意大利甜菜种子繁育与加工技术

周艳丽，卢秉福

(1.黑龙江大学农业资源与环境学院，哈尔滨市，150080；2.黑龙江大学农作物研究院，哈尔滨市，150080)

0 前言

种子作为农业生产中特殊生产资料，是农业科学技术发挥作用的载体，是农业增产的内因。近年来，我国甜菜生产用种基本上来自德国KWS、SES VanderHave、MARIBO、STRUBE、Syngenta等外国甜菜种子公司，国外甜菜品种市场占有率达到90%以上。国内甜菜种质资源匮乏，育成的甜菜单胚品种具有发芽率低、丰产性差等不足，加上种子加工技术落后，甜菜种子生产完全没有能力与国外竞争。甜菜种子质量一方面依靠科研育种、杂交繁育，另一方面依靠先进的加工工艺设备。因此，甜菜育种、种子繁育、生产加工应处于同等重要位置。本文介绍了意大利甜菜种子繁育、加工、检测技术，借鉴国外甜菜种子生产经验，提高我国甜菜种子质量，充分发挥优良品种的特性，以达到丰产高糖、振兴甜菜糖业的目的。

1 甜菜种子繁育技术

1.1 甜菜种子繁育的条件

1945年至2015年70年间，甜菜糖产量从4 t/hm2增长到了14 t/hm2，平均每年增加1.8%，技术进步对甜菜糖产量增长的贡献率达到50%以上，尤其是甜菜种子技术的贡献率最大，见图1。对于甜菜作物来说，除了种子发芽率之外，田间出苗的均匀性对于甜菜成苗以至于最终产量有着至关重要影响，因此，甜菜种子生产就必须采用各种措施来提高种子质量。

资料来源:FAOSTAT 图1 单位面积甜菜糖产量

最合适甜菜开花的空气相对湿度为60～70%，平均温度为15～20℃，平均最高温度不超过35℃，开花期最好集中在相对较短的时间内，以保证种子成熟期一致，这种气候条件或多或少地出现在北半球或南半球的40～45纬度附近。欧洲的甜菜种子生产地点主要是意大利北部爱米利亚罗马纳(Emilia Romagna)，见图2，法国西南部罗特艾特格罗恩(Lot et Garonne)有少部分生产。爱米利亚罗马纳(Emilia Romagna)具有生产优质甜菜种子的适宜的条件，农场的土壤肥沃，配备灌溉系统和干燥系统，良好气候条件也适于甜菜母根越冬春化、抽薹、开花和种子成熟，该地区有甜菜种子繁育基地约4 000 hm2。

1.2 甜菜种子繁育模式

甜菜原种在8月播种，每公顷大约用种100～120万粒(10～12个单位)，通常1 hm2的母根可用于10 hm2的种子生产。在冬季，母根甜菜仍留在田间春化，甜菜品种需要春化温度约为4至10℃，持续时间为15至20周。商用甜菜种子的繁育是以单胚雄性不育系母本与多胚授粉系父本的母根以6∶2或8∶2的比例交替成条状种植，见图3，密度约为40 000株/hm2，采种甜菜四月中旬开始抽薹，5月底开始开花，持续四周左右，在随后的4至6周内，种子逐渐成熟。

图2 意大利甜菜种子繁育地

图3 甜菜种子繁育模式

在采种甜菜植株生长过程中一般会采用打顶技术，通常在5月10日至20日甜菜植株高度达到约60-80厘米时，将母本植株上10-15厘米的初生枝切断去除，保留10到15个次生枝。目的是为了降低采种株的生长高度，避免倒伏，提高甜菜植株的稳定性；加强侧枝发育，提高开花同步性，使花期和成熟期一致；获得种球尺寸均匀一致的种子，便于加工时分级；延迟、延长花期，最大程度地完成授粉，降低周围作物花粉对甜菜采种株的交叉授粉污染，提高甜菜种子产量和质量，见图4。成功的授粉取决于良好的花粉生产和完美的授粉时机，以便雌株在受精的时雄株正在开花，以最大限度地提高种子产量。

图4 打顶时间和打顶强度对种子产量的影响

1.3 甜菜种子繁育的管理

灌溉是保证甜菜种子品质的关键，尤其是开花期和成熟期。滴灌系统允许用少量的水进行持续灌溉，并可以保证在炎热天气或强风情况下灌溉，为生产高质量的种子奠定了生理基础，从而保证甜菜种子的具有高发芽率和活力。甜菜种子生产也必须系统地保护甜菜采种株免受病、虫的侵害，以确保生产出符合甜菜种植者要求的高质量的甜菜单胚种子。氮肥施用不能太晚和太多，否则可能导致种子延迟成熟，并降低种子质量。甜菜采种田还必须防止周围作物花粉污染，定期、彻底检查，尤其是滨海甜菜、杂草甜菜、叶用甜菜、红甜菜、都是潜在的污染源。根据欧盟的规定，甜菜原种繁育隔离距离为1 000 m，商用种子隔离距离为300 m。甜菜种子达到生理成熟后开始收获，意大利甜菜种子收获期从7月中旬一直可以持续到8月初。采收甜菜种子时，只收获母本产生的甜菜种子，父本在完成授粉后收割去除，平均产量400-700单位/hm2，即4 000-7 000万粒/hm2。

2 甜菜种子加工技术

2.1 种子清选

甜菜种子收获后立即测定湿度，必要时通过干燥将种子含水率降低至10%以下。干燥温度最好在25℃～30℃，不应高于38℃，以免种子质量恶化。由于年份不同、气候条件不同，每年生产的甜菜种子的粒径大小也不同，应根据种子不同形状和大小进行生产。预清选主要是分离种子中非常大和非常小的颗粒，也可以将轻杂质和空壳种子分离出去，清选时自动采样器从种子流中提取代表性样品，首先检测种子水分含量，以决定种子是否需要继续干燥，然后，还要对其它参数如纯度、粒径、空籽率和发芽率进行检验，以获得对种子批的质量进行首次评估。预清选的种子在进一步加工之前可以储存几个月。

经过预清选的甜菜种子继续进行风筛选、窝眼清选、重力选或气选等加工技术去除不饱满种子、多粒种、土壤颗粒、小石块等杂质。窝眼选可以去除作物茎秆等长杂质，重力清选或气选可根据种子重量从轻到重分离颗粒，为了优化分离效率，在重力选之前对甜菜种子进行分级，分别对每个粒径组别的种子进行处理，清选后大约有35%-40%的收购种子被去除。清选时，必须根据种子类型选择清选机械，并根据种子类型进行适当调整，以便有效地操作。

2.2 种子磨光

将种球直径3.25-6 mm的清洁种子根据粒径的大小分成不同的组别，分别对每一组进行磨光以减少木质花萼，优化所有随后的加工过程。种子磨光一方面可以减小种子粒径，以适于种子丸化；另一方面除掉甜菜种子外部的木质花萼，使木质花萼中的发芽抑制剂被去除，种子吸水性得到改善，可以促进种子发芽。磨光后的甜菜种子用圆孔筛进行多次筛分，去除太小和过大的种子和杂质，以生产均匀的窄尺寸范围的种子。将干净种子的样品送到实验室进行发芽试验，以达到相应的质量标准，满足进一步加工的要求。加工后的不同组别的种子通常保持在不同的容器中以进行进一步的处理。

图5 甜菜种子磨光过程

2.3 种子丸化

丸化种子应具有圆形，尺寸分布在规定的最小和最大之间，在意大利或欧洲，最常见的丸化种子直径是3.50-4.75 mm或3.75-4.75 mm。丸化材料层的厚度为0.5-0.75 mm，种子丸化后导致种子重量增加150-200%，平均增加约180%，这还取决于所使用的丸化材料。种子丸化时根据尺寸和最终所需粒径大小，加入适当量的丸化材料，丸化前或开始时被润湿或洗涤，丸粒化过程中可同时对湿颗粒种子直径进行校准。湿颗粒必须在不超过38℃的温度下进行干燥，以保持丸粒种子的质量。最后，丸粒化种子根据不同市场需求，用不同的杀菌剂和杀虫剂处理。在此过程中，将含有杀菌剂以及杀虫剂的特定悬浮液施加于粒状种子，通常与颜色相结合，该颜色可以代表特定的育种公司，也可以表示所特定的化学处理的。同样的药剂处理方法也适用于处理直接包衣的甜菜种子，药剂处理结果通常通过化学分析(例如高效液相色谱)来控制，以确保对种子施加不同活性成分的确切量。加工后的丸化种子单粒率要达到99%，多粒率为0，硬壳种子低于1%。

图6 甜菜种子加工过程中形态变化

2.4 种子引发

对甜菜种子来说，从播种到成苗是一个关键阶段，特别是在出苗条件不太好的条件下。因此，已经尝试许多种子引发的方法，并应用于甜菜种子。种子引发技术是基于种子的水合作用，播种前在受控条件下培养一定时间，然后再干燥。水合作用是允许种子萌发前的生理活动进行，并在萌发完成之前停止，以防止胚根的出现。

种皮中含有盐晶体，在存在水分的条件下，它们形成低水势的渗透液。在胚根出现前，种子果皮水势约为-1 MPa,如果快速达到这个水平，种子发芽速度会更快。通常可分为三种不同的受控水吸收技术：渗透液引发，种子被放置在渗透溶液中以限制水的吸收；固体基质引发，种子与固体颗粒和水以设定比例混合；加水引发，向种子中添加有限量的水(“鼓引发”)或将种子在水中短时间浸泡。

3 分子标记检测技术

近20年来，分子标记体系由早期几个影响下胚轴颜色的基因，逐渐发展出同工酶、RFLPs、AFLPs，微卫星和SNPs等分子标记。甜菜基因组中约含有55万个SNP位点，可以在包括非编码区和编码区任何类型的序列中进行开发，被认为是最具潜力的分子标记体系。利用数字PCR技术快速检测不同甜菜个体SNP，开发的检测技术流程可以实现单次检验样品20 000个，比高分辨率溶解曲线法(HRM)的分辨率更高，能够在100株甜菜幼苗的混样中检测出单株甜菜幼苗的SNP变异。意大利科学家基于第三代分子标记技术“单核苷酸多态性SNP技术”研究甜菜丛根病基因定位，寻找沿海甜菜资源中抗寒、抗旱、耐盐资源，筛选高效SNP引物，对不同甜菜种质资源的质控、甄别，创新甜菜种质资源服务于甜菜育种工作。利用分子标记高通量技术检测一年生野生甜菜花粉污染和甜菜根系长短，对甜菜种子或田间个体进行鉴定，避免了育种过程中野生甜菜、杂草甜菜引起的花粉污染及筛选不同块根形态建成的甜菜个体，缩短育种周期和提高杂交组合成功率。

4 对我国甜菜种子生产的启示

4.1 改善甜菜种子繁育技术

意大利是甜菜的原产地之一，也是欧洲最重要的甜菜种子繁育基地，已经形成集甜菜母根繁育、栽植、打顶，灌溉、施肥、病虫害防治以及隔离等为一体的制种技术，父本在完成授粉后收割去除，种子收获时，只收获母本植株生产的甜菜种子。我国甜菜种子繁育技术仍处于发展中，利用意大利甜菜种子生产技术体系中的关键信息及相关技术指标，改进我国甜菜种子繁育技术，选择适宜的种子生产基地，建立我国的甜菜种子繁育与加工技术体系，提高我国甜菜种子质量。

4.2 提高甜菜种子加工技术水平

意大利甜菜种子加工已形成了包括种子收获、干燥、清洗、磨光、包衣、丸化等一系列成熟的标准和种子评价体系，整个工艺生产过程中，无论是生产控制、质量检测，还是工厂除尘环境保护等均由电脑控制、自动化生产，甜菜种子丸粒化后外形尺寸十分均匀、一致。另外，种子加工的最后工序都要经过药剂处理，根据市场需求，用不同的杀菌剂和杀虫剂处理，通常与颜色相结合，以代表特定的育种公司，或表示所特定的化学药剂。种子包装以每单位计量，每单位10万粒，大体为1 hm2甜菜田的用种量，重量仅作参考。利用意大利先进的甜菜种子加工技术，改进现有的甜菜种子加工、检测流程，建立我国的集初清选、磨光、精清选、重力选、分级、丸粒化和包衣的加工技术流程，提高甜菜品种加工技术水平。

4.3 推动甜菜种子检测技术发展

意大利科学家基于第三代SNP分子标记技术研究甜菜基因定位，对不同甜菜种质资源的抗病、耐寒、耐盐等基因进行定位，创新甜菜种质资源服务于甜菜育种工作，同时，也利用SNP技术甄别育种过程中野生甜菜、杂草甜菜引起的花粉污染，提高了杂交组合成功率。引进、学习SNP分子标记技术，将该技术应用于我国甜菜种质资源及育种材料筛选工作，改进我国甜菜育种、良种繁育方法，强化甜菜品种的稳定性和一致性，提高我国甜菜种子质量，促进甜菜制糖产业可持续发展。