液氮(－196℃)提供的超低温空气环境下保存，谷物种子的新陈代谢活动基本停止，能有效保证谷物种子的活力，但是超低温环境的构建需要巨大的成本投资。并且，也难以实现谷物种子批量化处理保存。

为此，需要迫切发展。受活鱼冷冻后能再复苏的现象启迪，本发明提供了一种基于低温活力液的谷物种子冷诱导方法及装置，该技术经济性强、易批量处理，并且能有效保证种子的存储活力。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种经济性强、易批量化处理的且保证种子存储活力的谷物种子冷诱导处理方法及装置。

本发明采用的技术方案是：

一种谷物种子冷诱导处理方法，包括如下步骤：

步骤1、采用温度范围为-20℃～-60℃低温活力液，通过均匀搅拌对位于低温活力液内的谷物种子进行低温处理，谷物种子在所述低温活力液中处理的时间为6～15分钟；其中，低温活力液的成分及重量百分比为：对羟基苯甲酸甲酯0.1％～1.0％，植物抗冻糖蛋白0.1％～0.5％，氯化钠10％～15％，乙醇15％～30％，果糖10％～20％，其余为蒸馏水；搅拌速度为2转/分～5转/分。

步骤2、将经过低温活力液处理的谷物种子取出保存于冷库里，冷库里的空气温度控制在-15℃～-20℃。

一种谷物种子冷诱导处理装置，包括放置谷物种子的冷诱导容器、自控移动装置、恒温液槽、制冷设备与搅拌器，所述恒温液槽嵌入于所述制冷设备中并由所述制冷设备控制恒温液槽的温度，在所述恒温液槽中存放有低温活力液，所述冷诱导容器连接在所述自控移动装置上并由所述自控移动装置控制所述冷诱导容器在所述恒温液槽内的处理时间，所述搅拌器包括搅拌电机、搅拌轴以及连接在搅拌轴上的搅拌桨叶，所述搅拌桨叶位于所述诱导容器内，所述搅拌桨叶为截面面积和长度依次递减的分形结构叶片，所述低温活力液的成分及重量百分比为：对羟基苯甲酸甲酯0.1％～1.0％，植物抗冻糖蛋白0.1％～0.5％，氯化钠10％～15％，乙醇15％～30％，果糖10％～20％，其余为蒸馏水。

所述冷诱导容器为载物桶，所述载物桶为圆柱形，在圆柱形的周面和底面均匀布置细小通孔；所述搅拌轴下端固定在载物桶底部，所述搅拌电机采用十字固定钢条固定在载物桶顶部。

所述搅拌桨叶为对称分布在所述搅拌轴径向的两个，所述分形结构叶片包括主叶片和次生叶片，主叶片和次生叶片的长度与宽度根据分形理论确定，第i级与第i-1级叶片的长度之比为2-1/D，叶片宽度之比为2-1/Δ，D为长度维数(1<D<2)，Δ为宽度指数(1<Δ<3)，i为大于1且小于10的整数，所述主叶片与次生叶片为厚度相同的方管，相邻两级叶片沿长度方向夹角为90°。

所述自控移动装置包括电动升降机、环形导轨、支撑架以及钢丝绳，所述钢丝绳一端与所述冷诱导容器连接，所述钢丝绳的另一端固定在电动升降机上，所述电动升降机安装在所述环形导轨上，所述环形导轨采用支撑架固定在恒温液槽上方；在所述电动升降机与环形导轨控制下，所述冷诱导容器可以进行上升下降以及左右平移四个方向的运动控制。

本发明诱导处理的低温活力液的成分组成考虑如下。对羟基苯甲酸甲酯，是一种杀菌防腐剂，通过破坏细菌病毒微生物的细胞膜达到抑制呼吸酶系与电子传递酶系的活性，进而实现低温活力液的长期保存。添加量植物抗冻糖蛋白能降低原生质溶液的冰点，调节原生质体的过冷状态，尽量避免植物体内形成冰晶。并且，由于植物抗冻糖蛋白与细胞膜相互作用，能够有效地防止谷物种子细胞在冷冻-解冻中的损伤。通过调控氯化钠和乙醇溶液成分的比例，可以大幅降低低温活力液的冰点，保证低温活力液在-20℃～-60℃的范围内始终处于液体状态，并且氯化钠和乙醇成分还可对谷物种子进行杀菌消毒的功效。果糖是葡萄糖的同分异构体，易溶于水、乙醇，果糖通过自身的渗透作用作为细胞外抗低温保护剂而起作用，并可为谷物种子新陈代谢提供能量。

当常温谷物种子浸泡于低温活力液中进行冷诱导处理，由于低温溶液对谷物种子的冷冻干燥脱水作用，谷物种子向外渗透的游离态水分子与低温活力液的相互作用使得在谷物种子的表皮形成一层呈固态的“冰衣”。“冰衣”成分不仅含有水，还含有植物抗冻糖蛋白、氯化钠、乙醇、果糖，具有的功能为：(1)对羟基苯甲酸甲酯、乙醇成分能杀死并抑制谷物种子上的细菌、病毒；(2)固态的“冰衣”在很大程度上阻止空气与谷物种子之间接触，进而有效抑制谷物种子的新陈代谢作用；(3)植物抗冻糖蛋白成分能增强谷物种子的抗低温能力；(3)果糖成分为谷物种子在冷库保存过程中提供外部能量供给。因此，此层“冰衣”使得谷物种子在以后冷库保存过程中，能大幅降低谷物种子在空气环境中的新陈代谢作用，提高了谷物种子的保存质量，有效保证了种子的存储活力。

本发明诱导处理装置的冷诱导容器为圆柱形的载物桶，载物桶的四周和底面均匀布置细小通孔，使得流体顺畅地进入和流出载物桶。我们知道，批量化处理谷物种子希望能在短时间内完成冷诱导处理过程。但是，谷物种子紧密堆积于载物桶内，由于装载的谷物种子数量大，当载物桶浸泡于静止的恒温液槽中则会出现内部区域温度高而四周温度低的现象，使得低温冷诱导效果出现较大差异，即载物桶四周的谷物种子表皮已出现较厚的“冰衣”结构，但载物桶内部区域的谷物种子未形成“冰衣”结构。这样，迫切需要强化载物桶内的谷物种子与低温活力液之间的传热作用，达到整个载物桶能均匀传热，使得载物桶内各个位置的谷物种子几乎同时形成相同厚度的“冰衣”。已有研究表明，在载物桶内采用搅拌 杠高速搅拌作用能在整个流体区域产生旋转流场达到强化传热作用。但是，高速搅拌作用会磨损破坏谷物种子，甚至出现谷物种子断裂情况。这就要求搅拌速度必须非常缓慢，但同时还得达到整个流体区域产生旋转流场的功效。为此，本发明提供了一种分形结构搅拌桨，由低速电机驱动分形结构搅拌桨旋转，使得在载物桶内的整个低温活力液区域内诱发形成低速旋转流场。

本发明分形结构搅拌桨包括中心轴承与两块分形结构叶片。两块分形结构叶片对称安装于中心轴承下部，且三者均位于同一平面。为实现在冷诱导容器内的整个低温活力液区域内诱发产生低速旋转流场，分形结构叶片呈网状平面布置，该分形结构叶片包括主叶片和次生叶片；主叶片和次生叶片的长度与宽度根据分形理论确定，第i级与第i-1级叶片的长度之比为2-1/D，叶片宽度之比为2-1/Δ，D为长度维数(1<D<2)，Δ为宽度指数(1<Δ<3)，i为大于1且小于10的整数；主叶片与次生叶片为厚度相同的方管，相邻两级叶片沿长度方向夹角为90°。采用分形结构叶片，不仅优化了叶片在冷诱导容器内的分布，而且搅拌桨叶的强度也从外向内提高，这与搅拌桨叶的受力正好一致，保证了搅拌时桨叶的不变型，保证了搅拌的均匀性和谷物处理的一致性。为最大限度减少分形结构搅拌桨与谷物种子之间摩擦作用，在中心轴承外表面与分形结构叶片外表面均衬有柔性物。

在自控移动装置控制下，冷诱导容器下降进入恒温液槽中，冷诱导容器低温活力液通过载物桶四周和底面的细小通孔进入到载物桶内，常温谷物种子开始浸泡于低温活力液中，开启低速电机带动分形结构搅拌桨旋转诱发产生的低速旋转流场，由于旋转流场的强化传热作用，谷物种子经冷诱导处理6～15分钟就可使得谷物种子的温度达到-15℃～-20℃。经低温活力液旋转流场的冷诱导作用，在载物桶内部的整个低温活力液区域内的谷物种子几乎同时在其表皮形成“冰衣”结构。当冷诱导处理后，关闭低速电机，自控移动装置通过电动升降机控制冷诱导容器上升运动移出恒温液槽。在冷诱导容器上升过程中，由于重力作用，低温活力液通过载物桶四周和底面的细小通孔流入恒温液槽中。之后，冷诱导容器通过环形导轨移至指定区域。之后将冷诱导容器内谷物种子取出保存于空气温度为-15℃～-20℃的冷库里。

有益效果

本发明提供的低温活力液冷诱导处理谷物种子，使得谷物种子表皮形成一层 “冰衣”，大幅降低谷物种子在冷库中的新陈代谢作用，有效保证了种子的存储活力。另外，本发明采用分形结构搅拌桨在冷诱导容器内低温活力液的整体区域诱发形成低速旋转流场，短时间内完成冷诱导处理过程，有利于实现谷物种子的批量化低温保存。

附图说明

图1本发明所述的谷物种子冷诱导处理装置示意图。

图2本发明所述的冷诱导容器结构示意图。

图3是图2的装配剖面图；

图4本发明所述的分形结构搅拌桨结构示意图。

图5是图4的主视图；

图6玉米长势情况对比(左图：经冷诱导处理，右图：常温储存)

图中，1.低温活力液；2.恒温液槽；3.制冷设备；4.冷诱导容器；5.电动升降机；6.环形导轨；7.支撑架；8.钢丝绳；9.载物桶；10.分形结构搅拌桨；11.低速电机；12.十字固定钢条；13.中心轴承；14.分形结构叶片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1给出了本发明谷物种子冷诱导处理装置的示意图。谷物种子冷诱导处理装置包括恒温液槽2、制冷设备3、冷诱导容器4与自控移动装置。在恒温液槽2中存放有低温活力液1，低温活力液的成分及重量百分比为：对羟基苯甲酸甲酯0.1％～1.0％、植物抗冻糖蛋白0.1％～0.5％，氯化钠10％～15％，乙醇15％～30％，果糖10％～20％，其余为蒸馏水。

恒温液槽2嵌入于制冷设备3中并由制冷设备3精密控制恒温液槽2的温度。自控移动装置用于控制谷物种子冷诱导过程，包括电动升降机5、环形导轨6、支撑架7以及钢丝绳8。谷物种子装载于冷诱导容器4内，通过钢丝绳8固定在电动升降机5上。电动升降机5安装在环形导轨6上，环形导轨6采用支撑架7固定在恒温液槽2上方。冷诱导容器4在电动升降机5与环形导轨6作用下，可以进行上升下降以及左右平移四个方向的运动控制。在自控移动装置控制下，载着常温谷物种子的冷诱导容器4下降进入恒温液槽2中，同时缓慢平移，经过6～15分钟的冷诱导处理后，将冷诱导容器4上升运动移出恒温液槽2，通过环形 导轨6移至指定区域。之后将冷诱导容器内谷物种子取出保存于空气温度为-15℃～-20℃的冷库里。如图1所示，本发明装置可实现多组冷诱导容器4同时不间断浸入低温活力液1进行冷诱导作业。

图2和图3给出了冷诱导容器的结构示意图。冷诱导容器4为载物桶9，在载物桶内设置有搅拌装置。其中搅拌装置包括分形结构搅拌桨10、低速电机11以及十字固定钢条12组成。分形结构搅拌桨10下端固定在载物桶9底部，上端与低速电机11相连，低速电机11采用十字固定钢条12固定在载物桶9顶部。如图2所示，载物桶9桶面与底部均匀分布有细小通孔，当浸入恒温液槽2时利于低温活力液1进入到载物桶9内。当常温谷物种子开始浸泡于低温活力液1中，开启低速电机11带动分形结构搅拌桨10旋转诱发产生低速旋转流场，由于旋转流场的强化传热作用，谷物种子经冷诱导处理3～15分钟就可使得谷物种子的温度达到-15℃～-20℃，在其表皮形成一层“冰衣”。冷诱导处理结束后，关闭低速电机11，控制冷诱导容器4上升移出恒温液槽2。在冷诱导容器4上升过程中，由于重力作用，低温活力液1通过载物桶9四周和底面的细小通孔流回恒温液槽2中。

图4和图5给出了分形结构搅拌桨的结构示意图。分形结构搅拌桨10由中心轴承13与两块分形结构叶片14组成。如5图所示，两块分形结构叶片14对称安装于中心轴承13下部，且三者均位于同一平面。分形结构叶片14呈网状平面布置，包括主叶片和次生叶片。主叶片与次生叶片厚度相同，其长度与宽度根据分形理论确定，相邻两级叶片沿长度方向夹角为90°。为最大限度减少分形结构搅拌桨10与谷物种子之间摩擦作用，在所述的中心轴承13外表面与所述的分形结构叶片14外表面均衬有柔性物。

实施例1

将事先按照配方同时考虑植物种子特点配好的低温活力液导入恒温液槽。低温活力液组分配置：0.1％的对羟基苯甲酸甲酯，0.1％的植物抗冻糖蛋白，10％的氯化钠、30％的乙醇、10％的果糖，其余为蒸馏水。将先玉335玉米种子放入装有冷诱导容器，随后依靠自控移动装置控制冷诱导容器在所述恒温液槽处理约8分钟。控制低温活力液的温度保持在-40℃.之后，原本处于常温的玉米种子就被冷冻降温至-20℃。将冷诱导容器内先玉335玉米种子取出保存于空气温度为-20℃ 的冷库里。当先玉335玉米种子储藏180天后，与在常温状态下储存180天的先玉335玉米种子进行对比。将两批玉米种子栽种下去，对比观察玉米发芽生长及成熟结果情况。如图6所示，经过冷诱导处理后储存的先玉335玉米长势良好，明显优于常温储存的先玉335玉米。并且，成熟长出的果穗冷诱导处理后储存的先玉335玉米也明显大于常温储存的先玉335玉米，平均单穗重量约高20％。表明冷诱导处理方法能够较好地延缓玉米种子的老化情况，对于种植结果有较好的促进作用。

实施例2

将事先按照配方同时考虑植物种子特点配好的低温活力液导入恒温液槽。低温活力液组分配置：1.0％的对羟基苯甲酸甲酯，0.5％的植物抗冻糖蛋白，15％的氯化钠、15％的乙醇、15％的果糖，其余为蒸馏水。将郑单958玉米种子放入装有冷诱导容器，随后依靠自控移动装置控制冷诱导容器在所述恒温液槽处理约10分钟。控制低温活力液的温度保持在-35℃。之后，原本处于常温的玉米种子就被冷冻降温至-20℃。将冷诱导容器内郑单958玉米种子取出保存于空气温度为-20℃的冷库里。当郑单958玉米种子储藏90天后，与在常温状态下储存90天的郑单958玉米种子进行对比。将两批玉米种子栽种下去，对比观察玉米发芽生长及成熟结果情况。经过冷诱导处理后储存的郑单958玉米长势良好，发芽率比常温储存的郑单958玉米高25％。并且，成熟长出的果穗冷诱导处理后储存的郑单958玉米也明显大于常温储存的郑单958玉米，平均单穗重量约高15％。表明冷诱导处理方法能够较好地延缓玉米种子的老化情况，对于种植结果有较好的促进作用。

实施例3

将事先按照配方同时考虑植物种子特点配好的低温活力液导入恒温液槽。低温活力液组分配置：0.5％的对羟基苯甲酸甲酯，0.2％的植物抗冻糖蛋白，15％的氯化钠、25％的乙醇、10％的果糖，其余为蒸馏水。将中嘉早17水稻种子放入装有冷诱导容器，随后依靠自控移动装置控制冷诱导容器在所述恒温液槽处理约10分钟。控制低温活力液的温度保持在-30℃。之后，原本处于常温的水稻种子就被冷冻降温至-18℃。将冷诱导容器内将中嘉早17水稻种子取出保存于空气温度为-15℃的冷库里。当中嘉早17水稻种子储藏150天后，与在常温状态下储存 150天的中嘉早17水稻种子进行对比。将两批水稻种子栽种下去，对比观察水稻种子发芽生长情况。经过冷诱导处理后储存的中嘉早17水稻长势良好，发芽率比常温储存的中嘉早17水稻高25％。并且，冷诱导处理后储存的中嘉早17水稻植株整齐，生长势强，米质优，熟相好。表明冷诱导处理方法能够较好地延缓水稻种子的老化情况，对于种植结果有较好的促进作用。

本文标签： 谷物诱导装置种子方法