一种打破蒙古黄芪种子硬实的方法

摘要

本发明公开了属于种子处理技术领域的一种打破蒙古黄芪种子硬实的方法。所述方法中选择大小均一的黄芪种子；种子直径为2.5cm～2.9cm；然后使用激光雕刻机对黄芪种子进行激光打孔；激光功率为1100‑1300mW，打孔深度为0.3‑0.5mm；本发明利用激光束产生的高能破坏种皮结构，改善种皮透性，从而打破种子的硬实。同时利用了激光器的可控性，能够对损伤部位形状、程度进行设计和控制，提高种子的发芽率等性能。

说明书

技术领域

本发明属于种子处理技术领域，尤其涉及一种打破蒙古黄芪种子硬实的方法。

背景技术

蒙古黄芪为豆科黄芪属植物，是中药材黄芪的基源植物之一。在栽培蒙古黄芪时，常因其种子硬实，导致发芽率低。为解决这一问题，前人对硬实的黄芪种子进行了一些处理，试图打破种子的硬实，研究表明，98％浓硫酸处理黄芪种子30min能使其发芽率达到64％，发芽势达到34％；300mg/kg赤霉素处理黄芪种子能使其发芽率达到24％，发芽势达到5.33％；双氧水破除黄芪硬实种子的效果不明显；100℃热水处理黄芪种子能使其发芽率达到22.67％，发芽势达到12.67％；砂纸摩擦处理黄芪种子能使其发芽率达到63％，发芽势达到45.33％，以上处理都不能使黄芪种子的萌发率、发芽势达到90％以上，且并未对幼苗形态进行观测。激光束产生的高能能破坏种皮结构，改善种皮透性，从而打破种子的硬实。前人对黄花苜蓿进行激光处理，发现用激光照射过的黄花苜蓿种子的发芽势在第二、三天内就达到78％，但并为对激光处理蒙古黄芪种子的具体过程以及打孔位置、深度对发芽率等的影响进行研究，且未对种子出苗形态的影响进行深入研究。蒙古黄芪种子与黄花苜蓿种子硬实的原因均是由于吸水障碍，而前期实验发现，蒙古黄芪种子相较于黄花苜蓿种子吸水障碍更加严重，其种皮主要由角质层、栅状细胞层、骨状细胞层、颓废细胞层构成，种皮细胞木质化严重，角质层有一定厚度，栅状细胞层结构更加致密。蒙古黄芪种子较多属于野生种子，相较于豆科其他大面积栽培的种子而言，硬实程度更深。因此，亟待提供一种打破蒙古黄芪种子硬实的方法以解决现有技术中的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种打破蒙古黄芪种子硬实的方法，所述方法为：

S1)选择大小均一的黄芪种子；种子直径为2.5cm～2.9cm；

S2)使用激光雕刻机对黄芪种子进行激光打孔；激光功率为1100-1300mW，打孔深度为0.3-0.5mm；

打孔位置为：蒙古黄芪种子中部凹面。

激光功率为1200mW，打孔深度为0.4mm。

当激光功率为1100-1300mW，处理深度为0.3-0.5mm时，所述方法处理后的黄芪种子，第2天的发芽率为95.00-97.78％；发芽势为90.32-93.33％；发芽指数为60.57-68.33；在发芽后第7天，幼苗形态正常率为83.00-88.89％，出苗率为96.67-98.33％。

当激光功率为1200mW，处理深度为0.4mm时，所述方法处理后的黄芪种子，第2天的发芽率为97.78％；发芽势为93.33％；发芽指数为68.33；在发芽后第7天，幼苗形态正常率为88.89％，出苗率为98.33％。

激光雕刻机的参数如下：

1)雕刻模式选择：雕刻模式包括“黑白”或“离散”；“离散”模式会将图片输出成离散图像，以细小网格图形式进行雕刻；“黑白”模式保持图片连续性进行雕刻；

2)对比度：范围为0～253，衡量图像黑与白的比值，与导入图片的颜色差异有关；

3)雕刻功率：激光头功率为3000mW，可选范围0～100％；

4)雕刻深度：深度为1mm，可选范围0～100％。

本发明的有益效果在于：

1.本发明的目的是提供一种打破蒙古黄芪种子硬实的方法，显著提高蒙古黄芪种子的发芽率、发芽势、发芽指数、正常苗率和芽长以及根长。

2.本发明利用激光束产生的高能能破坏种皮结构，改善种皮透性，从而打破种子的硬实。本试验选择的激光处理在作用上类似碾磨、砂磨等方法，同时利用了激光器的可控性，能够对损伤部位形状、程度进行设计和控制，能使发芽率最高达到98.9％，发芽势最高达到93.3％以上，发芽指数最高达到68.3以上。进行育苗试验发现发芽率仍能达到97.5％以上。

附图说明

图1为激光雕刻设计图；

图2为不同激光条件处理时间；

图3为激光处理后黄芪幼苗形态；A正常幼苗B不正常幼苗：子叶先突出种皮，根部无法伸展出现明显扭曲变形或根部腐烂、明显萎蔫；

图4为激光处理后黄芪种子幼苗形态，A:CK，B:A1B2，C:A2B2，D:A3B2，E:A4B2F:A5B2；

图5为激光处理后黄芪育苗试验图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

实施例1

一种打破蒙古黄芪种子硬实的方法，所述方法为：

S1选择大小均一的黄芪种子；种子直径为2.5cm～2.9cm；

S2使用激光雕刻机对黄芪种子进行激光处理，激光功率为1200mW，激光处理深度为0.4mm；

激光雕刻机的激光器体积为153×153×145mm，四个工艺参数如下：

1)雕刻模式选择：雕刻模式包括“黑白”或“离散”；“离散”模式会将图片输出成离散图像，以细小网格图形式进行雕刻；“黑白”模式保持图片连续性进行雕刻；

2)对比度：范围为0～253，衡量图像黑与白的比值，与导入图片的颜色差异有关；

3)雕刻功率：激光头功率为3000mW，范围为40％；

4)雕刻深度：深度为1mm，范围为40％；

激光雕刻印记形状和大小以导入到配套软件中图像为模板。雕刻前根据黄芪种子形状大小使用CAD软件设计图像(图1)。图像为白色背景，其上均匀布满黑色点阵，黑色圆点圆心间隔2.5cm，圆点直径为0.25cm。试验用黄芪种子经过圆孔筛选，种子直径介于2.5cm～2.9cm之间，故圆孔间隔设计能够保证单层密集摆放在雕刻平台上的每粒种子至少能雕刻出一个圆点，且打孔直径最大达到种子长度的1/5。

连接设备，将设计图导入软件，对软件参数进行设置：激光雕刻模式选择“黑白”，对比度默认选项。分别设置激光雕刻功率40％，对应实际功率1200mW；选择激光雕刻深度40％，对应实际深度0.4mm，将黄芪种子单层均匀摆放在80×80cm木制平板上，选择小型激光机的“框定位”功能，确定激光区域范围。点击“开始”，激光机即刻开始依照设计图进行点状雕刻，整个设计点阵雕刻结束后，机器将自动记录时间。雕刻结束后，取出黄芪种子，观察处理后的黄芪种子表面情况。

实施例2

连接设备，将设计图导入软件，对软件参数进行设置：激光雕刻模式选择“黑白”，对比度默认选项。分别设置激光雕刻功率20％，40％，60％，80％，100％，对应实际功率600mW，1200mW，1800mW，2400mW，3000mW；选择激光雕刻深度20％，40％，60％，80％，100％，对应实际深度0.2mm，0.4mm，0.6mm，0.8mm，1.0mm。设计设置25组处理，以未经过激光处理的黄芪种子作为对照，共设置26组不同处理方法，试验因素水平表如下。

表1不同处理激光雕刻机参数

注：A0B0为对照，未经过激光处理。

每组处理10g黄芪种子。将黄芪种子单层均匀摆放在80×80cm木制平板上，选择小型激光机的“框定位”功能，确定激光区域范围。点击“开始”，激光机即刻开始依照设计图进行点状雕刻，整个设计点阵雕刻结束后，机器将自动记录时间。雕刻结束后，记录每个处理对应的时间。取出黄芪种子，观察处理后的黄芪种子表面情况。

激光处理黄芪种子萌发指标测定

纸间发芽方法：取每个处理的30粒种子均匀摆放在吸满水分的标准发芽纸上，在发芽纸上再盖上一层发芽纸，使用纸卷法进行发芽试验。每个处理设置三次重复。将发芽纸立放在底部加有一薄层水的塑料盒中，盖上盖子以减少水分蒸发。将塑料盒放置于25℃光照培养箱中，设置光照时间/黑暗时间14h-10h交替，每天打开盖子及时补充塑料盒底部水分。在第7天于每个处理中随机选取10株黄芪幼苗芽测量芽长(mm)、根长(mm)，并记录数据。从第二天开始每天统计发芽种子数，分别计算发芽率、发芽势，发芽指数。在第7天对每个处理中黄芪苗进行观察，鉴定区分正常苗和不正常苗，对正常苗、不正常苗、硬实种子和吸胀但不发芽的无活力种子进行计数，随机选取10株测量芽长(mm)、根长(mm)，并记录数据。

激光处理黄芪种子育苗试验

使用育苗盘进行育苗试验。根据萌发试验结果，选择各萌发指标表现较好的处理组A1B2、A2B2、A3B2、A4B2、A5B2种子播种于育苗盘中，以A0B0为对照，浇水保证基质湿润，一周后观察出苗情况，并拍照记录育苗情况。

实施例3

不同激光处理强度与处理时间的关系

如图2所示，激光处理时间只与激光打孔深度有关，呈现直线正相关关系。处理深度为0.2mm时，单位面积(cm

T(s/cm

注：T为处理时间，X为处理深度(mm)

实施例4激光处理参数对黄芪种子萌发指标的影响

对实施例2中不同条件下处理的种子进行观察，根据黄芪种子发芽率每日变化情况(表2)，发现经过激光处理的种子发芽速度显著提高，在发芽第二天达到发芽高峰，而对照组发芽率变化缓慢。与对照相比，激光处理功率为600mW(A1)时，黄芪种子发芽率与对照不显著，随激光深度的增加，黄芪种子发芽率从17.8％提高到34.4％，但与对照发芽率21.1％相比，最高发芽率仅仅提高了13.3％。黄芪种子发芽势与其他功率条件下的发芽势差异显著，最高仅为14.4％，发芽指数均小于10.0。

激光功率为1200mW(A2)时，在最小处理深度0.2mm(B1)时，黄芪种子发芽率已提高到70.0％，随着处理深度的增加，黄芪种子发芽率、发芽势显著提高。黄芪种子发芽势显著提高，在深度为0.4mm时达到最高发芽率97.8％，种子发芽势达到最高的93.3％。激光功率再增加时，黄芪种子发芽率控制在92.2％～98.9％之间，各处理差异不显著。随着激光功率的提高，黄芪种子发芽指数为50.1～68.3，在激光功率1200mW，激光处理深度为0.4mm条件下，发芽指数最高。

结合育苗试验能够发现筛选出的方法处理种子，发芽率达到97.5％，且出苗整齐度高，种苗质量良好。

当激光功率为1100-1300mW，处理深度为0.3-0.5mm时，发芽率为95.00-97.78％；发芽势为90.00-93.33％；发芽指数为60.00-68.33；幼苗形态正常率为83.00-88.89％；

当激光功率为1200mW，处理深度为0.4mm时，发芽率为97.78％；发芽势为93.33％；发芽指数为68.33；幼苗形态正常率为88.89％；

表2激光处理后黄芪种子萌发指标

注：不同字母标记显示在p≤0.05时的显著性差异。

与对照相比，激光处理功率为600W(A1)时，黄芪种子发芽率与对照不显著，随激光深度的增加，黄芪种子发芽势从17.8％提高到34.4％，但与对照发芽率21.1％相比，最高发芽率仅仅提高了13.3％。黄芪种子发芽势与其他功率条件下的发芽势差异显著，最高仅为14.4％，发芽指数均小于10.0。激光功率为1200mW(A2)时，在最小处理深度0.2mm(B1)时，黄芪种子发芽率已提高到70.0％，随着处理深度的增加，黄芪种子发芽率、发芽势显著提高。黄芪种子发芽势显著提高，在深度为0.4mm时达到最高发芽率97.8％，种子发芽势达到最高的93.3％。激光功率再增加时，黄芪种子发芽率在92.2％～98.9％之间变化，各处理差异不显著。随着激光功率的提高，黄芪种子发芽指数在50.1～68.3之间变化，在激光功率1200mW，激光处理深度为0.4mm条件下，发芽指数最高。

6.5激光处理对黄芪幼苗形态的影响

如图3所示，在发芽后第7天，只对已经发芽的种子进行观察，通过黄芪幼苗形态界定正常发芽和不正常发芽(表3)。统计每个处理条件下正常发芽率和不正常发芽率，在激光功率为600mW时，正常发芽率与对照无显著差异，黄芪种子正常发芽率在96.7％以上，基本无不正常幼苗出现。在激光功率提高到1200mW进行处理后，随着激光深度的增加，正常发芽率显著下降，不正常幼苗比例明显增加。在其他处理功率条件下，也有相似的趋势出现，即不正常发芽率随激光深度增加而增加。

表3激光处理黄芪幼苗正常苗、不正常苗

对每个处理中的正常苗、不正常苗、硬实种子以及明显吸胀但未发芽的种子(通过TTC检验判断为无活力种子)进行统计(表4)。可以发现，未经处理的黄芪种子在发芽第七天，仍然存在71.1％的硬实种子。各激光处理条件下，激光功率为600mW时，在最大深度1.0mm处理下，还存在60％以上的硬实种子。但这一功率处理的黄芪种子，一旦种子发芽后，几乎不会出现不正常幼苗。激光功率1200mW，激光处理深度0.2mm处理的黄芪种子，存在23.3％的硬实种子，其他激光处理深度条件下，不再出现硬实种子。激光功率再提高，所有种子在发芽过程中均能够吸胀，正常幼苗占比在67.0％～85.9％之间变化，正常幼苗最多的处理组为激光功率1200mW，激光深度0.4mm。在同一激光功率条件下，激光深度的增加会造成不正常幼苗的增加。各处理条件下的无活力种子占比无显著差异。

表4激光处理黄芪种子幼苗组成

激光处理对黄芪种子发芽初期幼苗根、芽长的影响

根据萌发指标结果，对激光处理深度为0.4mm(B2)处理种子幼苗进行观察，拍照示于图4。初步观察发现随激光处理功率为600mW时，幼苗长势较差，功率增加，黄芪种子幼苗长势更好。

由表5分析结果可知，发现激光处理功率为600mW(A1)时，随处理深度增加，黄芪根长、苗长呈增长趋势。当激光功率为1200mW(A2)～2400mW(A4)时，各处理黄芪幼苗根长、芽长相比均高于对照，激光功率为3000mW(A5)时，激光处理深度提高到0.6mm(B3)时，黄芪幼苗芽长显著降低。从箱型图也能看到在高激光处理功率调节下，较大的处理深度下，黄芪幼苗根芽长的减小的趋势。说明激光处理强度过大对黄芪幼苗生长产生一定的不良影响。以此结果综合考虑发芽速度、发芽整齐性、种子生活力和黄芪幼苗生长情况，激光功率1200mW，激光深度为0.4mm条件处理种子能够得到较好的处理效果。

表5激光处理黄芪种子幼苗根、芽长

6.7激光处理对黄芪出苗率的影响

从表6中结果看，激光处理功率至少要达到1200mW，才能有效破除硬实；激光处理深度过大，会造成幼苗不正常，故首先筛选激光处理深度为0.4mm。选择处理A0B0(对照)，A1B2，A2B2，A3B2，A4B2，A5B2 6个处理条件的种子进行育苗试验。与对照相比，各处理出苗率均显著提高，在处理深度达到0.4mm时发芽势提高到70.0％；激光处理深度为0.2mm时，第七天的出苗率只有6.7％，其他各处理组出苗率均在95.0％以上，差异不显著，且观察可见黄芪幼苗正常(图5)。猜测在纸卷法试验中发现的不正常幼苗现象在育苗盘播种试验中没有出现，说明激光处理的种子在发芽过程中，种皮对胚的束缚作用造成的影响并非是不可控制的，采用穴盘育苗不会出现幼苗不正常现象，能够在一定程度上缓解这种不良影响。

表6激光处理后黄芪出苗率(％)