種子活力測(cè)定方法研究進(jìn)展

陳澤賢 袁輝

摘? ?要：種子活力作為衡量種子質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，一直是研究的熱點(diǎn)。概述了種子活力的主要測(cè)定方法與測(cè)定原理，總結(jié)了當(dāng)前種子活力測(cè)定方法的優(yōu)點(diǎn)與存在的問題，分析了種子活力測(cè)定的發(fā)展趨勢(shì)，為準(zhǔn)確測(cè)定種子活力提供參考。

關(guān)鍵詞：種子活力;測(cè)定方法;研究進(jìn)展

文章編號(hào)： 1005-2690（2019）16-0025-03? ? ? ?中圖分類號(hào)： S339.31? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

種子活力測(cè)定方法是科學(xué)研究較活躍的領(lǐng)域之一。我國的種子活力測(cè)定方法研究起步于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)在蔬菜等農(nóng)作物上開始進(jìn)行種子活力測(cè)定方法研究[1]。種子活力是種子發(fā)芽和出苗率、幼苗生長的潛勢(shì)、植株抗逆能力和生產(chǎn)潛力的總和，是種子品質(zhì)的重要指標(biāo)。長期以來都用發(fā)芽試驗(yàn)檢驗(yàn)種子的質(zhì)量，生產(chǎn)實(shí)踐表明，實(shí)驗(yàn)室的發(fā)芽率與田間的出苗率之間往往存在很大差距。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展以及播種方式的改變，對(duì)種子質(zhì)量的要求日益提高。近年來，種子活力測(cè)定方法研究取得較大進(jìn)展，文章對(duì)種子活力測(cè)定方法及原理進(jìn)行綜述，分析了當(dāng)前種子活力測(cè)定方法的優(yōu)點(diǎn)與存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)。

1? ?基于種子萌發(fā)與生長的種子活力測(cè)定方法

1.1? ?幼苗生長測(cè)定

Germ首次提出以幼苗胚芽長度作為檢測(cè)甜菜和禾谷類種子的活力指標(biāo)，進(jìn)一步改進(jìn)后表明，具有直立胚芽或胚根的蔬菜類及禾谷類種子適合以幼苗生長測(cè)定法評(píng)估種子活力。

傅丹桂[2]等通過測(cè)定不同品種水稻種子的活力，發(fā)現(xiàn)在幼苗生長試驗(yàn)中25 ℃第10天的幼苗芽長和30 ℃第7天的幼苗芽長與田間出苗率呈極顯著相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r分別為-0.848、-0.902，但標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)的發(fā)芽率為89.3%，與田間70.9%的發(fā)芽率差異較大。

近年研究表明，幼苗生長測(cè)定能在一定程度預(yù)測(cè)田間出苗效果，但受環(huán)境影響較大，尤其處于逆境時(shí)幼苗生長測(cè)定往往與田間出苗率有較大出入。

1.2? ?逆境抗性測(cè)定

田間成苗率雖能直接地評(píng)價(jià)種子活力，但田間出苗試驗(yàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)工、成本較高，所以尋找與種子活力相關(guān)度高的室內(nèi)評(píng)價(jià)指標(biāo)一直是重點(diǎn)問題。逆境抗性測(cè)定，主要針對(duì)種子正常的生理代謝以及出苗特性，模擬不正常的環(huán)境來檢測(cè)種子抵抗逆境的生長能力，以此來評(píng)估種子活力的高低。眾多學(xué)者研究表明，模擬逆境測(cè)定種子活力具有可靠性。其方法主要包括低溫脅迫、人工加速老化等。

1.2.1? ?低溫脅迫法

低溫脅迫測(cè)定法是以低溫預(yù)處理種子模擬早春田間低溫逆境，考量種子對(duì)低溫環(huán)境的抵抗能力，在一定程度上低溫處理能評(píng)價(jià)種子活力。NOLI等[3-4]在10 ℃的沙基質(zhì)中對(duì)玉米種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，7 d后移入25 ℃繼續(xù)發(fā)芽6 d，冷處理的發(fā)芽結(jié)果與田間出苗率呈很高的相關(guān)性;ILBI等[5]研究，18 ℃低溫發(fā)芽可作為評(píng)價(jià)玉米種子批活力的差異。

1.2.2? ?人工加速老化法

種子老化是指種子從發(fā)育到生理成熟，種子活力水平達(dá)到頂峰，再隨著時(shí)間推移活力水平逐漸下降直至種子個(gè)體死亡的過程中生命代謝的綜合效應(yīng)[6]。種子老化程度越高，抗氧化酶活性以及控制種子萌發(fā)的相關(guān)基因（GAI1、GA2ox、RACK1等）的表達(dá)量均逐漸下降，同時(shí)丙二醛與可溶性糖含量逐漸升高，導(dǎo)致不能及時(shí)清除體內(nèi)氧自由基，最終損傷生物膜，影響種子萌發(fā)和加速種子老化[7-8]。

人工加速老化是在人工控制的高溫高濕條件下加速種子老化，在較短的時(shí)間內(nèi)體現(xiàn)出種子活力差異的方法。何龍生[9]研究表明，人工加速老化法可應(yīng)用于常規(guī)水稻種子活力的評(píng)價(jià)，且通過相關(guān)性分析表明，45 ℃老化48 h的種子發(fā)芽率是評(píng)價(jià)常規(guī)粳稻種子活力的最佳指標(biāo)，而評(píng)價(jià)常規(guī)秈稻種子活力的理想指標(biāo)則是41 ℃老化96 h的種子發(fā)芽率。張皖秋[10]研究表明，45 ℃、100% RH老化3 d可用于評(píng)價(jià)雜交玉米種子活力。將人工加速老化試驗(yàn)作為評(píng)價(jià)冬小麥[11]、豌豆[12]等作物的種子活力同樣適用。

2? ?電導(dǎo)率測(cè)定

電導(dǎo)率測(cè)定種子活力的原理是，在浸種初期種子吸漲后細(xì)胞膜的破損修復(fù)與重建能力影響種子可溶性物質(zhì)以及電解質(zhì)外泄的速率，電導(dǎo)率與種子活力呈負(fù)相關(guān)性[13]。王振寶等[14]通過測(cè)定種子浸出液電導(dǎo)率以推測(cè)種子內(nèi)部細(xì)胞膜完整性的方法，能夠比較敏感地測(cè)定種子活力。張文明[15]等研究認(rèn)為，大豆種子浸出液電導(dǎo)率與模擬田間出苗率存在負(fù)相關(guān)。

也有學(xué)者研究表明，電導(dǎo)率與種子活力不相關(guān)[16]，且浸出液的電導(dǎo)率大小受種子所受機(jī)械損傷以及病蟲害的影響較明顯。筆者認(rèn)為用電導(dǎo)率法測(cè)定種子活力，應(yīng)了解種子的生產(chǎn)以及收獲狀況，以對(duì)檢驗(yàn)的種子批所受病蟲害及機(jī)械損傷等方面有一大致了解后方可進(jìn)行測(cè)定。

3? ?四氮唑（TTC）法

TTC測(cè)定種子活力的原理是具有活力的種子胚中有較高活性的脫氫酶，其會(huì)將無色溶于水的TTC（2，3，5-三苯基氯化四氮唑）還原成不溶于水的紅色三苯甲酯（TTF），根據(jù)種胚能否著色，以及著色深淺判斷種子的活力[17]。四氮唑法是國際種子協(xié)會(huì)公認(rèn)的種子活力測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)方法[18]，邊子星等[19]用1%的TTC溶液測(cè)定保存不同時(shí)間的華石斛種子活力比實(shí)際測(cè)定萌發(fā)率高0.6%，變化幅度最高僅為0.4%，測(cè)定結(jié)果可信度高。

4? ?基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的測(cè)定方法

利用計(jì)算機(jī)圖像的視覺技術(shù)以及結(jié)合多種計(jì)算機(jī)輔助圖像分析技術(shù)對(duì)種子活力進(jìn)行快速檢測(cè)，是一種快速且不破壞種子活力的檢測(cè)方法，可極大降低勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短測(cè)定時(shí)間，經(jīng)學(xué)者研究表明這種方法可靠而有效。

4.1? ?高光譜技術(shù)

高光譜成像技術(shù)是一種無損檢測(cè)技術(shù)，它結(jié)合了光譜和圖像技術(shù)，研究主要集中在作物長勢(shì)監(jiān)測(cè)以及作物品種和品質(zhì)的鑒定方面，近年來一些學(xué)者逐漸將它應(yīng)用到活力檢測(cè)上，來驗(yàn)證高光譜成像技術(shù)用于檢測(cè)種子活力的可行性。

李美凌等[20]利用高光譜技術(shù)對(duì)不同老化程度的2個(gè)常規(guī)水稻品種研究表明，其用于種子活力的快速自動(dòng)化無損檢測(cè)是可行的。

尤佳[21]以脫絨棉種子為試驗(yàn)材料驗(yàn)證了基于高光譜圖像技術(shù)檢測(cè)脫絨棉種的活力，以脫絨棉種子低溫處理發(fā)芽測(cè)量的發(fā)芽長度以及電導(dǎo)率為主要指標(biāo)作對(duì)照，驗(yàn)證了高光譜技術(shù)快速檢測(cè)無損種子活力具有可行性。

4.2? ?近紅外光譜技術(shù)

近紅外光譜區(qū)是波長為780～2 526 nm的區(qū)域，于20世紀(jì)50年代在美國農(nóng)業(yè)部的支持下開始進(jìn)行近紅外光譜分析技術(shù)用于農(nóng)產(chǎn)品成分快速定量檢測(cè)的探討研究。

楊冬風(fēng)等[22]通過近紅外光譜和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建玉米種子活力的智能檢測(cè)模型，依據(jù)預(yù)處理及提取特征的不同，構(gòu)建6種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)種子活力檢測(cè)模型，結(jié)果表明，組合預(yù)處理方法與主成分分析特征提取結(jié)合構(gòu)建的模型對(duì)于種子活力的識(shí)別準(zhǔn)確度為95.0%。

陰佳鴻等[23]對(duì)燕麥種子利用近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行種子活力快速檢測(cè)的技術(shù)研究也驗(yàn)證了此種方法的可靠性，為快速、準(zhǔn)確、無損測(cè)定種子活力提供了一條新途徑。

4.3? ?氧傳感技術(shù)

氧傳感技術(shù)測(cè)定種子活力是通過測(cè)定密閉條件下種子萌發(fā)過程中的耗氧量來鑒定種子的活力水平，一般在種子萌發(fā)的第二階段即萌動(dòng)階段即可結(jié)束， 具有直接、快速、真實(shí)、可靠等特點(diǎn)[24]。潘威[25-26]等利用Q2氧傳感技術(shù)檢測(cè)不同后熟溫度、不同回干工藝處理及不同采收部位種子的活力，結(jié)果表明，Q2氧傳感技術(shù)對(duì)于評(píng)價(jià)煙草裸種與包衣種活力均比發(fā)芽指標(biāo)敏感、準(zhǔn)確。

5? ?研究展望

種子活力是一個(gè)受多種因素影響的復(fù)雜農(nóng)藝性狀，包括平均發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)以及種子萌發(fā)幼苗期的苗高、根長、鮮重與干重等多項(xiàng)指標(biāo)[27-28]。同時(shí)受種子生長發(fā)育條件、收獲狀況及儲(chǔ)藏條件等多種環(huán)境因素的影響，為了能夠更加準(zhǔn)確、快速地測(cè)定種子活力，國內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)種子活力測(cè)定開展了眾多研究，同時(shí)也開發(fā)了許多新的測(cè)量方法[29-30]。

幼苗生長測(cè)定作為早期測(cè)定種子活力的方法，能直觀地展現(xiàn)種子活力，現(xiàn)今依舊是眾多種業(yè)企業(yè)測(cè)定種子活力的首選方法，但實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的種子萌發(fā)生長往往與田間出苗率有較大差異。

逆境抗性評(píng)價(jià)種子活力雖能較好地體現(xiàn)田間出苗率，但同樣存在處理復(fù)雜、煩瑣、耗時(shí)長等問題;電導(dǎo)率、TTC等生化方法測(cè)定種子活力能較快速地測(cè)定種子活力，但不同的人員操作、選取樣品的標(biāo)準(zhǔn)不同以及樣品處理的方式方法均能較大程度影響種子活力的測(cè)定結(jié)果。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，高光譜、近紅外光譜等技術(shù)被應(yīng)用到種子活力測(cè)定中，這是一種快速無損測(cè)定種子活力的方法，但是不同的預(yù)處理方法以及提取特征的不同對(duì)種子活力有影響;隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展，數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）分析作為研究復(fù)雜性狀的有效方法被應(yīng)用于種子活力研究[31]。但種子活力本身是一個(gè)抽象的概念，需要其他一些具體的性狀指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，再加上試驗(yàn)材料與條件的不同，故對(duì)于種子活力的QTL定位的結(jié)果不盡相同。

不同的方法均有不同的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，要根據(jù)不同的種子材料選取不同的方法才能更準(zhǔn)確、快速地測(cè)定種子活力，但目前來說，對(duì)于一些主要的作物種子還沒有專屬的準(zhǔn)確測(cè)定種子活力的方法以及操作規(guī)程，前人的研究成果值得借鑒，科研人員在此基礎(chǔ)上要為評(píng)價(jià)不同種子的活力提供更加準(zhǔn)確可靠的測(cè)定方法而努力，以為種業(yè)企業(yè)提供簡潔、便利、有效的評(píng)價(jià)種子活力的方法。

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（收稿日期：2019-09-17）