农业机械化及其自动化谭树迎水稻种子高压电场处理与介电分选的试验研究.doc

. . 毕 业 论 文题目：水稻种子高压电场处理与介电分选的试验研究装订线. . . 目录摘要IABSTRACTII引言11 高压电场对种子活力的影响11.1 高压电场的生物学效应11.2 高压电场对种子的作用机理21.3 种子高压电场处理的研究进展22 种子电场处理的试验研究22.1 试验材料22.2 试验方法32.3 试验条件32.4 试验装置32.4.1 负直流高压电场处理的试验设备与装置32.4.2 交流高压电场处理的试验设备与装置42.5 水稻种子经处理后的发芽试验研究42.5.1 发芽数的计数统计42.5.2 幼苗苗高的测量记录62.5.3 试验结果分析63 介电分选对种子的影响123.1 介电分选的作用机理123.2 介电分选的研究进展124 种子介电分选的试验研究134.1 试验材料134.2 试验方法134.3 试验条件134.4 试验装置134.5 水稻种子分选后的发芽试验研究144.5.1 水稻种子分选后各等级的重量144.5.2 发芽数的计数统计144.5.3 幼苗苗高的测量记录154.5.4 试验结果分析165处理与分选的结合试验175.1 试验方法175.2 试验数据统计175.2.1 隆安优1号综合处理后的各重量175.2.2 隆安优1号的发芽数统计175.2.3 隆安优1号的苗高测量统计185.3 结果分析196 结论21参考文献22致谢23附录24ContentsAbstractIIntroduction11 Influence of high voltage electric field to seeds vigor1 1.1 Biology effect of high voltage electric field1 1.2 Action mechanism of high voltage electric field to seed2 1.3 Research development of high voltage electric field processing to seed22 Experimental study of electric field processing to seed2 2.1 Experiment material2 2.2 Testing method3 2.3 Test condition3 2.4 Test equipment3 2.4.1 Test equipment and equipment of negative DC high voltage electric field processing3 2.4.2 Test equipment and equipment of AC high voltage electric field processing4 2.5 Germination test research of disposal to paddy rice seed4 2.5.1 Counting statistics of germination number4 2.5.2 Survey record of seedling height6 2.5.3 Analysis of test result63 Influence of dielectric separation to seed13 3.1 Action mechanism of dielectric separation13 3.2 Research development of dielectric separation134 Experimental study of dielectric separation to seed134.1 Experiment material13 4.2 Testing method13 4.3 Test condition14 4.4 Test equipment14 4.5 Germination test research of separation to paddy rice seed14 4.5.1 Various ranks weight of paddy rice seed separation14 4.5.2 Counting statistics of germination number154.5.3 Survey record of seedling height164.5.4 Analysis of test result175 Union experiment of processing and grading18 5.1 Testing method18 5.2 Statistics of tentative data18 5.2.1 Various weights of Longanyou 1 to synthesis processing18 5.2.2 Counting statistics of Longanyou 1s germination number185.2.3 Survey record of Longanyou 1s seedling height19 5.3 Results analyzing206 Conclusion22References23Acknowledgement24Appendix25水稻种子高压电场处理与介电分选的试验研究作者：谭树迎，指导教师：李法德 （山东农业大学 教授）【摘要】本研究首先用高压电场（场强为300 kV/m）对三个品种（隆安优1号、隆安优8号、协332）的陈水稻种子进行了处理（处理时间为30 s、60 s、120 s、240 s）并做了发芽对比试验，根据试验结果从中选出规律一致性比较好的品种（隆安优1号）和确定出最理想的处理时间为30 s；然后对该品种进行介电分选处理试验确定出最佳分选电压（滚筒转速为20 r/min时，分选电压为3 kV）。最后选用得到的最优参数配合对隆安优1号进行综合处理，并做发芽对比试验，结果表明综合处理后级种子的平均发芽率和幼苗平均生长高度与对照组（CK）对比分别提高了12.12%15.58%和14.08%25.51%，发芽指数和活力指数提高了18.28%21.8%和35.74%51.16%，且在=0.05水平上存在显著性差异。关键词：高压电场 水稻种子 介电分选 发芽试验Experimental and Study on High Voltage Electric Field Processing and Dielectric Separating to Rice SeedsAuthor：Tan Shuying，Supervisor：Li Fade（Professor of Shandong Agriculture University）Abstract This research first used the high-pressured electric field (field intensity is 300 kV/m) to three varieties of the old paddy rice seed (Longanyou 1, Longanyou 8, xie 332) has carried on processing (process time is 30 s, 60 s, 120 s, 240 s) and does the germinated trial to comparatived, selected the rule uniformity quite good variety according to the test results (Longanyou 1) and determined the most ideal process time was 30 s; Then carries on the dielectric separation processing experiment to this variety to determine (when the best separation voltage drum speed is 20 r/min, the separation voltage is 3 kV). Finally selects the most superior parameter coordination which obtains to Longanyou 1 to carry on synthesis processing, and does the germinates trial to comparatived, after finally indicates synthesis processing, The first level seeds average germination percentage and the seedling grew equally height and contrasting the control group (CK) enhanced 12.12%15.58% and 14.08%25.51% separately, germinated the index and the vitality index enhanced 18.28%21.8% and 35.74%51.16%, and At the 0.05 level, the population means are significantly different.Keywords: high voltage electric field; paddy rice seed;dielectric separation; germination test引言种子是农业生产中最基本的特殊生产资料，是农业发展的基础和先导。根据中华人民共和国国家标准-农作物种子检验规程发芽试验（GB/T 3543.4-1995）可知，种子的发芽率和幼苗生长高度为主要检验指标。种子发芽率以及幼苗生长高度对衡量种子质量均有十分重要的影响。随着我国农业和种业的不断发展，种植业朝着机械化作业方向迈进；伴随着数字农业和精细农业的不断推广，种子的质量越来越受到人们的广泛重视。高活力的种子用于生产，可抵抗不良生长环境的胁迫，达到早苗、全苗、齐苗和健苗的目的，节省播种及耕种费用，为丰产奠定基础1。高活力的种子也是数字农业和精细农业推广应用所必备的前提条件。近年来，随着精密播种机械的大量使用，提高种子活力的方法日益得到重视。利用高压静电场处理种子是诸多种子处理方法中的一种。由于高压静电电源存在结构简单、成本低廉等优点，已引起了越来越多的人们关注高压静电场的效应问题，且已见到许多关于静电场对植物生长发育影响的报告。利用高压静电场处理种子，可改变种子内部结构，提高种子的发芽率，加速种子萌发，早出苗、多出苗，促进幼苗生长，增强抗病力，且早熟高产8，9。国内有关地区和部门采用高压静电场处理种子，坚持多年，取得了较好的增产效果4。水稻种子在采用了高压静电场处理后，其发芽率和幼苗生长高度得到提高；水稻种子在经过介电分选可挑选出高活力、发育完整的种子。既然二种处理方法对种子都存在积极的方面，为什么不把二者结合对种子进行处理达到更好的效果？本文通过发芽对比试验找到二者参数的最优配合，为处理种子的方法应用于农业生产提供一些依据。1 高压电场对种子活力的影响1.1 高压电场的生物学效应高压电场可以影响生物膜结构和酶的活性。生物膜（特别是细胞膜）是植物体内进行各种生化反应的主要场所，是物质与能量转换的枢纽和生命活动的中心，许多与生物代谢相关的酶都定位于膜上6。静电场可以通过库仑力相互作用对膜脂质的极性端产生作用，引起脂质极性端侧向移动，使烃链弯曲，进而影响到膜的流动性51.2 高压电场对种子的作用机理种子是作物个体生长发育的一个特定阶段,由受精的胚珠发育而成.虽然不同作物种子的形状、大小、颜色等存在着明显的差异,但基本结构都是一致的,一般由胚、胚乳和种皮三部分组成,有的甚至只有胚和种皮两部分,使得整粒种子呈现明显的分层性.各层均由具有选择性吸收特性的生物膜分隔,各层内所含物质的化学成分、密度和介电常数差异较大,一般成熟干燥种子的各部分处于脱水状态,含水量约5%20%之间,此时原生质处于凝胶状态,并且内层的含水量和密度大于外层11。静电场作用有利于种子体内ATP合成，促进酶的活化和生长。静电场产生的电位差引起细胞内外物质扩散，提高扩散通量，有利于种子吸水吸肥，提早萌发和生长3；高压静电场空气击穿产生NO、NO2和臭氧，与水反应生成亚硝酸和硝酸，腐蚀种子外壳，促进种子萌发，同时臭氧的杀菌能力使种子很少发生黑穗头病15。静电处理能诱导或启动种子生物体内携带的某种信息,促使一定的反应发生而激活种子的内部潜力,使种子内的水分离解,基本营养物质迅速溶解,其淀粉酶、过氧化物酶、脱氧酶的活力有显著提高;因为淀粉酶活力的提高表示了糖酵解效率增强;脱氧酶活力的提高反映了呼吸强度的增强,可产生更多供生命活动所需的能量;酶的活性的提高意味着生物体内新陈代谢能力的增强。所以静电处理加速了种子细胞动力学过程和种子营养物质的吸收,增强植物生长发育能力,加快种子的萌发,产生出苗多和幼苗生长健壮的效果10。1.3 种子高压电场处理的研究进展王清元等对水稻种子进行了高压静电处理，发现利用高压静电场处理种子可改变种子内部结构，加速种子细胞动力学过程，激活种子内部潜在能力，加快种子萌发，促进幼苗生长，达到提高产量的目的2。余登苑等对小青菜和番茄用每天加7 h、10 kV静电场和无静电场进行对照试验，结果表明：静电处理的小青菜(11天后)和番茄(22天后)的出苗率分别增加了33.4%和30%，苗高分别增加31.4%和29.8%，产量分别增加18.3%和91.9%7。张本华等对262水稻种子进行250 kV/m的高压静电分别处理1 min、5 min、10 min、15 min后，分别进行发芽对照试验，结果表明：种子发芽率与不同处理时间关系比较清楚，在处理10 min的时候效果最好12。2 种子电场处理的试验研究2.1 试验材料山东农业大学农学院提供的均匀饱满的隆安优1号、隆安优8号、协332三个品种的陈水稻种子。它们的水分和百粒重如表2-1所示。表2-1 各水稻品种的水分和百粒重品种水分（%）百粒重（g）隆安优1号9.52.5隆安优8号9.22.2协3329.52.512.2 试验方法 按要求对种子进行相应的处理，对处理过的种子进行发芽及生长试验。处理后的种子首先在30 恒温浴锅内浸泡3个小时消除硬实，然后充分混合后手工随机选择100粒作为一次重复，采用纸上纸床法（GB/T 3543.4-1995）置与发芽盒中在山东农业大学农学院种子幼苗培养室（编号：02091、专利号：962391794）内进行发芽与生长试验，每种情况分别做3次重复试验，取其平均值与设置的对照组（CK）进行统计对比，对统计数据进行分析后得出结论。2.3 试验条件电压形式S：交流（AC）、负直流（-DC）试验电压V：15 kV （场强E为300 kV/m）处理时间t：30 s、60 s、120 s、240 s培养室条件：25 恒温（GB/T 3543.4-1995）、125%HR恒湿、持续光照2.4 试验装置2.4.1 负直流高压电场处理的试验设备与装置试验中所用到的仪器设备，如表2-2所示。表2-2 试验仪器设备名称型号生产厂家备注交流试验变压器YDJ50型北京互感器厂050 kV高压测量器FRC100北京丰源高压电器厂DC:0.005 kV AC:0.01 kV高压电场发生装置（附图1）山东农业大学d=0.5cm高压硅堆2DGL（附图2）18 kV n=4种子幼苗培养室ZMX18沈阳市自动化仪表研究所050 20 m3精密电子天平JJ1000型常熟双杰测试仪器厂d=0.01g1 交流试验变压器 2 高压硅锥 3 高压测量器 4 锯齿网 5 绝缘支架 6 不锈钢钢板 7 水稻种子图2-1 种子高压电场处理的装置示意图1234567本次试验所用试验装置示意图如图2-1所示。该装置主要由高压发生装置和高压静电场产生装置等组成。其中交流试验变压器可产生050 kV的交流电压，高压硅锥可将交流高压转变为需要的负直流高压。静电场产生装置的锯齿尖端距不锈钢钢板5 cm，这样就可根据所需要的场强调节交流试验变压器，由高压测量器确定所需试验电压。2.4.2 交流高压电场处理的试验设备与装置试验中所需要的仪器设备与负直流高压静电处理中的试验设备基本相同，只是不需要高压硅堆的作用，即在表2-2中去掉高压硅堆就是该试验所需要的仪器设备。同样，试验装置示意图如图2-1中去掉虚框中的部分即附图3所示。2.5 水稻种子经处理后的发芽试验研究 对水稻种子置床后，开始保持加盖状态以免水分的蒸发。试验过程中每天观察一次，要适当补水、对发霉种子进行清洗和对腐烂种子进行剔除处理。根据实际情况，当幼苗高度达到发芽盒高度即盒盖影响幼苗的生长时，去除盒盖，开盖后及时补水，一天中早晚各一次。种子发芽或生长到达相应的天数后对所需数据进行统计记录，之后对数据进行分析处理得出结论。2.5.1 发芽数的计数统计根据GB/T 3543.4-1995中对农作物种子的发芽技术规定可知，在第5天对各品种水稻种子进行发芽计数，记录数据如表2-3、表2-4、表2-5所示。表2-3 发芽数统计-隆安优1号（第5天）条件各重复组号发芽数平均发芽率（%）标准偏差发芽提高率（%）123对照（CK）80838783.333.51交流 15 kV30 s918888891.736.8460 s86858384.671.531.64120 s84828182.331.53-1.16240 s82878785.332.892.44对照CK84888886.672.31负直流 15 kV30 s93888889.672.893.4660 s90948489.335.033.07120 s84908586.333.21-0.39240 s869187882.651.53表2-4 发芽数统计-隆安优8号（第5天）条件各重复组号发芽数平均发芽率（%）标准偏差发芽提高率（%）123对照（CK）84848985.672.89交流 15 kV30 s86878987.331.531.9460 s90899290.331.535.44120 s84928787.674.042.33240 s90938589.334.044.28对照CK91949392.671.53负直流 15 kV30 s908988891.00-3.9660 s92959393.331.530.72120 s959391932.000.36240 s87938889.333.21-3.6表2-5 发芽数统计-协332（第5天）条件各重复组号发芽数平均发芽率（%）标准偏差发芽提高率（%）123对照（CK）70869182.3310.97交流 15 kV30 s80807879.331.15-3.6460 s86908386.333.514.86120 s868377824.58-0.4240 s83838182.331.150对照CK88829287.335.03负直流 15 kV30 s88858987.332.08060 s79839284.676.66-3.05120 s91908488.333.791.15240 s74839082.338.02-5.722.5.2 幼苗苗高的测量记录根据GB/T 3543.4-1995中对农作物种子的发芽技术规定可知，在第15天对各品种水稻幼苗生长高度进行苗高测量。测量时考虑到工作量和工作时间的限制，采用随机抽取的方法测量其中10株幼苗的生长高度值作为分析参考数据。记录数据如附表1、表2、表3所示，各品种的苗高提高率对比如表2-6所示。表2-6 各水稻品种苗高提高率对比（第15天）条件水稻品种隆安优1号隆安优8号协332平均苗高（mm）苗高提高率（%）平均苗高（mm）苗高提高率（%）平均苗高（mm）苗高提高率（%）对照（CK）129100.4104.5交流 15 kV30 s140.79.07110.710.26117.612.5460 s124.6-3.41105.14.68120.515.31120 s121.2-6.0593.6-6.77100.9-3.44240 s134.24.03100.3-0.10114.19.19对照CK109.6114.896.6负直流 15 kV30 s126.415.33131.914.90108.912.7360 s108.4-1.09133.216.03102.56.11120 s119.59.03124.48.36112.816.77240 s110.40.73121.86.1097.81.242.5.3 试验结果分析对表2-3中的数据进行分析得图2-2和图2-3。由图2-2和图2-3可看出经过高压电场处理30 s的隆安优1号水稻种子的发芽率可提高6.84%（AC）和3.46%（-DC），且其显著性水平为=0.1、=0.25；随着处理时间变长，较短时间处理的水稻种子的发芽率会有所下降。对表2-4中的数据进行分析得图2-4和图2-5。由图2-4和图2-5可看出经过交流高压电场处理60 s的隆安优8号水稻种子的发芽率可提高5.44%，且其显著性水平为=0.1；负直流处理效果无显著性差异，其他处理时间的效果差一点或有所下降。对表2-5中的数据进行分析得图2-6和图2-7。由图2-6和图2-7可看出经过高压电场处理的协332水稻种子的发芽率有的提高，有的下降，且都无显著性差异。对附表1中的数据进行分析得图2-8和图2-9。由图2-8、图2-9和表2-6可看出经过高压电场处理30 s的隆安优1号水稻种子的幼苗生长高度可提高9.07%（AC）和15.33%（-DC），且其显著性水平为=0.15、=0.05；随着处理时间变长，较短时间处理的水稻种子的幼苗生长高度会有所下降。其结果与发芽率保持规律一致性。对附表2中的数据进行分析得图2-10和图2-11。由图2-10、图2-11和表2-6可看出经过高压电场短时间（30 s或60 s）处理的隆安优8号水稻种子的幼苗生长高度可提高10.26%（AC）和16.03%（-DC），且其显著性水平为=0.25、=0.05；随着处理时间变长，较短时间处理的水稻种子的幼苗生长高度会有所下降。但结果与发芽率规律不一致。对附表3中的数据进行分析得图2-12和图2-13。由图2-12、图2-13和表2-6可看出经过高压电场处理的协332水稻种子的幼苗生长高度可提高15.31%（AC）和16.77%（-DC），且其显著性水平为=0.15、=0.05；但结果与发芽率规律不一致。综上所得结论，隆安优1号水稻种子的发芽率与幼苗生长高度的规律具有一致性，且都有一定的显著性差异，便于最优参数的选择，故确定隆安优1号为以后的试验品种。结合附图4、图5和图6可得：经过高压电场处理的隆安优1号水稻种子在发芽率和幼苗生长高度方面存在显著差异，其中短时间（30 s）处理效果要优于长时间处理。因此可以认为，在经过短时间高压静电场处理的水稻种子所长成的幼苗体内，积极进行含氮化合物的合成，矿质元素参与许多生理过程17，因此处理组幼苗在代谢上比对照活跃，有利于生长素合成18，促使其生长优于对照。长时间高压静电场处理的水稻种子无论是对发芽率的影响还是对发芽后的幼苗生长高度的促进或抑制作用不稳定也不明显，也许他们存在某种关系。这种关系和许多文献中提到的长时间高压静电场处理使种子失去活性，直至死亡，试验中并没有观察出来，还有待于进一步地试验与研究。根据以上有限的试验数据及分析结果得出：场强为300 kV/m的高压静电场处理隆安优1号水稻种子的最优时间初步定为30 s。3 介电分选对种子的影响3.1 介电分选的作用机理介电分选技术最早应用于选矿业，后来才应用与种子分选中16。种子的内部生化结构要比单纯的矿石复杂。通常情况下，种子是由种皮、胚及胚乳三部分组成。不同种质种子，内含化学成分不同，种子的电学特性（如电导率、介电常数、膜电容及极化特性等）均有差异，因而种子在静电场中的运动轨迹不同。据此原理借助于合理的分选装置构造出合理的电磁场来放大这种差异达到分选不同活力、含水量的种子，除去破碎种子、杂质的目的，可明显提高种子纯度15。本次实验中的介电分选装置仍采用双绕线圈筒式工作机构，工作时，在重力、电场力、摩擦力、支承反力及离心力的共同作用下，介电特性和机械特性不同的籽粒脱离线圈时的位置是不同的，由此得以分级3.2 介电分选的研究进展国外的种子介电分选技术比我国起步早的多。自从1928年，Hihbard提出电导法测定种子活力，1967年，Perry等证明了种子的生活力与电导率呈负相关，前苏联科学家Tarushkin(Bntapymknh)等人在60年代提出种子介电分选思想后，对于这项技术的理论研究及相关领域的探索人们一直方兴未艾。康敏等人通过对滚筒式精选机的试验表明，静电选种后的种子发芽率、发芽势以及最终产量均有较大提高14。姜学东等人通过自行研制的5JDJ0.2型介电式种子分选机对小麦的试验研究找到各级别间差异最大的分选参数组合，即最优参数组合是：分选电压为1780 V，分选滚筒转速为22.2 r/min13。4 种子介电分选的试验研究4.1 试验材料山东农业大学农学院提供的均匀饱满的、经过电场处理后效果规律一致的隆安优1号陈水稻种子。4.2 试验方法按要求对种子进行分选分级处理，对分级后的种子进行发芽及生长试验。分级后的种子首先在30 恒温浴锅内浸泡3个小时消除硬实，然后充分混合后手工随机选择100粒作为一次重复，采用纸上纸床法（GB/T 3543.4-1995）置与发芽盒中在山东农业大学农学院种子幼苗培养室（编号：02091、专利号：962391794）内进行发芽与生长试验，每种情况分别做2次或3次重复试验，取其平均值与设置的对照组（CK）进行统计对比，对统计数据进行分析后得出结论。4.3 试验条件电压形式S：直流（DC）试验电压V：3 kV、4 kV、5 kV、6 kV、7 kV、8 kV滚筒转速n：20 r/min培养室条件：25 恒温（GB/T 3543.4-1995）、125%HR恒湿、持续光照4.4 试验装置试验中所用到的仪器设备，如表4-1所示。表4-1 试验仪器设备设备名称型号生产厂家备注晶体管直流稳压电源JWY45型济南无线电二厂直流高压电源ZGDII型东南大学物理系+050 kV调压变压器TDGC5/0.5型淄博市博山调压器厂0250 V介电式种子精选机5JDA型山东农业大学泰山建筑机械厂 研制n=3高压测量器FRC100北京丰源高压电器厂DC:0.005 kV AC:0.01 kV电子天平TC6K型常熟双杰测试仪器厂d=0.1 g种子幼苗培养室ZMX18沈阳市自动化仪表研究所050 20 m3隆安优1号水稻种子分选试验装置如附图7所示。4.5 水稻种子分选后的发芽试验研究4.5.1 水稻种子分选后各等级的重量隆安优1号水稻种子经过各分选电压分选后，由电子天平称得的三个等级的重量及各等级所占的重量百分比如表4-2所示。表4-2 分选后的各等级的重量百分比条件各等级重量(g)总重量(g)各等级所占百分比(%)条件各等级重量(g)总重量(g)各等级所占百分比(%)分选电压3 kV级50.977.365.85分选电压6 kV级58.5100.858.04级8.410.87级11.111.01级1823.29级31.230.954 kV级48.683.258.417 kV级33.665.451.38级10.212.26级7.611.62级24.429.33级24.237.005 kV级31.356.955.018 kV级46.58256.71级7.312.83级910.98级18.332.16级26.532.324.5.2 发芽数的计数统计根据GB/T 3543.4-1995中对农作物种子的发芽技术规定可知，在第5天对隆安优1号水稻种子进行发芽计数，记录数据如表4-3所示。表4-3 介电分选后隆安优1号的发芽数统计（第5天）条件各重复组号的发芽数平均发芽率（%）标准偏差发芽提高率（%）123对照（CK）898287863.61分选电压3 kV级93908689.673.514.26级7785815.66-5.81级858285841.73-2.334 kV级90869289.333.063.88级867781.56.36-5.23级798774806.56-6.985 kV级85889087.672.521.94级8886871.411.16级728580796.56-8.146 kV级8887868711.16级858685.50.71-0.58级88838685.672.52-0.397 kV级9185888832.33级888988.50.712.91级798087824.36-4.658 kV级91849188.674.043.1级84687611.31-11.63级86828283.332.31-3