楊麗維

摘 要：種子活力作為衡量種子質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要影響。傳統(tǒng)的種子活力檢測(cè)方法因其檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)會(huì)對(duì)種子造成不可恢復(fù)性的損傷等缺點(diǎn)，難以滿足現(xiàn)代種子快速、無(wú)損生產(chǎn)的新要求。而新型種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)采用非接觸式檢測(cè)，不會(huì)對(duì)種子造成物理或化學(xué)損傷，且檢測(cè)效率高，是未來(lái)種子活力檢測(cè)的主要方法。本文針對(duì)目前種子活力檢測(cè)現(xiàn)狀，總結(jié)了近年來(lái)應(yīng)用于種子活力檢測(cè)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，并對(duì)種子活力檢測(cè)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)及方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：種子;種子活力;檢測(cè)技術(shù)

種業(yè)是農(nóng)業(yè)的芯片，農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)產(chǎn)量和品質(zhì)與農(nóng)田播種種子的質(zhì)量息息相關(guān)。為保證播種種子質(zhì)量，種子質(zhì)量檢測(cè)是種子銷售前必不可少的環(huán)節(jié)。種子活力作為衡量種子質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，在種子生產(chǎn)加工過(guò)程中常常未能受到重視。高活力的種子在田間發(fā)芽速度快、出苗整齊、抵抗逆環(huán)境生長(zhǎng)的能力強(qiáng);低活力的種子在田間發(fā)芽速度較慢、出苗不規(guī)整，很容易受到生長(zhǎng)環(huán)境的影響而造成農(nóng)產(chǎn)品減產(chǎn)。因此研究種子活力的檢測(cè)技術(shù)，對(duì)保障農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展有著重要意義。

一、新型種子活力檢測(cè)方法

（一）機(jī)器視覺(jué)技術(shù)

近年來(lái)在種子活力檢測(cè)領(lǐng)域，研究人員發(fā)現(xiàn)種子活力不僅與種子的遺傳特性有關(guān)，與種子大小、顏色等物理性狀也有密切關(guān)系。應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)來(lái)檢測(cè)種子活力，主要通過(guò)圖像傳感器獲取種子圖像，然后將圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，提取種子大小、顏色等信息，最終結(jié)合數(shù)據(jù)分析方法對(duì)種子活力狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)不僅在種子質(zhì)量檢測(cè)和分級(jí)上有著很好的應(yīng)用成效，而且在實(shí)現(xiàn)種子活力的快速、準(zhǔn)確、無(wú)損檢測(cè)上也有著良好的應(yīng)用前景。

（二）近紅外光譜技術(shù)

在種子活力檢測(cè)領(lǐng)域，由于種子活力的基礎(chǔ)是種子成熟過(guò)程中貯藏物質(zhì)不斷積累而逐漸形成，而近紅外光譜區(qū)與有機(jī)分子含氫基團(tuán)（OH、NH、CH）振動(dòng)的合頻和各級(jí)倍頻的吸收區(qū)一致，因此，可利用光譜信息來(lái)反映種子組成成分信息，進(jìn)而可以分析種子的活力狀況。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者運(yùn)用該技術(shù)在有關(guān)種子活力檢測(cè)的研究中取得了很多進(jìn)展。近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)效率高、無(wú)污染、非破壞等特點(diǎn)，在種子活力檢測(cè)的應(yīng)用上成果顯著。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近紅外光譜技術(shù)將有可能大大改善種子活力檢測(cè)工作量大、時(shí)間長(zhǎng)等工作現(xiàn)狀，推動(dòng)種子活力檢測(cè)向批量化和產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展。

（三）高光譜技術(shù)

高光譜技術(shù)與近紅外光譜技術(shù)不同之處在于，近紅外光譜只能獲取待檢測(cè)物體的光譜信息，不能獲得其空間信息。高光譜技術(shù)融合了圖像技術(shù)和光譜技術(shù)，不僅能夠獲取其反應(yīng)內(nèi)部成分的光譜信息，而且能夠獲取待測(cè)物體的空間信息。在農(nóng)業(yè)種子活力檢測(cè)上，高光譜技術(shù)作為物質(zhì)檢測(cè)分析的有力工具，幫助國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者取得了很多研究成果。高光譜波段范圍廣，種子信息獲取更加全面，作為一項(xiàng)高效、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，能很好的應(yīng)用于種子活力檢測(cè)分析上。

（四）激光散斑技術(shù)動(dòng)態(tài)

激光散斑具有非接觸、無(wú)創(chuàng)傷、高精度、高靈敏度、抗干擾能力強(qiáng)和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)、生物、食品、農(nóng)林業(yè)上均有應(yīng)用。在種子活力檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用上，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，主觀激光散斑和客觀激光散斑均可以用于大豆活力的檢測(cè)。利用激光散斑技術(shù)得到了玉米種子內(nèi)部粒子活躍區(qū)域，同時(shí)利用四唑染色法驗(yàn)證了該區(qū)域便是種子的活力區(qū)域，為激光散斑在種子活力的應(yīng)用上做出了初步的探索。由于目前激光散斑技術(shù)在種子活力檢測(cè)的應(yīng)用上，尚處在實(shí)驗(yàn)室研究階段，相關(guān)性的研究成果較少，但從上述研究結(jié)果可以看出，運(yùn)用激光散斑技術(shù)對(duì)種子活力進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)具有很大的潛力。

（五）軟X射線技術(shù)

在種子檢測(cè)上，由于X射線技術(shù)具有檢測(cè)速度快、檢測(cè)準(zhǔn)確、不破壞種子等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用在林木種子質(zhì)量檢測(cè)上。X射線的檢測(cè)原理主要是依靠X射線對(duì)物質(zhì)的穿透性，當(dāng)用X射線照射種子樣品時(shí)，能在攝影膠片、制版片或熒光屏上形成種子樣品的射線圖像，顯出種子內(nèi)部的完整結(jié)構(gòu)，如種皮、胚、胚乳和裂紋等均能在X射線圖像上體現(xiàn)出來(lái)。根據(jù)種子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)而可以判斷種子的蟲(chóng)蛀、裂紋、品種等情況。通過(guò)X射線技術(shù)獲得蕓豆種子的X射線圖像，結(jié)合圖像處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了閾值化和形態(tài)學(xué)操作，最終準(zhǔn)確的區(qū)分有裂紋種子和無(wú)裂紋種子。隨著未來(lái)X射線技術(shù)與計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像技術(shù)的不斷結(jié)合發(fā)展，X射線在種子活力無(wú)損檢測(cè)上將占據(jù)重要的地位。

（六）電子鼻技術(shù)

近年來(lái)，電子鼻在農(nóng)業(yè)、食品加工及質(zhì)量檢測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。在種子檢測(cè)領(lǐng)域，電子鼻通過(guò)采集種子生理生化變化過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)（像甲醇、乙醇等醇類物質(zhì)和酸、酮等小分子羰基化合物以及烷烴類物），進(jìn)而分析種子的生理狀態(tài)并對(duì)種子的霉變、貯藏年限、品種類別、種子活力狀況等做出判斷。電子鼻是種子活力檢測(cè)領(lǐng)域中一項(xiàng)新穎的技術(shù)，具有無(wú)損、操作簡(jiǎn)單、對(duì)樣品不需要預(yù)處理、不會(huì)產(chǎn)生嗅覺(jué)疲勞等優(yōu)點(diǎn)，但在檢測(cè)混合氣體時(shí)或有干擾氣體存在等情況下，難以得到較高的檢測(cè)和識(shí)別精度。

二、討論

現(xiàn)階段由于種子品種繁多，其活力表現(xiàn)的形式都各有所異。傳統(tǒng)種子活力的檢測(cè)方法難以滿足現(xiàn)如今對(duì)種子活力快速、無(wú)損、自動(dòng)化的市場(chǎng)需求。當(dāng)前主要使用的種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)、高光譜技術(shù)、激光散斑技術(shù)、軟X射線技術(shù)和電子鼻技術(shù)，但由于不同技術(shù)檢測(cè)原理存在差異，具有不同優(yōu)缺點(diǎn)。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)能快速準(zhǔn)確的獲取種子的可見(jiàn)光圖像，通過(guò)對(duì)圖像分析處理能得到種子顏色、形態(tài)和紋理特征信息，進(jìn)而判斷種子品種、破損以及活力狀況，但并非所有種子活力均與種子外在顏色、形態(tài)等物理信息相關(guān)，此方法的應(yīng)用具有一定局限性。近紅外光譜和高光譜技術(shù)都是通過(guò)種子內(nèi)部的組成成分光譜信息來(lái)建立種子內(nèi)部成分信息與種子活力的關(guān)系，但是種子成分光譜有較多的冗余信息以及噪聲，分析處理過(guò)程會(huì)比較復(fù)雜，不同種類種子檢測(cè)時(shí)需重新建模，模型構(gòu)建復(fù)雜，此外，光譜設(shè)備價(jià)格昂貴，難以大范圍推廣普及。激光散斑技術(shù)通過(guò)種子表面和內(nèi)部散射粒子在激光照射下的動(dòng)態(tài)變化情況來(lái)判斷種子的活力狀況。這一技術(shù)比較方便快捷，但檢測(cè)過(guò)程中種子的輕微偏移都將影響最終的采集圖像的效果，進(jìn)而影響到最終的分析結(jié)果。X射線成像技術(shù)通過(guò)獲取種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，分析種子活力狀況，然種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)并非反映其活性的唯一因素，因此該技術(shù)也具有局限性。電子鼻技術(shù)直接通過(guò)種子所揮發(fā)的氣體分子進(jìn)行采集從而分析種子的活力狀況，檢測(cè)速度快，也不會(huì)有嗅覺(jué)疲勞，但容易受到其他與種子活力不相關(guān)氣體的干擾。

綜上分析，單一無(wú)損檢測(cè)技術(shù)難以全面獲取種子活力表征信息，且現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)設(shè)備價(jià)格昂貴，難以進(jìn)行商業(yè)化推廣應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)種子活力無(wú)損、快速、準(zhǔn)確檢測(cè)，探索多傳感技術(shù)融合的對(duì)能適用于不同作物種子活力檢測(cè)的方法是發(fā)展方向之一。此外，受限于光譜檢測(cè)器件成本，基于低成本光譜檢測(cè)器件的應(yīng)用模型構(gòu)建也是未來(lái)種子活力無(wú)損檢測(cè)的主要方向。與此同時(shí)，便攜式種子活力無(wú)損檢測(cè)儀器的研發(fā)會(huì)大大促進(jìn)該技術(shù)的推廣應(yīng)用，是未來(lái)的種子活力檢測(cè)的必然發(fā)展方向。