種子活力無損檢測方法研究進(jìn)展

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)的種子活力檢測方法因其檢測時(shí)間長會(huì)對種子造成不可恢復(fù)性的損傷等缺點(diǎn)，難以滿足現(xiàn)代種子快速、無損生產(chǎn)的新要求。而新型種子活力無損檢測技術(shù)采用非接觸式檢測，不會(huì)對種子造成物理或化學(xué)損傷，且檢測效率高，是未來種子活力檢測的主要方法。本文針對目前種子活力檢測現(xiàn)狀，總結(jié)了近年來應(yīng)用于種子活力檢測的無損檢測技術(shù)，并對種子活力檢測技術(shù)的未來發(fā)展趨勢及方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：種子;種子活力;檢測技術(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技術(shù)，對保障農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展有著重要意義。

一、新型種子活力檢測方法

（一）機(jī)器視覺技術(shù)

近年來在種子活力檢測領(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)器視覺技術(shù)來檢測種子活力，主要通過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)分析方法對種子活力狀況進(jìn)行評價(jià)。運(yùn)用機(jī)器視覺技術(shù)不僅在種子質(zhì)量檢測和分級上有著很好的應(yīng)用成效，而且在實(shí)現(xiàn)種子活力的快速、準(zhǔn)確、無損檢測上也有著良好的應(yīng)用前景。

（二）近紅外光譜技術(shù)

在種子活力檢測領(lǐng)域，由于種子活力的基礎(chǔ)是種子成熟過程中貯藏物質(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)的合頻和各級倍頻的吸收區(qū)一致，因此，可利用光譜信息來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，國內(nèi)外研究學(xué)者運(yùn)用該技術(shù)在有關(guān)種子活力檢測的研究中取得了很多進(jìn)展。近紅外光譜檢測技術(shù)具有檢測效率高、無污染、非破壞等特點(diǎn)，在種子活力檢測的應(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工作量大、時(shí)間長等工作現(xiàn)狀，推動(dòng)種子活力檢測向批量化和產(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，而且能夠獲取待測物體的空間信息。在農(nóng)業(yè)種子活力檢測上，高光譜技術(shù)作為物質(zhì)檢測分析的有力工具，幫助國內(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、無損檢測技術(shù)，能很好的應(yīng)用于種子活力檢測分析上。

（四）激光散斑技術(shù)動(dòng)態(tài)

激光散斑具有非接觸、無創(chuàng)傷、高精度、高靈敏度、抗干擾能力強(qiáng)和操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)、生物、食品、農(nóng)林業(yè)上均有應(yīng)用。在種子活力檢測領(lǐng)域的應(yīng)用上，通過研究發(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。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)對種子活力進(jìn)行無損檢測具有很大的潛力。

（五）軟X射線技術(shù)

在種子檢測上，由于X射線技術(shù)具有檢測速度快、檢測準(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)量檢測上。X射線的檢測原理主要是依靠X射線對物質(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。根據(jù)種子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)而可以判斷種子的蟲蛀、裂紋、品種等情況。通過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)分有裂紋種子和無裂紋種子。隨著未來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射線在種子活力無損檢測上將占據(jù)重要的地位。

（六）電子鼻技術(shù)

近年來，電子鼻在農(nóng)業(yè)、食品加工及質(zhì)量檢測、醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境檢測等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。在種子檢測領(lǐng)域，電子鼻通過采集種子生理生化變化過程中產(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領(lǐng)域中一項(xiàng)新穎的技術(shù)，具有無損、操作簡單、對樣品不需要預(yù)處理、不會(huì)產(chǎn)生嗅覺疲勞等優(yōu)點(diǎn)，但在檢測混合氣體時(shí)或有干擾氣體存在等情況下，難以得到較高的檢測和識別精度。

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)種子活力的檢測方法難以滿足現(xiàn)如今對種子活力快速、無損、自動(dòng)化的市場需求。當(dāng)前主要使用的種子活力無損檢測技術(shù)有機(jī)器視覺技術(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)檢測原理存在差異，具有不同優(yōu)缺點(diǎn)。機(jī)器視覺技術(shù)能快速準(zhǔn)確的獲取種子的可見光圖像，通過對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)都是通過種子內(nèi)部的組成成分光譜信息來建立種子內(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，分析處理過程會(huì)比較復(fù)雜，不同種類種子檢測時(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)變化情況來判斷種子的活力狀況。這一技術(shù)比較方便快捷，但檢測過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，檢測速度快，也不會(huì)有嗅覺疲勞，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，單一無損檢測技術(shù)難以全面獲取種子活力表征信息，且現(xiàn)有檢測技術(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)種子活力無損、快速、準(zhǔn)確檢測，探索多傳感技術(shù)融合的對能適用于不同作物種子活力檢測的方法是發(fā)展方向之一。此外，受限于光譜檢測器件成本，基于低成本光譜檢測器件的應(yīng)用模型構(gòu)建也是未來種子活力無損檢測的主要方向。與此同時(shí)，便攜式種子活力無損檢測儀器的研發(fā)會(huì)大大促進(jìn)該技術(shù)的推廣應(yīng)用，是未來的種子活力檢測的必然發(fā)展方向。