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        篩孔尺寸及風(fēng)速對(duì)雜交水稻種子精選質(zhì)量的貢獻(xiàn)

        2017-01-09 07:20:47李小林徐雨然張錦文呂永剛谷安宇魯志良
        關(guān)鍵詞:凈度篩孔籽粒

        年 偉,鄧 偉,李小林,徐雨然,張錦文,呂永剛,谷安宇,魯志良

        (云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所,云南 昆明 650205)

        篩孔尺寸及風(fēng)速對(duì)雜交水稻種子精選質(zhì)量的貢獻(xiàn)

        年 偉,鄧 偉*,李小林**,徐雨然,張錦文,呂永剛,谷安宇,魯志良

        (云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所,云南 昆明 650205)

        選擇影響雜交水稻種子風(fēng)篩精選中的3個(gè)主要因素,研究了各因素對(duì)雜交水稻種子精選質(zhì)量的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明,在所選因素水平區(qū)間,上篩孔尺寸是雜交粳稻滇雜31獲選率、雜交秈稻岡優(yōu)827凈度的重要影響因素,上篩孔尺寸與凈度負(fù)相關(guān),與獲選率正相關(guān);下篩孔尺寸不是凈度的重要影響因素,卻是獲選率的重要影響因素且與之負(fù)相關(guān);風(fēng)速既不是凈度也不是獲選率的重要影響因素。

        篩孔尺寸;雜交水稻種子;精選質(zhì)量;貢獻(xiàn)

        種子加工是種子質(zhì)量控制技術(shù)中的重要環(huán)節(jié),其核心為種子凈度控制技術(shù),而風(fēng)篩精選是一切種子加工技術(shù)的關(guān)鍵工序[1],通過(guò)不同形狀、不同尺寸篩孔及不同風(fēng)速的組合來(lái)分離雜質(zhì)與凈種子,從而提高種子的凈度。

        雜交水稻的生產(chǎn)對(duì)中國(guó)糧食安全具有重要意義[2],其種子精選的效益顯著,經(jīng)過(guò)精選分級(jí)后的種子,本身凈度可提高2 %~5 %,千粒重提高5 %左右,能節(jié)省種子用量10 %~20 %,同樣條件下可提高發(fā)芽率2 %~3 %,增產(chǎn)5 %~10 %[3]。通過(guò)精選加工,可使黑粉病粒含量下降5.25 %~14.50 %[4],還能100 %去除稻曲病粒[5]。種子籽粒間及其與雜質(zhì)的外形尺寸差異是精選加工的基礎(chǔ),涂小平[6]對(duì)雜交水稻穗芽種子的精選效果進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)通過(guò)精選能有效地清除全部長(zhǎng)芽芽谷和大部分短芽芽谷,但萌動(dòng)種子精選效果不佳,精選還能明顯提高種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及種子活力。Matthews和Spadaro[7]的研究結(jié)果顯示,厚度最小單個(gè)稻谷籽粒的平均質(zhì)量約為最大厚度籽粒的2/3,且厚度越小,不成熟籽粒的含量越多,即厚度分級(jí)具有對(duì)籽粒成熟度的分級(jí)效果。這為水稻種子精選加工中大多使用長(zhǎng)孔篩進(jìn)行厚度分離提供了理論依據(jù)。Jindal和Siebenmorgen[8]的研究結(jié)果顯示,在同樣的水解吸條件下,厚度大的籽粒其平衡含水率稍微小于厚度小的籽粒。從種子加工的角度來(lái)看,先經(jīng)過(guò)厚度分選后能降低對(duì)稻谷進(jìn)行干燥時(shí)所需的能量,還能一定程度上避免因長(zhǎng)時(shí)間烘干造成的發(fā)芽率降低[9]。國(guó)外在籽粒厚度的不同引起種子物理及物理化學(xué)性質(zhì)的不同方面有較多深入的研究,國(guó)內(nèi)在風(fēng)篩精選能有效提高雜交水稻種子質(zhì)量方面的研究較多,而各加工參數(shù)在雜交水稻種子風(fēng)篩精選質(zhì)量中所起的作用大小和貢獻(xiàn)國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道。為此,本文章選用2個(gè)雜交水稻品種,考察上篩孔尺寸、下篩孔尺寸及風(fēng)速3個(gè)主要加工參數(shù)對(duì)精選質(zhì)量的貢獻(xiàn),同時(shí)探討它們與精選質(zhì)量的相關(guān)度,旨在為雜交水稻種子的精選提供借鑒和參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        本試驗(yàn)使用的雜交粳稻種子‘滇雜31’為粳型三系雜交稻,產(chǎn)自云南省普洱市景谷縣,水分含量12.8 %,所含雜質(zhì)中短小枝梗較多;雜交秈稻種子‘岡優(yōu)827’為秈型三系雜交水稻,產(chǎn)自四川省眉山市洪雅縣,水分含量12.6 %,裂穎籽粒較多。

        材料制備:試驗(yàn)前,先除去夾雜的較大枝梗、灰塵等雜質(zhì),而正常籽粒、裂穎粒、霉變粒、空癟粒及米粒等得以保留。

        試驗(yàn)采用丹麥Westrup有限責(zé)任公司生產(chǎn)的LA-LS小型風(fēng)篩精選試驗(yàn)臺(tái),使用香港恒高電子集團(tuán)生產(chǎn)的AR816型風(fēng)速計(jì)測(cè)定風(fēng)速。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        采用3因素(上篩孔尺寸A、下篩孔尺寸B、風(fēng)速C)4水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),因素水平表見(jiàn)表1,不考慮因素間的互作,使用5因素4水平(L1645)正交表,共16個(gè)處理,第4及第5列為空列(表2)。除篩孔尺寸和風(fēng)力因素外,篩孔形狀、篩子的振動(dòng)頻率、喂料量等因素也會(huì)影響種子的分選效果[10-12],基于前人的研究并結(jié)合LA-LS小型風(fēng)篩精選試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)際條件,對(duì)這些非考察因素確定如下。

        表1 因素水平

        表2 L16(45)正交試驗(yàn)

        1.2.1 篩孔形狀的確定 在作物生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量的眾多影響因素中,種子粒度的大小是最容易判斷和分選的性狀,種子粒度通常以千粒重、比重、外形尺寸等表示,以千粒重的應(yīng)用最為廣泛[13];而粒重是受粒長(zhǎng)、粒寬和粒厚3個(gè)因素的影響,三者均與粒重呈正相關(guān),其中以粒厚的相關(guān)系數(shù)為最大[14],加之厚度分級(jí)具有對(duì)水稻籽粒成熟度的分級(jí)效果[7],因此,一般情況下的水稻種子風(fēng)篩精選多以厚度來(lái)分選。

        長(zhǎng)孔篩的篩孔尺寸有2個(gè)維度,即長(zhǎng)度和寬度,其長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于種子自身長(zhǎng)度,目的是增加種子的透篩概率,寬度小于種子籽粒寬度,種子在篩片上的運(yùn)動(dòng)方向與篩孔長(zhǎng)度方向一致,種子邊緣到達(dá)篩孔邊緣時(shí),由于水稻種子厚度比種子的長(zhǎng)度和寬度都小,在自身重力的作用下,水稻種子就會(huì)沿厚度方向垂直從篩孔下落,從而達(dá)到分選的目的。基于此,選擇了長(zhǎng)孔篩作為研究對(duì)象。

        1.2.2 振動(dòng)頻率的確定 種子風(fēng)篩精選設(shè)備的篩片是一種往復(fù)振動(dòng)篩,也是一種平面篩,影響物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的主要參數(shù)有振幅、振動(dòng)頻率、振動(dòng)方向角、篩面傾角、物料的物理機(jī)械特性等[15-17]。目前國(guó)內(nèi)外使用的小型種子精選試驗(yàn)臺(tái)大都采用了固定振幅、固定篩片傾角,而振動(dòng)頻率可調(diào)的設(shè)計(jì),黃興國(guó)[17]的試驗(yàn)結(jié)果與這樣的趨勢(shì)相吻合。

        本試驗(yàn)中所采用的LA-LS小型風(fēng)篩精選試驗(yàn)臺(tái)也基于這樣的趨勢(shì)而設(shè)計(jì),其篩箱的振幅、振動(dòng)方向角、篩面傾角等機(jī)械參數(shù)均為固定不可調(diào),振動(dòng)頻率由無(wú)級(jí)可調(diào)開(kāi)關(guān)控制并顯示。根據(jù)黃興國(guó)[18]對(duì)水稻種子進(jìn)行風(fēng)篩精選時(shí)的最佳振動(dòng)頻率范圍為365~490 r/min的研究結(jié)果,試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)LA-LS的振動(dòng)頻率進(jìn)行了人為選擇,以種子在篩面上能自然分布而不重疊、能保持連續(xù)地流動(dòng)而又稍微跳動(dòng)為原則,最終確定振動(dòng)頻率為450 r/min。

        1.2.3 喂料量的確定 喂料量決定了單位時(shí)間內(nèi)單位篩片面積的負(fù)荷量,會(huì)對(duì)篩分性能產(chǎn)生影響,其原因是如果喂料量過(guò)大而篩片振動(dòng)頻率過(guò)低造成排種過(guò)慢,加大了單位篩片面積上的負(fù)荷,種子就會(huì)在篩面上層疊而漏選,造成透篩概率降低;而較高的振動(dòng)頻率雖然能提高生產(chǎn)效率,但會(huì)使種子在篩面上劇烈跳動(dòng),也會(huì)降低透篩概率。孫秀芝等[19]以小麥為材料,研究了不同喂料量與篩分性能的關(guān)系,其試驗(yàn)結(jié)果顯示,在篩片面積相同的情況下,篩分性能與喂料量呈負(fù)相關(guān)。本試驗(yàn)為了尋求較為合理的喂料量,先將篩箱振動(dòng)頻率固定為450 r/min,在不考慮產(chǎn)能的條件下,以種子能在篩面上均勻分布、不重疊為目標(biāo),最終將喂料器開(kāi)關(guān)確定在“2”刻度。

        1.3 測(cè)定方法

        將1.1制備的試驗(yàn)材料平鋪于干凈地面,采用5點(diǎn)取樣法取樣,樣品經(jīng)充分混合、分樣后,依據(jù)1.2的試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)每個(gè)處理展開(kāi)試驗(yàn)。具體步驟為,待設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)后,于主出料口有物料排出后開(kāi)始對(duì)每個(gè)出料口進(jìn)行取樣,計(jì)時(shí)60 s,取樣結(jié)束后分揀各出料口凈種子、雜質(zhì)并稱(chēng)重,分別以公式(1)和公式(2)計(jì)算凈度和獲選率。每個(gè)處理重復(fù)3次,每次重復(fù)及更換不同因素組合時(shí)徹底清理篩片,并清空設(shè)備內(nèi)及沉降室殘留的物料,重復(fù)上述步驟。

        1.3.1 凈度的計(jì)算

        (1)

        式中,J——凈度,Wzj——主出料口凈種子重量,Wzy——主出料口所有物料重量,即凈度為主出料口凈種子占主出料口所有物料的重量百分比。

        1.3.2 獲選率的計(jì)算

        (2)

        式中,X——獲選率,Wzj——主出料口凈種子重量,∑Wgj——各出料口凈種子重量,即獲選率為主出料口凈種子占各出料口凈種子總量的重量百分比。

        1.3.3 風(fēng)速的測(cè)定LA-LS配有前吸和后吸2個(gè)風(fēng)道,前吸風(fēng)道的作用是在種子經(jīng)過(guò)篩片之前將灰塵、空癟粒及谷殼等輕雜質(zhì)去除,達(dá)到減小篩片負(fù)荷提高種子透篩概率的目的,后吸風(fēng)道和出料口垂直,種子經(jīng)過(guò)出料口時(shí)受到后吸風(fēng)道內(nèi)垂直氣流的作用,較輕的種子和雜質(zhì)會(huì)被分離。為了降低對(duì)試驗(yàn)的干擾,本試驗(yàn)關(guān)閉前吸風(fēng)道而使用后吸風(fēng)道的風(fēng)速作為考察因素。

        根據(jù)以往的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),精選水稻種子時(shí)LA-LS的風(fēng)速旋鈕刻度一般在2.0~2.5,基于此,將旋鈕刻度進(jìn)行上下浮動(dòng)構(gòu)成4個(gè)風(fēng)速水平。具體測(cè)量方法為,設(shè)備空載時(shí)待風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后,通過(guò)調(diào)節(jié)控制風(fēng)門(mén)大小的旋鈕而實(shí)現(xiàn)風(fēng)速大小的調(diào)整,使用AR816型風(fēng)速計(jì)于出料口處分別測(cè)量旋鈕刻度位于1.5、2.0、2.5和3.0時(shí)連續(xù)60s內(nèi)的平均風(fēng)速,重復(fù)3次,取其算術(shù)平均值(表1)。

        1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法

        試驗(yàn)按1.2的設(shè)計(jì)進(jìn)行正交設(shè)計(jì)方差分析,將3個(gè)因素的4個(gè)水平值分別與凈度和獲選率值進(jìn)行相關(guān)分析。

        表3 各因素水平凈度及獲選率均值

        注:*為優(yōu)水平 。

        Notes:* meant good level.

        2 結(jié)果與分析

        依據(jù)1.2的試驗(yàn)設(shè)計(jì)及1.4的統(tǒng)計(jì)分析方法,整理成各因素水平凈度及獲選率均值表(表3),從表3可以看出各因素的優(yōu)水平,由于本文章的重點(diǎn)放在各因素對(duì)精選質(zhì)量的貢獻(xiàn)而不是對(duì)加工參數(shù)的選優(yōu),因此,在這方面就不再鏖述,多重比較結(jié)果也將其省略。

        2.1 各因素對(duì)凈度的貢獻(xiàn)

        按1.4的統(tǒng)計(jì)方法,將凈度的方差分析結(jié)果列于表4。以因素平方和與總平方和之比來(lái)計(jì)算各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)變異的貢獻(xiàn)率[20],貢獻(xiàn)率的大小可對(duì)因素的重要程度進(jìn)行量化,貢獻(xiàn)率越大,說(shuō)明該因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響能力越強(qiáng)。根據(jù)顯著因素的判別標(biāo)準(zhǔn),如果某因素的顯著性水平值α≤0.1(表4及表5中為P值),就可視該因素為顯著因素即重要影響因素[21]。

        由表4來(lái)看,對(duì)于雜交粳稻滇雜31,上篩孔尺寸、下篩孔尺寸和風(fēng)速3個(gè)因素均不是其凈度的重要影響因素,貢獻(xiàn)率從大到小依次為風(fēng)速>上篩孔

        表4 凈度方差分析表(完全隨機(jī)模型)

        注:*表示該項(xiàng)為空閑因子 。

        Note:* meant idle factor.

        表5 獲選率方差分析(完全隨機(jī)模型)

        注:*表示該項(xiàng)為空閑因子。

        Notes:* meant idle factor.

        表6 因素與凈度和獲選率的相關(guān)度

        注:*P< 0.05,**P< 0.01。y1:滇雜31凈度;y2:滇雜31獲選率;y3:岡優(yōu)827凈度;y4:岡優(yōu)827獲選率。 Notes:*meant significant difference at 0.05 level, ** meant significant difference at 0.01 level.y1:Neatness of Dianza 31;y2:Elected rate of Dianza 31;y3:Neatness of Gangyou 827;y4:Elected rate of Gangyou 827.

        尺寸>下篩孔尺寸。而對(duì)雜交秈稻岡優(yōu)827,上篩孔尺寸是其凈度的重要影響因素,貢獻(xiàn)率為67.38 %,而下篩孔尺寸和風(fēng)速均不是其凈度的重要影響因素。下篩孔尺寸對(duì)雜交粳稻滇雜31和雜交秈稻岡優(yōu)827的貢獻(xiàn)率相當(dāng)。

        2.2 各因素對(duì)獲選率的貢獻(xiàn)

        按公式(2),獲選率不受雜質(zhì)含量的影響,只與篩孔尺寸和風(fēng)速大小相關(guān)。

        表5的結(jié)果表明,對(duì)于雜交粳稻滇雜31,上篩孔尺寸和下篩孔尺寸均為獲選率的重要影響因素,貢獻(xiàn)率分別為98.31 %和1.39 %,風(fēng)速對(duì)其獲選率的影響和貢獻(xiàn)可以忽略。上篩孔尺寸、下篩孔尺寸和風(fēng)速3個(gè)因素對(duì)雜交秈稻岡優(yōu)827獲選率的貢獻(xiàn)率分別為3.67 %、81.23 %和7.52 %;下篩孔尺寸是其獲選率的重要影響因素,而上篩孔尺寸和風(fēng)速則不是,風(fēng)速的作用大于上篩孔的作用,因素影響的重要性和貢獻(xiàn)大小依次為下篩孔尺寸>風(fēng)速>上篩孔尺寸。

        2.3 各因素與指標(biāo)的相關(guān)度

        從表6可以看出,在所選因素的水平區(qū)間,上篩孔尺寸與凈度呈負(fù)相關(guān),與獲選率為正相關(guān),表明要提高凈度,應(yīng)縮小上篩孔尺寸,但會(huì)導(dǎo)致獲選率降低;下篩孔尺寸與凈度沒(méi)有相關(guān)性,而與獲選率呈負(fù)相關(guān),則不影響凈度的前提下可以縮小下篩孔尺寸來(lái)提高獲選率;風(fēng)速與滇雜31的獲選率沒(méi)有相關(guān)性,與凈度呈極顯著正相關(guān),與岡優(yōu)827的凈度和獲選率皆為較弱的負(fù)相關(guān),則可以使用較高的風(fēng)速來(lái)提高滇雜31的凈度而不影響其獲選率。另外,無(wú)論是滇雜31還是岡優(yōu)827,其凈度與獲選率為負(fù)相關(guān),則在提高凈度,會(huì)降低獲選率,為此,要用較小的上篩孔尺寸和較大的下篩孔尺寸以獲得較高凈度。

        3 討 論

        (1)為降低試驗(yàn)誤差,每個(gè)因素組合設(shè)計(jì)3次重復(fù),但從表4及表5來(lái)看,空白列1和空白列2均歸為了誤差項(xiàng),表4中滇雜31的誤差平方和超過(guò)了上篩孔、下篩孔和風(fēng)速的平方和,岡優(yōu)827的誤差平方和超過(guò)了下篩孔和風(fēng)速的平方和;表5中滇雜31的誤差平方和超過(guò)了風(fēng)速的平方和,岡優(yōu)827的誤差平方和超過(guò)了上篩孔和風(fēng)速的平方和??瞻琢械淖饔檬菍?duì)“誤差”進(jìn)行估計(jì),但實(shí)際上,這種誤差包含了某2個(gè)甚至3個(gè)因素的交互作用和真正的誤差,試驗(yàn)設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮因素的交互作用,因此在一定程度上加大了誤差項(xiàng)。為了降低誤差,還應(yīng)適當(dāng)增加重復(fù)數(shù)。

        (2)凈度與雜質(zhì)含量密切相關(guān),除去雜交粳稻與雜交秈稻自身在籽粒厚度上的差異,供試材料所含雜質(zhì)的類(lèi)別和厚度也會(huì)對(duì)二者精選后的凈度產(chǎn)生影響,因此不能簡(jiǎn)單地認(rèn)定各因素對(duì)凈度的貢獻(xiàn)就是如本試驗(yàn)所得結(jié)果。獲選率與雜質(zhì)含量無(wú)關(guān),只與所用篩孔尺寸及風(fēng)速有關(guān),因而本試驗(yàn)的結(jié)果能真實(shí)反映3個(gè)參數(shù)對(duì)獲選率的貢獻(xiàn)。

        (3)凈度與獲選率是一對(duì)矛盾體,在生產(chǎn)中,首先是獲得高凈度種子,因此應(yīng)使用較小的上篩孔尺寸和較大的下篩孔尺寸,對(duì)于被淘汰出來(lái)的凈種子,更換篩孔尺寸后進(jìn)行再選是一個(gè)較好的解決辦法。

        (4)試驗(yàn)中各因素水平的取值范圍不能覆蓋整個(gè)籽粒厚度的分布范圍,只是在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上選擇了較為合適的范圍[22]。

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        (責(zé)任編輯 王家銀)

        Contribution of Sieve Size and Wind Speed to Fine Clean Quality of Hybrid Rice Seeds

        NIAN Wei,DENG Wei*,LI Xiao-lin**,XU Yu-ran,ZHANG Jin-wen,LV Yong-gang,GU An-yu,LU Zhi-liang

        (Food Crops Research Institute,Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Yunnan Kunming 650205,China)

        Three main factors of air-and-screen processing of hybrid rice seeds were selected, the contribution of each factor to cleaning quality of hybrid rice seeds was studied. The results showed that in the selected range, upper sieve size was an important influencing factor to the elected rate of japonica hybrid rice Dianza 31 and the neatness of indica hybrid rice Gangyou 827, upper sieve size was negatively correlated with neatness and was positively correlated with neatness; lower sieve size was not an important influencing factor to neatness, but it was an important influencing factor to the elected rate and was positively correlated with it. Wind speed was not an important influencing factor to neatness or elected rate.

        Sieve size; Hybrid rice seeds; Fine clean quality; Contribution

        1001-4829(2016)12-2780-06

        10.16213/j.cnki.scjas.2016.12.003

        2015-01-19

        云南省重點(diǎn)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013BB004);云南省科技創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013DH006);云南省省院省??萍己献髻Y助項(xiàng)目(2014IB012)

        年 偉(1975-),助理研究員,主要從事種子加工技術(shù)研究,E-mail:nianwei0727@aliyun.com,*為共同第一作者, E-mail:confidence945@163.com,**為通訊作者,E-mail:xiaolinli@163.com。

        S226.5;S511

        A

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