以小麥為例使用Q2技術(shù)檢測種子質(zhì)量

張亞靜 王唯逍 蘇成慧 陸建忠 陳 建 張睿佳（上海市浦東新區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 00；上海市浦東新區(qū)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心祝橋站 033）

以小麥為例使用Q2技術(shù)檢測種子質(zhì)量

張亞靜1王唯逍1蘇成慧2陸建忠1陳 建1張睿佳1（1上海市浦東新區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 201201；2上海市浦東新區(qū)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心祝橋站 201323）

Q2技術(shù)是一種通過監(jiān)測種子的耗氧變化動(dòng)態(tài)來測量種子質(zhì)量的新型檢測技術(shù)。為驗(yàn)證該技術(shù)的應(yīng)用效果，并合理確定相關(guān)技術(shù)參數(shù)，特于2015年7～8月進(jìn)行了使用Q2技術(shù)檢測小麥種子質(zhì)量的初步研究。結(jié)果表明，采用1.5%濃度的瓊脂溶液和500μL的空氣體積搭配的設(shè)置，最適用于小麥種子質(zhì)量的Q2技術(shù)檢測。

小麥；種子質(zhì)量；Q2技術(shù)；Astec值

有氧呼吸是種子進(jìn)行各種生理活動(dòng)最主要的能量來源，有氧呼吸的強(qiáng)弱與種子的質(zhì)量和活力直接相關(guān)[1]。由荷蘭Astecglobal公司研發(fā)的Q2種子檢測儀，可通過測定種子萌發(fā)過程中的氧氣消耗情況來檢測種子活力，并對種子質(zhì)量做出定性結(jié)論。為驗(yàn)證該技術(shù)的應(yīng)用效果，并合理確定相關(guān)技術(shù)參數(shù)。筆者于2015年7～8月在浦東新區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心以小麥（“揚(yáng)麥11”）種子為試驗(yàn)材料，對使用Q2技術(shù)檢測小麥種子質(zhì)量的方法進(jìn)行了初步研究。現(xiàn)將相關(guān)情況報(bào)道如下。

1 基本原理

特定類型熒光反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間和反應(yīng)強(qiáng)度同其所處環(huán)境內(nèi)的氧氣濃度直接相關(guān)。Q2種子檢測儀的激光探頭可向涂有熒光材料的小試管蓋發(fā)射藍(lán)色脈沖光束，并測量熒光物質(zhì)受激后發(fā)射的紅色光束的光強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，以此計(jì)算試管內(nèi)氧氣濃度。通過對試管內(nèi)氧氣濃度的連續(xù)監(jiān)測，繪制出氧氣濃度變化時(shí)間曲線，繼而通過軟件分析出種子活力的特征指標(biāo)，并對種子的質(zhì)量狀況做出定性判斷（見圖1）。

圖1 Q2種子檢測儀的工作原理

Q2系統(tǒng)可對原始氧氣濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，繪制出氧氣濃度變化時(shí)間曲線（見圖2），并提出了若干個(gè)Astec特征值描述曲線特征（見圖3）。其中比較重要的有以下5個(gè)：（1）SMR（Starting Metabolism Rate），初始代謝速率，單位為百分比氧氣濃度/h；（2）IMT（Increased Metabolism Time），表示從檢測開始至氧氣消耗速率快速增加的時(shí)間，反映了種子吸漲萌動(dòng)至胚根突破種皮的快慢[2-4]，單位為h；（3）OMR（Oxygen Metabolism Rate），氧氣代謝速率，種子在IMT之后至受到低氧脅迫前的氧氣消耗速率，反映了種子萌發(fā)過程的代謝活動(dòng)強(qiáng)弱[2-4]，單位同SMR；（4）COP（Critical Oxygen Pressure），臨界氧分壓，指種子受低氧脅迫時(shí)的氧氣百分比濃度，反映了種子耐低氧脅迫的能力[2-4]，單位為百分比氧氣濃度；（5）RGT（Relativegermination Time），理論萌發(fā)時(shí)間，為非低氧脅迫條件下的理論萌發(fā)時(shí)間，跟每個(gè)種子的實(shí)際萌發(fā)時(shí)間直接相關(guān)[2-4]，單位為h。

圖2 氧氣濃度變化時(shí)間曲線

圖3 Astec特征曲線及部分特征值

Q2系統(tǒng)可進(jìn)一步對提取曲線參數(shù)的特征進(jìn)行分析，從而對種子質(zhì)量做出定性判斷。如圖4所示，第1行自左至右依次為Negletced、Dormant、Dead和Wrong，第2行左欄自上至下為Linear和Incomplete，最大欄為Germinated。Germinated欄圖中列出了1個(gè)板槽中可以全部正常萌發(fā)種子的氧氣濃度變化曲線；Dormant列出了休眠種子的特征曲線；Wrong一般是被微生物感染的測試樣品；Dead是死種子；Incomplete指檢測過程尚未完成；Neglected和Linear一般包含因試驗(yàn)環(huán)境瑕疵而引起較大測量誤差的檢測結(jié)果。

2 使用方法

將定量的一定濃度的熱瓊脂溶液加入小試管中，待溶液冷卻凝固后，再將測試種子樣品放置于固體瓊脂上，隨即密封試管。把密封好的試管放入特制的板槽（分48孔和96孔兩種）中，最后將板槽放在檢測臺(tái)上（最多可放置16個(gè)板槽）。板槽的選用應(yīng)參考被檢測種子的體積，體積小的種子可用較多孔的板槽。打開軟件系統(tǒng)操作界面，設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)，如瓊脂濃度、空氣體積、檢測時(shí)間、掃描間隔時(shí)間、檢測溫度等。

凝固的瓊脂既可為種子萌發(fā)提供必需的水分，又能支撐種子不至因水淹而無法獲得氧氣。不同作物種子的最適瓊脂濃度略有差異，一般分布于0.5%～2%的區(qū)間內(nèi)。較高的瓊脂濃度會(huì)阻礙種子從環(huán)境中獲得水分，過低的濃度則會(huì)使種子陷入瓊脂內(nèi)，兩種情況都會(huì)影響種子的正常萌發(fā)。

農(nóng)作物種類不同，其萌發(fā)過程中的耗氧量也不同。適宜的初始氧氣含量，不僅關(guān)系到檢測時(shí)間的長短，更與檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性直接相關(guān)。對此，可通過調(diào)節(jié)加入瓊脂的體積的方式來控制試管內(nèi)的空氣體積，以求獲得最佳檢測結(jié)果。

設(shè)置合理的檢測時(shí)間長度可有效提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，如檢測時(shí)間過短，則難以繪制出完整的氧氣濃度變化曲線，從而無法進(jìn)行下一步的相關(guān)分析，因此，初始檢測時(shí)，為保障檢測完整性，應(yīng)設(shè)置較長的檢測時(shí)間。

掃描間隔時(shí)間和檢測溫度也會(huì)影響檢測的結(jié)果。應(yīng)根據(jù)整個(gè)檢測時(shí)間的長短合理設(shè)置間隔時(shí)間，以保證采集到足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而繪制出完整的氧氣濃度變化動(dòng)態(tài)曲線。不同的農(nóng)作物品種有不同的最適檢測溫度，具體可根據(jù)國家種子檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)查詢對應(yīng)溫度值。

保存上述設(shè)定好的試驗(yàn)參數(shù)，開動(dòng)運(yùn)行Q2。

圖4 Q2種子質(zhì)量預(yù)測結(jié)果

3 結(jié)果與分析

本研究設(shè)定了3個(gè)瓊脂濃度，依次為1.0%、1.5%和2.0%；3個(gè)空氣體積，分別為500μL、700μL、1 000μL；檢測時(shí)間定為200 h；掃描間隔時(shí)間設(shè)為30 min；檢測溫度為20 ℃；每處理重復(fù)4次。

本研究選取IMT和RGT兩個(gè)Astec特征值進(jìn)行研究。由圖5可知，當(dāng)瓊脂濃度為1.5%時(shí)，種子的萌發(fā)啟動(dòng)時(shí)間最短，1.0%時(shí)其次，2.0%時(shí)最長；而空氣體積則同萌發(fā)啟動(dòng)時(shí)間成正比。較小的IMT有利于檢測過程的快速進(jìn)行。

RGT值的大小同檢測時(shí)間的長度成正比。自圖5可知，瓊脂濃度為1.5%時(shí)，種子的理論萌發(fā)時(shí)間最短、不到60 h，1.0%時(shí)其次，2.0%時(shí)最長；而在不同空氣體積下，當(dāng)空氣體積為500μL時(shí)，理論萌發(fā)時(shí)間最短，1000μL時(shí)其次，700 μL時(shí)最長。

圖5 不同檢測處理下的IMT和RGT比較

由表1和表2可知，不同瓊脂濃度處理間小麥種子發(fā)芽數(shù)差異不顯著，不同空氣體積處理間小麥種子發(fā)芽數(shù)差異也不明顯。由此可見，在1.0%～2.0%瓊脂濃度和500～1 000 μL空氣體積范圍內(nèi)，使用Q2預(yù)測小麥種子發(fā)芽數(shù)，其對試管內(nèi)的瓊脂濃度和空氣體積量值變化不敏感。

表1 不同瓊脂濃度和不同空氣體積下的Q2檢測結(jié)果

4 小 結(jié)

Q2種子檢測儀可快速、無損地檢測大批量單個(gè)種子的質(zhì)量，其結(jié)果的準(zhǔn)確性已在蔬菜、水果等農(nóng)作物的種子檢測中得到廣泛驗(yàn)證[1,3-5]。同時(shí)，Q2技術(shù)不僅能測出與種子活力相關(guān)特征值的定量數(shù)據(jù)，還能根據(jù)該相關(guān)特征值對種子的質(zhì)量做出定性判斷。本研究發(fā)現(xiàn)，使用1.5%濃度的瓊脂溶液和500μL的空氣體積搭配的處理參數(shù)設(shè)置，可以較快地得到小麥種子的Q2檢測結(jié)果。

[1] KJ Bradford, P Bello, JC Fu, et al. Single-seed respiration: a new method to assess seed quality[J]. Seed Science & Technology,2013,41(3):420-438.

[2] 陳能阜,趙光武,何勇,等.測定種子活力的新技術(shù)—Q2技術(shù)[J].種子,2009,28(12):112-114.

[3] 魏述英.利用Q2快速檢測番茄包衣種子質(zhì)量[J].種子,2014, 33(9):110-113.

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[5] BARl Bradford，D Come，F(xiàn) Corbineau. Quantifying the sensitivity of barley seedgermination to oxygen, abscisic acid andgibberellin using a population-based threshold model [J].Journal of Experimental Botany, 2008, 59(2): 335-347.

2016-08-26