快速無損檢測(cè)小麥種子生活力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及種子生活力的測(cè)定，具體地說，設(shè)及一種快速無損檢測(cè)小麥種子生活 力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 種子生活力是指種子的生命力，指種子能夠萌發(fā)長成幼苗的能力。參照中華人民 共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》和《國際種子檢驗(yàn)規(guī)程》（InternationalSeed TestingAssociation.InternationalRulesforSeedTesting. 2009)，常用的種子生活 力檢測(cè)方法包括:常規(guī)發(fā)芽法和四挫染色法。常規(guī)發(fā)芽方法是最準(zhǔn)確，也是最經(jīng)典、最常用 的方法，但是非常耗時(shí)。小麥種子發(fā)芽檢測(cè)需要7天左右，而且每次檢測(cè)要損耗100~400粒 種子。根據(jù)美國種子檢驗(yàn)協(xié)會(huì)發(fā)布的"四挫染色手冊(cè)"（A0SA/SCSTTe化azoliumTesting 化rKlbook，2010)規(guī)定，小麥種子ΤΖ染色前需要先在20-25°C條件下吸脹4小時(shí)乃至18小時(shí)， 再于1.0 %TZ溶液中染色3個(gè)小時(shí)，每次檢測(cè)同樣需要消耗100~400粒種子。由于經(jīng)過染色， TZ檢測(cè)后種子無法進(jìn)行任何他用。同樣，發(fā)芽檢測(cè)后種子已經(jīng)變成幼苗，除了可W繼續(xù)培養(yǎng) 成植株外，也無法進(jìn)行他用。
[0003] 隨著技術(shù)發(fā)展，對(duì)種子生活力檢測(cè)的準(zhǔn)確度、速度和無破壞性的要求越來越高。科 研人員進(jìn)行了很多嘗試，研發(fā)了相關(guān)技術(shù)，例如氧分子流速檢測(cè)方法(XinX，WanYL，Wang WJ,YinGK,McLamoreES,LuXX.Areal-time,non-invasive,micr〇-〇ptrodetechnique fordetectingseedviabilitybyusingoxygeninflux.ScientificReports,2013, 3:3507)，該方法確實(shí)加快了檢測(cè)速度，但是需要將干種子于檢測(cè)液中浸泡3小時(shí)左右，因此 對(duì)種子產(chǎn)生相當(dāng)?shù)钠茐?，檢測(cè)后的種子只能丟棄，或繼續(xù)培養(yǎng)成植株，而不能繼續(xù)保存或用 于其它用途。另外，常規(guī)檢測(cè)方法耗時(shí)耗力，嚴(yán)重限制了檢測(cè)效率，因此亟需研發(fā)一種無破 壞性、快速的種子生活力檢測(cè)方法。
[0004] 正常條件下，植物通過次生代謝途徑產(chǎn)生多種揮發(fā)氣體，包括:醇類、酸類、醒類、 酬類、醋類、燒控類、含氮化合物和硫化物等。揮發(fā)氣體的種類和各成分間的比例，因物種、 器官、健康度、活性等而不同。在種子生活力降低過程中，細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生變化，導(dǎo)致 揮發(fā)氣體產(chǎn)物發(fā)生改變（ZhangM,LiuY，ToriiI，SasakiH，EsasMY. 1993.Evolution ofvolatilecompoundsbyseedsduringstorageperiods.SeedScienceand Technology21,359-373.)。分析揮發(fā)氣體成分，不必對(duì)種子進(jìn)行任何處理，包括短時(shí)吸脹 等，且分析過程不直接接觸種子，對(duì)種子沒有任何損害。因此若能夠通過檢測(cè)揮發(fā)氣體成分 差異而判斷種子生活力，則可研制真正無破壞性、快速的檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種完全無破壞性、快速檢測(cè)小麥種子生活力的方法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的一種快速無損檢測(cè)小麥種子生活力的方法，所述 方法是基于電子鼻原理，采用金屬氧化物傳感器陣列檢測(cè)小麥種子產(chǎn)生的揮發(fā)氣體的成分 (種類和濃度），將揮發(fā)氣體的化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，根據(jù)電信號(hào)圖譜（即根據(jù)其氣味"指 紋"）區(qū)分不同生活力的種子，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)采集的電信號(hào)進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)未知小麥 種子樣品的生活力檢測(cè)。
[0007] 其中，所述金屬氧化物傳感器陣列是對(duì)含氮氧化合物、無機(jī)硫化物、幾基類/醇類 和芳香燒控類物質(zhì)敏感的4個(gè)金屬氧化物傳感器組成的傳感器陣列。
[0008] 本發(fā)明提供的方法包括W下步驟:產(chǎn)生揮發(fā)氣體、收集并檢測(cè)揮發(fā)氣體、數(shù)據(jù)分 析、生活力判斷和預(yù)測(cè)。
[0009] 前述的方法，將適量的小麥種子裝入頂空樣品瓶(瓶蓋中央打孔，內(nèi)配有硅膠墊） 內(nèi)密封，靜止相應(yīng)時(shí)間后直接抽取頂空氣體，經(jīng)金屬氧化物傳感器陣列檢測(cè)。具體地，取10 ~20g小麥種子，裝入一定容積(例如，100ml)的頂空樣品瓶內(nèi)，室溫靜置60~120分鐘后進(jìn) 行測(cè)定。若遇氣溫波動(dòng)大的季節(jié)，應(yīng)將樣品瓶放在20°C~35°C恒溫箱內(nèi)。
[0010] 前述的方法，先用凈化的空氣(例如用木炭凈化的潔凈空氣)清洗金屬氧化物傳感 器陣列，然后用進(jìn)樣針吸取樣品瓶頂空氣體，經(jīng)傳感器陣列檢測(cè)，獲得電信號(hào)值，連續(xù)測(cè)定 60秒。其中，氣體流經(jīng)傳感器陣列的速度為lOOml/s~400ml/s。
[0011] 前述的方法，選取20~50秒之間穩(wěn)定的電信號(hào)數(shù)據(jù)，利用主成分分析法(PCA)或線 性判別法(LDA)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理后區(qū)分不同生活力梯度種子的數(shù)據(jù)集。
[0012] 優(yōu)選地，每個(gè)生活力梯度小麥種子取至少30份樣品的檢測(cè)信號(hào)訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)， 并利用訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)未知小麥種子樣品進(jìn)行生活力檢測(cè)。做完每一次檢測(cè)，用凈 化的空氣清洗傳感器陣列，W消除前一檢測(cè)的影響。
[0013] 通過抽取樣品瓶內(nèi)的氣體，使氣體吸附在金屬氧化物傳感器表面，引起電阻變化， 利用不同的金屬氧化物，選擇性地識(shí)別不同類別的氣體，將小麥種子揮發(fā)氣體的化學(xué)信號(hào) 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)圖譜。通過電化學(xué)計(jì)量軟件，對(duì)揮發(fā)氣體進(jìn)行區(qū)分鑒別，從而區(qū)分不同生活力 的種子。對(duì)獲得的電信號(hào)進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模訓(xùn)練，即可預(yù)測(cè)未知種子樣品生活力。
[0014] 整個(gè)檢測(cè)過程無需對(duì)小麥種子進(jìn)行吸脹、萌發(fā)、染色等任何處理，只需將種子裝入 樣品瓶靜置一段時(shí)間，抽取種子頂空的揮發(fā)氣體進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)過程不接觸種子，只需要少 量小麥種子，且每次檢測(cè)耗時(shí)不到1分鐘，檢測(cè)效率高、方法簡單、結(jié)果可靠。利用本方法，不 同活力種子區(qū)分效率高于95%，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度在98%W上，真正實(shí)現(xiàn)了小麥種子活力的無破 壞性和快速檢測(cè)。采用本方法檢測(cè)后，小麥種子可W繼續(xù)保存、播種或其它用途。
【附圖說明】
[001引圖巧本發(fā)明實(shí)施例1中利用電子鼻檢測(cè)氣體信號(hào)。
[0016] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中小麥"晚春16"不同生活力水平種子電子鼻10個(gè)傳感器相 應(yīng)曲線;其中，A為種子發(fā)芽率91 %，B為種子發(fā)芽率39%。
[0017] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中分別采用10個(gè)傳感器信號(hào)區(qū)分小麥不同生活力水平種子 W及利用WinMuster的PCA(A、C)和LDA(B、D)分析法區(qū)分不同生活力種子的結(jié)果；品種為"龍 麥1滬（A、B)和巧9-2滬（C、D)。
[0018] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中分別采用4個(gè)傳感器信號(hào)區(qū)分小麥不同生活力水平種子W 及利用WinMuster的PCA(A、C)和LDA(B、D)分析法區(qū)分不同生活力種子的結(jié)果；品種為"龍麥 1 滬（A、B)和巧9-2滬（C、D)。
【具體實(shí)施方式】
[0019] W下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。若未特別指明，實(shí)施例 中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段，所用原料均為市售商品。
[0020] 實(shí)施例1快速無損檢測(cè)小麥種子生活力的方法 [00別]1.實(shí)驗(yàn)材料
[0022] 隨機(jī)選用6個(gè)小麥品種：晚春20、晚春16、龍麥19、99-29、內(nèi)鄉(xiāng)188和99G65,種子含 水量6~7%，侶錐袋密封于50°C恒溫箱老化獲得不同生活力的種子，各梯度種子的發(fā)芽率 見表1。
[0023] 表1 6個(gè)品種小麥種子的發(fā)芽率