台灣種子處理技術研究現況與展望

種苗改良繁殖場 黃玉梅

前言

      從事農耕的農民無不希望播下的每一粒種子都能順利發芽，但在實際生產時並非易事，種子發芽受到許多因素影響，如：種子本身（遺傳、品質..等）、氣候、土壤環境、病原菌、其他有害動物..等等，且在種子生產過程中，田間管理、調製加工，甚至於貯藏期間許多病原微生物均可能乘虛而入，使得種子在發芽至生育階段飽受病蟲害及環境逆境的威脅。因此，任何有助於品質提升之種子處理及調製技術的研發與應用，不僅是種子研究人員的研究重點，更是種子企業重視的處理加工技術。目前種子公司在種子採收後會進行一定程序的調製工作如：乾燥、清理、精選，販售前再對種子進行藥劑、物理選別..等處理，使處理後之種子具有較高的淨度、發芽率及適宜的水分含量，以達到一定的品質要求。

      隨著農業生產機械化與自動化，改變原有的作物生產模式，農民對種子品質除了要求發芽率外，還要發芽快速、整齊，甚至於播種後必須具有可以忍受田間逆境的能力。緣此，種子處理技術亦必須隨著進步，不再只是解除休眠、拌藥等種子預措工作而已，如：由種子浸潤液測定分析種子活力，或是控制種子吸水速率與吸水量，使種子發芽迅速而整齊的滲調（priming）處理，以及倍受各國矚目的種子披衣(seed coating)處理等技術。本文介紹台灣近年來為提升種子品質的種子處理技術研究成果與未來展望。

一、種子滲調處理(Seed priming)

      利用各種方式讓種子緩慢而且有限地吸水，以進行發芽前生理、生化的準備工作，卻又得不到足夠的水分來讓胚根發芽，這種控制種子吸水速率與吸水量，使種子迅速而且整齊發芽的處理稱為滲調處理(Priming)。觀念起源於1973年由Heydecker等提出，滲調處理之目的乃是希望種子發芽過程藉由浸潤溶液之滲透潛勢調節，以延長種子吸水第二階段之停滯期，使種子能有充足的時間進行生理與生化之反應，防止第三階段胚根突破種皮的發生，待除去試劑回乾後重新播種時，可縮短發芽第二階段停滯期所需的時間，以獲得快速而整齊的出苗現象或擴大發芽的溫度範圍，甚至促進老化種子活力的恢復。除了迅速、整齊以外，滲調處理尚有提高發芽率，以及使得種子可在逆境下播種時，如缺水、低溫、高溫、或鹽分等仍可發芽的優點。

1.液體滲調法(osmotic priming或osmotic conditioning)

      液體滲調法乃在通氣的狀況下，將種子浸潤於具化學惰性可滲透調節，以控制種子吸水速度之高分子量化合物如：聚乙二醇（Polyethylene glycol，PEG）溶液中。在一定的溫度下對種子進行一定期間的處理，以調節種子的吸水速度，處理時所使用化學惰性物質之濃度，必須要低到足以帶動種子的各種代謝活動進行，但也必須要高到可以抑制種子在處理過程中發芽，將種子帶到發芽邊緣，然後用清水洗去種子表面之化學物質，處理後可直接播種或將其乾燥至原種子含水量，可貯藏一段時間後再播種。處理所使用之滲透溶液濃度、溫度與時間因作物種類不同而不同，效果亦因作物種類不同而異。例如：甜椒以-0.7~-1.3Mpa之PEG6000溶液中，溫度17~23℃處理4~7天（因品種而異），在網室與試驗室之萌芽速率均比不處理者為快（林，1995）。萵苣種子以-1.0Mpa之PEG6000於15℃下處理3天，在高溫（34℃）下發芽率可達89.3﹪（黃，1995）。

      菠菜種子以-0.6MPa之PEG6000於10℃下處理3天，進行量化滲調處理，處理回乾後之菠菜種子在15℃適溫下發芽率為97.3﹪，相同發芽條件下對照組之發芽率為73.3﹪，處理組GT50為2.0天而對照組則為3.6天，GT90處理組則較對照組提早3 天。在30℃高溫下經滲調處理之種子發芽率為64﹪對照組只有13﹪提高了51﹪，處理組GT50為1.8天而對照組為3.1天，且兩者均呈顯著差異（表1）。該批種子同時於西螺蔬菜產區種植0.1公頃，處理組播種後一週之萌芽情形即較對照組快速且整齊（圖1），於播種後45天調查採收量，結果顯示經滲調處理者收穫量每0.1公頃達1,213.4公斤顯著高於對照組的933.1公斤（表2）。改善菠菜種子萌芽整齊性及高溫逆境下發芽之限制，使能在平地西螺地區提早於八月播種，克服「白露」前高溫發芽困難的問題，同時減少播種量為1.8Kg/0.1公頃，產期提早後產值因而提高，直接增加農民收益（黃等。2004）。

      利用滲調處理亦可使甜椒種子達快速、齊一的發芽表現，在處理過程中添加殺菌劑以達到對苗期病害之防治效果。結果顯示在滲調過程中添加單一殺菌劑處理之甜椒種子，以待克利、賓克隆對苗立枯病(Rhizoctonia solani)及添加滅達樂、氫氧化銅對苗猝倒病(Pythium aphanidermatum)之防治最有效，且對種子發芽影響最小。而添加複合殺菌劑處理後回乾之種子，貯藏於5℃環境下，對維持甜椒滲調種子活力最為有利，貯藏五個月後幼苗尚可維持在97﹪以上之高出土率，唯貯藏後較不能忍受溫度逆境(低溫15℃及高溫35℃)下之發芽，除了添加(賓克隆＋滅達樂)外，其他處理可同時對甜椒苗立枯病及苗猝倒病產生防治之效果（Huang, et al, 2008。）

2.固體滲調 (matrix priming或solid matrix conditioning)

      為解決液體滲調之通氣問題，於1988年由Kubik及Talor等研究者提出，利用固體介質取代液體滲調法，固體滲調原理是藉固體介質之保水能力來調節種子水分含量。滲調介質必須是：無毒性、在水中的溶解度很小、化學活性低、保水力佳、吸水後不易碎、容易與種子分離者。於胡蘿蔔、芹菜、萵苣、甜玉米、菜豆、洋蔥、甜椒、番茄及胡瓜等種子可利用蛭石、矽膠、頁岩、黏土或水苔等為滲調介質，處理時可添加殺菌劑、殺蟲劑及生長調節物質等。

二、種子披衣(seed coating)技術

      種子披衣(seed coating)處理技術，是結合生物、化工、機械等加工技術，至今已為商業種子生產過程中，重要的種子處理技術之一，且在提升種子品質上，被認為是最具助益的處理技術(Copeland and McDonalds, 2001)。種子披衣技術於1930年代始於英國，最初運用於穀類種子上， 1940年末美國即開始造粒（seed pelleting）技術的研發，至1960年代為因應精密的播種才迅速在歐洲發展，並逐漸在商業性使用 (Glen, 1991；Grellier and Renault, 1999)，之後歐洲一些國家改良種子披衣技術，並擴大到蔬菜和花卉上應用。1963年日本出現了用紅土包覆牧草種子的技術，1981年日本開始研發應用於種子的專一性種衣劑。八十年代中後期，美、日、英以及西歐一些國家對種衣劑引起高度重視，並相繼投入大量的研發力量，使種衣劑之理化性、産品質量和應用效果獲得提升，許多專利產品大量在市場流通使用。

      目前種子披衣（seed coating）技術已被廣泛應用而成為「種子工業」，依加工處理方法不同分為一般鑲衣（seed encrustment）、膜衣（seed film coating）及造粒處理（seed pelleting）三類（如圖2）。分述如下：
1.鑲衣處理（seed encrustment）：利用披覆材料進行種子包埋，不刻意改變原來形狀和大小，鑲衣處理亦可於材料加入殺蟲劑、殺菌劑、營養劑、生長調節劑甚至於殺草劑等混合後進行包埋步驟，可增加種子發芽率及萌芽後對環境的抵抗能力。
2.膜衣處理（seed film coating）：膜衣處理技術起源於歐洲，乃在鑲衣或造粒處理後，以一層聚合物粘劑來處理種子，其目的在於減少處理時添加殺菌、殺蟲劑之脫落現象，以避免浪費藥劑、污染環境及使用時危害人的健康。膜衣處理亦可增加披衣種子強度，減少產生機械傷害，此處理可同時添加染劑，以增加種子之區別性與顏色管理。
3.造粒處理（seed pelleting）：此技術1940年末於美國發展，造粒處理乃將小、輕、形狀不規則或不定形的種子，如：萵苣、菾菜、芹菜、洋蔥、胡蘿蔔、番茄..等，較不易單粒機械化播種之種子，以黏著劑、填充劑處理種子，使成為圓粒或一致之形狀，亦可在材料中加入染劑、拮抗微生物及殺菌、蟲劑等保護劑、營養劑以改善發芽或幼苗萌芽能力。

      種子披衣技術能受到許多先進國家重視，願意投入大量的研發人力與經費，主要原因除了利於機械播種外，其可在批衣過程中加入藥劑、肥料、植物生長調節劑或有益微生物等，可有效防治苗期病蟲害及促進生長 (Rhodes and Nangju, 1979； Silcock and Smith, 1982； Watkins et al., 1996； Otto and Sommer, 2002； Bardin et al., 2004)；另可搭配不同物理、化學特性的披衣物質，使作物在不良的土壤條件下能促進種子之發芽或調控其發芽的時間 (Berdahl and Barker, 1980； Thomson et al., 1983； Yamauchi and Chuong, 1995； Copeland and McDonalds, 2001)，用於爭取農時，改善發芽，簡化土壤處理，浸種、拌種、毒餌等多種作業程序，都是披衣技術備受青睞的原因。綜合其在作物生產上的效益有：

1.能有效防治作物苗期病蟲害：

      傳統的浸種、拌藥等種子預措處理，雖可降低種子帶菌比率，但藥劑附著不均勻，有效期短，容易脫落，對環境造成污染且使用時容易危害人的健康。而利用批衣技術因種衣劑之穩定性高，加入之殺菌、殺蟲劑可緩慢釋放，藥效較長，藥劑包覆於種子周圍，隨著種子發芽內吸傳導作用，可更有效防治苗期病蟲害，且可透過膜衣處理避免藥劑脫落，提高使用之安全性。最近隨著環保消費意識的提高，亦可添加微生物製劑達到生物防治的效果。

2.提高種子品質，促進幼苗生長：

      種子在披衣之前，必須先經過精選或打破休眠等處理，在批衣過程中再加入藥劑、肥料、微量元素、植物生長調節劑或有益微生物(如:菌根菌、溶磷菌)等，經過披衣的種子，更有利於發芽，增強種子防禦能力，促進幼苗生長，提高出土、成苗率，奠定作物生育基礎增加産量。

3.控制種子發芽，抵抗環境逆境：

      藉由不同披衣包覆材料的開發、組合，可用來調節種子吸水及提供氧氣，促進種子萌芽。其中添加吸水性物質可改進種子與土壤之接觸，促水分移動使披衣種子具抗旱作用；忌水性物質則使種子吸水速度緩慢，減少吸水傷害，處理於菾菜種子可改進於潮濕土壤之萌芽情形；美國甚至有專利產品利用溫度影響種衣劑結構，控制水分進出種皮的特性，可於早春提早播種，待土壤升溫後，種子順利吸水發芽，達到促成栽培的目的，亦有專利產品利用聚合物延遲種子吸水，應用於雜交種子生產時，可將原需延遲播種的親本一起播種，調整父母本種子發芽時間使同時開花，達到授粉目的。

4.節省種子及田間用藥，降低生產成本：

      經披衣的種子具較高的發芽率，且小粒、不規則種子在重量上及形狀上均可獲得改善，不僅撒播更均勻且有利於機械播種，使用披衣種子可以節省種子用量、省去間苗、補苗的人力支出降低成本。另外，由於種衣劑附著於種子表面，不易脫落，在種子發芽、出苗和生長的過程中緩慢釋放水分、養分和農藥等，可省去播種到出苗後的拌種、田間大面積噴灑農藥等防治病蟲害的工作，減少過度使用農藥，降低生產成本，並可減輕對環境的污染。

      披衣種子有別於原樣種子，其不僅更易於機械播種，且可因不同需求添加藥劑、生長調節劑、有益微生物(如圖3)..等，使經過披衣加工的種子具有制病、防蟲、抗逆境、促進生長等附加價值，披衣種子外觀均一並可進行顏色管理(如圖4)，提升種子品質，讓小小一顆種子展現無限的可能。種苗改良繁殖場針對不同作物需求研發不同披衣材料配方，依種子型態進行不同披衣加工處理(如圖5)，更對種子披衣加工技術進行量產試驗，目前已成功的對番茄及甘藍完成種子披衣，並開發出萵苣、洋蔥種子的造粒技術(如圖6)。

三、種子超音波處理（Seed ultrasonic treatment）技術

      一般種苗業者或栽培者，對於苦瓜等硬殼種子之處理，仍以傳統刻傷處理(將種皮割傷或將臍部鋏開)再置於30℃下催芽60小時，以克服種皮之機械障礙提高發芽率，此催芽法必須耗費大量的人力與時間。而原計畫(利用超音波處理促進瓜類種子活力之研究)之構想，即應用已在工業、醫療、美容、生活中廣泛使用的超高頻音波，利用超高頻音波通入水中引發氣泡，然後瞬間破裂產生巨熱和高壓，誘導H2O2及H2的生成，具有強大氧化能力，可達到洗淨、殺菌的效果，且連續、脈衝式的超高頻音波可增加細胞膜的通透性，改變組織內外的滲透壓，提昇生理交換反應。

      試驗利用超音波處理以改變苦瓜種皮的通透性提高發芽率，結果顯示：在適溫（30℃）條件下「刻傷＋浸種」方式並無法提高苦瓜種子之發芽率，供試兩品種均較對照組低，而單純「刻傷」處理可提高發芽率9﹪，而經超音波處理之種子發芽率均較對照組及刻傷處理者高，其中‘月華’品種發芽率增加30%；‘高月’品種增加20﹪(如表3)。試驗結果證明超音波處理可以提高苦瓜種子發芽率，為進一步瞭解超音波處理對苦瓜種子表皮構造的影響，試驗中將對發芽率影響較明顯的‘月華’品種，以冷凍切片機進行切片，切片後於光學顯微鏡下200倍進行鏡檢，結果如圖7可明顯觀察到未經處理之苦瓜種子種皮表細胞排列緊密，細胞間隙較小，反觀經超音波處理之苦瓜種子種皮表細胞排列較鬆散，細胞間隙亦明顯大於未處理之種皮細胞。由試驗得知此技術可取代業界使用刻傷處理之效果，省去機械處理之繁複程序，且經回乾儲藏仍可維持種子活力，有利於種子業者貯運與販售，大為提高其實用性及商品化價值（黃2009）。

四、種子活力鑑定技術：

      種子活力測定可協助瞭解調製後批次種子之活力狀況，藉以控制種子品質，並避免提供劣等種子給農民，造成栽培上之損失。發芽試驗是估算種子產生健康種苗之發芽結果，決定一批種子之最大發芽潛能，協助估計田間種植密度。生化的試驗為一快速檢測種子活力之方法，如TTC，可協助判斷是否具有活力及種子是否處於休眠狀態。X光或近紅外線檢測也提供快速、非破壞性之方法，以瞭解胚內部是否有裂痕或蟲害發生。另外，更可由種子浸潤液之導電度或sinapine含量測定分析種子活力，導電度值高或螢光反應強顯示種子活力低，此為敏感性更高之測定方法，將可售種子之活力表現進一步分級。

未來展望

      種子披衣技術提供種子業者有極大機會促進種子品質，為現代農業重要的加工技術，未來處理流程必須朝工業化生產以提升效率，生產對種子及人畜無害、標準化、劑量分佈均勻、藥效長、穩定、不易脫落、易識別之膜衣種子，同時解決價格問題，才能普遍為農民使用。未來甚至可利用天然及微生物來增加作物抵抗力(如：枯草桿菌、木黴菌、放線菌..)與促進養分攝取(溶磷菌、菌根菌...)，其他如：甲殼素、幾丁質等生物性材料，使產品更符合安全及有機概念。

      種子滲調對改善種子發芽上扮演二個角色，即做好發芽前的準備工作及對受傷害種子加以修補。此技術使種子萌芽整齊且對老化種子有改進活力之效益，對於挽救低活力的種原以及協助對抗溫度逆境與熱休眠現象效果顯著，對於回乾後影響種子貯架壽命必須進一步分析其失去活力之原因，始有機會增加滲調種子被栽培者利用，促使作物萌芽更整齊及快速，增加作物生產上的競爭力。

      種苗的生長與發育需許多因子配合，非一種處理技術可完成，未來種子處理將是各種技術之綜合應用，如配合促進發芽快速整齊的滲調處理以及各種種子預措與活力鑑別技術，以滿足不同的需求。技術特點包括：
1. 種子處理的方法具有多樣性：由於目標不同，材料種類多，規模不同，所採用之方法多樣，依作物種類及成本採用適合方法，才能達到處理之目的。
2. 為多項科技之綜合應用：需種子學、作物學、病蟲害學、農機及農藥方面之知識，進行種子品質篩選及保存，種子藥劑處理注意藥效維持及避免環境汙染、人畜危害。依處理方式配合適當栽培管理，使種子於田間萌芽時達處理效果。
3. 持續發展之動態系統：因為品種更新、栽培技術改進、環境變化及不同病蟲害發生，需要不斷研究，尋找新方法、技術及藥劑以解決之，因此種子處理技術是隨栽培體系改變不斷發展之技術。

      商品化的種子必須有更多的附加價值，使種子同時具備高活力、治病防蟲、促進生長、抗逆境等功能，讓種苗生長得到最大的保障，並提高種子公司之信譽及競爭力。