雜交水稻種子成套加工工藝

湯曼卓

（華智生物技術有限公司，湖南長沙410125）

雜交水稻是我國發(fā)明的一項原創(chuàng)性的水稻增產(chǎn)技術，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的重大成就之一，為保障我國乃至世界糧食安全起到了巨大的作用。這一原創(chuàng)性成果在育種技術、作物栽培上都取得了重大突破，促進了水稻產(chǎn)業(yè)的長足發(fā)展[1]。生產(chǎn)出具有良好播種質量的種子是發(fā)展雜交水稻的基礎。種子生產(chǎn)包括2 個階段，一是制種田間生產(chǎn)，二是加工廠區(qū)生產(chǎn)。種子加工是種子產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)之一，種子加工工藝的技術水平直接影響到種子的質量、加工效率及成本。目前，在我國種業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中，對加工工藝的創(chuàng)新研究相對較弱。我國種子加工工藝的發(fā)展經(jīng)過了從無到有、從小到大、從單機到成套、從消化吸收到自主開發(fā)的發(fā)展過程，正朝著標準化、系列化、通用化的方向發(fā)展[2]。雜交水稻自20 世紀70 年代實現(xiàn)三系配套，開始種子生產(chǎn)，到21 世紀初，種子加工基本是采用單機加工。隨著種子產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要以及國家對種子生產(chǎn)經(jīng)營行政許可制度的要求，21 世紀10 年代前后，成套的種子加工設備開始應用于雜交水稻種子的生產(chǎn)加工。國家有關種業(yè)管理的各項法律法規(guī)相繼出臺：2000 年頒布了《中華人民共和國種子法》；2001 年開始，雜交水稻種子生產(chǎn)經(jīng)營實行行政許可制度。2007 年國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局和標準化管理委員會頒發(fā)了GB/T 21158—2007《種子加工成套設備》，規(guī)定了種子加工成套設備的定義、型式、主要參數(shù)、技術要求、檢驗方法等。 2022 年1 月出臺了最新修訂的《農(nóng)作物種子生產(chǎn)經(jīng)營許可管理辦法》，其中明確規(guī)定，申請領取主要農(nóng)作物雜交種子及其親本種子生產(chǎn)經(jīng)營許可證的企業(yè)，生產(chǎn)經(jīng)營雜交稻種子的，成套設備總加工能力5t/h 以上；申請領取實行選育生產(chǎn)經(jīng)營相結合、有效區(qū)域為全國的種子生產(chǎn)經(jīng)營許可證的企業(yè)，生產(chǎn)經(jīng)營雜交稻種子的，總加工能力10t/h以上（含窩眼式清選設備）。然而，雜交水稻種子有其固有的特性，在建設種子加工成套設備時應在GB/T 21158—2007《種子加工成套設備》的基礎上增加和優(yōu)化工藝設備流程，以使種子加工達到優(yōu)質、高效、低耗的目的。

1 雜交水稻種子的特點及制種產(chǎn)業(yè)模式

1.1 裂穎雜交水稻種子是通過雄性不育的母本與具有育性恢復能力的父本異交結實產(chǎn)生，不育母本的花粉不正常，穎花只能通過延長開穎時間來增加捕獲花粉的機會，因此其種子特性與常規(guī)水稻種子明顯不同，開穎時間過長、高溫、失水，會使內穎、外穎老化甚至皺縮，致使閉穎能力在授完粉后降低。雜交水稻種子的裂穎現(xiàn)象是遺傳與非遺傳因素雙重作用的結果[3]，會對種子的儲存和播種質量產(chǎn)生不利影響。

1.2 穗萌芽種子的休眠特性及環(huán)境因素會導致穗上早萌現(xiàn)象的發(fā)生。在水稻收獲前遇到陰雨或潮濕天氣，稻穗上產(chǎn)生穗上芽，穗上種子發(fā)芽口已開裂，胚根、胚芽卻尚未沖破種皮的“穗萌動”現(xiàn)象在雜交水稻制種田中很常見。胡偉民等[4]研究了不育系穗上發(fā)芽特性，發(fā)現(xiàn)不育系穗上發(fā)芽與親本自身穗上發(fā)芽特性有密切關聯(lián)，形成了雜交水稻種子的一個共性特點。

1.3 灰質化雜交水稻種子在大田成熟收獲和干燥過程中，因受不良天氣、儲存條件等外界因素的影響，種子胚乳結構和成分發(fā)生變化，使胚乳粉末化且外觀顏色改變，易發(fā)生斷裂或粉碎，因此導致種子發(fā)芽率和活力降低，嚴重的將失去種用價值，此種劣變現(xiàn)象稱為灰質化或者粉質化[5-6]。

1.4 制種產(chǎn)業(yè)模式2000 年《中華人民共和國種子法》頒布后，中國實行種業(yè)體制改革，形成了以非公有制種業(yè)企業(yè)為主的種業(yè)體制，雜交水稻制種產(chǎn)業(yè)形成了一種委托承攬制種的新模式，即種業(yè)企業(yè)、制種經(jīng)紀人（“代制商”或“生產(chǎn)商”）、制種農(nóng)戶（生產(chǎn)者）的3 層級產(chǎn)業(yè)組織模式，有少數(shù)制種經(jīng)紀人承包土地為種業(yè)企業(yè)制種，也有極少種業(yè)企業(yè)直接與基地村組簽訂合同組織制種，即種業(yè)公司自制模式[7]。

2 水稻種子常規(guī)成套加工工藝的功能與不足

2.1 國標成套加工設備的構成種子加工是以提高種子質量，改善播種品質為目的，從種子收獲后到銷售出庫前的各種物理的、化學的或生物技術的處理操作。GB/T 21158—2007《種子加工成套設備》規(guī)定了水稻作物加工成套設備工藝配置：風篩式清選機、重力式分選機、窩眼式清選機或谷糙分離機、包衣機、定量包裝機。風篩選、比重選、窩眼選或谷糙分離是提高種子凈度和發(fā)芽率的主要加工環(huán)節(jié)，合稱種子精選工段，此工段能有效地清除混入種子中的莖葉、米粒、空秕粒、病粒、異型粒、泥砂等雜質[8]。種子包衣可以亮化種子外觀色澤，可根據(jù)種子特性和種植需求配置農(nóng)藥、肥料、生長調節(jié)劑等材料，增加品種的抗性，降低農(nóng)藥使用風險和成本，促進植株健康生長。種子定量包裝是我國農(nóng)作物種子生產(chǎn)經(jīng)營管理的要求，包裝物上的標簽標識需按照2016 年7 月國家頒布的《農(nóng)作物種子標簽和使用說明管理辦法》執(zhí)行。GB/T 21158—2007《種子加工成套設備》還對成套設備安裝場地的環(huán)境條件、降塵設備、電氣控制、安全技術等方面作了通用性規(guī)定，需對照執(zhí)行。

2.2 國標成套設備對雜交水稻種子加工的不足之處因雜交水稻上述種性、生產(chǎn)體制的特點以及水稻產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的要求，GB/T 21158—2007《種子加工成套設備》規(guī)定的水稻作物的成套設備工藝配置對雜交水稻的加工尚有不足之處。

2.2.1 未涉及種子干燥雜交水稻種子生產(chǎn)發(fā)展前期，多以農(nóng)戶為最基本的生產(chǎn)單位，每戶種子量少，種子常通過晾曬除去水分。隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，制種規(guī)?；潭忍岣?，現(xiàn)在大部分都是以烘干設備來干燥種子，而烘干種子與晾曬種子的發(fā)芽率和種子活力并沒有顯著差異[9]，因此烘干將成為雜交水稻種子不可或缺的加工環(huán)節(jié)。雜交水稻種業(yè)企業(yè)的種子生產(chǎn)規(guī)模越來越集中，成套加工工藝流程中加入烘干工段，有利于提高工作效率和種子質量。

2.2.2 灰質化等內部劣變的種子難以剔除灰質化種子多是在種子成熟期胚乳發(fā)生劣變，此時種子的形狀大小、粒重基本定型，種子比重與正常種子無顯著差異，通過風篩選、比重選、窩眼選不能有效剔除，而這類種子在浸種催芽過程中最易發(fā)生燒苞爛種的質量事故[5]。穗上萌芽和黑粉病、稻曲病粒始發(fā)期對播種質量亦有影響，而風篩選、比重選設備也難以剔除這類劣質的種子。

2.2.3 種子質量不一致由于雜交水稻種子產(chǎn)業(yè)模式的特點，每個水稻品種的種子通常由多個生產(chǎn)商、多產(chǎn)地生產(chǎn)，規(guī)模較大的品種生產(chǎn)的季節(jié)、年份也存在差異，致使種子批之間的質量狀況不一致，尤其是發(fā)芽率和純度質量指標。企業(yè)銷售的種子質量在符合國家標準的前提下需盡量平衡一致，以便農(nóng)民安全使用，也有利于市場監(jiān)管。GB/T 21158—2007《種子加工成套設備》規(guī)定的工藝流程不能解決種子質量不一致的問題。

3 成套加工設備優(yōu)化的關鍵工藝

3.1 烘干種子烘干的目的是安全快速降低種子含水量，保持種子高活力。種子烘干不同于食用稻谷的烘干，目前我國還未有專門的雜交水稻種子烘干設備，雜交水稻種子多引用低溫谷物干燥機來烘干。為了保障種子質量的安全必須注意設備選型和參數(shù)的設定。目前生產(chǎn)中使用的烘干機機型分為臥式靜態(tài)干燥機和塔式循環(huán)烘干機兩類。臥式靜態(tài)干燥機，烘干機箱體水平放置，熱風從底層向上流過烘干箱的種子層，上層上方敞開散發(fā)水分，烘干時種子處于靜置狀態(tài)，可以保障種子的質量安全[9]。其優(yōu)點是操作簡單、破損率低，但產(chǎn)能較小，不能與其他加工設備連線成套使用，適宜制種基地安裝使用。塔式循環(huán)烘干機，機倉垂直安裝，分烘干層和緩蘇層，種子通過提升機在烘干層和緩蘇層間不斷循環(huán)，完成干燥。塔式烘干機加工產(chǎn)能每批次可達10～30t，甚至更大，此類機型自動化程度較高，可與種子成套加工線連線使用。

3.2 光選針對雜交水稻易發(fā)生灰質化的特性，種業(yè)企業(yè)與設備單位近幾年研究出了用光選機有效剔除種子中因胚乳劣變導致灰質化種子的工藝，對提高種子活力作用明顯。光選同時能將種子中含有的稻曲病、黑粉病以及穗上發(fā)芽等劣質種子予以剔除。光選機自動化程度高，產(chǎn)能可達4～6t/h，成品獲選率和帶出比都能得到有效控制。我國種業(yè)頭部企業(yè)已率先將光選設備聯(lián)入成套種子加工線中，對提升種子總體質量起到很好的作用。種子光選工藝更加注重剔除內部質量劣變的種子，是對水稻種子加工流程的升級。

3.3 種子翻混種子翻混工藝主要是解決種子原料質量不一致的問題，是種業(yè)企業(yè)在種子加工的過程中逐漸形成的工藝，現(xiàn)在的雜交水稻種子成套加工線都有此工段的設置。種子翻混模式分為種子批次內自混和批次間混配。批次內自混是通過四分式自混倉來實現(xiàn)；批次間混配是設置2～4 個種子入料口，用計量皮帶輸送機通過電腦按設定比例輸送種子，各入料口的種子集中流入同一皮帶輸送機，使種子層化，層化的種子進入無動力種子混配器翻混，達到種子質量均勻的目的。種子內自混和批次間混配串聯(lián)使用效果更佳。

3.4 信息化當前各行業(yè)都快速從勞動密集型企業(yè)轉向技術密集型企業(yè)，現(xiàn)代企業(yè)管理更加注重各部門、各環(huán)節(jié)的高效協(xié)同。要解決種業(yè)發(fā)展中的“卡脖子”問題，必須補上信息技術的短板。雜交水稻成套種子加工工藝的機械化、自動化是信息化的基礎，建設好、使用好信息化系統(tǒng)，可強化生產(chǎn)過程可控性，減少生產(chǎn)線人工干預。信息化能有效保障種子質量的安全、數(shù)據(jù)的精準、信息的可溯，提高效率。種子成套加工設備信息化的關鍵技術是圍繞種子卸料、烘干、精選加工、包衣包裝、倉儲物流等核心加工環(huán)節(jié)進行技術裝備，實現(xiàn)種子加工全流程數(shù)字化管理，包括物料的精確統(tǒng)計、各加工線的全自動控制、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的記錄及追溯、全程的質量數(shù)據(jù)采集及追溯，做到與工藝流程上的數(shù)據(jù)全包括。在關鍵業(yè)務流程中消除管理和實施中的延遲，確保企業(yè)發(fā)布的任務得以有效落實，及時反饋，確保對加工任務執(zhí)行到位，有章可循。

4 優(yōu)化集成種子成套加工工藝

4.1 成套加工工藝總體布局種子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特殊的、不可替代的最基本的生產(chǎn)資料，是農(nóng)業(yè)科學技術和各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料發(fā)揮作用的載體。種子質量的好壞，直接影響用種農(nóng)民和種業(yè)企業(yè)的增產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益，也會影響糧食生產(chǎn)保供的社會效益。所以建設一套綜合性能全面，信息化程度較高，環(huán)保高效的種子成套加工工藝設備是提高種業(yè)發(fā)展水平的必由之路。針對雜交水稻種業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新要求，政府政策和種業(yè)企業(yè)有必要增加資金和技術的投入，集中力量解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。優(yōu)化后的雜交水稻成套加工工藝總體布局，應包括烘干、風篩選、比重選、窩眼選（谷糙分離）、光選、翻混、包衣、計量、包裝等工藝環(huán)節(jié)，配置科學的總成系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)。

4.2 成套加工工藝工段配置優(yōu)化集成的雜交水稻成套加工工藝按照種子流向可分成烘干、精選、翻混、包衣、計量包裝等5 個工段。烘干工段應有烘干前的粗清選，去除種子中的枝梗草葉，有利于種子烘干時的流動，提高烘干效率；粗清選后安裝自動流量稱，以記錄種子烘干重量和效果，烘干機宜選擇塔式機型。精選工段包含風篩選、比重選和光選工藝，窩眼式清選和谷糙分離選擇性使用。秈型雜交水稻種子帶芒的較少，選用谷糙分離機的較多，主要是剔除種子中的米粒，粳型雜交水稻種子主產(chǎn)區(qū)用窩眼式清選機的較多。翻混工段重點是批次間按比例混配，一種水稻種子翻混系統(tǒng)（專利號CN200910136140.0）可使種子均勻度達到97%以上，提倡在種子批次間翻混之前進行種子批次內的自混，更能提高種子質量的均勻度。種子包衣在玉米、棉花等作物上已普及，而水稻種子包衣起步較晚，占比很小，但包衣技術的推廣促進了稻谷增產(chǎn)，增產(chǎn)率達到 6.6%[10]，雜交水稻種子包衣工藝需選擇包衣覆蓋率、均勻度較高的機型，有針對性地選擇藥劑，包衣機前端配置自動配藥系統(tǒng)，后端配置種子快速烘干設備，以保障種子的包衣效果。計量包裝工段具有3 個功能，一是將散裝的種子包裝成小包裝；二是包裝小包裝時進行自動定量計量；三是通過包裝袋上的資訊傳播品種特性等各種信息，所以必須按《農(nóng)作物種子標簽和使用說明管理辦法》的要求進行編輯、印刷、宣傳。加工工藝的5 個工段，都是獨立運作的加工環(huán)節(jié)，可以全流程成套使用，也可以根據(jù)需求選擇性使用。

4.3 總成和信息系統(tǒng)的配置支撐5 個工段高效運轉的是總成的科學配置和信息化系統(tǒng)的運用?？偝尚枧渲萌屉姎饪刂葡到y(tǒng)、物料流轉系統(tǒng)和除塵環(huán)保系統(tǒng)。信息化系統(tǒng)，前端連接田間生產(chǎn)，后端連接營銷市場，中間對接各管理層級，可規(guī)范企業(yè)管理和運作流程，突出質量領先、標準控制理念和措施，提高營銷計劃與生產(chǎn)加工計劃協(xié)同性、準確性。

4.4 不斷發(fā)展種子加工工藝未來世界種業(yè)的市場競爭是立體化、全方位的競爭，我國雜交水稻育種、栽培種植技術處于世界的領先水平，故此，種子加工不能成為雜交水稻發(fā)展的短板。在雜交水稻生產(chǎn)的過程中需要加大田間信息化管控的研究和應用，減少自然環(huán)境對生產(chǎn)的影響；加大加工環(huán)節(jié)的智能化研究和應用，引入機器人、二次包裝（大包裝）自動化、智能倉儲等技術手段，實現(xiàn)種子加工儲運的全系統(tǒng)機械化、自動化、信息化，逐步向智能化發(fā)展，做到種子加工車間少人化甚至無人化，全面提升種子加工能力和管理水平，使雜交水稻全產(chǎn)業(yè)鏈都處于世界的領先水平。