快速无损检测小麦种子生活力的方法
【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小麦种子生活 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》（InternationalSeed TestingAssociation.InternationalRulesforSeedTesting. 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。小麦种子发芽检测需要7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/SCSTTe化azoliumTesting 化rKlbook，2010)规定，小麦种子ΤΖ染色前需要先在20-25°C条件下吸胀4小时乃至18小时， 再于1.0 %TZ溶液中染色3个小时，每次检测同样需要消耗100~400粒种子。由于经过染色， 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(XinX，WanYL，Wang WJ,YinGK,McLamoreES,LuXX.Areal-time,non-invasive,micr〇-〇ptrodetechnique fordetectingseedviabilitybyusingoxygeninflux.ScientificReports,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。另外，常规检测方法耗时耗力，严重限制了检测效率，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（ZhangM,LiuY，ToriiI，SasakiH，EsasMY. 1993.Evolution ofvolatilecompoundsbyseedsduringstorageperiods.SeedScienceand Technology21,359-373.)。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 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、快速检测小麦种子生活力的方法。
[0006] 为了实现本发明目的，本发明的一种快速无损检测小麦种子生活力的方法，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小麦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"）区分不同生活力的种子，结合BP神经网络对采集的电信号进行建模，实现对未知小麦 种子样品的生活力检测。
[0007] 其中，所述金属氧化物传感器阵列是对含氮氧化合物、无机硫化物、幾基类/醇类 和芳香烧控类物质敏感的4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，将适量的小麦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10 ~20g小麦种子，装入一定容积(例如，100ml)的顶空样品瓶内，室溫静置60~120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 60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20~50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，每个生活力梯度小麦种子取至少30份样品的检测信号训练BP神经网络， 并利用训练好的BP神经网络对未知小麦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，将小麦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小麦种子进行吸胀、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 量小麦种子，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高于95%，预测准确度在98%W上，真正实现了小麦种子活力的无破 坏性和快速检测。采用本方法检测后，小麦种子可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中小麦"晚春16"不同生活力水平种子电子鼻10个传感器相 应曲线;其中，A为种子发芽率91 %，B为种子发芽率39%。
[0017] 图3为本发明实施例1中分别采用10个传感器信号区分小麦不同生活力水平种子 W及利用WinMuster的PCA(A、C)和LDA(B、D)分析法区分不同生活力种子的结果；品种为"龙 麦1沪（A、B)和巧9-2沪（C、D)。
[0018] 图4为本发明实施例1中分别采用4个传感器信号区分小麦不同生活力水平种子W 及利用WinMuster的PCA(A、C)和LDA(B、D)分析法区分不同生活力种子的结果；品种为"龙麦 1 沪（A、B)和巧9-2沪（C、D)。
【具体实施方式】
[0019] 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领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
[0020] 实施例1快速无损检测小麦种子生活力的方法 [00別]1.实验材料
[0022] 随机选用6个小麦品种：晚春20、晚春16、龙麦19、99-29、内乡188和99G65,种子含 水量6~7%，侣锥袋密封于50°C恒溫箱老化获得不同生活力的种子，各梯度种子的发芽率 见表1。
[0023] 表1 6个品种小麦种子的发芽率