浙江托普云农科技股份有限公司研制的种子库(TPZY系列,含长期库、中期库、短期库、复份库及试管苗离体保存库,配套种子低温低湿储藏柜TP-DC/CZ系列),是基于种子低温生物学与受控环境保存理论构建的国产化大型种质保存设施。通过精密制冷、转轮除湿与物联网数字管理平台,在密闭围护结构内建立低温(−20℃~+15℃可调)、低湿(RH≤40%~60%)微环境,将种子呼吸速率、脂质过氧化及微生物活动抑制至近停滞状态,使农作物种质在数十年至上百年保存期内维持遗传完整性与发芽力,是作物遗传育种、野生近缘种抢救性保存及国家种业安全战略的核心基础设施。
一、系统构成与保存学原理
库体围护结构
采用六面体双面彩钢板或不锈钢板夹高密度B1级环保聚氨酯发泡保温层,燃烧性能符合GB 8624B1级阻燃标准,内表面防腐防霉变处理;地面铺设防潮防霉环氧地坪或金刚砂硬化层并做通风防冻处理(寒区适用),整体气密性与隔热性能满足深冷工况长期运行。库门为扫平式联动低温门或平移门,门框设电加热防凝露带,门口上方安装风幕机阻隔湿热空气侵入。
恒温恒湿与制冷除湿系统
制冷单元:进口双制冷压缩机组"一备一用"冗余设计,故障时自动切换轮值,保障连续运行。
除湿单元:低温转轮除湿机配合独立除湿通道,确保在−18℃及以下深冷环境中仍可有效除湿,避免结霜堵塞与冰晶损伤细胞结构。
匀流送风:库内顶部吊顶冷风机配多孔匀流送风板,结合三维风场设计消除温湿死角;布设多点高精度Pt100铂电阻温度传感器与电容式湿度传感器实时反馈空间分布。
智能存储与数字化管理平台
存贮架:可移动密集型种子架或智能密集架,支持铝罐、玻璃瓶、塑料瓶等多规格容器高密度存放。自动化版(Automated Store)集成巷道机器人与RFID射频识别,实现种质自动定位入库、盘点与取放。
控制终端:PLC中央控制器配超大全彩触摸屏,设定温湿度上下限、工作时间程序;支持手机APP/PC端Web远程查看实时及历史数据、远程复位与紧急开关机;异常超限通过短信、邮件、APP推送及声光报警;防凝露低温摄像头支持远程多点视频监控。
资源管理软件:每份种质生成ID与二维码,记录采集地经纬度、物种信息、入库时间、活力检测记录等,实现从采集→质检→入库→分发→更新的全流程生命周期溯源。
小型单元——种子低温低湿储藏柜(TP-DC/CZ系列)
镜面不锈钢内胆大圆角设计,配全景钢化玻璃内门、抽拉式可调网架、电磁门锁;采用智能PID算法与高精度传感器闭环控制,具备自动除霜、紫外定时杀菌、掉电记忆自恢复、开门超时及超温报警;数据可上传云平台,支持U盘导出与多端查看,适用于实验室级中期或短期保存。
保存学原理
依据种子生理生态学低温低湿效应,通过降低环境温度至种子生理活性阈值以下、控制相对湿度低于种子吸湿平衡点,显著抑制呼吸作用与内源物质消耗,阻滞水解酶活性及仓储害虫发育,诱导种子进入人工滞缓代谢的"保存休眠态",从而维持DNA完整性、同工酶谱及发芽潜力。
二、核心功能
1. 控制系统:全彩超大触摸屏,可进行温湿度、时间、模式等参数设置,并实时显示温湿度历史数据、当前数据、历史曲线、设备运行状态、故障等信息。
2. 远程视频监控:防凝露低温视频摄像头,可通过电脑、平板、手机远程多点在线查看各库内的情况和各设备的运行状态。
3. 远程控制:具有无线上传功能,联网即可通过手机和电脑远程对库房的温湿度数据进行设置、查看、下载,数据云端存储;远程复位、紧急开关机。
4. 多种形式数据监管:可查看实时曲线、历史曲线、报警记录、数据查找、各种数据报表、数据打印、无地域限制数据查询等功能。
5. 全自动智能机器人:在短期库及中期库中,实现了存取流程全自动化。机器人配备了优良的图像识别和物体抓取技术,可以快速准确地识别和拣选种质资源。
6. 支持多端入库,满足不同的场景:可通过APP或者PDA设备直接扫码提交出入库,或通过web端提交入库单,自定义出入库类型。
7. 样品全流程追溯:每份样品会生成ID以及对应的样品二维码,从种质采集-质检-入库-出库,可通过二维码一键追溯 。
8. 库体货柜自由配置:系统支持货柜自定义层级,自定义货位名称,不光可适配我们公司的货柜,也可以适配客户自有货柜。
9. 监测预警模块:针对库内资源的剩余库存信息、存放时间、质检时间、活力检测时间和发芽率等信息进行预警提醒。
10. 异常情况报警:可设定各点位的温度、湿度报警上下限值,数据超限可通过短信、邮件、手机APP推送、声光报警,方便实时了解设备运行状况并及时采取措施。
三、典型应用领域
省级种质资源中期与长期保存:农业科学院、农业大学及种子管理站建设标准种质资源库,承担地方特色作物、野生近缘种及古老地方品种的收集保存。
种业企业亲本与原原种库存:杂交种选育单位保存不育系、恢复系、自交系等核心育种亲本材料,保障品种权与育种连续性。
南繁基地与野外台站备份库:配合南繁加代与生态定位研究,就近设立短期/中期保存单元,避免材料往返运输活力下降。
濒危植物与种质抢救性保存:自然保护区、植物园对极小种群野生植物种子进行低温低湿备份,支撑生物多样性保护。
教学与科普展示:结合数字化大屏与VR展示种质资源重要性及低温保存原理。
四、学术价值评述
托普云农农作物种质资源库以国产化大型受控环境保存方案替代早期简易冷库或进口设施,将围护结构热工设计、双机冗余制冷除湿、RFID自动化存取与全生命周期数字溯源整合为一体,使种质保存从经验式"低温冷藏"升级为符合国际标准(FAO/IPGRI《基因库技术指南》)的可监测、可审计、可追溯的规范化管理流程,是保障我国农作物种质资源安全与种业自主创新的本土化关键基础设施。
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