种子科技

优质种子的重要性

世界人口激增,是农业增产的主要原动力。根据联合国资料,世界人口将从目前2020年的78亿增加至2050年的97亿,并可在2100年达到110亿的峰值。

随着全球人口持续增长,土地这一有限资源面临的压力也在增加,全球人均耕地面积持续下降:从1961年的人均约0.45公顷降至2016年的人均0.21公顷。

根据联合国粮食及农业组织资料,优质种子意味着优质产出,种子是影响单产最廉价却最重要的要素之一。

种子育种技术

  1. 植物育种
    植物育种的技术、操作和方法很多,但都离不开以下四个基本原则,这些都是根据染色体的异同和亲合性而决定,从而选定育种的可行性与方法。而植物育种是从整个植株下手的,时期是在开花的季节。
    1. 纯系育种
      将遗传性质相近或相同而质量优良的纯系选出来,使其代代自交相传,原理是基于其所带的基因相同的缘故。
    2. 杂交育种
      从事植物育种的人,很早就懂得利用杂种优势的原理来改良作物,这种方法和纯系育种的原理相反。纯系育种是靠自交分离而选择,而杂交育种则是靠杂交混合来达到目的。
    3. 突变育种
      突变是育种的方法之一,但它的用途亦不广,原因是大部分突变都不是良性的。此种育种方式多被用于观赏性而非食用性的植物。突变成因有两种:一种是自然界的突变,其机率不高;另一种是人为的突变,多用化学处理或X光照射种子引起染色体突变,从而由众多突变中选择有用的加以应用,这种方法在大麦育种上曾产生良好成效。
    4. 多倍体育种
      植物不同于动物的其中一个特性是有多倍体,一般多倍体植株都有增大趋势,这在农艺作物上很有价值,所以实用例子很多。其中之一就是用3倍体不稔的原理来生产无子西瓜。在无子西瓜的育种过程中,以2倍体的西瓜与4倍体杂交,得到3倍体的种子。由于3倍体种苗结出来的西瓜因其染色体的倍数是单数,所以在细胞分裂时不能配对而无法结种子,遂形成现在的无子西瓜。
  2. 生物技术
    自从1953年发现DNA的结构以来,接二连三的其他发现,包括内切酶、质粒、Ti-Plasmid和T-DNA以及植物细胞的再生力等等,促成了1970年代生物技术的发展。到了1983年,第一个转基因植物试验成功,那是将豆类植物的基因转移到烟草上,这是第一次植物基因可以跨「科」(从豆科到茄科)结合。后来动物的基因也成功地被转移到植物上,这就是将萤火虫的基因转移到烟草上而使之发光。到目前为止,转基因植物的种类与数目不下百余种,从双子叶植物到单子叶植物,从茄科到十字花科,从蔬菜到花果,从乔木到灌木等。

种子处理技术

  1. 种子披衣技术
    由于穴盘育苗的方法逐渐被广泛使用,需要利用自动播种机来进行播种,而使用这类机器的前题是:种子要足够的重量或大小,才能单粒真空被吸取,种类披衣技术即可将种子经过处理来增加重量、大小或者减少种子互相纠成一团的性质。处理后之种子增加重量比例一般约2~50倍,但依披衣物质及处理之大小而异,如:生菜为30-35:1、甜菜为2:11。
    另外,在披衣过程中加入各种农药、肥料等物资,可减少过度使用农药,间接减轻对环境的污染。目前种子披衣技术已被广泛应用而其加工处理方法包括:粉衣和膜衣处理、造粒处理、种子团、种子带、种子片等。
  2. 渗透处理
    渗透处理乃将种子置于限定的水分条件下浸润吸水,让种子预先进行发芽前的生理代谢反应,但胚根因水分限制无法突破种皮,并将种子回干至初始含水量使其回复保存力。经渗调处理的种子播种后,除了发芽迅速、整齐外,更可改善低活力种子品质,减轻种子的休眠性,促进种子于环境逆境下发芽等优点。
  3. 流体播种
    流体播种是让种子在实验室内,给予最适当之发芽条件预先催芽,期能使种子克服苗床或田间之不利发芽条件,以促使田间萌芽快速整齐。
  4. 人工种子
    人工种子是指以组织培养的方式进行大量无性增殖所得到的体胚,用适当方法将体胚包裹起来,代替天然种子进行繁殖的一种结构。
    人工种子技术包括:体胚生产、提供发育所需营养的人工胚乳、包裹体胚之保护性外壳、人工种皮以及人工种子藏、人工种子制造机械等技术。

种子储存

温度和湿度是影响种子寿命的关键,根据Association of Official Seed Analysts (AOSA) 指引,储存种子的温度(以华氏℉计算)与相对湿度(RH)的总和须少于100。

由于种子资源是有限的,设立种子库可透过储存种子来保存及维护生物多样性。现时全球有过千个种子库,担当着保存、科学研究及灾难应变等的重要角色。

全球规模最大的种子库—英国皇家植物园邱园在1996年成立的千禧种子库,直至2017年保存了超过37,600种野生植物的种子,超过全球野生植物品种的13%。

末日种子库–位于挪威极地永久冻土之下的斯瓦尔巴种子库,成立于2008年,充当全球所有种子库的保险库角色,有「末日种子库」或粮食的「诺亚方舟」之称,存放于摄氏零下18度以下缺氧环境的种子有效期更可达千年。

图3:斯瓦尔巴种子库

资料来源:https://oceanwide-expeditions.com/es/blog/hope-for-the-future-plan-for-the-fallout-inside-the-svalbard -global-seed-vault