农作物种子活力检测与引发技术研究进展

徐丽媛 范家萌 徐四静 杨星辰 周桂林 王兆贤 王浩波

摘 要：随着播种技术的发展和极端天气的频繁发生，生产上对种子出苗质量要求越来越高，仅仅检测种子的发芽率已不能充分满足生产者的需要，而高活力的种子才能真实反映田间出苗质量。该文详细论述了种子活力检测及引发技术的研究进展，以期为商业化应用提供借鉴。

关键词：农作物；种子活力；检测技术；引发技术

中图分类号 S351.1；S351.5 文献标识码 A 文章编号 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

種子发芽率是质量检测的重要指标之一，但发芽率是在种子最适宜条件下的发芽表现，并不能真实反映田间实际出苗状况，特别是在逆境条件下与出苗率相差很大。因此如何在播种前预测评价种子的成苗率成为种子检验技术的新要求[1]。国际种子检验协会（ISTA）提出了种子活力概念，定义种子活力是决定种子和种子批在发芽和出苗期间的活性强度和种子特征的综合表现[2，3]：（1）种子在逆境下的出苗能力；（2）发芽和幼苗生长的快慢和整齐度；（3）贮藏后保持发芽力的潜力。高活力种子苗齐苗壮、成苗率高，而且表现出更强的生长优势和生产潜力，抵抗逆境的能力强；低活力种子在适宜条件下能发芽，但发芽缓慢，在逆境条件下出苗不齐甚至出现缺苗断垄，对农业生产造成很大损失[4]。

种子引发是提高种子活力，促进种子快速整齐出苗，保证田间高成苗率和提升产量的技术。它是一种简单的可控水合作用技术，是把种子浸泡于低渗透势溶液中，使种子缓慢吸收一定量的水分，启动种子萌发前的有关生理生化反应，但没有真正萌发，然后回干至原重进行储藏，重新吸水后种子即可快速整齐出苗，或者不经回干直接萌发[5-7]。目前该技术已经应用到一些粮食和经济作物、果树、蔬菜、药用植物和林木等[8]。在美国已经有经过引发处理的洋葱、辣椒、胡萝卜、番茄等种子出售[9]。

1 种子活力检测方法

国际上的种子活力检测方法包括4大类，一是物理检测法，包括光学检测和机械损伤检测等；二是生理检测法，包括种子吸水速率检测和电导率检测等；三是生化检测法，包括氯化三苯基四唑碳（TTC）和脱氢酶活性检测等；四是逆境检测法，包括人工加速老化和低温抗冷检测等。ISTA推荐了加速老化和电导率检测2种种子活力检测方法，同时建议了7种种子活力检测方法[10]。

1.1 人工加速老化法 人工加速老化法是把种子放置在高温高湿的环境中处理数天，其劣变程度在几天内相当于数月或数年之久。高活力的种子劣变较慢，经老化处理后仍能正常发芽；而低活力种子经老化处理后，产生不正常幼苗或全部死亡[3]。

尽管老化处理方法在具体温度、湿度和时间上有所不同，但都能够预测种子存贮时间及田间出苗率。对25份玉米自交系加速老化处理发现[11]，相对湿度85%、温度43℃条件下处理3d的玉米种子的各项指标与常温存放26个月的种子相似。蒋作甫等[12]认为，玉米在40oC和100%相对湿度下，处理60h可以准确预测田间实际出苗率，处理后的发芽率与田间出苗率相关系数达0.964。杂交水稻在41℃、相对湿度100%条件下，进行加速老化3d的种子与自然存放1年的陈种子的发芽势和发芽率及各项活力指标都很相近，没有显著差异[13]。曹栋栋等[14]将田间成苗率与实验室试验数据进行相关性分析，认为人工加速老化法可以有效检测杂交水稻种子活力。

大量的研究与实践证明，加速老化试验应用的局限性比较小，可靠性高。另外，通过人工加速老化获得老化程度不同的种子可以作为活力研究的材料，方便开展种子活力理论和应用研究[10]。

1.2 抗冷检测法 抗冷检测法主要是模拟早春田间温度低、土壤含水量高的环境来检测出苗能力。国外的一些玉米育种公司已采用抗冷检测法来检测玉米种子活力。利马格兰公司采用10℃7d～25℃3d检测发芽率，超过80%的为高活力种子；原南斯拉夫泽蒙玉米研究所则以8℃8d～25℃1d检测种子发芽情况，以发芽与否来判断是否携带抗低温基因[15]。

国内应用这种方法于杂交玉米的种子活力检测也比较多。刘春香等[16]研究表明，3种抗冷活力检测方法得出的发芽率均与种子发芽指数相关性显著，与田间出苗率呈显著正相关。其中8℃6d～25℃3d处理的发芽率与田间出苗率相关系数最高，为0.993。陈士林[17]对普通玉米种子的研究结果是，低温抗冷检测的发芽率与田间出苗率、成苗率和幼苗整齐度呈极显著或显著正相关关系，认为是活力检测的较好方法。对于要求单粒播种的玉米种子可使用4℃3d，然后25℃7d的方法进行检测[18]。任沙利等[19]使用此方法对晋单73、郑单958、京科968进行检测的结果与实际田间出苗情况相符。其他研究也说明采用该方法检测玉米、甜瓜等种子活力，低温的发芽率与实际田间成苗率存在显著性相关关系，可以作为预测田间成苗率的有效指标[20-21]。

1.3 幼苗生长检测法 幼苗出苗的速度和整齐度是种子活力的重要表现，高活力种子能更有效地从储存组织调运储备物质到胚轴促进幼苗生长。幼苗生长检测指标通常包括幼苗的鲜重、干重、芽长、根长、发芽指数、活力指数等。根据发芽幼苗生长速度、幼苗生长健壮程度、苗株的长度将幼苗分为3级（健壮幼苗、细弱幼苗、不正常幼苗）来评价种子活力[22]。该方法已应用于杂交水稻、甜玉米、枫杨、草坪等种子的活力检测，表现出与田间出苗率呈显著或极显著正相关，能够较好地检测种子活力[23-26]。

1.4 电导率检测法 电导率检测的原理是种子吸胀初期细胞膜重建会导致电解质和可溶性物质外渗，外渗物多少可用电导率表示，用电导仪检测外渗液的电导率高低来判断种子活力高低[27]。低活力种子重建膜的速度和修复损伤的程度都慢于高活力的种子，外渗物多电导率就低[28]。电导率的检测方法分为多粒法和单粒法。ISTA活力检测手册[10]上规定的是多粒法，重复检测50粒种子的群体电导率，设置2次重复，按照取样标准取50粒净种子，称重后放入注有150mL无离子水的三角瓶内，不放种子的150mL无离子水为空白对照，加盖后放置24h，用电导仪检测浸出液的电导率，减去对照电导率所得的数据即为种子浸出液的电导率。

1.5 氯化三苯基四唑碳（TTC）法 将种子的胚放在室温水中充分浸泡后，浸没于适宜浓度的TTC溶液中，于黑暗条件（30℃）下染色5h，以清水洗涤后观察染色情况。种子中的脱氢酶可以将无色的TTC溶液还原成红色三苯基甲（不溶于水），以此种子显色的程度反映种子活力。此方法有较大的局限性，显色程度不易量化，受个人经验影响较大；也不适合应用于染色困难的种子，种子中含有的一些微生物也会干扰实验结果[1]。

1.6 无损物理检测技术 当激光自种子表面漫反射时，在种子表面光场中可以照相记录下分布不规则的明暗颗粒状斑纹，称为散斑。激光散斑技术能反映种子内部粒子活跃程度，以此来表征种子活力的高低。高活力种子内部粒子活跃度强。这种方法可以通过特定的电脑软件采集种子表面散斑图案，分析散斑的曝光度、对比度和均匀性等指标，从而对种子活力进行研究。该方法的优势在于能够快速无损地检测出种子的活力高低，但由于軟硬件等技术的限制，目前该方法仍有很多地方需要改进[29]。

种子具有吸收光谱的光学特性，而其分光反射率或吸收率的峰值直接受内部生理指标的变化影响。该方法快速无损，对商业化的大规模应用非常有利。目前此方法已经成功运用于部分燕麦及水稻种子上[30]。杨冬风等[31]利用近红外光研究玉米的快速无损活力检测，识别准确率为95.0%，平均识别时间为26.25ms，认为是一种智能无损玉米种子活力检测方法。许思等[32]对水稻种子活力进行了高光谱无损分级检测试验，建模集和预测集的识别正确率分别达到100%和98.75%，认为高光谱图像技术是水稻种子活力快速无损检测的有效方法。

1.7 Q2（氧传感）检测技术 Q2技术是一种基于光学的氧气检测系统，通过检测种子在萌发过程中的氧气消耗量来鉴定种子的活力。Q2技术可以精确快速检测大量单粒种子的活力，可以应用于种子发芽试验和种子处理结果如包衣、引发、老化等的快速预测，在种子技术研究和商业应用上具有广泛的前景[33-34]。陈合云[35]基于Q2技术对常规水稻种子质量检测试验表明，相对发芽率（RGR）是检测常规籼稻种子活力的最佳氧传感指标，氧代谢率（OMR）是检测常规粳稻种子活力的最佳氧传感指标。

2 种子引发技术

2.1 液体引发 液体引发是将种子放置在用渗调剂溶液湿润的滤纸上或直接浸入渗调剂溶液中，通过控制溶液的水势来调节种子的吸水量。常用的渗调剂有PEG（聚乙二醇）、PVA（聚乙烯醇）、壳聚糖、KNO3、NaCl、CaCl2等，另外，甘油、甘露糖、甜菜碱等也有应用。或者用2种或2种以上试剂配置的组合渗调剂，如PEG+链霉素、PEG+金霉素、PEG+四环素、PEG+福美双（thiram）、PEG+福美双+苄基青霉素、PEG+GA3、CaCl2+NaCl、KNO3+K2HPO4、KNO3+K3PO4、PEG+6-BA、KH2PO4+（NH4）2HPO4等[36，37]。有实验表明，洋葱和胡萝卜种子经PEG引发，达到50%出苗率所需天数明显减少，分别为20d和21d[38]。经PEG引发后，胚根长势、活力指数、地上部鲜重、干重及根鲜重、干重都明显高于对照[39]。研究发现大豆种子在32℃及36℃下的发芽率明显下降，而经30%PEG引发2d的发芽率和活力指数高于未处理的对照，活力指数提高了88%～117%，表明PEG引发的大豆种子抗高温能力得到提高[40]。武占会等[41]用硝酸钾（3.6%～3.9%，21～22d）引发处理，提高了茄子种子的发芽率、发芽势和发芽指数。壳聚糖（7.5mg/mL）处理花生种子，PEG、甘露糖、CaCl2、KH2PO4引发处理甘蓝种子，均提高了种子活力[42，43]。在液体引发过程中，特别是PEG等有机大分子作为渗调剂，通气是引发的必要条件之一，但目前还并不完全清楚通气的作用机理。

2.2 固体基质引发 固体基质引发体系包含种子、固体基质颗粒和水3个基本组分。常用的固体基质有片状蛭石、页岩、多孔生粘土、聚丙酸钠胶、合成硅酸钙等。所用的液体除水外，还有PEG溶液和小分子无机盐溶液。种子与固体基质的比例一般是1∶1.5～1∶3，加水量是固体基质干重的60%～95%[44]。

理想的固体基质应具备以下条件：（1）对种子无毒害；（2）表面积和体积大，容重小；（3）基质的颗粒大小、结构和空隙度可变；（4）具较高的持水能力；（5）化学性质稳定；（6）水溶性较低；（7）引发后易与种子分离等。陈合云[35]研究表明，籼稻和粳稻种子经锯木屑和珍珠岩引发处理后的发芽率、田间出苗率及幼苗质量都得到显著提高。但锯木屑对籼稻引发效果比珍珠岩好，而珍珠岩引发粳稻的效果比锯木屑好。

2.3 滚筒引发 滚筒引发技术是在液体引发的基础上发展的。将种子放在一个铝质滚筒内，让滚筒以水平轴为中心缓慢匀速转动，同时控制喷入筒腔室内水的比例，控制种子的吸水速率以达到引发目的。滚筒引发的改进方法是按一定间隔时间定量加水，达到种子缓慢吸水的效果。滚筒引发包括4个阶段[45]：（1）确定种子的吸水量；（2）吸湿1～2d；（3）培养，吸湿的种子在滚筒内放置7～14d；（4）干燥。

2.4 生物引发 生物引发是将种子播前生物处理与控制吸水相结合的种子引发处理新方法。该方法是先将种子进行表面消毒，用成膜剂（如甲基纤维素）包膜种子，然后将种子放在2层发芽纸间，在适宜的温度下缓慢吸水至一定水平[46]。也可以加入有益真菌或细菌作为种子保护剂，在引发期间使种子表面繁殖大量的有益菌，防止苗期病害发生。

2.5 种子引发注意事项 在引发的过程中加入其他成份可以达到不同的引发效果。如在PEG引发中加入赤霉素，在基质引发中加入乙烯利，可以代替光照打破莴苣和芹菜种子休眠。但是如果在引发剂中加入的药剂不合适，可能会降低引发效果甚至发生药害。

引发处理的种子在回干后（含水量低于安全水平）可以长期保存，生活力降低的速度低于對照。但引发种子经回干处理后出苗的速度和出苗率受回干程度的影响较大，回干程度越大出苗率越低，出苗也越慢。同时种子是否耐回干也受引发条件的影响。

引发过程中温湿度为病原菌生长创造了条件。实验表明香瓜、莴苣等种子在PEG或无机盐小分子溶液中引发后种子带菌量显著增加，因此在引发过程中应特别注意用杀菌剂处理控制病原菌的生长。

3 讨论与展望

种子活力检测的重要意义不言而喻，活力检测方法也多种多样，但是目前为止还没有一个商业化应用的统一标准方法。原因是有些方法不够成熟，检测结果不够稳定，仍在试验阶段；有些方法操作比较费时或成本较高，不利于大批量应用。

根据以上综述，建议批量应用种子活力检测应优先选择加速老化检测法、抗冷检测法和幼苗生长检测法。这3种方法检测的发芽率都与田间成苗率相关性强，可靠性高。具体使用时，应根据不同作物选择其中1～2种方法先行试验，最终确定1个企业标准应用于种子活力的规模化检测。

尽管新技术如红外热成像技术、激光散斑技术、近红外技术等在种子活力检测上的应用仍处于定性分析阶段，但随着新技术的不断探索和完善，新技术规模化应用于种子活力检测的前景仍十分广阔。

在种子引发方面，大量实验表明种子引发技术能够改善发芽、促进幼苗生长及提高作物产量。这是解决作物在各种不适外界环境种植时的种子萌发相关问题的最佳方案。然而，目前真正商业化应用的种子引发技术仍然比较单一。深入研究种子的引发内在机理，找出现有引发技术缺陷，针对性提出技术措施，优化引发控制技术，从而制定出种子引发技术规程或标准，成为种子引发技术研究的当务之急。

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（责编：徐世红）