種子活力無損檢測方法研究進展

楊麗維

摘 要：種子活力作為衡量種子質量的一個重要指標，對農業經濟的發展有著重要影響。傳統的種子活力檢測方法因其檢測時間長會對種子造成不可恢復性的損傷等缺點，難以滿足現代種子快速、無損生產的新要求。而新型種子活力無損檢測技術采用非接觸式檢測，不會對種子造成物理或化學損傷，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狀，總結了近年來應用于種子活力檢測的無損檢測技術，并對種子活力檢測技術的未來發展趨勢及方向進行了展望。

關鍵詞：種子;種子活力;檢測技術

種業是農業的芯片，農產品的生產產量和品質與農田播種種子的質量息息相關。為保證播種種子質量，種子質量檢測是種子銷售前必不可少的環節。種子活力作為衡量種子質量的重要指標之一，在種子生產加工過程中常常未能受到重視。高活力的種子在田間發芽速度快、出苗整齊、抵抗逆環境生長的能力強;低活力的種子在田間發芽速度較慢、出苗不規整，很容易受到生長環境的影響而造成農產品減產。因此研究種子活力的檢測技術，對保障農業經濟的穩定發展有著重要意義。

一、新型種子活力檢測方法

（一）機器視覺技術

近年來在種子活力檢測領域，研究人員發現種子活力不僅與種子的遺傳特性有關，與種子大小、顏色等物理性狀也有密切關系。應用機器視覺技術來檢測種子活力，主要通過圖像傳感器獲取種子圖像，然后將圖像轉化為數字圖像導入計算機中，提取種子大小、顏色等信息，最終結合數據分析方法對種子活力狀況進行評價。運用機器視覺技術不僅在種子質量檢測和分級上有著很好的應用成效，而且在實現種子活力的快速、準確、無損檢測上也有著良好的應用前景。

（二）近紅外光譜技術

在種子活力檢測領域，由于種子活力的基礎是種子成熟過程中貯藏物質不斷積累而逐漸形成，而近紅外光譜區與有機分子含氫基團（OH、NH、CH）振動的合頻和各級倍頻的吸收區一致，因此，可利用光譜信息來反映種子組成成分信息，進而可以分析種子的活力狀況。近年來，國內外研究學者運用該技術在有關種子活力檢測的研究中取得了很多進展。近紅外光譜檢測技術具有檢測效率高、無污染、非破壞等特點，在種子活力檢測的應用上成果顯著。隨著科學技術的發展，近紅外光譜技術將有可能大大改善種子活力檢測工作量大、時間長等工作現狀，推動種子活力檢測向批量化和產業化的方向發展。

（三）高光譜技術

高光譜技術與近紅外光譜技術不同之處在于，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。高光譜技術融合了圖像技術和光譜技術，不僅能夠獲取其反應內部成分的光譜信息，而且能夠獲取待測物體的空間信息。在農業種子活力檢測上，高光譜技術作為物質檢測分析的有力工具，幫助國內外研究學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，作為一項高效、無損檢測技術，能很好的應用于種子活力檢測分析上。

（四）激光散斑技術動態

激光散斑具有非接觸、無創傷、高精度、高靈敏度、抗干擾能力強和操作簡單等優點，在醫學、生物、食品、農林業上均有應用。在種子活力檢測領域的應用上，通過研究發現，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。利用激光散斑技術得到了玉米種子內部粒子活躍區域，同時利用四唑染色法驗證了該區域便是種子的活力區域，為激光散斑在種子活力的應用上做出了初步的探索。由于目前激光散斑技術在種子活力檢測的應用上，尚處在實驗室研究階段，相關性的研究成果較少，但從上述研究結果可以看出，運用激光散斑技術對種子活力進行無損檢測具有很大的潛力。

（五）軟X射線技術

在種子檢測上，由于X射線技術具有檢測速度快、檢測準確、不破壞種子等優點，該技術已廣泛應用在林木種子質量檢測上。X射線的檢測原理主要是依靠X射線對物質的穿透性，當用X射線照射種子樣品時，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，顯出種子內部的完整結構，如種皮、胚、胚乳和裂紋等均能在X射線圖像上體現出來。根據種子的內部結構進而可以判斷種子的蟲蛀、裂紋、品種等情況。通過X射線技術獲得蕓豆種子的X射線圖像，結合圖像處理技術對其進行了閾值化和形態學操作，最終準確的區分有裂紋種子和無裂紋種子。隨著未來X射線技術與計算機數字圖像技術的不斷結合發展，X射線在種子活力無損檢測上將占據重要的地位。

（六）電子鼻技術

近年來，電子鼻在農業、食品加工及質量檢測、醫學診斷、環境檢測等領域被廣泛應用。在種子檢測領域，電子鼻通過采集種子生理生化變化過程中產生的揮發性物質（像甲醇、乙醇等醇類物質和酸、酮等小分子羰基化合物以及烷烴類物），進而分析種子的生理狀態并對種子的霉變、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域中一項新穎的技術，具有無損、操作簡單、對樣品不需要預處理、不會產生嗅覺疲勞等優點，但在檢測混合氣體時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

現階段由于種子品種繁多，其活力表現的形式都各有所異。傳統種子活力的檢測方法難以滿足現如今對種子活力快速、無損、自動化的市場需求。當前主要使用的種子活力無損檢測技術有機器視覺技術、近紅外光譜技術、高光譜技術、激光散斑技術、軟X射線技術和電子鼻技術，但由于不同技術檢測原理存在差異，具有不同優缺點。機器視覺技術能快速準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、形態和紋理特征信息，進而判斷種子品種、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、形態等物理信息相關，此方法的應用具有一定局限性。近紅外光譜和高光譜技術都是通過種子內部的組成成分光譜信息來建立種子內部成分信息與種子活力的關系，但是種子成分光譜有較多的冗余信息以及噪聲，分析處理過程會比較復雜，不同種類種子檢測時需重新建模，模型構建復雜，此外，光譜設備價格昂貴，難以大范圍推廣普及。激光散斑技術通過種子表面和內部散射粒子在激光照射下的動態變化情況來判斷種子的活力狀況。這一技術比較方便快捷，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，進而影響到最終的分析結果。X射線成像技術通過獲取種子內部結構信息，分析種子活力狀況，然種子內部結構并非反映其活性的唯一因素，因此該技術也具有局限性。電子鼻技術直接通過種子所揮發的氣體分子進行采集從而分析種子的活力狀況，檢測速度快，也不會有嗅覺疲勞，但容易受到其他與種子活力不相關氣體的干擾。

綜上分析，單一無損檢測技術難以全面獲取種子活力表征信息，且現有檢測技術設備價格昂貴，難以進行商業化推廣應用，為實現種子活力無損、快速、準確檢測，探索多傳感技術融合的對能適用于不同作物種子活力檢測的方法是發展方向之一。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用模型構建也是未來種子活力無損檢測的主要方向。與此同時，便攜式種子活力無損檢測儀器的研發會大大促進該技術的推廣應用，是未來的種子活力檢測的必然發展方向。