CN113875576A - 一种气吸式高活力花粉收集冷却装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气吸式高活力花粉收集冷却装置及其方法，由进粉管用于在负压装置的吸力作用下采集花粉；负压装置用于吸入花粉的负压源，并将吸入的花粉喷向冷却干燥仓；冷却干燥仓用于即时冷却干燥收集的花粉；冷却干燥仓的底部分布设有冷却气进气口，使得花粉进入冷却干燥仓后在仓内进行短暂团旋，确保花粉与冷却气体的均质混合；本发明可广泛应用于各类杂交作物或需人工辅助授粉的其它作物花粉机械化收集储存中，提高花粉收集效率的同时最大限度保证花粉活力和萌发率，满足广大用户采用人工授粉对花粉的需求。

Description

一种气吸式高活力花粉收集冷却装置及其方法

技术领域

本发明属于花粉收集储存领域，尤其是花粉收集冷却装置领域。

背景技术

水稻是世界上最主要的粮食作物之一，全球一半以上人口以稻米为主食，我国是水稻的原产国，更是杂交水稻的发源地，杂交水稻的研制成功为解决世界粮食安全问题做出了巨大贡献；制种是杂交水稻生产的重要组成部分，而授粉是保证制种成功的关键，自然情况下，水稻的杂交率不超过5％，因此要实现杂交制种，必须进行人工辅助异花授粉，使父本雄蕊上的花粉粒落到母本雌蕊柱头，这样结实出的种子才有可能表现出优于父母本的优良性状，生长发育成优质、高效的杂交种子；现行的人工辅助授粉包括人力式和机械式。人力式以“绳索拉粉”和“竹竿赶粉”为主，其优点是操作简单，收获的种子质量以及单位产量较高，但仍存在劳动强度大、生产效率低，人力成本高、不能满足现代化制种技术的要求等缺点；机械式制种授粉作为杂交水稻生产全程机械化的重要一环，近年来也受到了越来越多国家和相关机构的关注；美国是除亚洲外少数自行制种的国家之一，为满足规模化授粉作业需求，其采用在一定父母本行比种植的稻田中，利用小型直升飞机气流搅动父本花粉至母本的方式进行辅助授粉，这种授粉方式生产效率高，但制种质量和单位面积产量都低于人力式授粉；日本的机械式授粉主要见于果树、苗木上，通常使用小型手持式喷粉机进行授粉，而杂交水稻制种尚处于探索试验阶段，目前我国研究的杂交水稻授粉机械主要有碰撞式、气力式或气力碰撞式两类，碰撞式授粉主要是模拟人力“竹竿赶粉”和“绳索拉粉“，以采用机械碰撞力式机械进行授粉，但这种授粉方式容易对植株造成机械损伤；气力式辅助授粉机械主要以定向可调的气流直接吹散花粉或吹散被碰撞脱离父本的花粉进行授粉，但大多处于理论研究和专利发明阶段，尚无相应机型投入实际应用；无论是人力式还是机械式均是利用雄性不育系作母本，与父本恢复系按一定比例分行人工种植，以一定的技术手段调节父母本花期，使之花期相遇，辅助授粉，最后父、母本分别收获，为保证杂交水稻种子的质量，在整个过程中还要防止机械混杂和假杂种，费时费力，且水稻花期受影响因素较多，有时经过调节花期的措施也无法使双亲花期相遇，这样不仅可降低制种产量，同时将会使杂交种子质量降低；基于此，同时考虑到正常情况下，花粉脱离父本易失活，需即时进行冷冻干燥处理，因此需要一个能够在父本田中父本盛花期进行机械采粉，并即时冷却干燥的杂交水稻花粉收集冷却一体化装置，以大幅提高杂交稻制种效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种气吸式高活力花粉收集冷却装置，包括

进粉管，用于在负压装置的吸力作用下采集花粉；

负压装置，用于吸入花粉的负压源，并将吸入的花粉喷向冷却干燥仓；

冷却干燥仓，用于即时冷却干燥收集的花粉；

所述冷却干燥仓的底部分布设有冷却气进气口，使得花粉进入冷却干燥仓后在仓内进行短暂团旋，确保花粉与冷却气体的均质混合。

作为本发明的进一步优化方案，所述冷却干燥仓的一侧设有进粉口，所述进粉口处设有输送装置，所述输送装置的表面设有通孔，所述通孔处设有用于分离花粉和空气的微孔滤网，所述输送装置将花粉通过进粉口输送至冷却干燥仓内。

作为本发明的进一步优化方案，所述负压装置包括风机和负压发生器，所述负压发生器包括拉法尔管、与拉法尔管变径段联通的负压腔，所述拉法尔管的进气口与风机联通，出气口对着输送装置，所述负压腔与进粉管联通。

作为本发明的进一步优化方案，所述进粉管远离负压腔的一端设有吸粉口，所述吸粉口处设有第一过滤网。

作为本发明的进一步优化方案，所述负压装置的出风口正对输送装置的顶面，所述输送装置和负压装置之间设有第二过滤网。

作为本发明的进一步优化方案，所述冷却干燥仓的顶部远离进粉口处设有设有冷却气排气管，所述冷却气排气管的另一端与输送装置上方的空间联通。

作为本发明的进一步优化方案，所述冷却干燥仓内分布设有若干道挡板，所述挡板的高度从靠近进粉口的一侧向远离进粉口的一侧逐步增高，所述冷却气进气口分布于相邻挡板之间。

作为本发明的进一步优化方案，进粉口靠近输送装置的端部处设有花粉刷，所述花粉刷的毛尖与输送装置的圆弧面紧密贴合，且花粉刷的纵向剖面呈直角梯形，横向剖面呈V型。

一种收集冷却花粉的方法，包括以下步骤：

S1、根据不同作物调节吸粉风速、冷却干燥仓的温湿度和浓度；

S2、启动风机，利用负压发生器产生负压并通过进粉管收集目标作物的花粉；

S3、在负压发生器的高速气流作用下将花粉冲击第二过滤网，实现花粉与花药分离及过滤；

S4、分离后的花粉落到输送装置上，并输送进入冷却干燥仓中，在冷却干燥仓内冷却气流的助力下，花粉悬浮于空中，进行快速均匀冷却。

本发明的有益效果在于：

1)本发明的装置可广泛应用于各类杂交作物或需人工辅助授粉的其它作物花粉机械化收集储存中，提高花粉收集效率的同时最大限度保证花粉活力和萌发率，满足广大用户采用人工授粉对花粉的需求；

2)本发明采用液态CO₂、液态N₂等作为冷却气体直接通入冷却干燥仓，一方面可将仓内温度迅速降低至目标温度范围，另一方面可将仓内空气排出，抑制花粉的呼吸和代谢作用，最大程度保证花粉活力；同时冷却气体的吹浮作用能使得花粉得以在空中短暂团旋，可将花粉的最大限度暴露于冷却干燥仓中的冷却气体中，从而确保花粉与冷却气体的均质混合，并且防止花粉粒的表面接触、花粉的结块，以及在一些花粉粒死亡的情况下坏死的蔓延。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的图1中A处的局部放大示意图；

图3是本发明中负压发生器的结构示意图；

图4是本发明中行走机构的结构示意图；

图中：1、进粉管；11、吸粉口；12、第一过滤网；2、负压装置；21、风机；22、负压发生器；221、拉法尔管；222、负压腔；3、冷却干燥仓；31、冷却气进气口；32、进粉口；33、冷却气排气管；34、挡板；4、输送装置；41、通孔；42、微孔滤网；5、第二过滤网；6、花粉刷；7、行走机构；8、过滤仓。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1至图4所示的一种气吸式高活力花粉收集冷却装置，包括相邻设置在承重底板上的过滤仓8和冷却干燥仓3，同时，承重板上还设有风机21及用于提供冷却气体的冷却气气罐，使用时，该装置可以通过该承重底板固定在不同的行走机构7或悬挂机构上，进而便于收集花粉，提升花粉的收集效率；

其中，在过滤仓的上部联通有进粉管1，用于收集花粉；同时在过滤仓的顶部设有负压装置2，该负压装置2包括风机21和负压发生器22，利用风机21和负压发生器22的作用产生吸入花粉的负压，利用负压将花粉吸入装置内，并降吸入的花粉喷向冷却干燥仓3的进粉口32；由于冷却干燥仓3的底部分布设有冷却气进气口31，并且冷却气进气口31与冷却气气罐联通，花粉进入冷却干燥仓内后，即时的进行花粉的冷却；

具体的，进粉管1采用L型的PVC伸缩管，便于根据作物的位置进行调节进粉管的长度，进粉管1远离负压腔的一端设有吸粉口11，吸粉口11处设有第一过滤网12；该第一过滤网12用以滤去碎叶、颖壳等较大粒径杂质，避免这些大粒径的杂质堵塞负压发生器；

负压装置2包括风机21和负压发生器22，其中，负压发生器22包括拉法尔管221、与拉法尔管221变径段联通的负压腔222，使用时，将拉法尔管221的进气口与风机21联通，拉法尔管221的出气口对着冷却干燥仓3的方向，同时负压腔222与进粉管1联通；根据根据伯努利方程可得知，当同一流体时，流动速度大，压力小，因此，当风机21产生的空气流快速经过负压发生器的拉法尔管221时，会在拉法尔管的窄吼处产生负压区，这样产生的负压力会通过进粉管1传递到吸粉口处，将外界的花粉吸入到进粉管中，流经负压发生器的负压腔222，然后跟随着高速气流从出气口喷出；

冷却干燥仓3的一侧设有进粉口32，通过负压发生器喷出的花粉会通过进粉口32进入到冷却干燥仓3内，其中，冷却干燥仓3内分布设有若干道挡板34，挡板34的高度从靠近进粉口32的一侧向远离进粉口32的一侧逐步增高，冷却气进气口31分布于相邻挡板34之间，来自高压冷却气罐的冷却气可以从底部均匀吹向花粉，帮助花粉在空中短暂停留，进而花粉进入到冷却干燥仓3内后，在冷却气的吹力作用下花粉在仓内进行短暂团旋(受惯性力、重力、气流吹力)，确保花粉与冷却气体的均质混合，可将花粉的最大限度暴露于冷却干燥仓中的冷却气体中，防止花粉粒的表面接触、花粉的结块，以及在一些花粉粒死亡的情况下坏死的蔓延；

此外，进粉口32外设有输送装置4，该输送装置4将花粉通过进粉口32输送至冷却干燥仓3内，输送装置4的表面设有通孔41，并在通孔41处设有用于分离花粉和空气的微孔滤网42；使用时，从负压装置2高速喷出的花粉在输送装置处进行气固分离，通过微孔滤网的作用将花粉过滤在输送装置的表面上，然后通过输送装置的转动不断的将花粉输送至冷却干燥仓3内；

优选的，为了便于将花粉从输送装置4上刷下，进粉口32靠近输送装置4的端部处设有花粉刷6，花粉刷6的毛尖与输送装置4的圆弧面紧密贴合，且花粉刷6的纵向剖面呈直角梯形，横向剖面呈V型；

使用时，负压发生器22的出气口正对着输送装置4的表面，冷却干燥仓的进粉口32设置在输送装置的端部处；进一步的，在输送装置4和负压装置2之间设有第二过滤网5，该第二过滤网5用于用以滤除花药、飞虫等小粒径杂质；

为了防止花粉因湿度过大结块而影响风送效率及过滤效果，在过滤仓上半部的内侧壁上设有多孔干燥盒，便于在花粉在过滤仓内进行干燥，其中，多孔干燥盒内干燥剂优先选用硅胶、氯化钙、氧化钙等固态干燥剂；

此外，冷却干燥仓3的顶部远离进粉口32处设有设有冷却气排气管33，冷却气排气管33另一端联通至输送装置4的上方，优选的，将冷气排气管与过滤仓相连通的一端设置于第二过滤网5与输送装置4之间，在花粉随输送装置进入冷却干燥仓3之前进行预冷却，从而降低花粉的温度，提高花粉在冷却干燥仓内的冷却效率；同时，在冷却气排气管33的两端均固定有微孔滤网,用于防止花粉进入排气管道，堵塞排气管；

进一步的，过滤仓的通道下方呈狭长型开口，以尽可能减少内腔大小，降低风机负压损失；第二过滤网设置在狭长型开口通道的下方，第二过滤网的中心固定在带齿轮的旋转轴上，并由电机带动旋转轴旋转，进而可以带动滤网旋转，使用时，第二过滤网在驱动电机的驱动下绕旋转轴逆时针旋转，让过滤网上的杂质沿第二过滤网倾斜，脱离滤网。

一种基于气吸式高活力花粉收集冷却装置收集冷却花粉的方法，包括下述步骤：

步骤S1：根据不同作物调节吸粉风速、冷却干燥仓的温湿度和浓度；

步骤S2：启动风机，利用负压发生器产生负压并通过进粉管收集目标作物的花粉；

步骤S3：在负压发生器的高速气流作用下将花粉冲击第二过滤网，实现花粉与花药分离；

步骤S4：分离后的花粉经过输送装置进入冷却干燥仓；

步骤S5：向冷却干燥仓内输送冷却气流，花粉在惯性力、重力和底部气流吹力的作用下，撞击花粉挡板并短暂悬浮于空中，实现快速、充分冷却干燥。

本发明采用多级滤网及循环空气流实现对花粉流的多级过滤，去除碎叶、颖壳等较大杂质，花药、飞虫等较小杂质，有效提高花粉收集的质量(纯度)及风机风力利用率；

采用输送装置将花粉从过滤仓运输至冷却干燥仓，尽可能减少过滤收集仓与冷却干燥仓的连通面积，可有效减少冷却干燥仓内冷气损耗，提高冷却干燥气体利用效率；

采用液态、液态等作为冷却气体直接通入冷却干燥仓，一方面可将仓内温度迅速降低至目标温度范围，另一方面冷却气体的通入可将仓内空气排出，抑制花粉的呼吸和代谢作用，最大程度保证花粉活力；同时冷却气体的作用能使得花粉得以在空中短暂团旋，可将花粉的最大限度暴露于冷却干燥仓中的冷却气体中，从而确保花粉与冷却气体的均质混合，并且防止花粉粒的表面接触、花粉的结块，以及在一些花粉粒死亡的情况下坏死的蔓延；

本发明适用性强，可广泛应用于各类杂交作物或需人工辅助授粉的其它作物(如部分果、蔬)的花粉机械化收集储存中，提高花粉收集效率的同时最大限度保证花粉活力和萌发率，满足广大用户采用人工授粉对花粉的需求；

为了验证本发明装置及方法收集的花粉的活力与新鲜花粉作对比，做了下列的实验并根据实际数据进行对比，本实施例中装置及方法采集的花粉仍以水稻种子为例；父本为YR0822，母本为1892S。

一、材料种植；5月于试验基地进行父本与母本种植；其中，母本1892S分3个田块(田块A、田块B、田块C规格均一致，面积均为2000平方米)集中种植，使母本1892S始穗花期集中在约8月15日左右；其中，田块A与田块B为父母本同田种植(父本1行：母本12行)；另田块A为对照田块，按常规杂交制种方法，利用人工赶粉进行制种；田块B在始穗前为与田块A保持不育系同样的生长条件，提前割除父本，采用本发明装置收集的花粉进行授粉；田块C全田种植母本，采用本发明装置收集的花粉进行授粉；另父本YR0822提前于母本1892S二十天集中田块规模种植。

二、收集花粉；父本YR0822盛花期通过本发明装置及方法来收集花粉，利用常规的方法采集新鲜花粉用以对比；

三、花粉活力的测定与验证；将第二步中收集的花粉从冷却干燥仓内取出，进行三项实验以验证花粉生活力；1、是取出花粉后直接用于花粉生活力的测定；2、是收集的花粉授予提前剪颖的不育系1892S后套上牛皮纸袋，30天后统计花粉结实率；3、是收集的花粉授予第一步的母本1892S田的田块A、田块B和田块C上，待收获后测定产量；

1)花粉活力的测定；

利用四唑染色法进行花粉生活力测定，利用本发明装置收集的花粉为实验组，以新鲜花粉作为对照组；①、镊尖挑取少量花粉置于载玻片上，进行10次重复；②、滴上1-2滴0.5％浓度四唑液(0.5g四唑溶于100mlPH7.0的磷酸缓冲液)，盖上盖玻片；③、35℃下染色，显微镜观察；染成红色的为有生活力花粉，无色或淡红色为无生活力或生活力弱的花粉；

表1本发明装置收集的花粉与对照花粉生活力测定结果

花粉生活力测定结果(表1)：利用本发明装置收集的花粉生活力平均为86.9％，对照即新鲜花粉生活力平均为89.2％，花粉生活力无显著差异。

2)花粉结实率的测定；

本发明装置收集的花粉授予提前剪颖的不育系1892S后套上牛皮纸袋，10次重复，于30天后统计花粉结实率，同时，用新鲜花粉作为对照。结果显示(表2)：利用本发明装置采集的花粉授粉结实率为63.2％，对照即新鲜花粉结实率为67.6％，结实率无显著差异。

表2本发明装置收集花粉与对照花粉结实率结果

3)大田实收产量的测定；对应上述田块水稻成熟期间分别收获杂交种，经过收获、晾晒、测产等，田块B较田块A产量增加3.4％，田块C较田块A产量增加6.9％左右，田块C较田块B产量增加5.6％左右；

以上数据表明，本发明的装置及方法可以保持所采集花粉的高活力，大大提高了花粉采集效率并最终提高花粉结实率，增大了制种产量。

本发明开发的高活力花粉收集冷却装置能够实现作物花粉的机械化收集冷却，最大程度保证花粉的高活力，适用于除杂交水稻外其它杂交作物或其它需人工辅助授粉作物的花粉收集储存中。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种气吸式高活力花粉收集冷却装置,其特征在于：包括

进粉管(1)，用于在负压装置(2)的吸力作用下采集花粉；

负压装置(2)，用于产生吸入花粉的负压，并将吸入的花粉喷向冷却干燥仓(3)；

冷却干燥仓(3)，用于即时冷却干燥收集的花粉；

所述冷却干燥仓(3)的底部分布设有冷却气进气口(31)，使得花粉进入冷却干燥仓(31)后在仓内进行短暂团旋，确保花粉与冷却气体的均质混合。

2.根据权利要求1所述的一种气吸式高活力花粉收集冷却装置,其特征在于：所述冷却干燥仓(3)的一侧设有进粉口(32)，所述进粉口(32)处设有输送装置(4)，所述输送装置(4)的表面设有通孔(41)，所述通孔(41)处设有用于分离花粉和空气的微孔滤网(42)，所述输送装置(4)将花粉通过进粉口(32)输送至冷却干燥仓(3)内。

3.根据权利要求2所述的一种气吸式高活力花粉收集冷却装置,其特征在于：所述负压装置(2)包括风机(21)和负压发生器(22)，所述负压发生器(22)包括拉法尔管(221)、与拉法尔管(221)变径段联通的负压腔(222)，所述拉法尔管(221)的进气口与风机(21)联通，出气口设于输送装置(4)的上方，所述负压腔(222)与进粉管(1)联通。

4.根据权利要求3所述的一种气吸式高活力花粉收集冷却装置,其特征在于：所述进粉管(1)远离负压腔的一端设有吸粉口(11)，所述吸粉口(11)处设有第一过滤网(12)。

5.根据权利要求4所述的一种气吸式高活力花粉收集冷却装置,其特征在于：所述输送装置(4)和负压装置(2)之间设有第二过滤网(5)。

6.根据权利要求5所述的一种气吸式高活力花粉收集冷却装置,其特征在于：所述冷却干燥仓(3)的顶部远离进粉口(32)处设有设有冷却气排气管(33)，所述冷却气排气管(33)另一端联通至输送装置(4)的上方。

7.根据权利要求6所述的一种气吸式高活力花粉收集冷却装置,其特征在于：所述冷却干燥仓(3)内分布设有若干道挡板(34)，所述挡板(34)的高度从靠近进粉口(32)的一侧向远离进粉口(32)的一侧逐步增高，所述冷却气进气口(31)分布于相邻挡板(34)之间。

8.根据权利要求7所述的一种气吸式高活力花粉收集冷却装置,其特征在于：所述进粉口(32)靠近输送装置(4)的端部处设有花粉刷(6)，所述花粉刷(6)的毛尖与输送装置(4)的圆弧面紧密贴合，且花粉刷(6)的纵向剖面呈直角梯形，横向剖面呈V型。

9.一种收集冷却花粉的方法，其特征在于：采用如权利要求8所述的一种气吸式高活力花粉收集冷却装置进行收集花粉，具体步骤如下：

S1、根据不同作物调节吸粉风速、冷却干燥仓的温湿度和浓度；

S2、启动风机，利用负压发生器产生负压并通过进粉管收集目标作物的花粉；

S3、在负压发生器的高速气流作用下将花粉冲击第二过滤网，实现花粉与花药分离及过滤；

S4、分离后的花粉落到输送装置上，并输送进入冷却干燥仓中，在冷却干燥仓内冷却气流的助力下，花粉悬浮于空中，进行快速均匀冷却。

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