草种子活力检测技术研究进展

doi:10.11686/cyxb2023043

草业学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (11): 199-211.DOI: 10.11686/cyxb2023043

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草种子活力检测技术研究进展

闫慧芳¹^,²^,³(), 聂宇婷¹^,²^,³, 丛丽丽¹^,²^,³, 张昭¹^,²^,³, 崔凯伦¹^,²^,³, 吕艳贞¹^,²^,³, 柴茂峰¹^,²^,³()

^1.青岛农业大学草业学院，山东青岛 266109
^2.黄河三角洲草地资源与生态国家林业和草原局重点实验室，山东青岛 266109
^3.青岛市滩涂盐碱地特色植物种质创制与利用重点实验室，山东青岛 266109

收稿日期:2023-02-12 修回日期:2023-03-13 出版日期:2023-11-20 发布日期:2023-09-27
通讯作者: 柴茂峰
作者简介:E-mail： chimu2100@126.com
闫慧芳（1987-），女，山东庆云人，讲师，博士。E-mail： yanhuifang@qau.edu.cn
基金资助:
山东省自然科学基金青年基金项目(ZR2020QC187);国家自然科学基金面上项目(31972958);山东省一流学科-草学(1619002)

Advances in technologies to detect the seed vigor of grasses

Hui-fang YAN¹^,²^,³(), Yu-ting NIE¹^,²^,³, Li-li CONG¹^,²^,³, Zhao ZHANG¹^,²^,³, Kai-lun CUI¹^,²^,³, Yan-zhen LYU¹^,²^,³, Mao-feng CHAI¹^,²^,³()

^1.College of Grassland Science，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，China
^2.Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administration on Grassland Resources and Ecology in the Yellow River Delta，Qingdao 266109，China
^3.Qingdao Key Laboratory of Specialty Plant Germplasm Innovation and Utilization in Saline Soils of Coastal Beach，Qingdao 266109，China

Received:2023-02-12 Revised:2023-03-13 Online:2023-11-20 Published:2023-09-27
Contact: Mao-feng CHAI

摘要/Abstract

摘要：

草种子是建植人工草地、改良退化草地生态环境、保障草地畜牧业生产潜力的最根本物质基础，种子活力高低将直接影响草业生产和发展。种子活力检测技术研究一直是国内外种子科技领域的重点，然而，其在草种子中的研究还不够深入。目前，草种子活力检测技术包括有损检测和无损检测两类。对草种子活力检测主要技术进行了综述，介绍了基于种子发芽行为、生理生化特性的有损检测技术以及基于光学特性、外观特征的无损检测技术，并对无损检测技术在草种子活力检测中的应用前景与发展趋势进行了展望，以期能够为准确测定草种子活力提供参考。

关键词: 草, 种子活力, 有损检测技术, 光学特性, 无损检测技术

Abstract:

Grass seeds are the fundamental materials for creating artificial grassland， improving the ecological environment of degraded grassland， and ensuring the production potential of grassland for grazing animals. Seed vigor directly affects the production and development of the grassland industry. In China and abroad， seed vigor detection technology has always been an important focus of seed science and technology. However， few studies have focused on the application of seed vigor detection technologies to grass seeds. At present， seed vigor detection technology in grasses includes destructive and non-destructive detection. In this review， we describe recent advances in seed vigor detection in grasses. We introduce destructive detection technologies based on seed germination behavior and physiological and biochemical characteristics， and non-destructive detection technologies based on optical characteristics and appearance characteristics. Additionally， we discuss trends in the development and potential applications of non-destructive technologies to assess seed vigor in grasses. The results of such analyses can provide a reference for the accurate determination of grass seed vigor.

Key words: grass, seed vigor, destructive detection technology, optical characteristics, non-destructive detection technology

闫慧芳, 聂宇婷, 丛丽丽, 张昭, 崔凯伦, 吕艳贞, 柴茂峰. 草种子活力检测技术研究进展[J]. 草业学报, 2023, 32(11): 199-211.

Hui-fang YAN, Yu-ting NIE, Li-li CONG, Zhao ZHANG, Kai-lun CUI, Yan-zhen LYU, Mao-feng CHAI. Advances in technologies to detect the seed vigor of grasses[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(11): 199-211.

图/表 2

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77	Chen W L， Xing D， He Y H. Determination the vigor of rice seed with different degrees of aging with ultraweak chemiluminescence during early imbibition. Acta Botanica Sinica， 2002， 44（11）： 1376-1379.
	陈文利，邢达，何永红. 用超弱化学发光法快速测定不同老化程度水稻种子的活力. 植物学报， 2002， 44（11）： 1376-1379.
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81	Li J Z， Li M Q， Liu L， et al. Study on the relationship between H₂O₂ velocity and seed vigor of rice seeds. Acta Agriculturae Boreali-Sinica， 2017， 32（4）： 189-194.
	李俊周，李梦琪，刘磊，等. 水稻种子H₂O₂流速和种子活力的关系研究. 华北农学报， 2017， 32（4）： 189-194.
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	贾良权，祁亨年，胡文军，等. 采用TDLAS技术的玉米种子活力快速无损分级检测. 中国激光， 2019， 46（9）： 297-305.
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	张如莲. 牧草种子活力的检测方法. 热带农业科学， 2004， 24（4）： 53-58.
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	潘霞，谭会君. 计算机视觉技术在玉米种子自动检测中的应用. 农机化研究， 2019， 41（3）： 228-231.
89	Ye F L， Li L， Yang L M， et al. Scutellaria baicalensis Georgi seeds selection based on machine vision. Seed， 2016， 35（11）： 100-104.
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检测依据 Detection basis	检测技术 Detection technology	优点 Advantage	缺点 Disadvantage
基于种子发芽行为的草种子活力有损检测技术Destructive detection technology of seed vigor in grass based on seed germination behavior	人工加速老化法Artificial accelerated aging method	短期、快速、可靠Short-term， fast and reliable	种间差异大，反映耐贮藏性；不可逆损伤Large difference between species， reflecting seed storage tolerance， irreversible destruction
	低温萌发法Low-temperature germination method	操作简单，较全面反映种子活力综合表现Simple operation and reflecting the comprehensive performance of seed vigor	样本消耗，不可逆损伤Sample consumption and irreversible destruction
	胚根突出法Radicle protrusion method	操作简单、重复性好、节约时间Simple operation， good repeatability and time saving	样本消耗，不可逆损伤Sample consumption and irreversible destruction
基于生理生化特性的草种子活力有损检测技术Destructive detection technology of seed vigor in grass based on physiological and biochemical characteristics	TTC染色法TTC staining method	操作简单、快速省时、结果准确性高Simple operation， fast speed and time saving， and high accuracy of results	不可逆损伤，结果受人员操作、取样标准、样品处理方式影响较大Irreversible destruction. Detection results are greatly affected by personnel operation， sampling standard and sample treatment method
	呼吸强度测定法Respiratory intensity measurement	灵敏性高High sensitivity	专一性太强Too much specificity
	ATP含量测定法ATP content assay	灵敏性高High sensitivity	专一性太强Too much specificity
基于光学特性的草种子活力无损检测技术Non-destructive detection technology of seed vigor in grass based on optical characteristics	近红外光谱检测技术Near-infrared spectroscopy detection technology	无损、成本低、无污染、速度快、耗时短、检测方便、重复性好Non-destruction， low cost， non-pollution， fast speed， short-time consumption， convenient detection and good repeatability	检测结果受水分、温度、样本差异等因素干扰Detection results are affected by water， temperature， sample difference and other factors
	多光谱成像技术Multispectral imaging technology	无损、分辨率高、效率高、污染少、耗时短、可重复性好Non-destruction， high resolution， high efficiency， less pollution， short-time consumption and good repeatability	需选取特征波长以去除图像噪声Characteristic wavelength should be selected to remove image noise
	X光光谱检测技术X-ray spectrum detection technology	无损、效率高、准确率高Non-destruction， high efficiency and high accuracy	检测设备成本高，X光具辐射性，推广使用困难High cost of detection equipment and radioactive X-ray make it difficult to popularize and use
	光声光谱检测技术Photoacoustic spectroscopy detection technology	灵敏度高、精确度高High sensitivity and high accuracy	应用较少Less application
	色选技术Color sorting technology	无损、无污染、简洁、快速Non-destruction， non-pollution， simpleness and fast speed	应用较少Less application
	激光散斑技术Laser speckle techniques	无损、无污染Non-destruction and non-pollution	需克服样本差异性Sample differences are needed to be overcome
	叶绿素荧光检测技术Chlorophyll fluorescence sorting method	无损、无污染、效率高 Non-destruction， non-pollution and high efficiency	样本叶绿素过高/过低导致检测结果欠佳Too high/too low chlorophyll in samples result in poor detection results
基于生理生化特性的草种子活力无损检测技术Non-destructive detection technology of seed vigor in grass based on physiological and biochemical characteristics	电导率法Conductivity method	简单、快速Simpleness and fast speed	复现性差，检测结果受环境因素（种子预处理、水质等）影响较大Poor reproducibility. Detection results are greatly affected by environmental factors （seed pretreatment， water quality， etc.）
基于生理生化特性的草种子活力无损检测技术Non-destructive detection technology of seed vigor in grass based on physiological and biochemical characteristics	电子鼻检测技术Electronic nose detection technology	无损、效率高、快速 Non-destruction， high efficiency and fast speed	检测设备成本高High cost of detection equipment
	H₂O₂流速检测技术Detection technology of H₂O₂ flow rate	无损Non-destruction	检测结果受试剂用量、种子实验区域、检测技术影响Detection results are affected by reagent dosage， seed experiment area and detection technology
	可调谐半导体激光吸收光谱技术Tunable diode laser absorption spectroscopy	无损、灵敏度和分辨率高、实时性强，检测极限高、成本相对低Non-destruction， high sensitivity and resolution， high real time， high detection limit and relatively low cost	尚处于实验室阶段，与农业实际检测存在差距It is still in the laboratory stage， and there is a gap with the actual agricultural detection
基于外观特征的草种子活力无损检测技术Non-destructive detection technology of seed vigor in grass based on appearance characteristics	种子物理性状测定法Determination of seed physical properties	无损、直观Non-destruction and perceptual intuition	不确定性，受种子批收获条件、贮藏条件影响The uncertainty is affected by harvest conditions and storage conditions of seed batch
	机器视觉检测技术Machine vision inspection technology	无损、快速Non-destruction and fast speed	对种子检测环境要求高，需不断试验以确定拍摄区域High requirements for seed detection environment. Continuous experiments are needed to determine the shooting area

检测依据 Detection basis	检测技术 Detection technology	优点 Advantage	缺点 Disadvantage
基于种子发芽行为的草种子活力有损检测技术Destructive detection technology of seed vigor in grass based on seed germination behavior	人工加速老化法Artificial accelerated aging method	短期、快速、可靠Short-term， fast and reliable	种间差异大，反映耐贮藏性；不可逆损伤Large difference between species， reflecting seed storage tolerance， irreversible destruction
	低温萌发法Low-temperature germination method	操作简单，较全面反映种子活力综合表现Simple operation and reflecting the comprehensive performance of seed vigor	样本消耗，不可逆损伤Sample consumption and irreversible destruction
	胚根突出法Radicle protrusion method	操作简单、重复性好、节约时间Simple operation， good repeatability and time saving	样本消耗，不可逆损伤Sample consumption and irreversible destruction
基于生理生化特性的草种子活力有损检测技术Destructive detection technology of seed vigor in grass based on physiological and biochemical characteristics	TTC染色法TTC staining method	操作简单、快速省时、结果准确性高Simple operation， fast speed and time saving， and high accuracy of results	不可逆损伤，结果受人员操作、取样标准、样品处理方式影响较大Irreversible destruction. Detection results are greatly affected by personnel operation， sampling standard and sample treatment method
	呼吸强度测定法Respiratory intensity measurement	灵敏性高High sensitivity	专一性太强Too much specificity
	ATP含量测定法ATP content assay	灵敏性高High sensitivity	专一性太强Too much specificity
基于光学特性的草种子活力无损检测技术Non-destructive detection technology of seed vigor in grass based on optical characteristics	近红外光谱检测技术Near-infrared spectroscopy detection technology	无损、成本低、无污染、速度快、耗时短、检测方便、重复性好Non-destruction， low cost， non-pollution， fast speed， short-time consumption， convenient detection and good repeatability	检测结果受水分、温度、样本差异等因素干扰Detection results are affected by water， temperature， sample difference and other factors
	多光谱成像技术Multispectral imaging technology	无损、分辨率高、效率高、污染少、耗时短、可重复性好Non-destruction， high resolution， high efficiency， less pollution， short-time consumption and good repeatability	需选取特征波长以去除图像噪声Characteristic wavelength should be selected to remove image noise
	X光光谱检测技术X-ray spectrum detection technology	无损、效率高、准确率高Non-destruction， high efficiency and high accuracy	检测设备成本高，X光具辐射性，推广使用困难High cost of detection equipment and radioactive X-ray make it difficult to popularize and use
	光声光谱检测技术Photoacoustic spectroscopy detection technology	灵敏度高、精确度高High sensitivity and high accuracy	应用较少Less application
	色选技术Color sorting technology	无损、无污染、简洁、快速Non-destruction， non-pollution， simpleness and fast speed	应用较少Less application
	激光散斑技术Laser speckle techniques	无损、无污染Non-destruction and non-pollution	需克服样本差异性Sample differences are needed to be overcome
	叶绿素荧光检测技术Chlorophyll fluorescence sorting method	无损、无污染、效率高 Non-destruction， non-pollution and high efficiency	样本叶绿素过高/过低导致检测结果欠佳Too high/too low chlorophyll in samples result in poor detection results
基于生理生化特性的草种子活力无损检测技术Non-destructive detection technology of seed vigor in grass based on physiological and biochemical characteristics	电导率法Conductivity method	简单、快速Simpleness and fast speed	复现性差，检测结果受环境因素（种子预处理、水质等）影响较大Poor reproducibility. Detection results are greatly affected by environmental factors （seed pretreatment， water quality， etc.）
基于生理生化特性的草种子活力无损检测技术Non-destructive detection technology of seed vigor in grass based on physiological and biochemical characteristics	电子鼻检测技术Electronic nose detection technology	无损、效率高、快速 Non-destruction， high efficiency and fast speed	检测设备成本高High cost of detection equipment
	H₂O₂流速检测技术Detection technology of H₂O₂ flow rate	无损Non-destruction	检测结果受试剂用量、种子实验区域、检测技术影响Detection results are affected by reagent dosage， seed experiment area and detection technology
	可调谐半导体激光吸收光谱技术Tunable diode laser absorption spectroscopy	无损、灵敏度和分辨率高、实时性强，检测极限高、成本相对低Non-destruction， high sensitivity and resolution， high real time， high detection limit and relatively low cost	尚处于实验室阶段，与农业实际检测存在差距It is still in the laboratory stage， and there is a gap with the actual agricultural detection
基于外观特征的草种子活力无损检测技术Non-destructive detection technology of seed vigor in grass based on appearance characteristics	种子物理性状测定法Determination of seed physical properties	无损、直观Non-destruction and perceptual intuition	不确定性，受种子批收获条件、贮藏条件影响The uncertainty is affected by harvest conditions and storage conditions of seed batch
	机器视觉检测技术Machine vision inspection technology	无损、快速Non-destruction and fast speed	对种子检测环境要求高，需不断试验以确定拍摄区域High requirements for seed detection environment. Continuous experiments are needed to determine the shooting area

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草种子活力检测技术研究进展

Advances in technologies to detect the seed vigor of grasses

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图/表 2

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物种Species	温度Temperature （℃）	湿度Humidity （%）	时间Duration （h）	参考文献References
紫花苜蓿M. sativa	45	100	84	［6］
燕麦Avena sativa	42	100	36	［7］
草地早熟禾Poa pratensis	44	100	60	［3］
狗牙根Cynodon dactylon	41	100	48	［8］
匍匐翦股颖Agrostis stolonifera	43	100	72	［8］
海滨雀稗Paspalum vaginatum	41	100	60	［8］
老芒麦Elymus sibiricus	45	100	48	［9］
鸭茅Dactylis glomerata	45	100	84	［10］
箭筈豌豆Vicia sativa	41	100	60	［11］
高羊茅F. arundinacea	40	100	72	［12］
马棘Indigofera pseudotinctoria	43	100	72	［13］