農作物種子活力檢測與引發(fā)技術研究進展

徐麗媛 范家萌 徐四靜 楊星辰 周桂林 王兆賢 王浩波

摘 要：隨著播種技術的發(fā)展和極端天氣的頻繁發(fā)生，生產上對種子出苗質量要求越來越高，僅僅檢測種子的發(fā)芽率已不能充分滿足生產者的需要，而高活力的種子才能真實反映田間出苗質量。該文詳細論述了種子活力檢測及引發(fā)技術的研究進展，以期為商業(yè)化應用提供借鑒。

關鍵詞：農作物；種子活力；檢測技術；引發(fā)技術

中圖分類號 S351.1；S351.5 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）20-0037-4

Research Progress on Detection and Priming Technology of Crop Seed Vigor

Xu Liyuan et al.

（Hefei Fengle Seed Co.，Ltd，Hefei 230000，China）

Abstract：With the development of sowing technology and the frequent occurrence of extreme weather，the requirement of seed germination quality is becoming higher and higher.Only the germination rate of seeds can not meet the needs of producers adequately.And high vigor seeds can truly reflect the quality of seedling emergence in the field.In this paper，it is discussed in detail for the research progress of seed vigor detection and priming technology，in order to provide reference for the future commercial application of detection and priming technology.

Key words：Crops；Seed vigor；Detection technology； Priming technology

種子發(fā)芽率是質量檢測的重要指標之一，但發(fā)芽率是在種子最適宜條件下的發(fā)芽表現(xiàn)，并不能真實反映田間實際出苗狀況，特別是在逆境條件下與出苗率相差很大。因此如何在播種前預測評價種子的成苗率成為種子檢驗技術的新要求[1]。國際種子檢驗協(xié)會（ISTA）提出了種子活力概念，定義種子活力是決定種子和種子批在發(fā)芽和出苗期間的活性強度和種子特征的綜合表現(xiàn)[2，3]：（1）種子在逆境下的出苗能力；（2）發(fā)芽和幼苗生長的快慢和整齊度；（3）貯藏后保持發(fā)芽力的潛力。高活力種子苗齊苗壯、成苗率高，而且表現(xiàn)出更強的生長優(yōu)勢和生產潛力，抵抗逆境的能力強；低活力種子在適宜條件下能發(fā)芽，但發(fā)芽緩慢，在逆境條件下出苗不齊甚至出現(xiàn)缺苗斷壟，對農業(yè)生產造成很大損失[4]。

種子引發(fā)是提高種子活力，促進種子快速整齊出苗，保證田間高成苗率和提升產量的技術。它是一種簡單的可控水合作用技術，是把種子浸泡于低滲透勢溶液中，使種子緩慢吸收一定量的水分，啟動種子萌發(fā)前的有關生理生化反應，但沒有真正萌發(fā)，然后回干至原重進行儲藏，重新吸水后種子即可快速整齊出苗，或者不經回干直接萌發(fā)[5-7]。目前該技術已經應用到一些糧食和經濟作物、果樹、蔬菜、藥用植物和林木等[8]。在美國已經有經過引發(fā)處理的洋蔥、辣椒、胡蘿卜、番茄等種子出售[9]。

1 種子活力檢測方法

國際上的種子活力檢測方法包括4大類，一是物理檢測法，包括光學檢測和機械損傷檢測等；二是生理檢測法，包括種子吸水速率檢測和電導率檢測等；三是生化檢測法，包括氯化三苯基四唑碳（TTC）和脫氫酶活性檢測等；四是逆境檢測法，包括人工加速老化和低溫抗冷檢測等。ISTA推薦了加速老化和電導率檢測2種種子活力檢測方法，同時建議了7種種子活力檢測方法[10]。

1.1 人工加速老化法 人工加速老化法是把種子放置在高溫高濕的環(huán)境中處理數(shù)天，其劣變程度在幾天內相當于數(shù)月或數(shù)年之久。高活力的種子劣變較慢，經老化處理后仍能正常發(fā)芽；而低活力種子經老化處理后，產生不正常幼苗或全部死亡[3]。

盡管老化處理方法在具體溫度、濕度和時間上有所不同，但都能夠預測種子存貯時間及田間出苗率。對25份玉米自交系加速老化處理發(fā)現(xiàn)[11]，相對濕度85%、溫度43℃條件下處理3d的玉米種子的各項指標與常溫存放26個月的種子相似。蔣作甫等[12]認為，玉米在40oC和100%相對濕度下，處理60h可以準確預測田間實際出苗率，處理后的發(fā)芽率與田間出苗率相關系數(shù)達0.964。雜交水稻在41℃、相對濕度100%條件下，進行加速老化3d的種子與自然存放1年的陳種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率及各項活力指標都很相近，沒有顯著差異[13]。曹棟棟等[14]將田間成苗率與實驗室試驗數(shù)據(jù)進行相關性分析，認為人工加速老化法可以有效檢測雜交水稻種子活力。

大量的研究與實踐證明，加速老化試驗應用的局限性比較小，可靠性高。另外，通過人工加速老化獲得老化程度不同的種子可以作為活力研究的材料，方便開展種子活力理論和應用研究[10]。

1.2 抗冷檢測法 抗冷檢測法主要是模擬早春田間溫度低、土壤含水量高的環(huán)境來檢測出苗能力。國外的一些玉米育種公司已采用抗冷檢測法來檢測玉米種子活力。利馬格蘭公司采用10℃7d～25℃3d檢測發(fā)芽率，超過80%的為高活力種子；原南斯拉夫澤蒙玉米研究所則以8℃8d～25℃1d檢測種子發(fā)芽情況，以發(fā)芽與否來判斷是否攜帶抗低溫基因[15]。

國內應用這種方法于雜交玉米的種子活力檢測也比較多。劉春香等[16]研究表明，3種抗冷活力檢測方法得出的發(fā)芽率均與種子發(fā)芽指數(shù)相關性顯著，與田間出苗率呈顯著正相關。其中8℃6d～25℃3d處理的發(fā)芽率與田間出苗率相關系數(shù)最高，為0.993。陳士林[17]對普通玉米種子的研究結果是，低溫抗冷檢測的發(fā)芽率與田間出苗率、成苗率和幼苗整齊度呈極顯著或顯著正相關關系，認為是活力檢測的較好方法。對于要求單粒播種的玉米種子可使用4℃3d，然后25℃7d的方法進行檢測[18]。任沙利等[19]使用此方法對晉單73、鄭單958、京科968進行檢測的結果與實際田間出苗情況相符。其他研究也說明采用該方法檢測玉米、甜瓜等種子活力，低溫的發(fā)芽率與實際田間成苗率存在顯著性相關關系，可以作為預測田間成苗率的有效指標[20-21]。

1.3 幼苗生長檢測法 幼苗出苗的速度和整齊度是種子活力的重要表現(xiàn)，高活力種子能更有效地從儲存組織調運儲備物質到胚軸促進幼苗生長。幼苗生長檢測指標通常包括幼苗的鮮重、干重、芽長、根長、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等。根據(jù)發(fā)芽幼苗生長速度、幼苗生長健壯程度、苗株的長度將幼苗分為3級（健壯幼苗、細弱幼苗、不正常幼苗）來評價種子活力[22]。該方法已應用于雜交水稻、甜玉米、楓楊、草坪等種子的活力檢測，表現(xiàn)出與田間出苗率呈顯著或極顯著正相關，能夠較好地檢測種子活力[23-26]。

1.4 電導率檢測法 電導率檢測的原理是種子吸脹初期細胞膜重建會導致電解質和可溶性物質外滲，外滲物多少可用電導率表示，用電導儀檢測外滲液的電導率高低來判斷種子活力高低[27]。低活力種子重建膜的速度和修復損傷的程度都慢于高活力的種子，外滲物多電導率就低[28]。電導率的檢測方法分為多粒法和單粒法。ISTA活力檢測手冊[10]上規(guī)定的是多粒法，重復檢測50粒種子的群體電導率，設置2次重復，按照取樣標準取50粒凈種子，稱重后放入注有150mL無離子水的三角瓶內，不放種子的150mL無離子水為空白對照，加蓋后放置24h，用電導儀檢測浸出液的電導率，減去對照電導率所得的數(shù)據(jù)即為種子浸出液的電導率。

1.5 氯化三苯基四唑碳（TTC）法 將種子的胚放在室溫水中充分浸泡后，浸沒于適宜濃度的TTC溶液中，于黑暗條件（30℃）下染色5h，以清水洗滌后觀察染色情況。種子中的脫氫酶可以將無色的TTC溶液還原成紅色三苯基甲（不溶于水），以此種子顯色的程度反映種子活力。此方法有較大的局限性，顯色程度不易量化，受個人經驗影響較大；也不適合應用于染色困難的種子，種子中含有的一些微生物也會干擾實驗結果[1]。

1.6 無損物理檢測技術 當激光自種子表面漫反射時，在種子表面光場中可以照相記錄下分布不規(guī)則的明暗顆粒狀斑紋，稱為散斑。激光散斑技術能反映種子內部粒子活躍程度，以此來表征種子活力的高低。高活力種子內部粒子活躍度強。這種方法可以通過特定的電腦軟件采集種子表面散斑圖案，分析散斑的曝光度、對比度和均勻性等指標，從而對種子活力進行研究。該方法的優(yōu)勢在于能夠快速無損地檢測出種子的活力高低，但由于軟硬件等技術的限制，目前該方法仍有很多地方需要改進[29]。

種子具有吸收光譜的光學特性，而其分光反射率或吸收率的峰值直接受內部生理指標的變化影響。該方法快速無損，對商業(yè)化的大規(guī)模應用非常有利。目前此方法已經成功運用于部分燕麥及水稻種子上[30]。楊冬風等[31]利用近紅外光研究玉米的快速無損活力檢測，識別準確率為95.0%，平均識別時間為26.25ms，認為是一種智能無損玉米種子活力檢測方法。許思等[32]對水稻種子活力進行了高光譜無損分級檢測試驗，建模集和預測集的識別正確率分別達到100%和98.75%，認為高光譜圖像技術是水稻種子活力快速無損檢測的有效方法。

1.7 Q2（氧傳感）檢測技術 Q2技術是一種基于光學的氧氣檢測系統(tǒng)，通過檢測種子在萌發(fā)過程中的氧氣消耗量來鑒定種子的活力。Q2技術可以精確快速檢測大量單粒種子的活力，可以應用于種子發(fā)芽試驗和種子處理結果如包衣、引發(fā)、老化等的快速預測，在種子技術研究和商業(yè)應用上具有廣泛的前景[33-34]。陳合云[35]基于Q2技術對常規(guī)水稻種子質量檢測試驗表明，相對發(fā)芽率（RGR）是檢測常規(guī)秈稻種子活力的最佳氧傳感指標，氧代謝率（OMR）是檢測常規(guī)粳稻種子活力的最佳氧傳感指標。

2 種子引發(fā)技術

2.1 液體引發(fā) 液體引發(fā)是將種子放置在用滲調劑溶液濕潤的濾紙上或直接浸入滲調劑溶液中，通過控制溶液的水勢來調節(jié)種子的吸水量。常用的滲調劑有PEG（聚乙二醇）、PVA（聚乙烯醇）、殼聚糖、KNO3、NaCl、CaCl2等，另外，甘油、甘露糖、甜菜堿等也有應用?；蛘哂?種或2種以上試劑配置的組合滲調劑，如PEG+鏈霉素、PEG+金霉素、PEG+四環(huán)素、PEG+福美雙（thiram）、PEG+福美雙+芐基青霉素、PEG+GA3、CaCl2+NaCl、KNO3+K2HPO4、KNO3+K3PO4、PEG+6-BA、KH2PO4+（NH4）2HPO4等[36，37]。有實驗表明，洋蔥和胡蘿卜種子經PEG引發(fā)，達到50%出苗率所需天數(shù)明顯減少，分別為20d和21d[38]。經PEG引發(fā)后，胚根長勢、活力指數(shù)、地上部鮮重、干重及根鮮重、干重都明顯高于對照[39]。研究發(fā)現(xiàn)大豆種子在32℃及36℃下的發(fā)芽率明顯下降，而經30%PEG引發(fā)2d的發(fā)芽率和活力指數(shù)高于未處理的對照，活力指數(shù)提高了88%～117%，表明PEG引發(fā)的大豆種子抗高溫能力得到提高[40]。武占會等[41]用硝酸鉀（3.6%～3.9%，21～22d）引發(fā)處理，提高了茄子種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)。殼聚糖（7.5mg/mL）處理花生種子，PEG、甘露糖、CaCl2、KH2PO4引發(fā)處理甘藍種子，均提高了種子活力[42，43]。在液體引發(fā)過程中，特別是PEG等有機大分子作為滲調劑，通氣是引發(fā)的必要條件之一，但目前還并不完全清楚通氣的作用機理。

2.2 固體基質引發(fā) 固體基質引發(fā)體系包含種子、固體基質顆粒和水3個基本組分。常用的固體基質有片狀蛭石、頁巖、多孔生粘土、聚丙酸鈉膠、合成硅酸鈣等。所用的液體除水外，還有PEG溶液和小分子無機鹽溶液。種子與固體基質的比例一般是1∶1.5～1∶3，加水量是固體基質干重的60%～95%[44]。

理想的固體基質應具備以下條件：（1）對種子無毒害；（2）表面積和體積大，容重??；（3）基質的顆粒大小、結構和空隙度可變；（4）具較高的持水能力；（5）化學性質穩(wěn)定；（6）水溶性較低；（7）引發(fā)后易與種子分離等。陳合云[35]研究表明，秈稻和粳稻種子經鋸木屑和珍珠巖引發(fā)處理后的發(fā)芽率、田間出苗率及幼苗質量都得到顯著提高。但鋸木屑對秈稻引發(fā)效果比珍珠巖好，而珍珠巖引發(fā)粳稻的效果比鋸木屑好。

2.3 滾筒引發(fā) 滾筒引發(fā)技術是在液體引發(fā)的基礎上發(fā)展的。將種子放在一個鋁質滾筒內，讓滾筒以水平軸為中心緩慢勻速轉動，同時控制噴入筒腔室內水的比例，控制種子的吸水速率以達到引發(fā)目的。滾筒引發(fā)的改進方法是按一定間隔時間定量加水，達到種子緩慢吸水的效果。滾筒引發(fā)包括4個階段[45]：（1）確定種子的吸水量；（2）吸濕1～2d；（3）培養(yǎng)，吸濕的種子在滾筒內放置7～14d；（4）干燥。

2.4 生物引發(fā) 生物引發(fā)是將種子播前生物處理與控制吸水相結合的種子引發(fā)處理新方法。該方法是先將種子進行表面消毒，用成膜劑（如甲基纖維素）包膜種子，然后將種子放在2層發(fā)芽紙間，在適宜的溫度下緩慢吸水至一定水平[46]。也可以加入有益真菌或細菌作為種子保護劑，在引發(fā)期間使種子表面繁殖大量的有益菌，防止苗期病害發(fā)生。

2.5 種子引發(fā)注意事項 在引發(fā)的過程中加入其他成份可以達到不同的引發(fā)效果。如在PEG引發(fā)中加入赤霉素，在基質引發(fā)中加入乙烯利，可以代替光照打破萵苣和芹菜種子休眠。但是如果在引發(fā)劑中加入的藥劑不合適，可能會降低引發(fā)效果甚至發(fā)生藥害。

引發(fā)處理的種子在回干后（含水量低于安全水平）可以長期保存，生活力降低的速度低于對照。但引發(fā)種子經回干處理后出苗的速度和出苗率受回干程度的影響較大，回干程度越大出苗率越低，出苗也越慢。同時種子是否耐回干也受引發(fā)條件的影響。

引發(fā)過程中溫濕度為病原菌生長創(chuàng)造了條件。實驗表明香瓜、萵苣等種子在PEG或無機鹽小分子溶液中引發(fā)后種子帶菌量顯著增加，因此在引發(fā)過程中應特別注意用殺菌劑處理控制病原菌的生長。

3 討論與展望

種子活力檢測的重要意義不言而喻，活力檢測方法也多種多樣，但是目前為止還沒有一個商業(yè)化應用的統(tǒng)一標準方法。原因是有些方法不夠成熟，檢測結果不夠穩(wěn)定，仍在試驗階段；有些方法操作比較費時或成本較高，不利于大批量應用。

根據(jù)以上綜述，建議批量應用種子活力檢測應優(yōu)先選擇加速老化檢測法、抗冷檢測法和幼苗生長檢測法。這3種方法檢測的發(fā)芽率都與田間成苗率相關性強，可靠性高。具體使用時，應根據(jù)不同作物選擇其中1～2種方法先行試驗，最終確定1個企業(yè)標準應用于種子活力的規(guī)?；瘷z測。

盡管新技術如紅外熱成像技術、激光散斑技術、近紅外技術等在種子活力檢測上的應用仍處于定性分析階段，但隨著新技術的不斷探索和完善，新技術規(guī)模化應用于種子活力檢測的前景仍十分廣闊。

在種子引發(fā)方面，大量實驗表明種子引發(fā)技術能夠改善發(fā)芽、促進幼苗生長及提高作物產量。這是解決作物在各種不適外界環(huán)境種植時的種子萌發(fā)相關問題的最佳方案。然而，目前真正商業(yè)化應用的種子引發(fā)技術仍然比較單一。深入研究種子的引發(fā)內在機理，找出現(xiàn)有引發(fā)技術缺陷，針對性提出技術措施，優(yōu)化引發(fā)控制技術，從而制定出種子引發(fā)技術規(guī)程或標準，成為種子引發(fā)技術研究的當務之急。

參考文獻

[1]波欽諾克.植物生物化學分析方法[M].北京：科學出版社，1981.

[2]王麗紅，坎雜，張曉海，等.種子活力的影響因素及檢測方法[J].新疆農機化，2004，3：28-29.

[3]郝楠，王建華，李宏飛，等.種子活力的發(fā)展及評價方法[J].種子，2015，34（5）：44-49.

[4]孫群，王建華，孫寶啟.種子活力的生理和遺傳機理研究進展[J].中國農業(yè)科學，2007，40（1）：48-55.

[5]Heydecker W，Coolbear P.Seed treatments for improved performance survey and attempted prognosis[J].Nursing Times，1977，104（35）：20-21.

[6]Bradford K J.Manipulation of seed water relations via osmotic priming to improve germination under stress conditions[J].Hortscience，1986，21（5）：1105-1112.

[7]Harmeet Singh，et al.Seed priming techniques in field crops-A review[J].Agri.Review，2015，36（4）：251-264.

[8]張衛(wèi)華，郝麗珍，胡寧寶，等.種子引發(fā)及其效應[J].種子，2004，23（6）：49-51.

[9]阮松林，薛慶中.植物的種子引發(fā)[J].植物生理學報，2002，38（2）：198-202.

[10]Sodre J，Vieira RD，Baalbaki R，et al. Seed Vigor testing handbook[M].Association of Official Seed Analysits，1983.

[11]余海兵，劉正，吳躍進，等.玉米種子人工加速老化方法的選擇[J].江蘇農業(yè)學報，2011，27（3）：672-674.

[12]蔣作甫，崔志華.玉米種子活力的幾種測試方法的比較[J].北京農學院學報，1995，10（1）：1-7.

[13]顏啟傳，李穩(wěn)香.雜交水稻種子活力與田間生產性能之間的關系[J].中國農業(yè)科學，1995，28（增）：90-98.

[14]曹棟棟，阮曉麗，詹艷，等.雜交水稻種子不同活力檢測方法與其田間成苗率的相關性[J].浙江農業(yè)學報，2014，26（5）：1145-1150.

[15]Deloughe JG，Caldwell WP.Seed vigor and vigor tests[J].Proceedings of Association of Official Seed Analysis，1960，50（1）：124-129.

[16]劉春香，張新.玉米種子的低溫活力檢測研究[J].濰坊學院學報，2013，13（4）：42-45.

[17]陳士林.玉米種子活力與田間苗期性狀相關性研究[J].種子，2003，22（4）：35-37.

[18]尹燕枰，董學會.種子學實驗技術[M].北京：中國農業(yè)出版社，2008.

[19]任沙利，顧日良，賈光耀，等.種子出苗率對玉米個體生長和群體產量的影響[J].中國農業(yè)大學學報，2017，22（4）：10-15.

[20]王景升，劉玉香.玉米種子活力的低溫檢測[J].沈陽農學院學報，1985，16（3）：51-60.

[21]王瑛西.甜瓜種子低溫發(fā)芽試驗初探[J].種子世界，2001，（11）：26.

[22]趙光武，王建華.甜玉米種子活力檢測及其田間成苗能力的評估[J].植物生理學通訊，2005，41（4）：444-448.

[23]張文明，鄭文寅，姚大年.草坪草種子活力檢測方法的比較研究[J].草原與草坪，2004：48-51.

[24]唐強，宋自力，徐雯.楓楊種子活力檢測方法研究[J].湖南林業(yè)科技，2011，38（2）：14-16.

[25]張文明，倪安麗，王昌初.雜交水稻種子活力的研究[J].雜交水稻，1998（3）：27-28.

[26]張海燕，張文明，姚大年.甜玉米種子活力檢測方法的比較研究[J].安徽農業(yè)科學，2007，35（6）：1593-1594，1622.

[27]成剛.甜瓜種子活力檢測的方法研究[J].現(xiàn)代農業(yè)科技，2010（4）：23-25.

[28]支巨振.《農作物種子檢驗規(guī)程》實施指南[M].北京：中國標準出版社，2000.

[29]吳德新，沈錫華.激光散斑無損檢測技術的研究[J].機電產品開發(fā)與創(chuàng)新，2008，21（2）：125-126.

[30]朱麗偉，馬文廣，胡晉，等.近紅外光譜技術檢測種子質量的應用研究進展[J].光譜學與光譜分析，2015，35（2）：346-349.

[31]楊冬風，尹淑欣，姜麗，等.玉米種子活力近紅外光譜智能檢測方法研究[J].核農學報，2013，27（7）：957-961.

[32]許思，趙光武，鄧飛.基于高光譜的水稻種子活力無損分級檢測[J].種子，2016，35（4）：34-40.

[33]陳能阜，趙光武，何勇，等.檢測種子活力的新技術—Q2技術[J].種子，2009，28（12）：112-114.

[34]陳能阜，朱祝軍，何勇，等.利用Q2技術快速檢測番茄種子引發(fā)后的活力[J].中國蔬菜， 2010（20）：47-51.

[35]陳合云.基于氧傳感技術的常規(guī)水稻種子質量檢測方法研究[D].中國農業(yè)科學院，2012.

[36]阮松林，薛慶中.植物的種子引發(fā)[J].植物生理學報，2002，38（2）：198-202.

[37]張秉奎，高建軍，鞏振輝.PVA滲調對辣椒種子活力及芽期酶活性的影響[J].西北農業(yè)學報，1999，8（2）：80-83.

[38]Heydecker W，Higgins J，Turner Y J.Invigoration of seeds[J].Seed Science & Technology，1975，3（3）：881-888.

[39]鞏振輝，何玉科.人工老化和PEG引發(fā)對甜椒種子活力的影響[J].中國農學通報，1991（2）：31-35.

[40]傅家瑞，蔡東燕.應用PEG滲調提高大豆種子活力的研究[J].作物學報，1986，12（2）：133-138.

[41]武占會，高志奎，魏新燕，等.硝酸鉀滲調對茄子種子發(fā)芽特性影響[J].北方園藝，2001（6）：9-10.

[42]周永國，楊越冬，齊印閣，等.殼聚糖對花生種子萌發(fā)過程中某些生理活性的影響[J].花生學報，2002，31（1）：22-25.

[43]吳道藩，宋明.提高甘藍種子活力的方法與機理研究[J].園藝學報，2002，29（6）：542-546.

[44]Taylor A G，Klein D E，Whitlow T H.SMP：Solid matrix priming of seeds[J].Scientia Horti-culturae，1988，37（1）：1-11.

[45]Rowse H R，Mckee J M T，F(xiàn)inch-Savage W E.Membrane priming-a method for small samples of high value seeds[J].Seed Science & Technology，2001，29（3）：587-597.

[46]Callan N W，Mathre D E，Miller J B.Bio-priming seed treatment for biological control of pythium ultimum preemergence damping-off in sh2 sweet corn.[J].Plant Disease，1990，74（5）：368-372.

（責編：徐世紅）