快速无损检测大豆种子生活力的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及种子生活力的测定，具体地说，设及一种快速无损检测大豆种子生活 力的方法。
【背景技术】
[0002] 种子生活力是指种子的生命力，指种子能够萌发长成幼苗的能力。参照中华人民 共和国国家标准《农作物种子检验规程》和《国际种子检验规程K International Seed Testing Association. International Rules for Seed Testing. 2009)，常用的种子生活 力检测方法包括:常规发芽法和四挫染色法。常规发芽方法是最准确，也是最经典、最常用 的方法，但是非常耗时。大豆种子发芽检测需要8天左右，而且每次检测要损耗100~400粒 种子。根据美国种子检验协会发布的"四挫染色手册"（A0SA/SCST Te化azolium Testing 化iKlbook，2010)规定，大豆种子TZ染色前需要先在20-25°C条件下吸胀4小时乃至过夜，用 刀片纵切整个种子和胚轴后，再于0.5-1.0%TZ溶液中染色1-2个小时，每次检测同样需要 消耗100~400粒种子。由于种子经过纵切和染色，TZ检测后种子无法进行任何他用。同样， 发芽检测后种子已经变成幼苗，除了可W继续培养成植株外，也无法进行他用。
[0003] 随着技术发展，对种子生活力检测的准确度、速度和无破坏性的要求越来越高。科 研人员进行了很多尝试，研发了相关技术，例如氧分子流速检测方法(Xin X，Wan YL，Wang WJ,Yin GK,McLamore ES,Lu XX.A real-time,non-invasive,micr〇-〇ptrode technique for detecting seed viability by using oxygen influx.Scientific Reports,2013, 3:3507)，该方法确实加快了检测速度，但是需要将干种子于检测液中浸泡3小时左右，因此 对种子产生相当的破坏，检测后的种子只能丢弃，或继续培养成植株，而不能继续保存或用 于其它用途。耿立格等（2013)尝试构建了近红外光谱法无损检测大豆种子生活力的方法， 该方法采用傅立叶变换近红外漫反射光谱技术，实现了对78份黄色种皮大豆种子生活力的 无损检测（耿立格，宋春风，王丽娜，安雪松，孙娟.近红外光谱无损测定大豆种子生活力方 法研究.植物遗传资源学报，2013,14(6): 1208-1212)。该方法采集漫反射光谱，不需要对种 子进行处理，检测过程对种子也无伤害，但是该技术只适用于浅色种皮的大豆种子，对于栋 色乃至黑色大豆种子的适用性较差。对于一些珍稀的种子、用做长期胆藏等目的的种子，由 于种子数量有限，研发无破坏性检测技术意义重大。另外，常规检测方法耗时耗力，严重限 审IJ 了检测效率，因此亟需研发一种无破坏性、快速的种子生活力检测方法。
[0004] 正常条件下，植物通过次生代谢途径产生多种挥发气体，包括:醇类、酸类、醒类、 酬类、醋类、烧控类、含氮化合物和硫化物等。挥发气体的种类和各成分间的比例，因物种、 器官、健康度、活性等而不同。在种子生活力降低过程中，细胞内的化学反应发生变化，导致 挥发气体产物发生改变（Zhang M，Liu Y，Torii I ,Sasaki H，EsasM Y. 1993.Evolution of volatile compounds by seeds during storage periods.Seed Science and Technology 21,359-373.)。分析挥发气体成分，不必对种子进行任何处理，包括短时吸胀、 染色等，且分析过程不直接接触种子，对种子没有任何损害。因此若能够通过检测挥发气体 成分差异而判断种子生活力，则可研制真正无破坏性、快速的检测方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种完全无破坏性、快速检测大豆种子生活力的方法。
[0006] 为了实现本发明目的，本发明的一种快速无损检测大豆种子生活力的方法，所述 方法是基于电子鼻原理，采用金属氧化物传感器阵列检测大豆种子产生的挥发气体的成分 (种类和浓度），将挥发气体的化学信号转变为电信号，根据电信号图谱（即根据其气味"指 纹"）区分不同活力的种子，结合BP神经网络对采集的电信号进行建模，实现对未知大豆种 子样品的活力检测。
[0007] 其中，所述金属氧化物传感器阵列是对氮氧化合物、有机硫化物、无机硫化物、幾 基类/醇类和甲烧类物质敏感的5个金属氧化物传感器组成的传感器阵列。
[0008] 本发明提供的方法包括W下步骤:产生挥发气体、收集并检测挥发气体、数据分 析、生活力判断和预测。
[0009] 前述的方法，将适量的大豆种子装入顶空样品瓶(瓶盖中央打孔，内配有硅胶垫） 内密封，静止相应时间后直接抽取顶空气体，经金属氧化物传感器阵列检测。具体地，取5~ IOg大豆种子，装入一定容积(例如aOOml)的顶空样品瓶内，室溫静置30~60分钟后进行测 定。若遇气溫波动大的季节，应将样品瓶放在20°C~35°C恒溫箱内。
[0010] 前述的方法，先用净化的空气(例如用木炭净化的洁净空气)清洗金属氧化物传感 器阵列，然后用进样针吸取样品瓶顶空气体，经传感器阵列检测，获得电信号值，连续测定 30秒。其中，气体流经传感器阵列的速度为lOOml/s~400ml/s。
[0011] 前述的方法，选取0~30秒之间稳定的电信号数据，利用主成分分析法(PCA)或线 性判别法(LDA)，对数据进行降维处理后区分不同生活力梯度种子的数据集。
[0012] 优选地，每个生活力梯度大豆种子取至少30份样品的检测信号训练BP神经网络， 并利用训练好的BP神经网络对未知大豆种子样品进行生活力检测。做完每一次检测，用净 化的空气清洗传感器阵列，W消除前一检测的影响。
[0013] 通过抽取样品瓶内的气体，使气体吸附在金属氧化物传感器表面，引起电阻变化， 利用不同的金属氧化物，选择性地识别不同类别的气体，将大豆种子挥发气体的化学信号 转变为电信号图谱。通过电化学计量软件，对挥发气体进行区分鉴别，从而区分不同生活力 的种子。对获得的电信号进行BP神经网络建模训练，即可预测未知种子样品生活力。
[0014] 整个检测过程无需对大豆种子进行吸胀、萌发、染色等任何处理，只需将种子装入 样品瓶静置一段时间，抽取种子顶空的挥发气体进行检测。检测过程不接触种子，只需要少 量大豆种子，且每次检测耗时不到1分钟，检测效率高、方法简单、结果可靠。利用本方法，不 同活力种子区分效率可达100%，预测准确度可达100%，真正实现了大豆种子活力的无破 坏性和快速检测。采用本方法检测后，大豆种子可W继续保存、播种或其它用途。
【附图说明】
[001引图巧本发明实施例1中利用电子鼻检测气体信号。
[0016]图2为本发明实施例1中大豆"中豆27"不同生活力种子电子鼻10个传感器响应曲 线;其中，A为种子发芽率98 %，B为种子发芽率0 %。
[0017] 图3为本发明实施例1中大豆"中豆27"不同生活力种子电子鼻10个传感器响应峰 值雷达图。
[0018] 图4为本发明实施例1中分别采用10个传感器响应峰值(A、B)和后期稳定阶段任意 值(C、D)区分大豆"黑河13"不同生活力种子W及利用WinMuster的PCA(AX)和LDA(B、D)分 析法区分不同生活力种子的结果。
[0019] 图5为本发明实施例1中分别采用5个主传感器响应峰值(A、B)和后期稳定阶段任 意值(C、D)区分大豆"黑河13"不同生活力种子W及利用WinMuster的PCA(AX)和LDA(B、D) 分析法区分不同生活力种子的结果。
【具体实施方式】
[0020] W下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例 中所用的技术手段为本