摘要：随着现代科学技术的发展，以电、热和机械为代表的物理技术处理种子的方法开始得到研究与应用，一种以物理手段为植物生长发育促进因子的新型农业技术应运而生。文章从农作物种子具有电、热和机械三大物理特性入手，阐述了现代物理技术在农作物上种子的播前处理上取得的效果，对现代物理工程技术对于种子产业发展的前景展望进行了展望，并提出了政策性建议，

关键词：现代物理工程技术  种子播前处理  物理种业  政策建议

 

0  引言

健康是优质种子的重要标志，是保证增产的根本内因[1]。目前，在农业生产上一般都采用精选、晒种、浸种、拌种、催芽等种子播前处理。经过播前处理，确实起到了促进种子发芽、提高出芽率、确保苗齐、苗壮，预防病虫害和促使某些作物早熟的效果，达到粮食增产、农民增收的目的。随着现代科学技术的发展和对种子的深入研究，以电、热和机械为代表的物理技术处理种子方法开始得到应用，以物理手段为植物生长发育促进因子的新型农业技术应运而生[2]。作为重要的农业生产资料，研究种子的物理特性将为其繁育、生产、加工、播前处理，以及相关加工机械装备的设计，生产工艺过程的检测与控制等领域提供了理论基础和技术支撑，其研究成果的应用对提高种业现代化水平有重要的作用。

1  传统种子播前处理方法弊端

1.1  化学方法

种子播前处理的常规化学方法主要有包衣、拌药、化学脱绒、药剂浸种等，这些方法，虽对农作物在灭菌防病、增产等方面起到了一定的作用，但也存在诸多弊端。如化学处理方法易产生药害，造成土壤环境的破坏；某些防治病虫的药剂不能与根瘤菌、植物生长调节剂同时用于种子处理等，而且化学处理方法并不能真正提高种子自身适应环境的整体抗病、抗寒、抗旱及早熟等性能[3]。

1.2  生物方法

生物学方法是指利用微生物来保护种子在萌发过程中免遭植物病原菌侵害的一种技术手段。过去30年中，很多报道称已找到许多有价值的可用于生物防治的高效微生物，但事实上，真正投入到应用领域的却非常少[4]。由于生物防治剂的自身特点，无法使其能像化学药剂一样适应更广泛的地理环境，因而影响了在实际中的应用。

2  现代物理工程技术种子播前处理简介

农作物种子具有电、热和机械三大物理特性[5]。围绕电特性的研究包括冷等离子体处理技术、磁处理技术、微波处理技术、生物频谱处理技术、电处理技术、超声波处理技术、激光处理技术、静电处理技术、声波处理技术；围绕热特性的研究包括热处理技术、太阳能照射技术、热空气等；围绕机械特性的研究包括抗压、抗拉、抗剪切、耐磨等方面。

2.1  电特性

农作物种子的电特性一般可分为两类：一类是指在其内部存在某种能量而产生的电位差，即生物电。另一类是指影响其所在空间的电磁场及电流分布的一些特性，如电阻、电导和介电特性等[6]。农作物种子的电特性与其含水率、成熟度、新鲜度、硬度、损伤程度以及抗病能力等性质，有直接或间接的联系，电特性直接关系到农作物种子的生长、贮藏、加工和分级等过程，具有很大的研究价值和发展前景。种子电处理是指为了一定的目的对种子施以电能的过程。目前对于农作物种子电特性的研究主要是冷等离子体和磁化两个方面。

2.1.1  冷等离子体处理

低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，通过冷等离子体发生器放电使气体电离而产生。气体放电中，气体分子和原子吸取了外界的能量被分解和电离，成为带负电的电子和带正电的离子，形成等离子体[6]。当种子通过等离子体辉光放电区时受到光照作用，光能被吸收和散射，吸收的部分能量迫使电子产生振动而转化为热能，当物质分子吸收了光子，其电子会从较低能态（基态）跃迁到较高能态（激发态），使分子吸收能量而引起能级跃迁，即由基态跃迁到激发态能级，引起物质的能态跃迁，从而增强种子生命活力。

2.1.2  磁化处理

种子磁化技术是近年发展起来的一项先进种子处理技术，应用于种子的外磁场主要有恒定磁场、脉冲磁场、旋转磁场、核磁共振以及磁化水、电磁场等，可有效地激发种子内部酶的活性，改善种子素质[6]。

2.2  热特性

种子本身是浓缩的胶体，具有一定的导热性能[9]。种子热容量和比热是随种子组成成分、含水量和温度等的不同而变化的。大量试验结果证明，种子比热随其含水量大小而变化，一般呈线性关系；种子的比热随温度不同而改变，一般来说，比热随温度升高而增大。利用这一特性，在播前对种子进行温汤浸种、烤种和晒种等预处理，可以有效防治病虫，解除种子休眠，促进种子萌发生长和防止种子衰老。

2.3  机械特性

农作物种子机械特性涉及种子抗压、抗拉、抗剪及流动等方面，它表现在种子加工、储存、包装及运输过程中。农作物种子大多属于多相、非均匀、各向异性的材料，个体均有生物活性，并参与代谢活动，本质上是一个生物系统[6]。通过对农作物种子（包括包衣种子）进行相关的力学方法处理，使增强种子的通透性、吸涨性，可促使水分等生长所必需的物质迅速进入种子，为种子萌发提供良好的物质条件。

3  现代物理工程技术种子播前处理的效果

试验结果证明，现代物理技术已经在农作物上种子的播前处理上取得了显著的效果[7]。经过专用设备处理，通过发芽试验、盆栽试验、田间小区试验等，均表明经等离子体激活种子产生多种生物学效应，其发芽势、发芽率提高，根系发达、抗旱抗病，长势旺盛，改善品质、促进早熟、提高产量。

3.1  等离子体技术处理种子的效果

经过冷等离子体种子处理机处理过的种子，通过室内发芽试验、盆栽试验、田间小区试验等，证实其被激活产生多种生物学效应，在不发生遗传变异的情况下，其生命力得到提高[7]。具体表现在以下几个方面。

 （1）提高种子活力。经冷等离子处理后，种子发芽势和发芽率有较大幅度提高，发芽势提高幅度尤为显著。与对照组相比，经处理的种子发芽势提高了10-30个百分点，发芽率提高7.7-20个百分点。如苜蓿种子的发芽势提高了32.56%，发芽率提高了14.55%。对发芽率显著降低的陈旧种子，激活作用尤为明显，如陈旧菠菜种子的发芽势提高了217.6%，发芽率提高了137.2%。实验证明等离子体对双子叶作物比单子叶作物的效应更为明显，茄科作物更突出，蔬菜、烟草育秧可提早一星期出圃[8]。 

（2）提高作物抗逆性并对种子消毒。种子抗旱萌发力及作物幼苗抗旱性均明显提高，在水分胁迫下小麦发芽势、发芽率分别提高35.7和21.0个百分点，干旱严重情况下，旱地小麦可增产地40%以上。 

（3）促进作物生长。2013年3月20日，在山东省种子总公司齐河试验站的小麦种植试验中，取长势均匀的五个单株，调查分蘖数，没有经过处理的分蘖数平均为3.9个；经80W等离子处理的分蘖数平均为5.4个，比对照组增加了38.46%；经100W等离子处理的分蘖数平均为4.4个，比对照组增加了12.82%。调查结果表明冷等离子体对小麦苗期生长有明显促进作用。

（4）提高作物产量。研究表明，等离子体处理技术可使小麦增产8%-18%，大豆增产14%-40%，蔬菜增产15%-40%，西红柿最高可增产80%。 

（5）促进早熟。经过玉米试验，通过观测玉米果穗籽粒胚乳线，看出，经180W等离子处理的玉米成熟期比未处理的早2-3天，80W处理后的玉米的成熟期比未处理的早1-2天，成熟期提前。

（6）改善品质。研究表明，等离子体处理技术可使小麦蛋白质含量提高1.8个百分点；蔬菜产品提高商品等级，如西葫芦一级瓜率由60%提高到70%；水稻品质有所改善，口味性等检测指标都比对照有明显提高。

3.2  种子磁化技术处理的效果

研究表明，经过磁化处理后的种子播种，可促进种子发芽势提高，苗势茁壮，吸收水肥能力和进行光合作用的能力增强，根系发达，茎粗、叶绿、抗逆性强、缩短生育期、籽粒饱满、成熟度高。一般情况下，磁化后播种的玉米增产11.8%、大豆增产11.5%、水稻增产18%、高粱增产8.5%[9 10]。

4  现代物理工程技术对于种子产业发展的前景展望

调查和研究结果证明，经现代物理技术处理过的种子，种子生命力得到激活，种子发芽势、发芽率增加，抗逆性增强，产量增加，品质改善，能达到提纯复壮、提高产量、改善品质和增加抗病虫害能力和抗旱能力。由于是非电离辐射，不会使物质分子产生电离，因而不会使种子的基因产生易位，具有生态环保，绿色无污染的优势。

（1）传统育种由于育种时间过长、效率较低等局限性，目前传统育种遇到很大瓶颈，甚至停滞，但中国种子依靠的不是“质”，而是“量”，靠的是低价格取胜，中国种子在国际上还没有形成支柱产业，在国际上还不具备竞争优势，要想在育种方面有更高的成就，就一定要依靠现代科学技术。但是，目前具有突破性的转基因育种方法在全球范围内引起了激烈的争论，认为转基因作物具有极大的潜在危险，可能会对人了健康和人类生存环境造成威胁。在欧洲，转基因作物被一些媒体称之为“恶魔食品”（Frankenstein food）。在这种情况下，如何找到一种既能突破传统生物育种低水平重复操作，又不改变基因性状、安全环保的育种手段，成为当务之急。

现代物理技术在农作物上的育种已经开始了尝试，对种子或其他生物体做电、磁、冷等离子体等现代物理技术处理，在一定剂量下诱发植物当代性状变化，用于农作物的诱变育种，有可能培育出高产、优质、多抗、广适并适宜密植和机械化作业的农作物新品种。该技术有可能突破传统育种低水平重复、同质化严重和转基因育种潜在危险的缺点，可以突破传统育种周期长，经济投入巨大的缺点，缩短育种周期，在育种方法和手段上具有先进性。

（2）现代物理种子处理技术一旦成熟并应用于农作物种子生产实践，将会改变中国农作物种子的局面，使中国种子形成支柱产业，在国际上具备竞争优势，并将会影响到中国未来种子产业发展战略的制定。

可以预见，现代物理工程技术在种业的广泛应用和其对促进种业发展的潜在能力，将会是新的一次农业技术革命。

5  几点建议

5.1  在国家粮食安全战略层面和发展规划领域，提出现代物理工程技术在种子播前处理上的重要性和公益性。

随着全球化进程加快、生物技术发展和改革开放的不断深入，我国农作物种业发展面临新的挑战，保障国家粮食安全和建设现代农业，对我国农作物种业发展提出了更高要求。目前种子播前处理存在土壤环境的破坏和开发与应用受到一定的限制等诸多弊端，经过冷等离子体、磁化等现代物理工程技术将种子进行播前处理，作用效果已经非常明显，现代物理工程技术在种子处理和种业发展中的研究与应用，将随着科学技术的发展而不断进步，具有升级换代意义的“物理种业”农业技术革命即将展开，其重要性不言而喻。万事开头难，由于现代物理工程技术前期投入大，基础性、前沿性和应用技术性研究等需要大量的人力、物力和财力支撑，国家应在经费、资金、研究、行业管理等方面给予政策性倾斜，突出现代物理技术种子播前处理的重要性和公益性。

5.2  在国家和行业科技管理中，推动现代物理工程技术种子播前处理技术支撑体系和产业技术创新平台建设，建立国家级、省市级的物理种业工程技术中心。

按照《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》(以下简称《规划纲要》)开展公益性行业科研工作和开展应急性、培育性、基础性科研工作的要求，在国家和行业科技管理中，推动现代物理工程技术种子播前处理技术支撑体系和产业技术创新平台建设，建立国家级、省市级的物理种业工程技术中心，为制定和完善优化我国现代物理工程技术种子播前处理技术国家标准和行业标准提供依据和载体。通过中心建设，还可为国内同行提供一个良好的人才培训基地，通过高层次人才培养，为我国现代物理工程技术种子播前处理技术的发展增添后劲。这对推动我国现代物理工程技术种子播前处理技术的发展具有及其重要的社会意义和良好的经济效益。

5.3  根据农业生产特点和自然区划，以及不同品种生理特性和生态特性，完善现代物理工程技术种子处理标准及检测方法，建立国家、省级检测中心和生产基地。

通过建立国家、省级检测中心和生产基地，加快现代物理工程技术种子播前处理技术质量标准及检测方法的研究，通过大量的基础性试验研究，得出数据，建立现代物理工程技术种子播前处理技术质量标准的国家标准，使现代物理工程技术种子播前处理技术的质量评价具备可行性，形成看得见、摸得着的技术体系标准。

5.4  加强物理种业基础条件建设，在管理制度、环境条件、人员素质、操作技术等硬件、软件方面与国际接轨，提升种业国际竞争力。

在建立国家级、省市级的物理种业工程技术中心和国家、省级检测中心和生产基地的基础上，配备现代物理工程技术种子播前处理技术的检测仪器和设备，在人员素质、操作技术、管理制度、环境条件等硬件、软件方面，力求达到国家规范标准，尽量与国际种子检验规程接轨。

总之，随着科学技术的发展，现代物理工程技术在种子处理和种业发展中的研究与应用不断深入，具有升级换代意义的“物理种业”农业技术革命即将展开，我们将审时度势、把握机会，以中国首次对现代种业发展进行全面规划为契机，汇聚种业领域有关高校、科研院所和骨干企业，广泛集聚创新要素与资源，推动“物理种业”发展，实现种业领域创新能力的快速提升，为保障国家粮食和食品安全做出应有的贡献！

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联系人：中国农业大学工学院，邵长勇，010-62737845，13911436168。