大豆种子播种前处理技术的研究应用及创新方法策略

作者: 袁俊家

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大豆是重要的油料和蛋白质作物,在保障粮食安全和促进农业经济发展方面发挥着关键作用。然而,大豆种子在播种前常面临发芽率低、出苗不齐等问题,严重影响大豆生产效益。采取科学有效的种子处理方法,对提高大豆产量和品质至关重要。本文将系统总结大豆种子播种前处理的常规方法,包括物理法、化学法和生物法,并重点介绍纳米技术、等离子体技术、臭氧技术等创新方法的应用潜力。通过分析比较不同方法的优缺点和适用条件,旨在为大豆种子处理技术的优化组合和实际应用提供参考,为促进大豆生产的提质增效提供技术支撑。

一、大豆种子播种前处理的必要性

1、提高发芽率和出苗率

大豆种子在贮藏和流通过程中,常因受潮、霉变等原因导致活力下降,发芽出苗不齐,严重影响产量和品质。采取适宜的种子处理方法,如晒种、拌种、包衣等,可有效提高种子活力。研究表明,经过合理处理的大豆种子,其发芽率可提高10%-20%,出苗率提高15%-25%。分析其机理,主要是因为晒种可杀灭种子表面的病原菌,化学浸种可软化种皮、促进水分吸收,而生物包衣则能激发种子内源活力。可见,加强种子处理对提高发芽出苗指标意义重大。当前,应加强种子处理关键技术的研发,因地制宜选择经济高效的方法,从源头保障大豆高产稳产。

2、缩短发芽出苗时间,提高幼苗素质

大豆种子从播种到出苗一般需7-14天,而这一过程容易受到温度、水分、病菌等因素的影响。采用化学浸种、生物菌剂包衣等方法,可显著缩短发芽出苗时间3-5天,使大豆幼苗尽早出土,争取更多生长时间。例如,用赤霉素处理种子,可诱导α-淀粉酶等活性提高,加速种子萌发;用根瘤菌菌剂包衣,可在种子萌发时建立固氮共生体,促进幼苗生长。同时,处理后的种子出苗整齐,幼苗根系发达,茎秆粗壮,抗逆性增强。因此,种子处理有利于提高大豆苗期素质,为后期生长奠定基础。

3、增强大豆种子的抗逆性

大豆生产常受干旱、盐碱、高温等逆境胁迫,导致减产和品质下降。采取科学的种子处理方法,可在一定程度上增强大豆抗逆性。例如,用渗透调节剂浸种,可提高种子的渗透调节能力,增强抗旱性;用微生物菌剂包衣处理,可激活土壤有益菌群,提高抗盐碱能力;用热激处理种子,可诱导产生抗逆相关基因表达,提高抗高温能力。种子处理可激活植株体内渗透调节、激素平衡、基因表达等生理生化过程,提高对逆境的适应性。因此,种子抗逆处理是增强大豆“造血功能”、稳定生产的有效途径。

4、防治病虫害,减少农药使用

大豆常受到疫病、根腐病等多种病虫害危害,传统上主要依靠化学农药防治,存在农药残留和环境污染等问题。采用生物拌种、热水浸种等方法处理种子,可在源头上预防控制病虫害。种子处理可激活植株免疫防御系统,包括防卫酶合成、信号传导、抗性基因表达等,提高对病虫害的抵抗力。种子处理可减少农药使用量30%以上,实现农药减施和绿色防控。

二、大豆种子播种前的常规处理方法

1、物理处理法

大豆种子播前的物理处理是一种简单、经济、环保的方法,主要包括晒种、烘种、光照和超声波处理等。晒种是利用太阳光照射杀灭种子表面的病原菌,既能改善种子活力,又可抑制病害发生,是一种传统且实用的处理方式。烘种则是通过高温烘烤提高种子内含水量的一致性,有助于种子的贮藏和品质提升。与晒种相比,烘种不受自然条件限制,但能耗较高。光照处理是利用特定波长的光源照射种子,从而影响种子内源激素的合成与代谢,促进种子萌发。研究表明,经过红光或远红光处理的大豆种子发芽率明显提高。此外,超声波处理通过高频振荡改善种子的吸水性和通透性,加速种子萌发进程,对老化种子和休眠种子的活化效果尤为明显。综合分析,物理处理法具有成本低、操作简便、适用性广泛等优点,在大豆种子处理中得到广泛应用。但其效果较为温和,且容易受到外界因素的干扰。

2、化学处理法

化学处理是大豆种子处理的重要方法之一,主要包括浸种催芽、药剂拌种和植物生长调节剂处理等。其中,浸种催芽是将种子浸泡在水或催芽剂溶液中,软化种皮,激活酶促进新陈代谢,从而加速种子的萌发进程。研究发现,用赤霉素、多效唑等催芽剂浸种,可显著提高大豆种子发芽率和幼苗生长素质。与单纯浸水相比,催芽剂处理还能诱导种子体内源抗性的提高。药剂拌种则是将杀菌剂、杀虫剂等与种子混匀,形成保护膜,既可消毒杀菌,又能防治土传病虫害。常用的拌种药剂如福美双、甲基硫菌灵等,对防治大豆根腐病、茎腐病等效果显著。此外,植物生长调节剂如脱落酸、细胞分裂素等,对调节大豆种子萌发和幼苗生长发育具有重要作用,种子经脱落酸浸种处理后,可显著改善幼苗根系生长状况,提高苗期抗逆性。

3、生物处理法

生物处理主要利用根瘤菌、芽孢杆菌、丛枝菌根真菌等有益微生物,通过包衣或拌种的方式,改善种子微生态,促进种子萌发和幼苗生长。生物菌剂包衣是指将根瘤菌、芽孢杆菌、假单胞菌等有益微生物制成菌剂,与种子混匀,在种子表面形成一层保护性的生物活性膜。这种生物膜层一方面可以直接抑制病原菌的侵染;另一方面,在种子萌发过程中,膜层中的有益菌可快速激活,定植根际,与幼苗建立互利共生关系,从而起到促进生长、抗病防病的作用。以根瘤菌菌剂包衣为例,有研究发现其可显著提高大豆根系结瘤率、固氮酶活性,促进植株生长,平均增产10%以上。芽孢杆菌等有益菌剂包衣也被证实能够诱导大豆植株全身系统抗性,提高植株抗病性,在生物防治中具有广阔应用前景。此外,生物拌种也是大豆种子生物处理的重要方式,其原理是利用拮抗微生物定殖于种子表面,通过营养和空间竞争,或产生抑菌物质,从而控制种传病原菌的繁殖,达到保护种子、促进萌发的目的。常用的拌种用微生物如枯草芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、链霉菌等,对防治大豆根腐病、茎腐病等具有良好效果。

三、大豆种子播种前处理方法的选择与实际应用建议

1、因地制宜,综合考虑各种因素

大豆种子播前处理方法的选择应根据实际情况因地制宜,综合考虑多种因素。

①要考虑当地的气候条件和土壤类型,选择适宜的处理方法。例如,在阳光充足、昼夜温差大的地区,晒种处理可能更为有效;而在阴雨连绵、温度较低的环境下,则需考虑烘种、光照等方法。

②要结合大豆品种特性和种子质量状况,采取针对性措施。如一些大豆品种种皮较厚,吸水性差,则需进行物理、化学等软化种皮的处理;而对于种子活力较低、病虫污染较重的种子,则需重点采取杀菌、除虫、增强活力的处理方法。

③处理方法的选择还应考虑经济成本、操作便利性、环境友好性等因素。尽量选择成本低廉、操作简便、对环境影响小的技术方法,以实现经济、高效、生态的统一。

④还需结合种植规模、机械化水平等生产实际情况,选择适合的处理方式。科学选择种子处理方法需要系统分析、综合权衡,要在深入调研的基础上,结合专家指导和实践经验,因地制宜地确定最佳处理方案,为大豆优质高效生产奠定良好基础。

2、处理方法的优缺点比较

大豆种子处理方法种类繁多,各有优缺点,需要根据具体情况进行比较选择。物理处理方法如晒种、烘种等操作简单、成本低廉,对种子和环境影响小,是一种较为理想的处理方式,但其作用效果相对温和,且容易受到外界环境条件的制约。化学处理如浸种催芽、药剂拌种等,具有见效快、作用显著等优点,在提高种子活力、防治病虫害方面效果明显,但可能存在药残留、环境污染等问题,且相对成本较高。生物处理包括种衣剂包衣、生防菌拌种等,具有环保、高效、持效期长等特点,有望成为未来种子处理的重要发展方向,但目前大规模应用还受到诸多限制,如适用微生物种类少、工艺不够成熟、产业化程度低等。此外,不同处理方法还可优势互补、协同增效,如物理法结合化学法、生物法,可在促进种子萌发的同时,提高抗逆性、控制病虫害,实现综合效果的提升。大豆种子处理方法的选择需要系统权衡各方法的优缺点,通过科学试验和实践检验,找出最佳的单一或组合处理技术,为高产优质大豆生产提供有力保障。

3、正确使用,注意事项

大豆种子播前处理虽然具有多重积极效应,但在实际使用中仍需把握正确方法,注意相关事项,以免适得其反。

①要严格遵循各项处理的操作规范和技术要点,如晒种要把握适宜温度和时长,浸种催芽要控制药剂浓度和浸泡时间,生物拌种要保证微生物活性和接种量等,切不可随意增减或变更处理参数,以免影响处理效果甚至损伤种子活力。

②在使用化学药剂、生物制剂时,一定要采取必要的安全防护措施,如佩戴口罩、手套,避免药剂直接接触皮肤和黏膜,防止药物中毒和微生物感染等风险。

③处理过程中产生的废液、废渣等需进行无害化处理,严禁随意排放,以免污染环境。

④经过处理的种子应尽快播种,如需贮存则要在阴凉通风处存放,定期检查,防止再次受潮、霉变。

总之,大豆种子处理需严格规范操作、合理把控剂量、科学贮藏播种,既要充分发挥其增产增效的作用,又要确保种子和环境安全、农产品质量安全,实现大豆生产的优质、高效、绿色、可持续发展。

四、大豆种子播种前处理的创新方法

1、纳米技术在种子处理中的应用

纳米技术以其独特的物理化学特性,在农业领域展现出广阔的应用前景。将纳米材料应用于大豆种子处理,有望突破传统方法的局限,实现种子活力和抗逆性的显著提升。一方面,纳米材料可作为载体,将杀菌剂、微肥等活性物质缓释包裹到种子表面,增强药效持久性,减少使用量,降低环境污染风险。另一方面,一些纳米颗粒本身具有抑菌保鲜、调节渗透、激发代谢的生理效应,可通过配方优化,赋予种子良好的发芽势和幼苗长势。有研究发现,纳米二氧化钛、纳米硒等处理大豆种子,可明显改善发芽率、根系活力和抗氧化能力。此外,纳米制剂具有粒径小、比表面积大、渗透性强等特点,有利于种衣均匀度提高和药剂利用率改善。纳米技术与种子处理的融合,为提升大豆种子品质、促进高产优质开辟新途径。未来,亟需加强纳米农用制剂的结构设计、安全评估和产业转化,并探索与物理、化学、生物等多种技术的优化组合,充分发挥纳米技术的增值增效作用。

2、等离子体技术处理大豆种子的研究进展

等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态,具有独特的反应活性和表面改性能力。低温等离子体技术作为一种新兴的种子处理方法,因其高效、环保、适用性广而备受关注。等离子体处理主要通过等离子体放电,产生高能电子、活性基团和紫外线辐射,对种子表面进行物理和化学改性,达到杀菌消毒、促进萌发的目的。有研究初步表明,采用氩气、空气等低温等离子体处理,可有效抑制大豆种子表面的真菌、细菌,改善种子活力;适宜剂量的等离子体处理还有望诱导种子休眠解除,促进幼苗生长。从作用机制看,等离子体处理一方面通过表面摄氧基团增加,改善种子亲水性和通透性;另一方面通过活性粒子进入种皮,激发内源信号分子和代谢酶系统,促进萌发进程。此外,等离子体处理还可能诱导种子内源抗性物质合成,如酚类、类黄酮等,增强植株抗逆性。目前,低温等离子体种子处理尚处于起步阶段,优化放电参数、探明作用机理、研发专用设备是今后的重点方向。

3、臭氧技术在大豆种子处理中的应用

臭氧是一种强氧化性气体,具有广谱、高效、低毒的特点,被誉为“21世纪绿色消毒剂”。将臭氧技术应用于大豆种子处理,可有效杀灭种传病原菌,提高种子发芽率和幼苗质量,在有机种植中展现广阔前景。有研究发现,在臭氧浓度30-50μL/L、处理时间30-60min的条件下,可明显抑制大豆种子表面的链格孢菌、霉菌等真菌,发芽率可提高10%以上。与常规药剂比,臭氧具有穿透力强、降解快、无残留等优点。臭氧处理还可能诱导大豆种子内源保护酶系统激活,如过氧化物酶、超氧化物歧化酶等,提高种子贮藏和抗逆能力。值得注意的是,臭氧处理需严格控制浓度和时间,过高剂量反而可能损伤种子活力。此外,臭氧易降解,现场生成使用是关键。集成式臭氧干燥设备有望实现种子杀菌、保鲜、干燥一体化,具有良好应用前景。

4、组合式种子处理技术的优势

大豆种子高质量处理需兼顾多个目标,单一方法往往难以全面施效,而组合式种子处理技术因其多措并举、优势互补的特点,在提升种子综合性状方面展现独特优势。例如,热水浸种结合生物拌种,既可杀菌消毒,又能促进根瘤菌侵染,改善固氮效果;低温等离子体处理后进行纳米杀菌剂包衣,在有效灭菌的同时提高药剂利用率,实现环境友好型低剂量化学防控;超声波处理联用植物生长调节剂浸种,通过种皮软化和内源激素激活,协同促进种子萌发和幼苗生长。一些研究初步表明,优化组合不同物理、化学和生物处理方法,可产生“1+1>2”的协同增效作用,为种子处理提质增效提供新思路。然而,不同技术的有机融合需要深入研究其作用机制,理清关键影响因子,优选最佳配比方案,这对技术集成提出更高要求。总之,发挥不同处理技术的优势互补,协同提升种子活力、抗性和产量,是现代大豆种子处理技术的重要发展方向。

由上文可知,大豆种子播种前处理技术的研究与应用,对促进大豆生产的提质增效具有重要意义。通过对比分析物理、化学、生物等常规方法以及纳米、等离子体、臭氧等创新技术的优缺点和适用条件,可为种子处理方法的优化组合提供参考依据。未来,应进一步加强种子处理领域的基础研究与应用开发,因地制宜、综合施策,提升种子品质。同时,要促进产学研用紧密结合,加快先进种子处理装备的研发与推广,推动种子处理技术的标准化和规范化,为现代大豆种业的高质量发展提供有力支撑,助力大豆产业实现提质增效、绿色发展的目标。

(作者单位:476000河南省商丘市乡村产业发展中心)

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