草種子活力檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

閆慧芳，聶宇婷，叢麗麗，張昭，崔凱倫，呂艷貞，柴茂峰*

（1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，山東 青島 266109；2. 黃河三角洲草地資源與生態(tài)國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109；3. 青島市灘涂鹽堿地特色植物種質(zhì)創(chuàng)制與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109）

種子活力是評(píng)價(jià)種子質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，關(guān)系到種子萌發(fā)與出苗、幼苗生長(zhǎng)潛能、植株抗逆能力與生產(chǎn)潛力。長(zhǎng)期以來(lái)，種子活力檢測(cè)技術(shù)一直是種子科技領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。然而，種子活力卻不能被直接測(cè)定，而是通過(guò)測(cè)定種子某些特性（如發(fā)芽率、電導(dǎo)率、酶活性等）來(lái)側(cè)面反映。種子活力檢測(cè)方法有多種，涉及從形態(tài)特征、物理性狀到生理生化、組織變化等方面。早在1957 年，Iselly 把種子活力測(cè)定方法分為直接測(cè)定法和間接測(cè)定法，前者通過(guò)對(duì)種子發(fā)芽行為單項(xiàng)評(píng)估來(lái)觀測(cè)種子在模擬田間不良環(huán)境下的直觀表現(xiàn)，如發(fā)芽率、田間出苗率、整齊度、幼苗生長(zhǎng)狀況等，常用方法包括人工加速老化法、低溫萌發(fā)法和控制劣變法等；而后者則通過(guò)測(cè)定與種子活力相關(guān)的生理生化指標(biāo)來(lái)間接反映，如電導(dǎo)率法、2,3,5-三苯基氯化四氮唑（2，3，5-triphenyltetrazolium chloride，TTC）染色法和酶活性測(cè)定法等［1］。近年來(lái)，隨著國(guó)家山水林田湖草沙系統(tǒng)治理、生態(tài)修復(fù)工程及草地畜牧業(yè)快速發(fā)展，對(duì)草種子質(zhì)量提出了更高的要求。在先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)推動(dòng)下，多種種子活力檢測(cè)新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)、多光譜成像技術(shù)等快速無(wú)損檢測(cè)技術(shù)備受關(guān)注［2］。本研究對(duì)草種子活力檢測(cè)主要技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，分析了當(dāng)前種子活力檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在草種子活力檢測(cè)中的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1 基于種子發(fā)芽行為的草種子活力檢測(cè)技術(shù)

雖然田間出苗試驗(yàn)最能直接評(píng)價(jià)種子活力，但由于費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本較高，且不同地區(qū)土壤條件、氣候環(huán)境存在差異，很難形成統(tǒng)一的具有可操作性的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，因此，探索能夠較為準(zhǔn)確地反映田間出苗試驗(yàn)結(jié)果的室內(nèi)檢測(cè)方法對(duì)評(píng)價(jià)草種子活力至關(guān)重要。目前，模擬抗逆試驗(yàn)測(cè)定是最主要的室內(nèi)檢測(cè)方法，針對(duì)種子生理代謝及出苗特性，通過(guò)模擬不正常環(huán)境條件來(lái)檢測(cè)種子抵抗逆境的發(fā)芽和生長(zhǎng)能力，進(jìn)而評(píng)價(jià)種子活力高低。研究表明，利用模擬逆境試驗(yàn)測(cè)定種子活力具有可靠性，其主要方法包括人工加速老化法、低溫萌發(fā)法等［1］。

1.1 人工加速老化法

人工加速老化法是一種快速檢測(cè)種子活力差異的方法，即通過(guò)人為控制，將種子置于高溫高濕環(huán)境中以加快種子老化速度，并通過(guò)測(cè)定種子發(fā)芽指標(biāo)變化來(lái)評(píng)價(jià)種子活力。老化過(guò)程中，高活力種子抗逆性強(qiáng)，對(duì)高溫高濕惡劣環(huán)境具有較強(qiáng)耐受性，老化速率慢，且老化后種子仍保持較好發(fā)芽能力，而低活力種子表現(xiàn)恰好相反［3］。張文明等［4］采用人工加速老化法對(duì)高羊茅（Fescue arundinacea）和多年生黑麥草（Lolium perenne）進(jìn)行種子活力測(cè)定，發(fā)現(xiàn)種子發(fā)芽率、簡(jiǎn)化活力指數(shù)等指標(biāo)均與模擬田間出苗率呈極顯著正相關(guān)，表明人工加速老化試驗(yàn)?zāi)軌蜉^好地評(píng)價(jià)草坪草種子活力。此外，孫建華等［5］采用人工加速老化法、幼根生長(zhǎng)勢(shì)測(cè)定法、脫氫酶活性測(cè)定法等不同方法對(duì)紫花苜蓿（Medicago sativa）種子活力進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)田間出苗率越高，種子老化程度越低，證實(shí)了人工加速老化法可作為短期快速、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)紫花苜蓿種子活力的可行方法。

大量研究表明，人工加速老化法能夠用于草種子活力的檢測(cè)，但最適老化條件因物種不同而不同（表1）。由于遺傳物質(zhì)存在差異，不同種屬的草種子對(duì)高溫高濕人工加速老化的響應(yīng)不同，因此，確定特定物種種子活力檢測(cè)的適宜老化條件還需要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的試驗(yàn)。

表1 采用人工加速老化法檢測(cè)不同草種子活力的最適條件Table 1 Optimum condition for detecting seed vigor of different grasses by artificial accelerated aging method

1.2 低溫萌發(fā)法

種子萌發(fā)對(duì)溫度變化較為敏感，低溫脅迫直接影響種子萌發(fā)和田間出苗。低溫萌發(fā)法采用低溫預(yù)處理種子來(lái)模擬早春田間低溫逆境，通過(guò)評(píng)價(jià)種子對(duì)低溫環(huán)境的抵抗能力側(cè)面反映種子活力。低溫萌發(fā)法是一種評(píng)價(jià)種子活力的有效方法，已在多種植物種子活力評(píng)價(jià)中被廣泛應(yīng)用［14］。徐小萌等［15］利用低溫萌發(fā)試驗(yàn)和模糊隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)了不同種皮顏色紫云英（Astragalus sinicus）種子活力，發(fā)現(xiàn)低溫脅迫顯著降低了種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)，延長(zhǎng)了平均發(fā)芽時(shí)間，且不同種皮顏色種子耐低溫能力和活力存在顯著差異，表明低溫萌發(fā)試驗(yàn)可以評(píng)價(jià)紫云英種子活力。同樣，在不同種皮顏色紅三葉（Trifolium pratense）種子活力綜合評(píng)價(jià)研究中也發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫導(dǎo)致的種子浸泡液電導(dǎo)率變化與種子活力密切相關(guān)［16］。此外，在紫花苜蓿種子活力測(cè)定中，基于低溫萌發(fā)法的活力指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)可將紫花苜蓿分為6 級(jí)，但與活力指數(shù)相比，發(fā)芽勢(shì)在實(shí)際操作中更為簡(jiǎn)單［17］。

1.3 胚根突出法

胚根突出法是一種根據(jù)種子萌發(fā)早期胚根突破種皮情況來(lái)側(cè)面反映種子活力水平的檢測(cè)技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)單、可重復(fù)性好和節(jié)約時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)［18］。Mao 等［19］的研究提出，平均胚根突出時(shí)間可作為評(píng)價(jià)燕麥種子活力并預(yù)測(cè)其田間出苗率的重要指標(biāo)。利用胚根突出法對(duì)垂穗披堿草（Elymus nutans）種子批質(zhì)量劃分要比標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)更加靈敏［20］。同樣，在大麥（Hordeum vulgare）種子活力評(píng)價(jià)研究中發(fā)現(xiàn)，萌發(fā)36 h 的胚根突出率與田間出苗率極顯著相關(guān)，相比于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽法，胚根突出法可更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)田間出苗率［20］。此外，對(duì)垂穗披堿草、燕麥等種子活力的研究中也已探索出了與田間出苗率顯著相關(guān)的計(jì)數(shù)時(shí)間［21］。

2 基于生理生化特性的草種子活力檢測(cè)技術(shù)

2.1 TTC 染色法

TTC 染色法也稱(chēng)2，3，5-三苯基氯化四氮唑染色法，是一種快速便捷評(píng)價(jià)種子活力的方法。其原理是高活力種子中脫氫酶活性較高，能夠?qū)o(wú)色的TTC 還原成紅色的1，3，5-三苯基甲臜（1，3，5-triphenylformazan，TTF），高活力種子組織染色深，低活力種子組織染色淺甚至不染色，因此，根據(jù)種子染色程度來(lái)評(píng)價(jià)種子活力［2］。TTC染色法是國(guó)際種子檢驗(yàn)協(xié)會(huì)公認(rèn)的種子活力檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法。惠文森等［22］研究發(fā)現(xiàn)，蘇丹草（Sorghum sudanense）種子發(fā)芽率與TTC 染色結(jié)果一致，證實(shí)了TTC 染色法能夠準(zhǔn)確反映蘇丹草種子活力的真實(shí)水平。易津等［23］比較了室內(nèi)常規(guī)發(fā)芽法、電導(dǎo)率法、TTC 染色法、模擬田間發(fā)芽法等8 種方法對(duì)沙打旺（Astragalus adsurgens）種子活力測(cè)定的差異，發(fā)現(xiàn)TTC 染色法最準(zhǔn)確，且能夠快速測(cè)定種子活力。TTC 染色效果與染色時(shí)間密切相關(guān)，金小馬等［24］在多年生黑麥草種子活力TTC 測(cè)定方法研究中發(fā)現(xiàn)，1.0% TTC 溶液浸種4 h 的種子染色結(jié)果與發(fā)芽率結(jié)果誤差＞2%，而浸泡8 h 的種子染色效果最佳，由此可見(jiàn)，TTC 染色時(shí)間對(duì)試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性具有較大影響。

2.2 呼吸強(qiáng)度測(cè)定法

Ching［25］研究表明，多年生黑麥草和絳三葉（Trifolium incarnatum）種子的呼吸速率隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)而降低。紅豆草（Onobrychis viciaefolia）、扁蓿豆（Melissitus ruthenica）、紫花苜蓿、多花黑麥草（Lolium multiflorum）種子的呼吸耗氧速率與田間出苗率顯著相關(guān)［26-27］。然而，孫麗萍等［28］的研究卻認(rèn)為，呼吸強(qiáng)度測(cè)定法不適合測(cè)定伏地膚（Kochia prostrata）、多葉鵝觀草（Roegneria foliosa）和紅豆草種子活力。

2.3 ATP 含量測(cè)定法

研究表明，ATP 含量測(cè)定法是較好地評(píng)價(jià)不同收獲期高羊茅種子活力的方法［29］。 此外，吸水期的三葉草、黑麥草種子ATP 含量與種子活力顯著相關(guān)［30］。

3 草種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

3.1 基于光學(xué)特性的種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

隨著現(xiàn)代草業(yè)發(fā)展的規(guī)?；筒莘N子高質(zhì)量需求的提高，對(duì)種子活力檢測(cè)的速度和無(wú)損性也提出了更高要求。利用光學(xué)技術(shù)進(jìn)行種子活力檢測(cè)具有效率高、無(wú)損的優(yōu)點(diǎn)，因此，近年來(lái)備受?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注。草種子大小不一、形狀各異，且種皮顏色存在差異，利用光譜特性可以獲得種子的多維空間信息；同時(shí)，種子內(nèi)糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、核酸等大分子物質(zhì)種類(lèi)和含量豐富，不同物質(zhì)成分屬性導(dǎo)致的光譜特性差異可進(jìn)行種子活力檢測(cè)和判斷［31-32］。目前，利用光學(xué)特性進(jìn)行草種子活力檢測(cè)的主要技術(shù)有近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)、多光譜成像技術(shù)［33-34］。利用光譜技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像視覺(jué)技術(shù)和輔助圖像分析技術(shù)對(duì)草種子活力進(jìn)行檢測(cè)是一種新興的方法，該方法快速且不破壞種子結(jié)構(gòu)，節(jié)省測(cè)定時(shí)間和勞動(dòng)力，為種子活力檢測(cè)提供了新途徑。

3.1.1 近紅外光譜檢測(cè)技術(shù) 依照美國(guó)試驗(yàn)和材料檢測(cè)協(xié)會(huì)定義，近紅外光譜（near-infrared spectroscopy，NIRS）指波長(zhǎng)在780～2526 nm、介于可見(jiàn)光和中紅外光之間的電磁波。近紅外光能激發(fā)有機(jī)物官能團(tuán)，將有機(jī)物分子從穩(wěn)定基態(tài)躍遷到不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)，不同分子的振動(dòng)頻率不同，近紅外光譜區(qū)與種子內(nèi)部有機(jī)分子含氫基團(tuán)（OH、NH、CH）振動(dòng)合頻及各級(jí)倍頻的吸收區(qū)一致，因而形成特有的近紅外吸收光譜［35］。近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)具有無(wú)損性、檢測(cè)快、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、化工、制藥等領(lǐng)域［36］。種子含大量糖類(lèi)、脂類(lèi)和蛋白質(zhì)等有機(jī)物，通過(guò)檢測(cè)這些含碳物質(zhì)的官能團(tuán)特征吸收光譜對(duì)種子組成進(jìn)行定量分析，從而反映種子活力水平［37］。韓亮亮等［38］利用近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)結(jié)合主成分-馬氏距離模式識(shí)別方法鑒別了3 種不同活力水平的燕麥種子，發(fā)現(xiàn)結(jié)果準(zhǔn)確率高達(dá)100%。同樣，陰佳鴻等［33］利用近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)對(duì)不同含水量燕麥劣變種子的活力水平進(jìn)行快速檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)種子含水量低時(shí)，采用多元散射校正預(yù)處理判別率最高，而種子含水量高時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)歸一化預(yù)處理判別率最高?；谏鲜鲅芯浚t外光譜檢測(cè)技術(shù)可以作為一種快速、準(zhǔn)確、無(wú)損檢測(cè)草種子活力的新方法。

3.1.2 多光譜成像技術(shù) 多光譜成像技術(shù)（multispectral imaging technology）是一種結(jié)合光譜技術(shù)與成像技術(shù)的新型分析檢測(cè)方法，可以獲得被測(cè)對(duì)象的三維圖像及檢測(cè)樣本的空間信息和光譜信息［34，39］。目前，多光譜成像技術(shù)已應(yīng)用于品種鑒定、種子凈度分析、健康檢測(cè)、基因檢測(cè)和種子活力測(cè)定［39-40］。王雪萌等［34］基于多光譜成像技術(shù)快速無(wú)損檢測(cè)紫花苜蓿種子活力，結(jié)果表明線(xiàn)性辨別分析（linear discrimination analysis，LDA）區(qū)分老化種子和未老化種子的準(zhǔn)確度達(dá)97.7%，而區(qū)分不同程度老化種子的準(zhǔn)確度為75.3%～91.7%，證明多光譜成像技術(shù)可用于種子活力鑒定。Wang 等［41］利用多光譜成像技術(shù)研究老化和未老化紫花苜蓿種子活力差異，發(fā)現(xiàn)LDA 模型具有較高的準(zhǔn)確率，可以預(yù)測(cè)種子老化與發(fā)芽情況，而歸一化典型判別分析（normalized canonical discriminant analysis，nCDA）則根據(jù)種子顏色和空間信息變換光譜圖像來(lái)識(shí)別種子老化和死亡。Zhang 等［42］研究發(fā)現(xiàn)，多光譜成像技術(shù)的LDA 模型檢測(cè)不同成熟度和不同收獲期紫花苜蓿種子活力的平均準(zhǔn)確率分別為92.9% 和97.8%，進(jìn)一步證明了多光譜成像技術(shù)快速無(wú)損檢測(cè)草種子活力的可行性。此外，叢曉翔［43］在不同品種多年生黑麥草種子活力預(yù)測(cè)研究中，發(fā)現(xiàn)平均光譜反射率圖能有效識(shí)別不同活力種子。

3.1.3 X 光光譜檢測(cè)技術(shù) X 光光譜檢測(cè)技術(shù)通過(guò)獲取種子的X 光譜圖像以呈現(xiàn)種子內(nèi)部空腔、胚、胚乳等基本結(jié)構(gòu)，并將種子內(nèi)空洞面積大小作為衡量種子發(fā)芽勢(shì)的重要指標(biāo)，從而側(cè)面反映種子活力。X 光光譜檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于玉米（Zea mays）、辣椒（Capsicum annuum）等農(nóng)作物和蔬菜種子活力檢測(cè)的時(shí)間較早，且檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)95%以上［44-45］。然而，截至目前，X 光光譜檢測(cè)技術(shù)在草種子活力檢測(cè)中的研究和應(yīng)用還鮮有報(bào)道。

3.1.4 光聲光譜檢測(cè)技術(shù) 光聲光譜（photoacoustic spectroscopy，PAS）是利用光源照射種子使種子受熱，并導(dǎo)致周?chē)諝獍l(fā)生微弱振動(dòng)而產(chǎn)生聲波，通過(guò)檢測(cè)光聲信號(hào)側(cè)面反映種子活力［36］。光聲光譜檢測(cè)技術(shù)是一種基于光聲效應(yīng)的種子活力檢測(cè)技術(shù)，具有靈敏度高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合表面粗糙種子的活力檢測(cè)。目前，光聲光譜檢測(cè)技術(shù)僅在水稻（Oryza sativa）種子活力快速無(wú)損分選和蔬菜種子活力檢測(cè)中被應(yīng)用［46-47］，而未見(jiàn)其在草種子活力檢測(cè)中的研究。盡管光聲光譜檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用較少，但其在未來(lái)探究種子活力檢測(cè)方面還具有較大潛力。

3.1.5 色選技術(shù) 色選技術(shù)是基于被檢測(cè)種子的顏色差異，利用光學(xué)技術(shù)將不同顏色種子分離開(kāi)來(lái)的方法。通常情況下，種皮顏色隨種子活力降低而發(fā)生褐變，根據(jù)種皮顏色差異，利用色選技術(shù)將高活力和低活力種子區(qū)分開(kāi)，從而快速實(shí)現(xiàn)種子活力檢測(cè)［36］。色選技術(shù)是一種簡(jiǎn)潔、快速的種子活力檢測(cè)新技術(shù)，已應(yīng)用于東部蒲葵（Tripsacum dactyloides）［48］、水稻［49］、蘿卜（Raphanus sativus）［50］、甜玉米［51］種子分選領(lǐng)域。草種子活力也受種皮顏色影響，如不同種皮顏色的蘇丹草［52］、鷹嘴豆（Cicer arietinum）［53］、羊草（Leymus chinensis）［54］、箭筈豌豆［55］、紅三葉［16］、草木樨（Melilotus officinalis）［56］種子活力間均存在顯著差異，在未來(lái)研究中，可以嘗試運(yùn)用色選技術(shù)對(duì)這些種類(lèi)草種子活力進(jìn)行檢測(cè)。

3.1.6 激光散斑技術(shù) 激光照射在種子表皮會(huì)呈現(xiàn)顆粒結(jié)構(gòu)的散斑現(xiàn)象，種子散斑分為經(jīng)過(guò)透鏡成像形成的主觀散斑和在自由空間傳播形成的客觀散斑。激光散斑技術(shù)（laser speckle techniques，LST）是利用種子表皮散斑變化間接反映種子活力相關(guān)性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)種子活力無(wú)損檢測(cè)［57］。目前，在玉米［58］、大豆（Glycine max）［59］、麻皮豌豆（Pisum sativum）、栓皮櫟（Quercus variabilis）［60］中已驗(yàn)證了激光散斑技術(shù)能夠快速無(wú)損檢測(cè)種子活力，表明該技術(shù)具有實(shí)現(xiàn)種子活力快速無(wú)損檢測(cè)的潛質(zhì)。激光散斑技術(shù)作為新型種子活力檢測(cè)技術(shù)，為未來(lái)草種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)提供了新思路和借鑒。

3.1.7 葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)技術(shù) 葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)技術(shù)（chlorophyll fluorescence sorting method）利用波長(zhǎng)650～730 nm 光束照射種子，種皮上的葉綠素以熒光和熱形式釋放能量，通過(guò)檢測(cè)葉綠素釋放的熒光信號(hào)以評(píng)定種子活力等級(jí)［35］。一般認(rèn)為，種皮葉綠素?zé)晒庑盘?hào)越弱，葉綠素含量越少，種子成熟度和種子活力越高。該技術(shù)僅對(duì)葉綠素具有特異性，減少了其他因素對(duì)熒光信號(hào)的影響，可作為種子活力快速無(wú)損檢測(cè)的方法。葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)技術(shù)是一種高效無(wú)損的種子活力檢測(cè)技術(shù)，目前，已應(yīng)用于單粒甘藍(lán)（Brassica oleracea）種子活力分級(jí)［61］、不同品種和階段辣椒種子分級(jí)［62］、單粒菠菜（Spinacia oleracea）種子分級(jí)［63］，但種子活力分級(jí)效果受種皮葉綠素含量影響，在葉綠素含量過(guò)高或過(guò)低時(shí)分級(jí)效果欠佳。目前，葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)技術(shù)在草種子活力檢測(cè)中還未見(jiàn)研究和應(yīng)用。

3.2 基于生理生化特性的種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

3.2.1 電導(dǎo)率法 種子在吸脹過(guò)程中由于細(xì)胞膜破損而使細(xì)胞內(nèi)可溶性物質(zhì)及電解質(zhì)外滲，高活力種子的細(xì)胞膜修復(fù)能力強(qiáng)，而低活力種子修復(fù)能力弱，甚至難以完全修復(fù)，因此，吸脹過(guò)程中低活力種子電解質(zhì)滲漏多于高活力種子［20］。電導(dǎo)率法是通過(guò)測(cè)定種子浸出液電導(dǎo)率來(lái)評(píng)價(jià)種子活力的一種方法，一般認(rèn)為，種子浸出液電導(dǎo)率與種子活力呈負(fù)相關(guān)［2］。陶奇波等［64］研究發(fā)現(xiàn)，紫云英種子浸種24 h 后浸出液絕對(duì)電導(dǎo)率和相對(duì)電導(dǎo)率均與田間出苗率存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。潘佳等［17］對(duì)比了標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽法、胚根突出法、低溫發(fā)芽法、電導(dǎo)率法對(duì)10 個(gè)紫花苜蓿樣品種子活力測(cè)定的差異，結(jié)果表明電導(dǎo)率法用于評(píng)價(jià)紫花苜蓿種子活力水平最為靈敏。此外，研究發(fā)現(xiàn)圭亞那柱花草（Stylosanthes guianensis）［65］、細(xì)枝巖黃芪（Hedysarum scoparium）、山竹巖黃芪（Hedysarum fruticosum）、蒙古巖黃芪（Hedysarum mongolicum）和塔落巖黃芪（Hedysarum laeve）［66］種子浸出液電導(dǎo)率均與種子活力密切相關(guān)，能夠反映種子活力差異的真實(shí)水平，可作為評(píng)價(jià)種子活力的可行措施。

電導(dǎo)率法在評(píng)價(jià)豆科種子活力時(shí)更為適用，而在禾本科種子活力評(píng)價(jià)時(shí)卻表現(xiàn)出不一致性［67］。老芒麥種子浸出液電導(dǎo)率隨貯藏年限增加而增加［68］，采用電導(dǎo)率法評(píng)價(jià)高羊茅種子活力也具有良好的效果［12］，燕麥完整種子的浸出液電導(dǎo)率與發(fā)芽率和田間出苗率均呈顯著負(fù)相關(guān)［1］。然而，在另一些禾本科草種子中，如多年生黑麥草［69］、蘇丹草［70］等，種子浸出液電導(dǎo)率與田間出苗率卻沒(méi)有相關(guān)性，表明電導(dǎo)率法評(píng)價(jià)這些物種的種子活力效果并不理想。研究發(fā)現(xiàn)，高丹草（Sorghum bicolor×S. sudanense）、蘇丹草種子盡管種皮不阻礙水分吸收，但半透層的存在限制了細(xì)胞電解質(zhì)滲漏，而刺破種皮后種子浸出液電導(dǎo)率與發(fā)芽率呈極顯著負(fù)相關(guān)，因此電導(dǎo)率法不適用于高丹草和蘇丹草種子活力的測(cè)定［71-72］。垂穗披堿草種子的種皮也被證明具有半透層，其完整種子浸出液電導(dǎo)率與發(fā)芽率不存在顯著相關(guān)性，而刺破種皮后卻呈顯著負(fù)相關(guān)［73-74］。研究表明，部分禾本科種子之所以不能用電導(dǎo)率法進(jìn)行活力評(píng)價(jià)是因?yàn)榉N子存在半透層，阻擋了細(xì)胞內(nèi)大分子物質(zhì)交換，限制了電解質(zhì)滲漏，故電導(dǎo)率并不隨種子活力變化而變化［75-76］。

3.2.2 電子鼻檢測(cè)技術(shù) 電子鼻檢測(cè)技術(shù)通過(guò)模擬人的嗅覺(jué)器官，利用由模式識(shí)別子系統(tǒng)、信號(hào)處理子系統(tǒng)和氣敏傳感器陣列組成的電子鼻系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和辨別種子貯藏過(guò)程釋放的特殊氣體，從而評(píng)價(jià)種子活力［35］。種子貯藏過(guò)程釋放的痕量氣體（醛類(lèi)、酮類(lèi)、醇類(lèi)等羰基化合物）可被電子鼻系統(tǒng)快速識(shí)別，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析后識(shí)別種子活力［77］。目前，電子鼻檢測(cè)技術(shù)能夠快速識(shí)別不同活力水平的小麥（Triticum aestivum）、甜玉米種子氣味信息，種子活力檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)96.67%以上［78-79］。電子鼻檢測(cè)技術(shù)在草種子活力檢測(cè)中的研究和應(yīng)用還有待進(jìn)一步深入探索。

3.2.3 過(guò)氧化氫（H2O2）流速檢測(cè)技術(shù) 過(guò)氧化氫（H2O2）是植物細(xì)胞內(nèi)的一種信號(hào)分子，可在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間流動(dòng)并觸發(fā)分子、生理和表型響應(yīng)。高活力種子內(nèi)過(guò)氧化氫酶等抗氧化酶活性較高，H2O2含量較低，所測(cè)H2O2流速負(fù)值較多，而低活力種子的抗氧化相關(guān)酶活性下降，所測(cè)H2O2流速則相反。因此，高活力種子H2O2外流作用弱，而低活力種子內(nèi)H2O2含量升高，外流作用增強(qiáng)［80］。H2O2流速檢測(cè)技術(shù)也稱(chēng)非損傷微測(cè)技術(shù)，是一種通過(guò)測(cè)定滴在種皮上的H2O2流速側(cè)面反映種子活力的方法。該技術(shù)能夠精確預(yù)判單粒水稻種子活力值和發(fā)芽率，且種子H2O2流速與發(fā)芽率、H2O2含量呈顯著線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系［81］。

3.2.4 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜檢測(cè)技術(shù) 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜（tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS）利用種子代謝產(chǎn)物來(lái)判斷種子活力，是一種基于痕量氣體測(cè)定的種子活力檢測(cè)新技術(shù)，具有靈敏度高、分辨率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、成本相對(duì)低等優(yōu)點(diǎn)［36］。種子活力與種子呼吸強(qiáng)度存在正相關(guān)關(guān)系，高活力種子中酶活性較高，呼吸作用旺盛，代謝產(chǎn)物豐富，通過(guò)檢測(cè)單一代謝產(chǎn)物情況可有效反映種子活力水平［35］。該技術(shù)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確率高，尤其適合大批量的種子活力檢測(cè)。目前，已在玉米種子中利用TDLAS 技術(shù)對(duì)呼吸過(guò)程釋放的CO2進(jìn)行檢測(cè)，并與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)相關(guān)聯(lián)以評(píng)價(jià)種子活力［82］。

3.3 基于外觀特征的種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

3.3.1 種子物理性狀測(cè)定法 相同遺傳背景下，大粒種子具有豐富的營(yíng)養(yǎng)貯藏物質(zhì)，能夠?yàn)榉N子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)提供更多能量，通常比小粒種子活力高［83］。研究報(bào)道，苜蓿屬（Medicago）、野豌豆屬（Vicia）、百脈根屬（Lotus）等屬中存在大粒種子活力較高的現(xiàn)象［84-86］。然而，McKersie 等［87］研究發(fā)現(xiàn)，同一種子批內(nèi)的大粒百脈根（Lotus corniculatus）種子產(chǎn)生的幼苗較大，而種子批間種子大小與幼苗大小沒(méi)有直接關(guān)系。種子大小作為種子活力檢測(cè)指標(biāo)存在不確定性，受種子批收獲條件及貯藏條件所影響，不能用其評(píng)價(jià)草種子質(zhì)量。

3.3.2 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù) 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)是一種借助機(jī)器視覺(jué)模擬人視覺(jué)功能，獲取種子圖像信息并進(jìn)行數(shù)字化處理，通過(guò)優(yōu)化算法，建立檢測(cè)指標(biāo)與種子活力間的篩選模型，從而判別種子活力情況［88］。目前，采用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)可快速識(shí)別黃芩（Scutellaria baicalensis）、不同品種甜玉米、辣椒種子的物理特性，并探究種子外觀特征與種子活力的相關(guān)性，判別準(zhǔn)確率由77.6%提升至92.0%［89-91］。

4 不同種子活力檢測(cè)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

種子活力是一個(gè)受遺傳因素、種子生長(zhǎng)發(fā)育條件、貯藏條件等多種因素影響的復(fù)雜農(nóng)藝性狀，與種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、植株抗逆能力密切相關(guān)。為了準(zhǔn)確快速地檢測(cè)種子活力、評(píng)價(jià)種子質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了眾多研究以探索種子活力檢測(cè)方法，包括基于種子發(fā)芽行為的有損檢測(cè)技術(shù)（人工加速老化法、低溫萌發(fā)法等）、基于生理生化特性的有損檢測(cè)技術(shù)（TTC 染色法等）、基于光學(xué)特性的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)（近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)、多光譜成像技術(shù)等）、基于生理生化特性的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)（電子鼻檢測(cè)技術(shù)等）、基于外觀特征的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)（機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)等）。不同種子活力檢測(cè)方法均具有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)種子特點(diǎn)選擇適合的方法才能更加準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)種子活力（表2）。

表2 不同種子活力檢測(cè)技術(shù)比較Table 2 Comparison of different seed vigor detection technologies

5 展望

近年來(lái)，國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)、生態(tài)修復(fù)工程及草地畜牧業(yè)快速發(fā)展急需大量生態(tài)草、草坪草、牧草等草種子，這就對(duì)種子質(zhì)量提出了更高的要求。在先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)和光學(xué)技術(shù)推動(dòng)下，多種新興種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)蓬勃發(fā)展。基于目前種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，本研究認(rèn)為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在草種子活力檢測(cè)領(lǐng)域的研究可從以下幾方面開(kāi)展。

5.1 草種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有待進(jìn)一步探索與開(kāi)發(fā)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)、多光譜成像技術(shù)已在燕麥、紫花苜蓿、多年生黑麥草等草種子活力檢測(cè)中被研究。但由于草種子大小不一、形狀各異等特點(diǎn)，種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究和應(yīng)用所選取的種子類(lèi)別和范圍還非常有限。此外，X 光光譜檢測(cè)技術(shù)、光聲光譜檢測(cè)技術(shù)、色選技術(shù)、激光散斑技術(shù)、葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)技術(shù)、電子鼻檢測(cè)技術(shù)、H2O2流速檢測(cè)技術(shù)、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)在農(nóng)作物（水稻、玉米、小麥、大豆）、蔬菜（辣椒、蘿卜、甘藍(lán)、菠菜、麻皮豌豆）、林木（東部蒲葵、栓皮櫟）、中草藥（黃芩）種子活力檢測(cè)中得到研究和應(yīng)用，而這些技術(shù)在草種子活力檢測(cè)中的研究還非常有限。因此，需要針對(duì)不同類(lèi)別草種子，結(jié)合種子本身固有特性，進(jìn)一步探索適宜的種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

5.2 基于光學(xué)特性的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)缺乏特征光譜與種子活力等級(jí)間的定量關(guān)系

根據(jù)多光譜成像技術(shù)在紫花苜蓿種子活力檢測(cè)中的研究，需要對(duì)不同品種、不同成熟度、不同批次種子分別獲取光譜數(shù)據(jù)，再與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，從而獲得多光譜成像技術(shù)檢測(cè)種子活力的結(jié)果。然而，由于檢測(cè)研究種子品種少、不同種子特征光譜屬性不完全相同，目前尚缺乏專(zhuān)屬的種子活力測(cè)定操作規(guī)程和特征光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，在實(shí)際商業(yè)化使用前，仍需進(jìn)行大量試驗(yàn)以獲取種子活力與光譜數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，未來(lái)研究工作需要針對(duì)具體檢測(cè)領(lǐng)域，重點(diǎn)開(kāi)展種子特征光譜研究，通過(guò)建立種子活力的特征光譜數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征光譜與種子活力等級(jí)的定量關(guān)系，為不同類(lèi)別草種子活力檢測(cè)提供更加準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔有效的測(cè)定方法。

5.3 種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與種子智能分級(jí)分選銜接不緊密

種子活力檢測(cè)在于評(píng)價(jià)種子質(zhì)量，以服務(wù)于制種和播種等實(shí)際農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)為最終目標(biāo)。然而，目前多數(shù)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)僅涉及種子活力檢測(cè)環(huán)節(jié)，并不能將檢測(cè)后的種子進(jìn)行分級(jí)分選，仍不能直接為農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)提供精選優(yōu)質(zhì)種子。隨著電子信息工程自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，將種子活力無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與種子智能分級(jí)分選研究緊密結(jié)合，研制集無(wú)損檢測(cè)與智能分選于一體的低成本、高效率機(jī)械裝備，為實(shí)際農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)提供更多便利。

加強(qiáng)草種子活力檢測(cè)技術(shù)研究，探索操作簡(jiǎn)便、快速、無(wú)損、重復(fù)性好、可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的種子活力檢測(cè)方法，針對(duì)不同商品種子形成專(zhuān)屬的種子活力檢測(cè)規(guī)范，將為保障商品草種子質(zhì)量提供技術(shù)支撐，也有利于推動(dòng)種子市場(chǎng)為生產(chǎn)實(shí)踐提供更多優(yōu)質(zhì)商品種子。