种质资源库建设的关键技术.docx

种质资源库建设的关键技术我国是一个蔬菜种质资源十分丰富的国家,是公认的世界上许多蔬菜起源中心之一。在我国,南北蔬菜种类有很大差异,南方蔬菜种类比北方丰富,尤其是广东省蔬菜资源在我国占有重要地位。据已入国家长期库蔬菜种质统计,广东省的菜心、芥兰、豇豆、节瓜、苦瓜、丝瓜等在全国占有绝对优势。/六五0至/八五0期间,广东省农科院蔬菜研究所共收集保存蔬菜种质资源3 000多份,并对广东省的蔬菜种质资源进行了性状鉴定,经整理和繁殖,送交国家种质资源库作长期保存。/九五0期间,广东省农科院蔬菜所与中国农科院作物品种资源研究所共同对京九铁路沿线粤北段平远、和平、龙川、始兴4个县的蔬菜资源进行了抢救性考察收集,收集到各类蔬菜种质资源502份。但是,由于种质资源库建设滞后,贮存设备、设施不够完善,原收集保存的部分种质资源包括部分我省传统的名优蔬菜品种已损失。 2002年,广东省科技厅与广州市科技局共同资助立项,建立托普云农蔬菜种质资源库。至2003年10月,广东省农科院蔬菜研究所已建成一座体积55 m3、库容约2.3万份、可调温调湿的现代化蔬菜种质资源中期库。现将该种质资源库建设的技术关键报道如下。1 机组的选择 制冷机组是种质资源库的核心部分,其制冷除湿性能直接关系到种质贮藏的寿命。广东蔬菜种质资源库建设对外招标要求达到的技术指标是冷库温度(-5)e,相对湿度50%。制冷机组的选购根据种质库的耗冷量来决定。1.1 种质库耗冷量计算方法 本种质库总耗冷量(Q)由围护结构耗冷量(Qa)、日进货耗冷量(Qb)、操作耗冷量(Qc)3部分组成。具体计算方法为:Q=(Qa+Qb+Qc)R3,其中R为管道耗冷系数,取1.07,经计算求得本种质库总耗冷量为2329.7 W。1.1.1 围护结构耗冷量(Qa) Qa=KFvt。其中,K:传热系数,150 mm厚聚氨酯K=0.17 W/m2#e;F:围护结构外表面积,为105.3 m2;vt:室内装配库温度为32e,冷库最低设计温度为-10e,计算出vt值为42e。计得本种质库围护结构耗冷量为751.8W。1.1.2 日进货耗冷量(Qb) 本种质库为中期库,使用要求是每10天左右进货1次,每次约25 kg,按铝箔袋包装,每天进货1次计算,日进货耗冷量Qb=Qb1+Qb2。(1)种质耗冷量Qb1= G1C1vt0.28/24=13.4 W,其中G1=25 kg、C1=1.09 kJ/kg#e、vt=42e、0.28为单位换算率(下同);(2)包装耗冷量Qb2=G2C2vt0.28/24=2.1 W,其中G2为铝箔袋包装约10 kg、C2=0.42 kJ/kg#e、vt=42e。计得本种质库日进货耗冷量为15.5 W。1.1.3 操作耗冷量(Qc) 包括照明耗冷量(Qc1)、电动机运转耗冷量(Qc2)、开门耗冷量(Qc3)和工作人员耗冷量(Qc4),操作耗冷量Qc=Qc1+Qc2+Qc3+Qc4。(1)照明耗冷量Qc1=7.5 W/m221.73 m20.6=97.8 W,其中7.5 W/m2为单位面积照明灯功率、0.6为同期使用系数、21.73 m2为冷库内面积;(2)电动机运转耗冷量Qc2=860 N=137.6 W,其中N为冷风机电机功率,所选设备为0.16 W,860为热功当量;(3)开门耗冷量按每天开门0.5 h、室温32e、库温-10e计算,Qc3=465.2 W;(4)工作人员耗冷量按每天进入冷库4人次、每人每次0.5 h计算,Qc4=709.4 W。计得本种质库操作耗冷量为1410.1 W。1.2 设备选型 根据上述计算得出的总耗冷量,结合设备招标提供的技术参数,广东蔬菜种质资源库选用了托普云农低温风冷型可调温调湿的农业种子贮藏库专用机组。该机组制冷及除湿日运转时间合计设计为18 h,选机负荷为3106.3 W。在夏季室外环境温度为40e、库温为-10e时,主机(5HP)制冷量为6047.6 W,备用机(3HP)制冷量为3605.3 W,完全可以满足库温-10e时制冷量3106.3 W的要求。2 库体构建 种质库的库体包括墙体、顶板、地下保温层和地坪等。为了减少外界热量传入库内,影响库温的相对稳定,节省能耗,托普云农种质库采用的保温层必须具有良好的绝热性能。根据广东托普云农蔬菜种质资源库要达到的技术指标及中期库一般采用的保温层材料及厚度,该种质库的墙板及顶板选用了国内优质的150 mm厚聚氨酯双面喷塑钢板冷库板,现场拼装施工,其优点是比重轻、导热系数小、吸水率低,有自熄性。库门为150 mm厚聚氨酯冷藏门,配进口闭门器及五金件,根据种质库原门洞大小预先订造。地下保温板选用导热系数为0.027W/m#k的进口舒泰龙XPS保温材料,厚度为125mm。所有库板接缝及地坪保温板均进行密封防潮处理。考虑到移动种子架滑轨承重问题,在地下保温层上铺设了10 cm厚的钢筋混凝土,以减轻滑轨对保温板的局部压力。为了防冻,混凝土所用水泥为高标号硅酸盐水泥,铺设混凝土时还预留了库内化霜水的地漏。3 种子架的选用 托普云农种质资源库的种子架有固定式和活动式两种类型。固定式种子架不能移动,种子架之间要留走廊,以便存取种子和人员通过,走廊占用面积较多,因此大大降低了种质库的有效库容。广东蔬菜种质资源库采用的是移动式密集种子架,由架体、种子筐和传动装置组成。移动种子架架体大小为宽2.65 m、长4.16 m、高2.00 m,体积22.05 m3。种子架分12层,层间距15 cm;分8列,每列宽52 cm、长265 cm;每列4节,每节长60 cm。距地板15 cm高开始放种子筐,一共可摆放规格为59.5 cm49.0 cm13.0 cm的种子筐384个。传动装置由轨道、滚轮、链条、轴承、链轮、轴和摇把等组成,种子架可通过摇把轻便地来回移动。广东托普云农蔬菜种质资源库的设计贮存量为:大粒蔬菜种质每份120200 g、小粒蔬菜种质每份3060 g,每个种子筐可装载大粒种子4060份、小粒种子100150份,按2/3的种子筐用于贮存大粒种子、1/3的种子筐用于贮存小粒种子计算,广东蔬菜种质资源库的库容量达2.3万份以上。4 包装材料的选用 为防止种子在贮藏过程中因吸湿而导致活力下降,必须将干燥后的种子装入密封的容器中。目前使用较多的密封包装容器有玻璃容器、金属容器和铝箔袋,其中铝箔袋在世界上应用最广泛。我国国家种质库使用的种子包装容器有螺旋式马口铁种子盒、防锈铝一次性密封种子盒和铝箔袋。广东托普云农蔬菜种质资源库选用铝箔袋作为包装容器,其优点是使用方便、造价低、占用贮藏空间少、质量轻、搬运和管理方便等。其原料主要是铝箔和聚乙烯,每袋年渗水量小于40 mg。铝箔袋规格有3种,大袋为26 cm12 cm,用于包装大粒种子,如菜豆、豇豆、苦瓜、丝瓜、甜玉米等;中袋为18 cm10 cm,用于包装中粒种子,如黄瓜、白瓜、西瓜等;小袋为12 cm8cm,用于包装小粒种子,如茄果类、叶菜类等。因种子袋封口需要,还配备了1台自动热合机。5 种质资源前处理室建设 为了保证入库种子的初始发芽力及在库内能保持较长的贮藏时间,种子入库前必须进行发芽率测定和干燥处理。本所于2003年12月已建成了蔬菜种质资源前处理室。该前处理室添置了干燥箱、电子分析天平、快速水分测定仪等仪器设备。种子发芽率测定所采用的技术主要依据5农作物种子检验规程 发芽试验6(GB/T 3543.4-1995)要求,并结合实际情况作了适当的调整。种子干燥采用的条件是烘箱温度为(30?2)e、室内温度18e、相对湿度40%;干燥时间依种子大小、种壳厚度和和密度的不同而异,一般为35天。入库种子含水量测定采用抽测的方法,经抽测的种子含水量应达到中期库贮藏要求(9%)。抽测比例为每批次每种作物送交入库种子份数的15%20%。6 广东托普云农蔬菜种质资源库的运行情况 托普云农种质库建成后即进入调试和试运行,目的是检查机组的制冷除湿效果是否达到设计标准。机组运行前需预热,预热时间根据气温而定,一般为28 h,气温低则预热时间长。预热完成后,可根据要求设定库房温度和湿度。本种质库所用机组运行时先制冷后除湿,即当温度降到设定值、库内湿度上升到一定值后再除湿。广东蔬菜种质资源库运行一段时间后的监测结果见表1。从表1看出,在广州市气温较高的6月中旬,甚至日气温较高的白天,主机和备用机的温、湿度均能降到设定值(-5e,45%)。当库温-2.9e时开始制冷,这时库内相对湿度增加,而在停机后相对湿度下降;当相对湿度48.0%时开始除湿,这时库内温度上升。在运行过程中,机组还会根据蒸发器结霜情况自动除霜,这时库内温度会略为上升,而相对湿度上升幅度较大,但在随后的制冷过程中相对湿度又会降低至一定值。按冷库设计规范5,除霜过程中库内温度升高幅度应7e。在名义工况下,当库容100 m3时,制冷设备工作时间系数应0.7。试验结果表明,两台机组的工作时间系数、除霜过程温度升高值均符合规范要求,说明该种质资源库的各项运行指标达到设计要求。由于本种质库备用机功率较小,按原设计要求,仅在主机发生故障时及年气温较低的122月份使用。表1 广东托普云农蔬菜种质资源库运行监测结果注:(1)主机检测日期为6月12日,外界环境温度为29.633.6e,相对湿度为57%65%;备用机检测日期为6月13日,外界环境温度为31.833.1e,相对湿度为41%46%。(2)表中温、湿度为库内环境数值,取平均值;表中/-0表示未能获得相应数据。(3)工作时间系数=每天工作时间/24。7 结语 广东托普云农蔬菜种质资源库经过9个月的运行,库内温、湿度技术指标达到作物种质资源中期库设计要求,即库温为(-5?5)e、相对湿度50%,运行情况正常,可以接纳种质入库保存。该种质库采用移动式密集种子架,使库内只需留相互垂直的两条通道,大大地提高了种质库的有效库容,库容达到2.3万份以上。经过干燥、密封包装,原始活力达到国家种质库初始芽率标准的蔬菜种质,在该种质库内保存,其活力预计可维持在1015年,从而为我省蔬菜种质资源的妥善保存创造了极为有利的条件。 目前制冷机组有风冷和水冷两种类型。水冷式机组需设置水泵、水箱、散热塔等设备,投资较多,给水系统停水时间较长时就不能正常工作。风冷式机组无须辅助设备,投资较少,使用方便,容易实现自动控制,但在气温较高时,冷凝温度也较高。因此,在建设种质资源库时,应根据实际情况综合考虑,平衡利弊,扬长避短,选择适合的制冷机组。广东托普云农蔬菜种质资源库为一个独立的库房,因此需配备2台机组:主机1台,备用机1台。如果在同一地点建设多个种质资源库,从节约成本角度考虑,温、湿度技术要求相同的23个冷库可通过联控系统实现共用1台备用机组,还可将各种质库的控制系统集中安装到1间房内,用联网计算机对库内的运行情况(温、湿度条件等)集中监测,用闭路电视监控系统对整个库内场景实时监控,实现多个种质资源库的现代化管理。7托普云农种质资源库制冷部分：1.冷冻机组采用全自动控制方式，压缩机选用美国艾默生谷轮涡旋式高性能压缩机，机组机组采用低噪音风机以及风机压力控制系统。2.内机低噪音冷风机2套，外机低噪音箱式机组2套的双压缩机模式：A据故障状态轮值。当一台机组有故障出现，则备用机组立即启动，最大限度保护种子B据时间轮值。进行小时、日的运行时间轮值切换，延长机组寿命和等时运行。C.据冷量轮值。当一台机组冷量不能达到冷量要求，则第二台机组马上投入运行；而当系统出现冷量需求在一定程度的降低，则备用机组自动再切换到备用状态。8托普云农种质资源库除湿部分要求：除湿机为低温转轮除湿机，确保在零下的环境里可以除湿。9托普云农种质资源库的意义：为了发掘和收集各种农作物品种种子，科学地加以贮藏，使种质在十几年甚至数十年之后仍具有原有的遗传特性和很高的发芽力，对于品种改良，培育高产、优质、抗逆性强的新品种，并为生物学的理论研究提供丰富的种质和研究材料具有重要意义。贮藏环境（主要指温度和湿度）对种子的寿命影响很大。根据库内温、湿度环境的不同，种子贮藏建筑可分为3类：长期贮藏库，温度-10以下，相对湿度3040%左右，贮藏期为30年以上；中期贮藏库，温度05，相对湿度4060，贮藏期为5-15年左右；短期贮藏库，温度1015，相对湿度5060，贮藏期为3-5年；10托普云农种质资源库技术参数：1.在建筑面积5.3*5.6*2.5米里独立控制制泠及除湿。2.采用进口双制冷机组。3.制冷设备室外机置于墙外。4.控制系统全彩色手触摸屏进行控制。5.显示内容：当前时间、温度、湿度及记录曲线。6.历史数据记录数量：15000组数据,既可直接显示，又可用计算机下载。7. 温控范围：-510库温8.温度波动度：1.59.控湿范围：60%RH以下10.湿度波动度：7%RH-10%RH11.压缩机：压缩机选用进口高性能压缩机，机组机组采用低噪音风机以及风机压力控制系统。12.内机低噪音冷风机2套，外机低噪音箱式机组2套13.电源：50Hz,380V三相五线制。14.灭菌方式：紫外线灯。15.光照度控制范围：采用节能型三防荧光灯照明系统350LUX达到操作照度即可。11育种信息化其他设备：育种信息过程管理平台、育种信息移动采集终端、育种小区远程监控系统、种质资源库管理系统、麦穗形态测量仪、水稻剑叶夹角测量仪、油菜分支角度测量仪12托普云农种质资源库的系统功能：1、触摸屏液晶操作界面，可根据贮藏货物种类的不同选择最佳制冷或除湿的运行模式，控制精度高。2、双温双待系统，双压缩机，双风道，在第一个系统有故障时，另一个系统立即启动，保证系统不间断工作3、可与计算机通讯，记录数据。完全做到无人值所，在线实时24小时连续的采集和记录监测点位的温度、湿度变化情况，以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息，监测点位可扩充多达上千个点。4、可设定各监控点位的温度、湿度报警上下限值，当出现被监控点位数据异常时可自动发出报警信号。报警方式包括：现场多媒体音响、声光报警器、网络客户端报警、手机短信息报警等。上传报警信息并进行本地及远程监测。5、控制软件的编制采用软件工程管理，开放性与可扩充性极强，由于采用硬件功能的软件化的系统设计思想及系统硬件的模块化、通讯网络化设计，系统可根据需要升级软件功能与扩展硬件种类。13托普云农种质资源库库体要求：1.库体五面采用聚氨酯双面彩钢保温板（厚度100mm）。2.保存库保温门：开一扇800mm宽2000mm高大门，每扇门开启方式为外单开启，确保内部开启优先（在外部锁闭情况下仍旧确保内部能够直接开启，保证操作人员的安全）。3.大门密封及结构：门框的密封采用特制的耐高低温的硅橡胶密封条，在门框处加装门框加热丝以防在低温情况下门框处凝露；门把手、饺链采用日本进口优质产品，可保证其强度，防止掉落；门框四周加强，即在门发泡前，在大门内侧焊接加强筋，可保证其强度，防止门的变形。4.气压平衡装置：为了避免库房内温度的变化而引起库房内外压力差对库房强度的影响，在每个库房侧壁处安装一套重力关闭型压力平衡装置。5.库房内侧上方装有吊顶式冷风机和匀流送风板，匀流送风，提高库房内整体送风效率，进门有风幕保温隔离系统6.暖通管道系统内材料为铜管。7.内部地面：地面需采用专门的地面保温材料（隔热XPS保温板），加上铺设钢筋混凝土承重结构，上铺PVC地胶板。达到：防水防滑，耐磨，保养方便：平常用清水拖把擦洗即可，遇有污渍，用橡皮擦或稀料擦试即可干净。防火阻燃耐酸碱。14农作物种质资源库的技术指标：名称温度范围相对湿度范围贮藏期长期贮藏库温度范围： -18-5温度精度：0.5分 辨 率：0.13040贮藏期为30年或以上中期贮藏库温度范围：-510温度精度：0.5分 辨 率：0.14060贮藏期为15年左右短期贮藏库温度范围：1015温度精度：0.5分 辨 率：0.15060贮藏期为35年传感器类型：铂电阻通讯接口：RS485，USB记录存储功能：有库板厚度：长期大于12CM，中期库大于10CM内置蜂鸣报警功能：可选，另可选配外置声光报警和短信报警显示功能：手触液晶显示电 源：外接直流380V电源15托普云农种质资源库主控系统功能：1. 全新动态恒温恒湿控制系统，响应快，精度高。2.任意设定的温度、湿度控制参数，自动构成局部的微气候环境。触摸屏尺寸不小于5.7英寸,所有的参数显示和设定均可在触摸屏上进行，在全彩色触摸屏上进行参数设置等操作的功能，可根据种子种类的不同选择最佳制冷或除湿的运行模式，可在触摸屏上直接设置温度，湿度，时间，模式等参数, 具有实时温湿度，历史温湿度数据曲线，设备运行状态显示，故障图形代码显示等专用功能。3.整个控制系统具有计算机通讯接口，如有需要可以安装上位机软件对整个控制过程进行全程监控，对库房的的温湿度数据进行电脑数据显示、曲线显示、数据记录以及打印等。4.各档程序参数长期记忆，系统意外断电后可以自动恢复运行，并且不影响原来参数的设定，可按原有的设置继续运行，充分保证试验工作的连续性。5.高温报警，异常报警功能：可设定各监控点位的温度、湿度报警上下限值，当出现被监控点位数据异常时可自动发出报警信号。报警有三种方式组成：声光警灯报警、电脑屏幕画面报警和短信群发报警。短信可同时通知多人，扩大故障发生后的知情人数量。主机时实及历史故障信息均可查询。6.该系统采用低功耗设计，可有小型UPS直接拖动工作，确保断电情况下报警信息（声光，屏幕，短信群发）能正常发送。