利用色選機提升穗發芽小麥種子發芽率的方法研究

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on the Method of Improving the Seed Germination Rate of Sprouted Wheat by Using Color Sorter

ZHOUHeng，LIYao，ZHANGQi-qietal（CropResearch Institute，AnhuiAcademyofAgricultural Sciences，Hefe，Anhu） AbstractInordertoimprovethesdandcommercialvalueofsproutedwheatandreducethedamageofsproutedwheat，thisstudyuseda colorsortertosreendiferentvarietisdmagedysproutedwheaandtriedtofdtebestaningfrequencyandmode.Teresultsshoed thattheseedgriatioateofteteeatvaritisaftersreeingassigiicanlyhighertanthatofthontroludertht modes，andtheseedgerinationateshowedanupwardtrendwithteicreaseofsreningtimes.Inmode，thedgerinatioatef threewheatvarietstttessrenngereallghertantatiodeandode3.Terefore，ineode1，euseofcolor sorter screening three times is the best mode of wheat ear germination grain screening.

KeywordsWheat;Color sorter;Germination rate;Mode

穗發芽（pre-harvestsprouting，PHS）是指在小麥收獲期間由于頻繁降雨導致其成熟穗部出現發芽的現象[1-2]。在我國小麥主產區，穗發芽現象嚴重制約了小麥的生產。統計數據顯示，我國每年約有2500萬 hm² 的小麥面臨不同程度的穗發芽問題[3]。近年來，特別是在長江中下游的冬小麥種植區及淮河流域小麥穗發芽現象頻繁發生。穗發芽的小麥會引發一系列生理和生化反應，導致籽粒中的蛋白質和其他營養物質發生分解。這種現象不僅會降低小麥的產量，還會對其加工品質、生產品質以及種用價值造成嚴重影響[2-7]，最終會對農民的收入和面粉加工業造成巨大的經濟損失[1]

色選機是一種依靠光學原理對物料進行分類的機械設備，其主要工作原理是通過光電傳感器對物料的顏色、形狀、大小等特征進行檢測，并根據事先設定的分選標準，將物料劃分為優質品和次品[8]。小麥穗在發芽后胚部的種皮會出現破裂，從而導致細微的顏色變化。鑒于色選機在顏色識別方面具備卓越的能力及穩定的技術指標，可以利用發芽種子與完好種子之間的顏色差異，通過色選機對其進行有效分離[9-10]。為了提高穗發芽小麥的加工質量和種用價值，筆者使用色選機（型號6SXM-64J1）通過設定不同的清選模式和次數，對受穗發芽影響的多個小麥品種進行篩選，旨在探索剔除穗發芽小麥籽粒的最佳篩選模式。

1材料與方法

1.1 試驗材料與設備

1.1.1供試小麥。受不同程度穗發芽危害的3個小麥品種分別為安科1901、安科1907和WK22。

1.1.2試驗儀器與設備。合肥峻茂視覺科技有限公司生產的色選機（型號6SXM-64J1），有5個初清管路和1個復清管路。

1.1.3色選機調節模式。可調模式分3種：模式1（綠色選小）、模式2（紅色選小）和模式3（藍色選小）。該設備設計的最大流速為 26t/h 。異色剔除顆粒的功能是將該顏色超出允許范圍的物料進行剔除，而疵點剔除顆粒則用于剔除疵點大小不符合允許范圍的物品。此外，使用人工氣候箱用于篩選后的種子發芽試驗，試驗重復3次。

1.2 試驗方法

1.2.1試驗流程。在投料口處準備好小麥樣品，并固定喂料插口板。同時，設定色選機的振動篩頻率，將每個品種的小麥在不同模式下進行3次篩選。將準備好的小麥樣品投入喂料口，通過插口板和振動篩的控制，小麥樣品將以勻速進人色選環節。每次經過色選后得到的小麥樣品即為經過最終清理的小麥種子，隨后取樣用于種子發芽率的測定。

1.2.2算法模式的選擇。點擊“算法選擇”按鈕后，進入識別算法選擇界面。在該界面上，用戶可以根據物料的特性和需求，選擇適合的識別算法。機器識別算法主要包含模式1（綠色選小）模式2（紅色選小）和模式3（藍色選小）3種模式，并提供形狀和大小參數的調整選項。用戶可通過點擊相應的按鈕，訪問所選擇算法的詳細設置界面。該界面包含敏感度、尺寸、瑕疵及顏色模式等信息。針對不同的小麥品種，需在不同模式下進行3次篩選

1.2.3流速的控制。在色選機的上方加裝漏斗，流速可以通過漏斗下方滑片的開啟程度來控制。假定每次正式試驗物料滿斗，在預試驗時通過人工計時的辦法確定不同流速下移動滑片的位置，以記號筆劃線標記

1.2.4結果判定。每個重復試驗結束后，將最終清理后的小麥樣品集中收集后，進行發芽率試驗，每個品種每次篩選收集后進行3次重復試驗。

1.2.5數據統計與分析。使用SPSS19.0統計軟件對試驗數據進行統計與分析。

2 結果與分析

2.1不同模式下安科1901小麥種子發芽率的比較為了確定色選機的有效篩選模式和次數，將安科1901小麥種子分別在3種不同模式下進行3次篩選，每次篩選后的種子分別取樣，利用人工氣候室進行發芽率試驗。結果表明，在3種模式下，篩選1次、2次、3次后的種子發芽率均顯著高于次品（篩選3次后淘汰的種子）和對照（篩選前的種子）。這說明篩選可以有效提升種子發芽率。同一模式下，篩選次數越多，種子發芽率越高。安科1901在模式1下篩選3次的種子發芽率顯著高于模式2 （Plt;0.05） ；安科1901在模式1下篩選3次的種子發芽率也高于模式3，但差異不顯著（ Pgt; 0.05）。以上結果說明模式1篩選3次是最佳模式（圖1、2）。

圖1安科1901在3種不同模式下篩選后的種子發芽率試驗示意

Fig.1The experiment on the seed germination rate of Anke 1901 after screening in three different mod 注： 表示差異顯著（ Plt;0.05） ，ns表示差異不顯著 （Pgt;0.05） 。

Note： ? indicates significant difference（ Plt;0.05） ，ns indicated no significant difference （ ?Pgt;0.05） ：

圖2安科1901在3種不同模式下篩選后的發芽率比較

Fig.2 The germination rate comparison of Anke 1901 after screening in 3 different modes

2.2不同模式下安科1907小麥種子發芽率的比較為了確定色選機的有效篩選模式和次數，將安科1907分別在3種模式下進行3次高質量篩選后，進行發芽率試驗。結果表明，安科1907在3種模式下篩選1次、2次、3次后的種子發芽率均顯著高于次品（篩選3次后淘汰的種子）和對照（篩選前的種子）。這說明篩選可以有效提升種子篩選質量，提高種子發芽率。同一模式下，篩選次數越多，種子發芽率越高。這說明篩選次數的提高可以提高種子發芽率。模式1下篩選3次的種子發芽率顯著高于模式2和模式 3（Plt;0.05） ，說明模式1篩選3次是提高種子篩選質量和發芽率的最佳模式（圖3、4）。

圖3安科1907在3種不同模式下篩選后的種子發芽率試驗示意

Fig.3The experiment on the seed germination rate of Anke 1907 after screening in three different mod

圖4安科1907在3種不同模式下篩選后的發芽率比較

注： ? Note ：

Fig.4 The germination rate comparison of Anke 1907 after screening in 3 different modes

2.3不同模式下WK22小麥種子發芽率的比較為了確定色選機的有效篩選模式和次數，將WK22小麥種子分別在3種模式下進行3次高質量篩選后，進行發芽率試驗。結果表明，在3種模式下，篩選1次、2次、3次后的小麥種子發芽率均顯著高于次品（篩選3次后淘汰的種子）和對照（篩選前的種子）。這說明篩選可以有效提升種子篩選質量，提高種子發芽率。同一模式下，篩選次數越多，種子發芽率越高，說明篩選次數的提高可以提高種子發芽率。WK22在模式1下篩選3次的種子發芽率顯著高于模式2和模式3，說明模式1下篩選3次是提高種子篩選質量和發芽率的最佳模式（圖5、6）。

3討論

3.1色選機對穗發芽小麥籽粒的篩選效果穗發芽是一種全球性的氣候災害。它不僅嚴重影響小麥品質，而且會降低其種用價值。目前使用色選機篩選穗發芽小麥種子的相關研究尚未見報道。在針對遭受穗發芽危害的不同品種小麥種子篩選研究中，筆者所在科研團隊首次引人色選機作為篩選工具，探索最適宜的清選次數與模式。經一系列試驗，發現模式1下篩選3次是穗發芽小麥籽粒篩選的最佳方案。色選機在精選小麥方面展現出一定優勢。鑒于色選機在國內的應用時間較短，其在效能及穩定性方面的表現尚需時間的驗證。當前色選技術的局限在于僅能有效辨識小麥的外在色澤，而對于籽粒內部的微妙變化則難以區分，對蟲蝕籽粒的剔除效果亦存在一定困。尤其需要注意的是，此次試驗所用樣品中蟲蝕籽粒占比偏低，若對于蟲蝕籽粒占比高的小麥種子，其檢測準確性需進一步研究。此外，一旦小麥異色粒占比偏高，加上處理流速過快，勢必將導致色選精度下降，正常小麥籽粒被剔除的數量亦有所升高[]。色選機篩選是一種高效去除霉變小麥的方法，其主要特點如下：對小麥進行篩選后，其質量會出現很大改變，能夠去除一般設備無法去除的病斑、霉變小麥籽粒，去除率達 99.7% 。因此，小麥種子質量的提升既能提高產品的質量可靠性，又能增加小麥的出粉率[12]。然而，在穗發芽后利用色選機進行分選，很難滿足其分選要求。在選種時，一定程度上會導致部分正常的種子損失，其關鍵在于優化算法和硬件。譚艷琴等[13]認為將紅外光譜和其他的顏色選擇方法有機地融合在一起，可以使該設備的性能大大提高，從而使測試結果的準確性和可靠性都得到提高。此外，該研究僅以3個普通小麥品種作為試驗材料進行驗證，在其他類型的小麥品種中能否得到相同的效果則有待進一步檢驗。

圖5WK22在3種不同模式下篩選后的種子發芽率試驗示意

圖6WK22在3種不同模式下篩選后的發芽率比較

Fig.6The germination rate comparison of WK22 after screening in 3 different modes

注： ? 表示差異顯著（ Plt;0.05 。Note： ? indicates significant difference（ Plt;0.05） ）

3.2色選機的應用該產品自動化程度高、靈敏度高、穩定性好。在面粉加工領域，色選機是一種比較新穎的產品，它具有可靠性高等特性。在實際生產中，應根據自己的試驗需要，在充分了解它們的各項性能后，做出合理、合適的選擇，而不能僅根據價格進行選擇[14]。色選機被廣泛應用在各個領域中。在砂石選礦上，開展工藝礦物學研究時采用色選機進行試驗，將明顯降低選礦成本，帶來良好的經濟和社會效益[15]。色選機也被廣泛用于糧油等農產品篩選，剔除霉變和黃變等雜質，以確保食品品質和安全性[16]。另外，利用色選機代替手工分揀，可以排除人為因素的影響。這不僅提高了生產效率，而且能明顯降低生產費用[17-18]。色選機同樣在我國制茶工藝中被廣泛應用，能顯著提高茶葉的品質和質量[19]。色選機還被廣泛應用于水果和藥材等的篩選[20-21]。該研究利用色選機（品牌峻茂，型號6SXM-64J1）對受穗發芽危害的不同小麥品種進行篩選，試圖尋找最佳的清選次數和模式。該品牌色選機完全符合篩選條件。此外，色選機在試驗流程中的位置非常關鍵，一定要給予適當的色選位置，才能實現最佳工藝效果，發揮其最大功能，從而滿足生產的高標準[22]。該研究在篩選穗發芽小麥籽粒時通過不斷的位置變換與調整，最終達到最佳的篩選效果。色選機的應用，不僅能顯著提高小麥種子質量，還能增加企業的經濟效益，這將為我國的食品安全提供硬件保障[8.23-25]。隨著色選機制造技術的不斷進步和完善，其性能將得到大幅提升，而價格也會有所下降。色選機的使用范圍將不斷拓寬，使得色選機能在更多的領域得到應用。

4結論

利用色選機對受穗發芽危害的不同品種小麥種子進行篩選，發現綠色選小模式下篩選3次是穗發芽小麥籽粒篩選的最佳模式。

參考文獻

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