“主要農(nóng)作物高活力種子生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目專家組
《 農(nóng)民日報(bào) 》（ 2018年03月27日 06 版）
農(nóng)諺說：好種出好苗，壞種長青草。種子活力是衡量種子質(zhì)量的重要指標(biāo)，決定了種子田間出苗狀況、植株后期生長及最終的產(chǎn)量與質(zhì)量。從2013年起，原農(nóng)業(yè)部（現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部）開始實(shí)施“主要農(nóng)作物高活力種子生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目，項(xiàng)目專家組連續(xù)對種子活力進(jìn)行檢測。新技術(shù)、新設(shè)備的使用，使得檢測更快捷、操作更簡便、結(jié)果更準(zhǔn)確，為將種子活力盡快列入我國種子質(zhì)量檢測指標(biāo)提供了有益參考。 ——編者
種子活力是指在廣泛的田間條件下，決定其迅速整齊出苗和長成正常幼苗潛在能力的總稱。目前我國商品種子國家檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定了發(fā)芽率、含水量、凈度、純度四大指標(biāo)，對種子活力指標(biāo)未做任何形式的說明與要求。目前應(yīng)用較多的種子活力測定方法仍然是基于發(fā)芽試驗(yàn)的發(fā)芽速度測定。由于耗時長，越來越不能滿足快速準(zhǔn)確掌握種子質(zhì)量信息的需求。
隨著信息技術(shù)與生物技術(shù)的快速發(fā)展，快速準(zhǔn)確的種子活力測定正在各個國家的種子檢驗(yàn)領(lǐng)域積極開展。國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)“主要農(nóng)作物高活力種子生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目系統(tǒng)開展了氧傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像識別技術(shù)、生物力（頂土力）傳感技術(shù)在種子活力測定中的應(yīng)用研究，取得了一定成果并得到了較好應(yīng)用。這些方法與傳統(tǒng)種子活力測定方法相比具有客觀、快速、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，使活力測定更方便，結(jié)果更可靠。
氧傳感技術(shù)檢測時間節(jié)省一半
氧傳感技術(shù)是集生物技術(shù)和信息技術(shù)于一體的現(xiàn)代高科技檢測方法，通過測定密閉條件下種子萌發(fā)過程中的耗氧量來反映種子的質(zhì)量狀況，一般在種子萌發(fā)之前，即胚根從種皮伸出前即可結(jié)束，具有直接、快速、真實(shí)、可靠等特點(diǎn)，在種子質(zhì)量檢測的基礎(chǔ)研究和商業(yè)應(yīng)用中具有劃時代意義。種子萌發(fā)必須伴隨旺盛的呼吸代謝，種子貯藏物質(zhì)（主要是淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪）必須在有氧條件下才能氧化分解，轉(zhuǎn)化為合成代謝的中間物質(zhì)和提供生理活動所需的能量。由此可見，呼吸作用是種子進(jìn)行生命活動的主要標(biāo)志和集中表現(xiàn)，呼吸作用的強(qiáng)弱直接關(guān)系到種子活力的高低。
氧傳感儀是荷蘭基于熒光猝滅原理開發(fā)的，通過測定種子萌發(fā)過程中的氧氣消耗來鑒定種子的活力水平。目前，氧傳感儀有兩種。一種是自動氧傳感檢測儀，可對種子萌發(fā)過程中的氧氣濃度進(jìn)行實(shí)時測定，適合中小粒種子或耗氧量少的種子的活力檢測。另一種是手動氧傳感檢測儀，需手動測量氧氣濃度，適合大粒種子或耗氧量多的種子的活力檢測。
我們通過自動氧傳感檢測儀對100余份不同類型水稻種子樣品進(jìn)行了耗氧量測定，分析了氧傳感測定指標(biāo)與其活力指標(biāo)的相關(guān)性，確定水稻種子活力測定的最佳指標(biāo)。研究結(jié)果表明，水稻類型不同，其檢測時間存在差異。雜交秈稻、常規(guī)秈稻、雜交粳稻、常規(guī)粳稻種子分別僅需60h、90h、140h、160h即可完成活力測定，大大縮短了檢測時間。與傳統(tǒng)的基于發(fā)芽試驗(yàn)的活力測定方法相比，檢測時間縮短一半以上。
計(jì)算機(jī)圖像識別技術(shù)
減少人為誤差
計(jì)算機(jī)圖像識別技術(shù)也稱機(jī)器視覺技術(shù)，以計(jì)算機(jī)和圖像獲取部分為工具，以圖像處理技術(shù)、圖像分析技術(shù)、模式識別技術(shù)、人工智能技術(shù)為依托，處理所獲取的圖像信號，并從圖像中獲取某些特定信息。機(jī)器視覺不僅是人眼的延伸，也具有人腦的部分功能，所以廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，能夠收到快速、準(zhǔn)確、無損等人工無法比擬的效果。
種子活力檢測常用方法是幼苗生長檢測，人工測量苗長、根長等數(shù)據(jù)時費(fèi)時費(fèi)力且誤差很大。采用計(jì)算機(jī)圖像識別技術(shù)可以更為精確快速地檢測種子和幼苗的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而達(dá)到快速檢測種子活力的目的，減少人為的實(shí)驗(yàn)誤差。以往計(jì)算機(jī)圖像識別技術(shù)應(yīng)用于種子活力，主要是關(guān)于根的識別與分析。美國俄亥俄州立大學(xué)曾研發(fā)了生菜、大豆、玉米、棉花等植物的活力自動評價(jià)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)軟件自動測量發(fā)芽種子的下胚軸、胚根和幼苗的長度，通過公式得到活力指數(shù)，以對不同種子批次的活力進(jìn)行評價(jià)。
針對小麥的研究表明，發(fā)芽第3天的小麥幼苗苗長及投影面積與小麥種子活力即存在極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9左右。玉米上的研究也表明在種子萌發(fā)前期，即胚芽伸長生長但胚芽鞘未發(fā)生突破階段，中胚軸、胚芽鞘長度、寬度、投影面積等指標(biāo)可用于玉米種子活力的快速檢測。
生物力（頂土力）傳感技術(shù)
避免蓋紙法弊端
從種子萌發(fā)到產(chǎn)生新的成熟種子的整個生長發(fā)育過程，時時伴隨著各種生物力的作用。對這些生物力信號進(jìn)行采集利用，可更好地了解種子萌發(fā)生長規(guī)律，并為相關(guān)機(jī)理研究提供依據(jù)。當(dāng)種子發(fā)芽出苗時，有一種力量使幼芽向上頂出，這種力量稱為發(fā)芽力。種子萌發(fā)中，促使種苗組織器官膨大、伸長生長的所有生物力統(tǒng)稱為種子萌發(fā)力。其中種子突破土層的生物力稱為頂土力，它是發(fā)芽力的一種重要形式?；谇叭搜芯繄?bào)道及我們前期試驗(yàn)結(jié)果表明，種子萌發(fā)中活力高的種子頂土力強(qiáng)，且出苗率高；而活力低的種子頂土力弱，易出現(xiàn)種子不能正常出苗甚至腐爛在土壤中等現(xiàn)象。因此可通過比較種子萌發(fā)頂土力大小變化情況來評價(jià)種子活力的大小。
種子萌發(fā)頂土力測定是種子活力測定等相關(guān)科研工作的重要研究內(nèi)容，在種子生物學(xué)研究、種子質(zhì)量管理、實(shí)現(xiàn)良種化和種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化等方面具有極其重要的應(yīng)用前景。針對該發(fā)芽力形式，長期以來尚未有很好的測定方法。傳統(tǒng)的測定方法主要有蓋紙法，種子發(fā)芽時，胚芽將紙頂起，頂起的高度越高，種子活力也就越高。但該法存在誤差大，操作不便，只能測種子群體的平均值，無法監(jiān)測每粒種子萌發(fā)頂土力大小變化和開展量化分析等，故很少被應(yīng)用。
我們最新研發(fā)出一種基于生物力傳感技術(shù)實(shí)時監(jiān)測種子萌發(fā)頂土力大小變化的系統(tǒng)有效解決了上述問題。具體測量原理為種子芽鞘頂端（或相關(guān)組織器官）接觸壓力傳感器探頭開始信號采集，然后對微力信號放大處理，去噪后將模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號，并得到量化數(shù)據(jù)，最后對量化數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、導(dǎo)出、存儲、分析，獲得頂土力監(jiān)測結(jié)果。
跟目前手段比較，雖然有將力學(xué)測量應(yīng)用于種子萌發(fā)生理研究的報(bào)道，但將生物力傳感技術(shù)應(yīng)用于種子活力評價(jià)工作，國內(nèi)外尚無先例。
最后，引用馮元楨先生的一句話“應(yīng)力—生長關(guān)系是生物力學(xué)的活靈魂”。不同植物種子、不同生物力形式、不同評價(jià)體系方法等形成了種子生物力學(xué)測量這樣一個多樣化的、充滿魅力的科學(xué)領(lǐng)域，我們希望更多對該領(lǐng)域感興趣的人們加入進(jìn)來，使之煥發(fā)出新的活力。
項(xiàng)目專家組成員：
王建華 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授趙光武 浙江農(nóng)林大學(xué)教授孫群 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授江緒文 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授
新技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn)
氧傳感檢測儀
用時更短。雜交秈稻、常規(guī)秈稻、雜交粳稻、常規(guī)粳稻種子分別僅需60h、90h、140h、160h即可完成活力測定，與傳統(tǒng)的基于發(fā)芽試驗(yàn)的活力測定方法相比，檢測時間縮短一半以上。該技術(shù)應(yīng)用于小麥、玉米、蔬菜以及林木種子的活力檢測，均取得了較好的應(yīng)用效果。
誤差更小。種子活力檢測常用方法是幼苗生長檢測，人工測量苗長、根長等數(shù)據(jù)費(fèi)時費(fèi)力且誤差很大。采用計(jì)算機(jī)圖像識別技術(shù)可以更為精確快速地檢測種子和幼苗的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而達(dá)到快速檢測種子活力的目的，減少人為的實(shí)驗(yàn)誤差。
操作更簡便。種子萌發(fā)頂土力測定是種子活力測定等相關(guān)科研工作的重要研究內(nèi)容，傳統(tǒng)測定方法有蓋紙法。種子發(fā)芽時，胚芽將紙頂起，頂起的高度越高，種子活力越高。但該法操作不便，只能測種子群體的平均值，無法監(jiān)測每粒種子萌發(fā)頂土力大小變化和開展量化分析。新研發(fā)出的基于生物力傳感技術(shù)實(shí)時監(jiān)測種子萌發(fā)頂土力大小變化的系統(tǒng)則有效解決了上述問題。
