CN1133467C - 种子的热灭菌方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及消灭种子中的病原菌和其它有害真菌和细菌的热处理方法。本方法的特征在于，供给种子以非水成热，同时根据种子的因素和含水量调节处理的时间和温度，使得在防止了水份从种子表面的蒸发和由此而导致的种子表面的冷却的同时，种子从外到里得到加热，并且含水量不发生改变。

Description

种子的热灭菌方法
发明领域
本发明涉及消灭种子中的病原菌以及其它有害真菌和细菌的热处理方法。本方法可用于森林、园艺和农业作物的种子处理，尤其适用于农业和园艺上各种作物种子的处理。下面将参照谷物种子的热处理来进一步说明本发明，但是本发明方法并不仅限于该应用。
发明背景
种子中的病原菌(如：谷物种子中的病原真菌)，每年造成大量的经济损失，减少了作物产量，损害了谷物的质量，并且使得(例如)马铃薯的贮藏更加困难。对于生态栽培者，由于对病原菌的控制在培育季节很难奏效，所以种子的灭病原菌处理非常重要。发明一种针对种子中的病原菌的生态灭菌方法意义非常重大。每年针对种子传递的真菌类病害，用化学品处理大量的谷物(大于90％的秋播谷物；约40％-50％的春播谷物)，以便在培育季节用较少量的或不用化学品控制病害就能得到健康的作物。从经济、环境和健康的理由出发，大多数栽培者希望减少化学试剂的使用。所以，很需要有一个无化学品的种子灭菌处理方法来代替目前大量采用的化学种子处理方法。
现有技术
50年代和60年代热水处理用作灭菌方法来控制大麦和小麦散黑穗病。这种处理方法如下所述(Persson，1990)：
——将种子在水中浸泡约3小时；
——取出种子并凉干；
——将小麦置于53℃、大麦置于51℃的水中保持5分钟；
——将种子转入到冷水中却却5分钟；
——干燥种子。
上述灭菌方法的劳动强度比较大，由于两个主要原因而被新的化学试剂处理方法竞争所淘汰。其一，这种已知的热水处理方法的最终效果不确定，和；其二，这种方法成本较高，首先，它的处理后的干燥过程能耗比较大。
实验表明，谷物种子的热水处理对控制大麦的散黑穗病(Ustilagonuda)、叶条斑病(Drechslera graminea)和网斑病，小麦散黑穗病(Ustilagotritici)、雪腐(Microdochium nivale)、叶枯和颖枯(Stagonospora noclorum)和黄斑病(Drechslera tritici-repentis)，燕麦的散黑穗病(UStilagoavenae)和叶条斑病(Drechslera avenae)以及黑麦雪腐病有较好效果(Bergman，1993，1994，1996a，1996b)。然而，这种研究中的一个极大问题是处理后种子的干燥的成本太高。处理之后含水量可以高达50％以上。为使贮存时不会变坏，谷物种子必须干燥使含水量降低至15％以下。
为了避免热水处理之后种子干燥的昂贵成本，也曾尝试过用干燥的热空气，但结果不理想。还尝试过微波处理，也未获得成功。原因可能是用微波处理时，热量是在敏感的胚胎的种子内部产生，然而大多数病原菌是位于种子的表面，而此方法在表面产生的热量相对较少。实验还尝试使用了水蒸汽，但是由于既要能有效地消灭病原菌又不能对发芽造成有害影响，所以可供选用的温度范围很窄。
关于现有技术，也可以参考DD217407，DD297333，EP0196464，EP0622085，GB1535926，GB2150803，FR1260436，JP58111667，SU422368，SU760905和US4633611。
本发明目的
本发明总的目的是提供一种经济的种子灭菌方法来减少种子中的病原菌的存在，对环境造成尽可能少的危害，从而能实现作物保持好的产量同时减少化学灭菌试剂的使用。
另一个目的是通过仔细控制加热的手段来给种子灭菌而使种子的含水量不发生改变。本发明的简要说明
本发明通过消灭种子中的病原菌以及其它有害的真菌和细菌的热处理方法来达到上述目的，该方法的特征在于，供给种子以非水成热，同时根据种子的因素和含水量调节处理的时间和温度，使得在防止了水份从种子表面的蒸发和由此而导致的种子表面冷却的同时，种子从外到里得到加热。按照本发明的一个实施方案，热量提供是通过向附在传送带上的种子接触传热来完成的。按照本发明的一个优选实施方案，热量是由具有一定湿度的热空气提供的，其湿度可以防止种子含水量的增加或减少。
种子例如是谷物和马铃薯的籽粒。
此处所述的“种子”是指种子植物的生殖体；所说的“籽粒”对于谷物来说指的是种子的籽粒，也即是谷物的果实；和对于马铃薯来说是指马铃薯籽。
附图的简要说明
本发明的附图分别作如下说明。
图1表示随着处理温度的升高，热处理对种子的发芽和健康的影响。
图2是本发明一个具体实施方案的示意图。
本发明的详细说明
有效的热灭菌需要稳定的和严格的热置供应以及精确的处理时间。种子的热处理原理可以用附图1来说明。感兴趣的区间是可以消灭种子中的病原菌而同时没有降低其发芽率的区间。如果处理时温度太低，病原菌还会存活；如果温度太高，种子则会死。
病原菌和其寄主的死亡条件差别越大，就越有可能获得成功的热处理。下述因素可影响被处理物对热处理的敏感性。(Baker，1962)：
——被处理物的含水量；含水量越高，越敏感；
——可能的休眠期，如：发芽休眠期；无休眠物更加敏感；
——种龄和存活能力，种龄较大的存活能力越小的物质越敏感；
——可能的保护层的情况，种皮有裂缝的种子更敏感；
——生长期的温度，生长时期低温增加其敏感性；
——处理物的大小，越小越敏感；
——种属的不同。
如上所述，按照先有技术方法热水处理的不利之处在于处理以后的种子的含水量将高于50％，这就意味着种子处理后，必须干燥到能贮藏的含水量程度，而这种成本是极为昂贵的。本发明的热处理方法提供了一种有效的得到改进的和更好控制的热处理方法。利用本发明提供的热处理方法，在热处理之后可得到低含水量从而不需要再行干燥。本发明方法是建立在以下创造性想法的基础上的：因为绝大多数病原菌位于种子的表层，所以通过仔细控制加热来给种子灭菌，而不引起干燥、即不会在种子表面上发生蒸发而使种子表面冷却，同时也不引起种子含水量的增加。
如上所述，现有已知的种子热水处理技术具有缺点。本发明是建立在以下理解基础之上的：即精确控制的热处理比不稳定的处理有更高的效率，以目前可以获得的技术能实现热处理的高精确控制。这样本发明的方法包括非水成热的种子热处理方法，一个优选的实施方案是用高湿度的热空气来处理种子。
本发明方法的一个特征是供给种子以非水成热，同时依种子的情况和含水量来调节处理的时间和温度。
本发明方法参考图2所示的具体实施方案来作进一步说明。按照本发明这个具体实施方案是按如下所述的五个阶段连续进行的：A.输入阶段，调节所加的种子的层厚以保证后续的加热阶段是均匀加热；B.加热阶段，通过供应热空气将种子加热到预定温度，加热阶段时间要尽可能短，而且要使种子的含水量不发生改变。水汽蒸发——如果有的话——会导致能量被用于蒸发而不是用来加热，这样就影响了加热效率。然而，加热阶段的时间又必须足够长而使得种子能达到预定的处理温度。对于质量和负载量，本阶段是最为敏感的；C.处理阶段，种子在恒定温度和和湿度下保暖至所计算的时间；D.冷却阶段，为控制处理时间将种子骤冷；和E.输出阶段，将灭完菌的种子移开。
B和C阶段导入的热空气，其合适的湿度为60～90％，它取决于种子的种类和含水量。
C阶段的处理时间取决于所处理的种子的种类和所要消灭的病原菌。在用谷物(大麦)所作的实验中，用低于10分钟的处理时间已达到满意的效果。在某些情况下，根据种子和病原菌的种类，可能需要长达10分钟、甚至更长的处理时间。
B和C阶段中的温度取决于加入的种子的含水量和欲要从种子中消灭的病原菌。如果合适处理温度已经确定，可将温度很好地调节，维持在一个比较窄的范围之内。在上面所提到的大麦实验中，其处理时间少于5分钟，所采用的温度为65～67℃以及处理时空气湿度在70％以上。
通过采用在冷却过程中热能被循环利用的封闭体系，能量消耗可减少到最小。
种子的温度变化及其对种子发芽的影响是必须注意的(Nellist，1978；Nellist & Bruce，1995)。
本发明方法的成功基于以下事实：通过高精度的加热处理控制而使种子表面不产生蒸发，种子的含水量也不发生变化，同时保持热处理的时间足够短和调整处理温度以使蛋白质不变性和不影响发芽。
实施例
在下述实验中，采用每一作物的受感染的种子，在进行处理之前对每一批感染病菌作物都分析了其感染程度、含水量和发芽率。分析方法是按照如OISTA手册[种子测试的国际规定(International Rules for SeedTesting，1993)]的常规分析方法。
只要合适，沙、纸和土壤都可用来分析种子的发芽率。可以使用基于渗透吸水法(Joelson，1983)的方法来确定谷物的感染程度。与其它方法相比较，这个方法快速而简单，尤其适合于测定属于斑菌类型(Drechslera)的病原性真菌。在这种测定方法中，种子子粒置于一扁平透明容器内的吸水纸上。吸水纸浸到糖汁中(135克/升自来水)并晾干。容器置于室中，在25～28℃条件接受12小时光照，接着在18～20℃条件置于暗处12小时。溶液的渗透压阻止了种子子粒的生长但允许真菌开始生长。经过这种逆境处理的真菌开始释放可供研究的特殊物质到纸上。七天之后即能研究斑菌(Drechslera)的病症。
将种子处理之后，用上面所述的方法进行同样的分析。为了最终衡量处理的效果，将处理过的种子进行田间实验。结果如下所示。
用本发明新的处理方法对自然侵染了网斑菌、叶条斑菌和散黑穗病菌的大麦种子进行了实验。
1995年进行的田间实验结果如下所示。为对比起见，未处理种子、杀菌剂处理的种子和热水处理的种子的结果亦给出(仅见表1)。表1.田间试验(1995年)，厄斯特格兰郡(Ostergotland)对于大麦的叶条斑病菌(Drechslera graminea)、网斑菌(Drechslera teres)和散黑穗病菌(Ustilago nuda)，不同种子处理方法对发芽影响和除菌效果的比较。
  相对％   株数/m2   相对％   株数/m2   相对％   株数/m2   相对％   黑粉穗/100m2
处理        发芽    D.叶条斑病      D.网斑病      U.散黑穗病
未处理     100     372     100     42     100     11     100     46
双胍盐等处理*     107     397     0     0     0     0     62     29
热水处理**     83     309     49     22     0     0     28     13
本发明方法处理***     95     353     0     0     0     0     55     25
    LSD＝0.05；54.4     LSD＝0.05；17.3      LSD0.05＝3.7     LSD 0.05＝14.1
*＝双胍乙酸盐(150克/升)+imizalil(10克/升)**＝预浸泡；凉干；置于52℃热水中5分钟；冷水冷却5分钟；干燥。***＝按照本发明的热处理方法。表2.田间实验(1995年)，斯德哥尔摩郡(Stockholm)对于大麦的叶条斑病菌(Drechslera graminea)和散黑穗病菌(Ustilago nuda)，不同种子处理方法对发芽影响和除菌效果的比较。
    相对％     株数/m2     相对％     株数/m2     相对％     黑粉穗/100m2
  处理          发芽      D.叶条斑病      U.散黑穗病
  未处理     100     323     100     42     100     75
  双胍盐等处理*     108     348     2     1     70     52
  本发明方法处理**     96     309     4     2     76     57
    LSD＝0.05；50.7    LSD＝0.05；7.9     LSD＝0.05＝36.5
*＝双胍乙酸盐(150克/升)+imizalil(10克/升)**＝按照本发明的热处理方法。表3.田间实验(1995年)，斯德哥尔摩郡(Stockholm)对于大麦网斑菌(Drechslera teres)，不同的种子处理方法对发芽影响和除菌效果的比较。
   相对％     株数/m2    相对％     黑粉穗/m2
    处理         发芽       D.网斑病
    未处理     100     389     100     46
    双胍盐等处理*     95     370     4     2
    本发明方法处理**     97     376     0     0
    LSD＝0.05；67.9     LSD 0.05＝5.5
*＝双胍乙酸盐(150克/升)+imizalil(10克/升)**＝按照本发明的热处理方法。
结果显示，本发明热处理方法与杀菌剂的处理效果相当，但优于热水处理方法。
所以，本发明热处理方法具有很大的潜力，1992/93年，瑞典全国有140,000吨国家认证的种子被销售，其中50％是化学处理的种子。(瑞典统计，Statistics Sweden，1995)。假设在2000年种子的10％将实行生态耕作，这就意味着需要14000吨的种子来满足生态生产，并且可能这些种子中较大一部分需要是无菌的(假定为75％，就是10500吨)。还可进一步估算有多少用传统方法处理的种子能被热处理除菌的种子所代替，所以，本发明技术具有很大的应用潜力。
初步加热的成本是0.10-0.15瑞典克朗(SEK)每千克。这相当于传统种子处理方法中制剂的费用，并且操作和设备成本预计与传统种子处理方法相差不大。上面结果显示，本发明热处理方法和杀菌剂处理的效果相当，因此从经济观点和尤其是生态和环保的观点出发，本发明提供的方法是一个极好的替代方法。
本发明热处理方法除上述应用以外，在需要消灭种子中的其他有害的真菌和细菌而不负面影响其发芽是很重要的时候，如在啤酒生产中，也可采用本发明方法。本发明方法还可用于马铃薯种子和园艺交易的种子、如胡萝卜籽和林业交易种子的无菌处理。
关于马铃薯种子的灭菌处理的已知技术，请参考Burnet，1990；Machay and Shipton，1983和Van der Zaag，1956。
******
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Claims (5)

1.消灭种子中的病原菌和其它有害的真菌和细菌的热处理方法，其特征在于，将热空气提供给种子，同时根据种子的因素和含水量调整处理时间和温度，以使得在防止了水份从种子表面的蒸发和由此而导致的种子表面的冷却的同时，种子从外到里得到加热，并且含水量不发生变化。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的种子是谷物的籽种。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，热量供应是通过接触传递热能到附于传送带上的种子来实现的。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，它是按以下五个阶段来连续进行的：
A.输入阶段，调节所加的种子的层厚以保证后续的加热阶段是均匀加热；
B.加热阶段，通过供应热空气将种子加热到预定温度，加热阶段时间要尽可能短，而且要使种子的含水量不发生改变；
C.处理阶段，种子在恒定温度和和湿度下保暖至所计算的时间；
D.冷却阶段，为控制处理时间将种子快速冷却；以及
E.输出阶段，将灭完菌的种子移开。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，热量是由具有湿度能阻止种子的含水量的减少或增加的热空气提供的。
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