活力檢測在我國種子質(zhì)量檢測體系中的重要性

劉 建

（上海市種子管理總站，上海 201103）

種子是最基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，人類的衣、食、住、行都與種子相關(guān)，人類糧食的80%以上直接取自種子，眾多工業(yè)、醫(yī)藥的基本原料都來源于種子，種子是人類賴以生存、發(fā)展的基礎(chǔ)，而種子質(zhì)量是決定作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵因素，據(jù)估測通過更換良種可以提高產(chǎn)量10%左右；通過種子精選加工，可以省種10%～20%，提高產(chǎn)量5%以上[1]。所以加強種子質(zhì)量的監(jiān)督管理，深刻落實《中華人民共和國種子法》《植物新品種保護條例》《農(nóng)作物種子質(zhì)量監(jiān)督抽查管理辦法》等法律法規(guī)，嚴(yán)格保證農(nóng)作物生產(chǎn)用種安全，對于保證我國糧食安全，農(nóng)民增產(chǎn)增收，國民經(jīng)濟健康穩(wěn)定發(fā)展具有重要的意義。

1 當(dāng)前我國種子質(zhì)量檢測的主要內(nèi)容

1.1 我國種子檢驗規(guī)程發(fā)展我國于1983年頒布第1個農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程，但其內(nèi)容主要源自蘇聯(lián)種子檢驗技術(shù)，隨著農(nóng)業(yè)科技的進步和農(nóng)作物種子市場的發(fā)展，其已經(jīng)不能滿足我國種子管理和質(zhì)量監(jiān)督的需要，為了適應(yīng)種子貿(mào)易的發(fā)展，追逐國外先進種子質(zhì)量檢驗技術(shù)，我國于1989年開始全面修訂GB 3543-1983《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程》，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)局盡量采納國際標(biāo)準(zhǔn)的精神，決定等效采用《1993年國際種子檢驗規(guī)程》，并根據(jù)我國實際情況進行了論證和修改，編制和頒布了GB/T 3543.1～7-1995《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程》[2]，也正是目前我國正在執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)。主要農(nóng)作物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4404.1～4-2008/2010于2008年和2010年進行了重新修訂并頒布。

種子檢驗內(nèi)容從過程上看可分為扦樣、檢測、結(jié)果報告3個部分。扦樣是指從種子批中隨機抽取一小部分規(guī)定數(shù)量的具有代表性的樣品供檢驗用。種子檢驗的測定項目包括：凈度分析、發(fā)芽試驗、水分測定、純度測定、生活力測定等，目前我國種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的判定依據(jù)主要是前4項。檢測報告是將已檢測質(zhì)量特性的測定結(jié)果進行統(tǒng)計、填報和簽發(fā)。

1.2 種子質(zhì)量檢驗的作用農(nóng)作物安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)就是要有優(yōu)質(zhì)種子，《種子法》規(guī)定農(nóng)業(yè)行政主管部門可以委托種子質(zhì)量檢驗機構(gòu)對種子質(zhì)量進行檢驗。種子檢驗的作用是多方面的，（1）預(yù)防作用。通過對新購入種子的復(fù)檢，種子貯藏、運輸過程的檢測，可以防止不合格種子進入下一流程。（2）把關(guān)作用。通過在收獲和銷售出庫時的種子質(zhì)量檢驗，可以實現(xiàn)二重質(zhì)量把關(guān)，確保生產(chǎn)用種安全。（3）行政監(jiān)督作用。政府職能部門通過對生產(chǎn)、流通領(lǐng)域的種子質(zhì)量檢測，可以及時打擊假劣種子的生產(chǎn)經(jīng)營行為，減少關(guān)于種子質(zhì)量違法犯罪行為。（4）促進貿(mào)易。種子檢驗報告是種子貿(mào)易的必備文件，可以促進種子貿(mào)易的穩(wěn)定發(fā)展。（5）調(diào)解作用。種子檢驗報告對于及時調(diào)解種子糾紛具有重要作用。此外種子檢驗可以幫助企業(yè)及時提供信息和輔助決策，通過種子檢驗可以掌握種子生產(chǎn)、加工、貯藏等過程質(zhì)量情況，從而發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，推動企業(yè)向前發(fā)展[3]。

1.3 種子的水分、凈度、發(fā)芽率檢測及其不足研究表明，種子的水分與種子成熟度、安全包裝、機械損傷、種子的劣變等因素有著密切的關(guān)系，種子水分過高或過低會嚴(yán)重影響種子的田間出苗率。種子的凈度是指種子的干凈整潔程度，通過了解種子批中可利用種子的真實重量，以及其他植物種子、雜質(zhì)的種類和含量，可評價種子質(zhì)量并決定種子批的取舍。種子的發(fā)芽率是指規(guī)定時間內(nèi)，長成正常幼苗數(shù)占供試種子總數(shù)的百分率，在生產(chǎn)上根據(jù)發(fā)芽率的高低來判定種子批的種用價值，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全用種[4]。根據(jù)農(nóng)業(yè)部頒布的《農(nóng)作物種子質(zhì)量監(jiān)督抽查管理辦法》，每年各級政府關(guān)于種子質(zhì)量監(jiān)管的文件要求，種子的水分、凈度、發(fā)芽率的測定是最常用于種子市場檢查的質(zhì)量指標(biāo)，而種子純度、真實性和轉(zhuǎn)基因的檢測，因其試驗花費高、周期長、技術(shù)門檻要求較高，目前還沒有得到較大層面的普及應(yīng)用，種子的水分、凈度、發(fā)芽率的測定是作為市、區(qū)種子市場檢查，衡量種子優(yōu)劣的直接依據(jù)。

雖然在種子銷售之前都要進行水分、凈度、發(fā)芽率的檢測，但是在生產(chǎn)實踐中經(jīng)常會出現(xiàn)種子的發(fā)芽率很高，水分含量正常，但是田間出苗率很低的情況，這給農(nóng)民安全用種、管理部門監(jiān)控種子質(zhì)量帶來了很大隱患。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因主要是有些老化、劣變的種子在實驗室最適宜的條件下進行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗時，其發(fā)芽率并未降低，水分含量也沒有發(fā)生明顯變化，但在田間逆境下其抗逆能力受到很大影響，致使出苗率大大降低。影響種子含水量高低變化的原因是復(fù)雜的，單純的種子標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗也并不能足以表明種子的優(yōu)劣，這就亟需用新的方法來判定種子質(zhì)量的好壞，即開展對種子活力的評價體系的探索。

2 種子活力的起源與發(fā)展

種子活力的出現(xiàn)和發(fā)展經(jīng)歷了相當(dāng)長的歷史時期，早在1876年德國的種子學(xué)研究先驅(qū)Nobbe教授就發(fā)現(xiàn)高發(fā)芽率的種子批具有不同的田間出苗率，Nobbe將這種現(xiàn)象歸因于種子“生長力”的不同。1933年，Goss在通過發(fā)芽試驗評價種子質(zhì)量時提出了一個發(fā)人深省的問題，他認(rèn)為在評價發(fā)芽率已經(jīng)很差的種子質(zhì)量時，發(fā)芽率指標(biāo)已經(jīng)不能很好地衡量種子質(zhì)量，因為其不能保證導(dǎo)致種子劣變的貯藏條件和較長的年限不會影響剩下的可以發(fā)芽的種子。Goss的問題引起了種子檢驗界的很大反響，此后與種子活力相近的名稱相繼出現(xiàn)，如發(fā)芽勢、發(fā)芽力、生命力等等。直到1950年，國際種子檢驗協(xié)會（ISTA）才提出了幼苗活力的概念，并有組織地開展“活力”相關(guān)試驗，1977年ISTA終于確定了種子活力的定義：種子活力是指決定種子或種子批在發(fā)芽和出苗期間的活性水平和行為的那些種子特性的綜合表現(xiàn)。在我國，有人將種子活力概括為：種子活力是指種子的健壯度，包括迅速整齊出苗的發(fā)芽潛力、生長潛力和生產(chǎn)潛力。2004年《國際種子檢驗規(guī)程》進一步闡明了種子活力的表現(xiàn)：（1）種子發(fā)芽和幼苗生長的速率和整齊度；（2）在不良條件下種子的出苗能力；（3）貯藏后的表現(xiàn)（發(fā)芽能力的保持）。

3 種子活力的生理學(xué)和遺傳學(xué)研究基礎(chǔ)

種子活力在種子發(fā)育成熟過程中逐漸形成，種子發(fā)育一般包括組織分化、成熟和脫水3個階段。在組織分化過程中，合子細胞經(jīng)過細胞分裂和分化形成幼胚和胚乳，伴隨著種子的脫水過程，種子逐漸成熟，這期間由于種子干燥，其體內(nèi)的離子濃度、酸度的增加使得酶鈍化，蛋白質(zhì)和核酸緊密結(jié)合在一起形成復(fù)合體，提供種子發(fā)芽時必須的養(yǎng)分[5]，種子的代謝不斷降低，種胚進入了靜止?fàn)顟B(tài)，種子獲得最大活力。當(dāng)種子生理成熟時，種子的劣變就已經(jīng)開始。種子的老化是循序漸近地，通常是先產(chǎn)生生化變化，后產(chǎn)生生理變化。自由基的積累和膜系統(tǒng)的損傷是導(dǎo)致種子劣變的主要原因，當(dāng)種子經(jīng)歷自然的老化進程或遭遇外界不利環(huán)境的刺激、DNA降解、RNA和蛋白質(zhì)的合成受損，有害物質(zhì)不斷積累，種子膜的完整性被破壞，種子活力下降[6]。Isly將種子活力和發(fā)芽力（種子在適宜條件下長成正常幼苗的能力，通常用發(fā)芽率表示）與種子劣變的關(guān)系更好地揭示了出來，如圖1所示，種子活力的變化先于發(fā)芽力的變化。當(dāng)種子劣變達X水平時，種子發(fā)芽力并未明顯下降，而活力則有所下降；當(dāng)種子劣變達到Y(jié)水平時，種子發(fā)芽力開始下降，活力則嚴(yán)重下降；當(dāng)發(fā)芽力下降到50%左右時，種子活力則已經(jīng)很低了，此時種子已經(jīng)失去利用價值。種子活力和發(fā)芽力相互關(guān)系具體如圖2所示。

圖1 種子活力和發(fā)芽力與種子劣變程度圖解

圖2 種子活力和發(fā)芽力相互關(guān)系圖解

種子活力是基因型決定的，因為不同品種由于種子大小、結(jié)構(gòu)和發(fā)芽等遺傳特性不同，活力水平有較大的差異。種子活力性狀表現(xiàn)在發(fā)芽率、苗長、根長、α-淀粉酶含量、可溶性糖含量等諸多方面，由數(shù)量基因控制，J.M.Emile等[7]利用擬南芥的重組近交系測定發(fā)芽速率、脫落酸含量、老化后發(fā)芽速度等指標(biāo)，檢測到多個數(shù)量性狀位點，發(fā)現(xiàn)它們都來自一個或多個共同的QTLs位點；K.Miura等[8]利用秈稻粳稻回交后代的98個家系的耐藏性指標(biāo)進行全基因組的關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)了3個與水稻活力相關(guān)的QTL位點且位于不同的染色體上，qLG-9對表型的貢獻率最高，達59.5%。目前也有一些研究認(rèn)為種子活力是多個微效基因作用的結(jié)果，不存在主效基因，如徐吉臣等[9]定位到2個控制根長的QTL，且這2個QTLs具有加性效應(yīng)；姜旋等[10]通過對水稻苗期耐冷性的QTL分析，定位了7個控制水稻種子活力的QTL，每個QTL對性狀的貢獻率在5%～16%之間；曹立勇等[11]則認(rèn)為水稻種子活力同時有加性效應(yīng)和上位性效應(yīng)，他采用秈粳雜交的DH系進行關(guān)聯(lián)分析，共發(fā)現(xiàn)了多個加性QTLs和多個上位性QTLs，且與環(huán)境之間存在明顯的互作。目前由于關(guān)于種子活力生理指標(biāo)的測定研究還較少，還未找到控制種子活力的主效基因。所以要加強這方面的研究，如果能找到控制種子活力的主效基因，這對將來的育種工作具有重要意義。

4 現(xiàn)代種子的活力檢測

種子活力測定方法的種類多達數(shù)十種，主要分為直接法和間接法，直接法是在實驗室條件下模擬田間不良環(huán)境測定田間出苗率的方法，比如低溫處理試驗，即模擬早春播種的低溫條件，進行幼苗生長和評定試驗；磚砂試驗，即模擬田間板結(jié)的條件，進行種子活力判定；類似的方法還有冷凍測定、滲透逆境試驗等等。間接法是指在實驗室內(nèi)測定與田間出苗率相關(guān)的種子特性的方法，比如酶活性測定、電導(dǎo)率測定、加速老化試驗等等。這些方法收錄在ISTA的《活力測定法手冊》和美國種子分析協(xié)會AOSA中推薦的方法中，要根據(jù)不同品種作物、不同實際生產(chǎn)情況選擇合適的活力測定方法。下面介紹幾種常用的活力測定方法。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽法該方法適用于所有作物種子，采用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗后，通過測定種子的發(fā)芽速度和幼苗的生長勢來判斷活力。一般測定發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)GI、芽長或根長、活力指數(shù)VI、干重或鮮重等指標(biāo)。發(fā)芽勢是指初次計數(shù)的發(fā)芽率；發(fā)芽指數(shù)GI是指每天發(fā)芽的種子數(shù)與發(fā)芽日數(shù)比值的加和（GI=Gt/Dt，Dt：發(fā)芽日數(shù)，Gt：與 Dt相對應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)），反映種子出苗速度和整齊度；活力指數(shù)VI是發(fā)芽指數(shù)和幼苗長度或重量的乘積[12]（VI=GI×S，S：一定時期內(nèi)正常幼苗的長度或重量）。

4.2 逆境試驗測定通過將種子置于不同的逆境條件下，高活力種子抗逆能力強，保持較高的發(fā)芽力，測定結(jié)果與田間出苗結(jié)果較為密切。測定方法主要有加速老化試驗、低溫發(fā)芽試驗、磚砂試驗、冷浸試驗、復(fù)合逆境試驗等等，這些試驗方法需要根據(jù)實際情況進行選擇。

4.3 生化測定測定項目有電導(dǎo)率測定、TTC定量測定、ATP含量測定。電導(dǎo)率測定的原理是高活力的種子細胞膜更完整，電解質(zhì)滲出較少，低活力的種子則相反；電導(dǎo)率和田間出苗率負(fù)相關(guān)[13]。TTC法是指將種子中的三苯基甲腙（TTCH）提取出來進行測定，其含量高則表明其活細胞呼吸作用中的脫氫酶含量高，種子活力高。ATP法是測定種子的三磷酸腺苷，研究表明吸脹種子的ATP含量和種子活力呈顯著正相關(guān)。雖然測定種子活力的方法有很多，但是目前只有電導(dǎo)率測定和加速老化試驗被列入ISTA規(guī)程，且只能在特定的品種中使用，如電導(dǎo)率適應(yīng)于測定豌豆種子，加速老化試驗適應(yīng)于測定大豆種子。關(guān)于不同作物的活力指標(biāo)與田間生產(chǎn)性能的相關(guān)分析還需要進一步的研究。

5 展望

種子是最重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，種子活力是種子最重要的品質(zhì)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上對于種子活力的測定十分必要，它是保證田間出苗率及生產(chǎn)潛力的必要手段，是種子企業(yè)控制種子質(zhì)量的必要環(huán)節(jié)，是研究種子劣變和培育高活力品種的必要方法。但是影響種子田間生產(chǎn)性能的因素復(fù)雜，目前還缺少有效預(yù)測田間生產(chǎn)潛力的活力測定方法，需要進一步努力研究。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，種子活力評價測定研究有了明顯的進展，美國俄亥俄州立大學(xué)的Sako等人開發(fā)了生菜、大豆等種子的活力自動評價系統(tǒng)；美國肯塔基大學(xué)研究開發(fā)了借助計算機圖像分析種子幼苗大小和生長速率的鳳仙花屬種子活力測定系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以大大減少現(xiàn)有種子活力評價試驗中的人力投入，并提高評價鑒定的準(zhǔn)確度、自動化程度，是未來進行種子活力評價測定的發(fā)展方向。

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