种子活力无损检测方法研究进展

杨丽维

摘 要：种子活力作为衡量种子质量的一个重要指标，对农业经济的发展有着重要影响。传统的种子活力检测方法因其检测时间长会对种子造成不可恢复性的损伤等缺点，难以满足现代种子快速、无损生产的新要求。而新型种子活力无损检测技术采用非接触式检测，不会对种子造成物理或化学损伤，且检测效率高，是未来种子活力检测的主要方法。本文针对目前种子活力检测现状，总结了近年来应用于种子活力检测的无损检测技术，并对种子活力检测技术的未来发展趋势及方向进行了展望。

关键词：种子;种子活力;检测技术

种业是农业的芯片，农产品的生产产量和品质与农田播种种子的质量息息相关。为保证播种种子质量，种子质量检测是种子销售前必不可少的环节。种子活力作为衡量种子质量的重要指标之一，在种子生产加工过程中常常未能受到重视。高活力的种子在田间发芽速度快、出苗整齐、抵抗逆环境生长的能力强;低活力的种子在田间发芽速度较慢、出苗不规整，很容易受到生长环境的影响而造成农产品减产。因此研究种子活力的检测技术，对保障农业经济的稳定发展有着重要意义。

一、新型种子活力检测方法

（一）机器视觉技术

近年来在种子活力检测领域，研究人员发现种子活力不仅与种子的遗传特性有关，与种子大小、颜色等物理性状也有密切关系。应用机器视觉技术来检测种子活力，主要通过图像传感器获取种子图像，然后将图像转化为数字图像导入计算机中，提取种子大小、颜色等信息，最终结合数据分析方法对种子活力状况进行评价。运用机器视觉技术不仅在种子质量检测和分级上有着很好的应用成效，而且在实现种子活力的快速、准确、无损检测上也有着良好的应用前景。

（二）近红外光谱技术

在种子活力检测领域，由于种子活力的基础是种子成熟过程中贮藏物质不断积累而逐渐形成，而近红外光谱区与有机分子含氢基团（OH、NH、CH）振动的合频和各级倍频的吸收区一致，因此，可利用光谱信息来反映种子组成成分信息，进而可以分析种子的活力状况。近年来，国内外研究学者运用该技术在有关种子活力检测的研究中取得了很多进展。近红外光谱检测技术具有检测效率高、无污染、非破坏等特点，在种子活力检测的应用上成果显著。随着科学技术的发展，近红外光谱技术将有可能大大改善种子活力检测工作量大、时间长等工作现状，推动种子活力检测向批量化和产业化的方向发展。

（三）高光谱技术

高光谱技术与近红外光谱技术不同之处在于，近红外光谱只能获取待检测物体的光谱信息，不能获得其空间信息。高光谱技术融合了图像技术和光谱技术，不仅能够获取其反应内部成分的光谱信息，而且能够获取待测物体的空间信息。在农业种子活力检测上，高光谱技术作为物质检测分析的有力工具，帮助国内外研究学者取得了很多研究成果。高光谱波段范围广，种子信息获取更加全面，作为一项高效、无损检测技术，能很好的应用于种子活力检测分析上。

（四）激光散斑技术动态

激光散斑具有非接触、无创伤、高精度、高灵敏度、抗干扰能力强和操作简单等优点，在医学、生物、食品、农林业上均有应用。在种子活力检测领域的应用上，通过研究发现，主观激光散斑和客观激光散斑均可以用于大豆活力的检测。利用激光散斑技术得到了玉米种子内部粒子活跃区域，同时利用四唑染色法验证了该区域便是种子的活力区域，为激光散斑在种子活力的应用上做出了初步的探索。由于目前激光散斑技术在种子活力检测的应用上，尚处在实验室研究阶段，相关性的研究成果较少，但从上述研究结果可以看出，运用激光散斑技术对种子活力进行无损检测具有很大的潜力。

（五）软X射线技术

在种子检测上，由于X射线技术具有检测速度快、检测准确、不破坏种子等优点，该技术已广泛应用在林木种子质量检测上。X射线的检测原理主要是依靠X射线对物质的穿透性，当用X射线照射种子样品时，能在摄影胶片、制版片或荧光屏上形成种子样品的射线图像，显出种子内部的完整结构，如种皮、胚、胚乳和裂纹等均能在X射线图像上体现出来。根据种子的内部结构进而可以判断种子的虫蛀、裂纹、品种等情况。通过X射线技术获得芸豆种子的X射线图像，结合图像处理技术对其进行了阈值化和形态学操作，最终准确的区分有裂纹种子和无裂纹种子。随着未来X射线技术与计算机数字图像技术的不断结合发展，X射线在种子活力无损检测上将占据重要的地位。

（六）电子鼻技术

近年来，电子鼻在农业、食品加工及质量检测、医学诊断、环境检测等领域被广泛应用。在种子检测领域，电子鼻通过采集种子生理生化变化过程中产生的挥发性物质（像甲醇、乙醇等醇類物质和酸、酮等小分子羰基化合物以及烷烃类物），进而分析种子的生理状态并对种子的霉变、贮藏年限、品种类别、种子活力状况等做出判断。电子鼻是种子活力检测领域中一项新颖的技术，具有无损、操作简单、对样品不需要预处理、不会产生嗅觉疲劳等优点，但在检测混合气体时或有干扰气体存在等情况下，难以得到较高的检测和识别精度。

二、讨论

现阶段由于种子品种繁多，其活力表现的形式都各有所异。传统种子活力的检测方法难以满足现如今对种子活力快速、无损、自动化的市场需求。当前主要使用的种子活力无损检测技术有机器视觉技术、近红外光谱技术、高光谱技术、激光散斑技术、软X射线技术和电子鼻技术，但由于不同技术检测原理存在差异，具有不同优缺点。机器视觉技术能快速准确的获取种子的可见光图像，通过对图像分析处理能得到种子颜色、形态和纹理特征信息，进而判断种子品种、破损以及活力状况，但并非所有种子活力均与种子外在颜色、形态等物理信息相关，此方法的应用具有一定局限性。近红外光谱和高光谱技术都是通过种子内部的组成成分光谱信息来建立种子内部成分信息与种子活力的关系，但是种子成分光谱有较多的冗余信息以及噪声，分析处理过程会比较复杂，不同种类种子检测时需重新建模，模型构建复杂，此外，光谱设备价格昂贵，难以大范围推广普及。激光散斑技术通过种子表面和内部散射粒子在激光照射下的动态变化情况来判断种子的活力状况。这一技术比较方便快捷，但检测过程中种子的轻微偏移都将影响最终的采集图像的效果，进而影响到最终的分析结果。X射线成像技术通过获取种子内部结构信息，分析种子活力状况，然种子内部结构并非反映其活性的唯一因素，因此该技术也具有局限性。电子鼻技术直接通过种子所挥发的气体分子进行采集从而分析种子的活力状况，检测速度快，也不会有嗅觉疲劳，但容易受到其他与种子活力不相关气体的干扰。

综上分析，单一无损检测技术难以全面获取种子活力表征信息，且现有检测技术设备价格昂贵，难以进行商业化推广应用，为实现种子活力无损、快速、准确检测，探索多传感技术融合的对能适用于不同作物种子活力检测的方法是发展方向之一。此外，受限于光谱检测器件成本，基于低成本光谱检测器件的应用模型构建也是未来种子活力无损检测的主要方向。与此同时，便携式种子活力无损检测仪器的研发会大大促进该技术的推广应用，是未来的种子活力检测的必然发展方向。