種子加工、檢驗理論與技術現狀及思考

朱明東 魏祥進 謝紅軍 湯國華 曾曉珊 王建龍 胡培松, * 余應弘

種子加工、檢驗理論與技術現狀及思考

朱明東1魏祥進2謝紅軍1湯國華1曾曉珊1王建龍3胡培松2, *余應弘4, *

(1湖南省水稻研究所, 長沙 410125;2中國水稻研究所, 杭州 310006;3湖南農業大學, 長沙 410128;4湖南省農業科學院, 長沙 410125;*通訊聯系人, peisonghu@126.com; yyh30678@163.com)

種子加工及檢驗是種子向市場流通的關鍵，是商業化育種中賦予種子商品屬性不可或缺的環節。種子加工、檢驗理論與技術的研究是完善種業產業鏈、實現規模化商業育種、夯實“育繁推一體化”種業科學的重要一環。中國的種業科學技術體系正在形成與完善之中，受制于行業發展水平，種子加工及檢驗理論與技術相對薄弱。本文回顧了種子加工及檢驗理論與技術研究發展歷程，提出了完善中國種業科學發展的策略與建議。圍繞種業發展的需要，在做好品種優質化繁育的基礎上，分析種子加工及檢驗理論與技術的新方向和新需求，加強種業應用性研究，建立先進的種子質量檢驗體系，研制適合現代種業發展需求的種子加工設備，打造種子加工產業標準化生產體系，完善種業科學技術學科建設，促進種業產業持續健康發展。

種業；種子加工；種子檢驗；種業產業鏈

農業發展，種業先行。種業作為農業的源頭產業，在農業生產上始終起著核心作用。種子加工和檢驗是賦予種子商品屬性并使種子流向市場的環節，是對種子從收獲到播種前采取各種技術處理，改變種子物理特性，改進和提高種子品質，獲得具有高凈度、高發芽率、高純度和高活力的種子的過程。當前，我國種業產業鏈存在各環節銜接不緊密，“育繁推”相互脫節，研發能力薄弱，市場監管不力，運轉效率低等問題，發展種子加工與檢驗理論和技術，是完善種業科學體系，構建完整種業產業鏈，強化種業市場監管，促進種業產業升級的關鍵。本文總結了種子加工及檢驗理論與技術研究發展歷程與現狀，提出了完善中國種業科學發展的策略與建議。

1 種子加工與檢驗理論與技術研究的意義

種業科學是圍繞“育繁推一體化”種業產業健康發展而形成的集群科學，涵蓋了作物遺傳育種、種子生產理論與技術、種子加工理論與技術、種子示范和營銷等各個學科環節[1]。作為一門科學，種業科學的發展應該符合種業市場的前瞻性需求。種業的產品是品種及其種子，作物遺傳育種和種子生物學是其核心內涵，但不應該是種業科學的全部，涉及種子生產、種子加工、種子檢驗、種子經營等諸多環節均衡發展才能滿足現代種業發展的市場化需求，實現現代種業的健康持續發展。我國是世界最大的農業生產國，也是最大的種子需求國之一，農作物種子市場規模呈穩步上升趨勢。2000年開始的市場化改革使中國種業呈現井噴式發展，至2016年我國種子市場總規模約為840億元，擁有6900多家持證種子企業，成為僅次于美國的全球第二大種子市場[2-3]。與發達國家相比，我國種子產業起步較晚，市場還未成熟；與國際化大型種業公司相比，我國種業公司在育種研發、市場推廣模式等方面有較大差距[4-5]；在國際市場中，中國種業市場份額處于弱勢，不具有顯著的比較優勢，出口市場集中且品種類型單一，競爭力較弱[6-8]。培育突破性的優良品種，建設優勢種子生產基地，打造標準化的種子加工、檢驗技術體系，建立健全監管體系及法律法規，是提升我國種業市場競爭力的現實需求[9]。國務院于2011年至2013年先后印發了《國務院關于加快推進現代農作物種業發展的意見》《全國現代農作物種業發展規劃》《深化種業體制改革提高創新能力的意見》[10-12]，提出構建以產業為主導、企業為主體、“育繁推一體化”的現代農作物種業體系，全面提升中國農作物種業發展水平，構建商業化育種體系，加快推進現代種業發展，建設種業強國的指導性意見；同時也提出了實施新一輪種子工程的要求，包括建設商業化育種基地，購置先進的種子生產、加工、包裝、檢驗和倉儲、運輸設備，改善工程化研究、品種試驗和應用推廣條件。

2 種子加工理論與技術現狀

種子加工是保持種子活力、提升種子播種質量的一項重要措施，是提高種子商品化、促進種子市場流通的基本技術手段。科學的種子加工技術能提高種子的播種品質，為農業增產打下良好基礎，是種子產業發展的核心。現代農業加工種子具有以下幾個方面的顯著優點：第一，加工后的種子凈度提高，種子質量明顯提升，能減少播種量，降低農業生產成本，加工后的種子出苗整齊、苗多苗壯、分蘗多、成穗多，能顯著提高農作物單位面積產量；第二，種子加工增加了種子貯藏的穩定性，延長了種子的貯藏期，保證了種子的正常商品流通，標準化包裝提高了種子的商品性，可以有效防止假冒偽劣種子的流通與銷售；第三，種子加工處理后，籽粒飽滿，大小均勻，作物生長整齊，成熟期一致，有利于機械化播種和收獲，提高勞動效率，同時種子經過加工，去掉大部分含病蟲害的籽粒并包衣，使藥劑緩慢釋放，既減少化肥農藥施用量，又使農藥由開放式施用轉向隱蔽式用藥，利于環境保護。

種子加工是一套復雜的過程，其涉及的流程較繁瑣，擁有特定的工序，包括種子清選、種子干燥、種子處理等。種子清選是種子加工的核心，其目的是按種子的物理特性除去種子中的夾雜物質，把發芽率高、種子活力旺盛的種子從不良種子及一般種子中分離出來，用以農業生產。目前，清選主要根據種子的外形尺寸、空氣動力學特性、種子密度和種子表面特性進行，主要設備有風篩清選機、圓筒篩分級機、窩眼筒清選機、重力式清選機。種子干燥是種子安全儲藏的重要前提，是利用一定的自然條件或機械設備，降低種子含水量的過程。干燥能防止升溫后種子的變質，避免其內部結構被破壞，種子的活力下降導致死亡。干燥程序要求高效完成，在追求高效益的同時又要全力保全種子的生命力，不影響種子的發芽和播種后的成活。種子處理是指對種子進行加工處理，改良種子品質、提高適播性和增強苗期抗病蟲害能力的種子加工方法。種子處理技術包括物理因素處理、化學物質處理和生物因素處理。處理的目的包括防治病蟲、刺激種子萌發、打破休眠、便于播種、提高活力等。目前常用的種子處理技術與設備有種子包衣與丸化、種子帶、種子毯等。

世界農業發達地區，如北美、西歐等都非常重視種子加工業，在高水平種子加工機械與種子處理技術的支持下，商品種子的精加工率達到100%。種業的發展促進種子加工水平的進一步提高，形成了一大批世界著名的種子加工設備生產廠商。丹麥的Cimbria、Westrup公司，奧地利的Heid公司，德國的Petkus公司，法國的Ceres公司，美國的Cripppen、Oliver、Gustafson、Carter-Day公司等。這些生產種子加工設備的公司，在種子的干燥、風選、比重清選、新型包衣機械、包裝機械以及種子質量配套檢測設備上具有很強的實力，長期占據世界種子加工市場，在世界種子加工業中占有重要的地位。我國的種子加工技術起步較晚，20世紀60年代以前，種子加工一直沿用傳統的手工工具，80年代中期種子加工成套設備才得以在大規模應用。30多年來，我國的種子加工業經歷了從引進、仿制、消化、吸收到自行開發研制的艱難歷程，目前已經研制出一批適合我國國情的種子精選機械、烘干機械和種子加工成套設備，產生了眾多的種子加工機械設備生產廠商，如甘肅酒泉奧凱種子機械有限公司、河北省種業集團種子機械有限公司、上海二紡機股份有限公司，生產重力式分選機、窩眼滾筒清選機、圓筒篩分級機等各類種子加工機械設備。

3 種子檢驗理論與技術現狀

種子檢驗是指應用先進的科學技術和標準方法對種子樣品的質量進行正確的測定和分析，判斷種子質量的優劣，評價其種用價值的一門科學技術。農業生產上要求種子具有優良的品種特性和優良的種子特性，即具有優良的種子質量，種子質量通常包括品種質量和播種質量兩個方面。種子質量檢驗的作用主要體現在以下方面：預防不合格種子在農業方面的流通與應用，確保農作物種植達到相應的標準；預防品種混雜退化與異作物混雜，提高種子的使用壽命，防止有害雜草對于種子的侵害，實現農作物的增產與增收；防止假冒偽劣種子流入市場，保護國家與農民的利益。

當前，我國采用的種子質量檢驗檢測標準(GB/T8170、GB/T3543.2、GB/T3543.3、GB/T3543.4、GB/T3543.5、GB/T3543.6、GB/T3543.7)基于抽樣技術的品種質量和播種質量檢驗，即種子扦樣后于實驗室進行凈度分析、發芽試驗、真實性和品種純度鑒定、水分測定、生活力的生化測定、重量測定、種子健康測定、包衣種子檢驗。國際種子協會(ISTA)收錄了諸如ATP含量測定、酶活性的測定、葡萄糖代謝的測定、呼吸強度的測定、電導率法等種子質量檢測方法。上述標準和方法可以在一定程度上檢驗種子質量，但存在著測量工作量大、可重復性差、測量周期長、受環境影響大、容易對種子造成損傷等缺點。隨著現代農業的不斷發展，傳統的種子檢驗方法已難以滿足農業生產對種子檢測快速、準確、無損的新要求。

隨著農業科技的進步與融合，相關學科的新興技術不斷地被探索性地應用到種子質量檢驗中。近紅外光譜分析技術是一種高效快速的現代分析技術，通過種子紅外光譜吸收特性，可以在一定程度上檢測種子質量[13-15]。種子活力與其在萌發過程中的耗氧量有關，低活力的種子內細胞組織的呼吸活力弱，在萌發過程中需要更長的呼吸時間，所以耗氧量大。因此，測定種子呼吸耗氧量，能在一定程度上反映種子活力的強弱。從種子在萌發過程的氧氣消耗曲線中可以獲得許多信息來判斷種子活力。荷蘭ASTEC種子技術公司測量種子萌發過程中氧氣的消耗量來表征種子活力[16]。此外，紅外成像技術、激光散斑技術、圖形處理、機器成像、超聲波診斷技術在種子檢測方面均有報道。與傳統種子活力檢測方法相比，新的技術有速度快、效率高、成本低、測試重現性好、測量方便等特點。近年來，我國種子檢驗技術也有了突飛猛進的發展，一批新技術、新方法應用于種子檢驗并取得了一定成效，但相對于作物遺傳育種等學科而言，種子檢測還相對薄弱。當前我國種子檢驗標準大多采用形態學鑒定，主觀因素影響大，鑒定方法多樣，因此造成鑒定結果重演性差，在具體操作和執行上存在一定困難。建立準確可靠、重復性好、靈敏度高、低成本、簡便快速的種子檢驗技術和檢驗方法，克服重演性差的缺點，使檢驗結果具有較好的可比性，是種子檢測標準化發展的方向。

4 種子檢驗及加工理論與技術發展的思考

現代農業的一個特點是更好地利用耕地資源潛力、科學合理利用物資投入，提高農作物產量和品質、降低生產成本、減少農業活動帶來的污染。對農作物生長全過程的量化控制是實現現代農業的基礎，這就對作為農業的基礎生產資料——種子提出了更高標準的質量要求。目前，就種子質量標準而言，我國農作物種子質量標準要求常規稻種子發芽率不低于85%，雜交稻種子發芽率不低于80%[17]，這一標準遠低于種子行業發展水平，難以滿足現代農業發展需求，低質量標準的種子造成了生產浪費，田間管理難以實現精細化等問題。完善的種子加工與檢驗系統是農業產品邁向工業化的科學質量管理方法，是種子流向市場的最后質量屏障。我國種子加工與檢驗技術存在兩方面的問題。就技術而言，現有的加工技術主要依據種子的物理特性進行分選，無法對種子內部成分變化導致質量下降的種子進行分選，而現有的檢驗技術及標準規程大多建立在種子的抽樣檢測基礎上，多數檢測存在檢測慢、損傷種子等缺點；就種子質量管理體系而言，加工環節與檢驗環節相互獨立，未能形成有機的結合，難以實現全面的種子質量評價與管理。

目前，種子質量評價主要是針對批量種子的質量描述，但在整個種子群體中，因為成熟度、養分、機械損傷、休眠程度、儲藏環境等差異，每一粒種子活力水平、衰老程度不盡相同，現有種子分級加工系統往往很難將外觀正常而活力下降的種子進行無損分級。以水稻種子分級加工為例（圖1），現有的重力分選、圓筒篩分選等技術能將空殼種子、帶病種子、裂穎種子加工分級，篩選出外觀正常的種子，但對于發育不全種子、穗萌種子缺乏有效的分選手段。究其原因，現有的加工分級技術是將批量種子按照特定的標準分類，缺乏對每一粒種子性狀的深入考查。同樣，現有的基于抽樣的檢驗技術也無法判斷群體中每一粒種子的狀態。因此，研究針對單粒種子的檢驗、加工與分選技術是進一步提升種子質量的關鍵。同時，關于種子生物學基礎研究的匱乏也是導致種子加工與檢驗技術難以適應現代農業發展趨勢的一個重要原因[18]。種業科學是開放包容的學科集合，吸收和消化其他學科的技術優勢，與光學、聲學、計算機科學等學科融合，是實現種子加工及檢驗的技術創新的另一個關鍵。

此外，我國的種業產業鏈還不夠完善，處于種業產業鏈的上、中、下游各部分銜接還不夠緊密。一種理想的種業產業鏈上游應以遺傳育種為主的新材料與新品種創制，中游應該是種子生產、種子加工、種子檢驗構成的核心環節，下游則是種子營銷、相關的法律法規管理（圖2）。種子檢驗、加工理論與技術的研究是完善種業產業鏈、實現規模化商業育種、夯實“育繁推一體化”種業科學的基礎。種子檢驗及加工必須與遺傳育種及種子生物學有機結合，建立對作物種子生命過程的完整清晰的認識，才能為種子的檢驗和加工提供科學的理論技術，最終實現對單粒種子的無損加工、檢驗與篩選，構建完整的種業產業鏈。加強種業應用性研究，建立先進的種子質量檢驗體系，研制適合現代種業發展需求的種子加工設備，打造種子加工產業標準化生產體系，完善種業科學技術學科類群，實現種業產業鏈的科學管理，是實現由傳統育種向商業化育種轉變的切實保障，是促進種業產業持續健康發展必由之路。

a?空殼種子; b?帶病種子; c?裂穎種子; d?外表正常種子; d-1?發育不全種子; d-2?穗萌種子; d-3?優質種子。

Fig. 1. Schematic diagram of rice seed quality grading.

圖2 一種完整種業產業鏈的構想

Fig. 2. Conception of a complete seed industry chain.

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Present Situation and Consideration of Seed Processing and Testing Theory and Technology

ZHUMingdong1, WEIXiangjin2, XIEHongjun1, TANGGuohua1, ZENGXiaoshan1, WANG Jianlong3,HUPeisong2,*, YU Yinghong4,*

(Hunan Rice Research Institute,,;China National Rice Research Insititute,,;Hunan,,;Hunan Academy of Agricultural Sciences,,;Corresponding author, E-mail: ;)

Seed processing and testing hold the key to the market circulation of seeds, and are an indispensable link in commercial breeding to endow seeds with commodity attributes.The research of seed processing and testing theory and technology is an important link in improving the seed industry chain, realizing large-scale commercial breeding and consolidating the seed industry science of ‘integration of breeding, propagation and promotion’.The scientific and technological system of seed industry in China is being formed and perfected, which is subject to the development level of the industry. The theory and technology of seed processing and testing are relatively weak.We reviewed the development of seed processing and testing theory and technology, and put forward strategies and suggestions to improve the sound development of China’s seed industry.In order to meet the needs of seed industry development and on the basis of high quality breeding of varieties, the new directions and demands of seed processing and testing theory and technology were analyzed. We will work to strengthen the applied research of seed industry, establish advanced seed quality inspection system, improve seed processing equipment suitable for the development needs of modern seed industry, establish standardized production system of seed processing industry, develop the scientific and technological disciplines of seed industry, and promote the sustainable and healthy development of seed industry.

seed industry; seed processing; seed testing; seed industry chain

S511.041

A

1001-7216(2019)05-0401-06

10.16819/j.1001-7216.2019. 8133

2018-12-04；

2019-03-03。

國家重點研發計劃資助項目(2017YFD0100300)；湖南省農業科技創新資金項目。