快速无损检测种子生活力的方法技术

本发明专利技术提供一种快速无损检测种子生活力的方法，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种子产生的挥发气体的成分，将挥发气体的化学信号转变为电信号，根据电信号图谱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，实现对未知种子样品的生活力检测。利用本方法，不同生活力种子区分效率可达100％，预测准确度可达99％。本发明专利技术所用种子无需经过任何处理，检测过程不直接接触种子，且每次检测耗时仅30秒钟，可实现种子生活力的无破坏性和快速检测。采用本方法检测后，种子可以继续保存、播种或其它用途。

Method for rapid and nondestructive detection of seed viability

The present invention provides a method for rapid and nondestructive detection of seed viability, the method is based on the principle of electronic nose, gas produced by the array of metal oxide sensors to detect seed components, volatile gas chemical signals into electrical signals, according to the signal spectrum of different life of the seeds, combined with BP neural network the collected signals of unknown sample modeling, seed viability detection. By using this method, the efficiency of seed discrimination can reach 100%, and the prediction accuracy is up to 99%. The seed of the invention does not need any treatment, the detection process does not directly contact the seed, and the detection time is only 30 seconds. After being detected by the method, the seeds can be stored, sowed or used for other purposes.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及种子生活力的测定，具体地说，涉及一种快速无损检测种子生活力的方法。
技术介绍
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。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。参照国际种子检验规程(InternationalSeedTestingAssociation.InternationalRulesforSeedTesting.2009)，常用的种子生活力检测方法包括：常规发芽法、四唑染色法。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。油菜种子发芽检测需要10天左右，而且每次检测要损耗100～400粒种子。TZ染色法需要先将油菜种子在湿滤纸上吸水24～48小时，然后用1.0％的四唑染色8小时，每次检测同样需要消耗100～400粒种子。另外还有氧分子流速检测方法(XinX,WanYL,WangWJ,YinGK,McLamoreES,LuXX.Areal-time,non-invasive,micro-optrodetechniquefordetectingseedviabilitybyusingoxygeninflux.ScientificReports,2013,3:3507)，此类方法需要将干种子浸泡于检测液中，因此对种子也产生相当的破坏，检测后的种子只能丢弃，或者继续培养成植株，而不能继续保存或者用于其它用途。对于一些珍稀的种子，用做长期贮藏等目的的种子，由于种子数量有限，研发无破坏性检测技术意义重大。另外，常规的发芽检测方法耗时耗力，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。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、醛类、酮类、酯类、烷烃类、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,EsashiY.1993.Evolutionofvolatilecompoundsbyseedsduringstorageperiods.SeedScienceandTechnology21,359–373.)。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，如果能够通过检测挥发气体成分差异而判断种子的生活力，则可开发出真正无破坏性、快速的检测方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种完全无破坏性、快速检测种子生活力的方法。为了实现本专利技术目的，本专利技术的一种快速无损检测种子生活力的方法，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，实现对未知种子样品的生活力检测。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、羰基类/醇类和甲烷类物质敏感的5个金属氧化物传感器组成的传感器阵列。本专利技术提供的方法包括以下步骤：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。前述的方法，将适量的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1～5g种子，装入一定容积(例如，20ml)的顶空样品瓶内，室温静置10～30分钟后进行测定。若遇气温波动大的季节，应将样品瓶放在20℃～35℃恒温箱内。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100ml/s～400ml/s。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。优选地，每个生活力梯度种子取至少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，以消除前一检测的影响。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。本专利技术提供的检测方法适用于多种作物种子生活力的测定。优选地，所述种子来自油菜。整个检测过程无需对种子进行吸胀、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，只需要少量种子，且每次检测仅不到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99％，真正实现了种子活力的无破坏性和快速检测。采用本方法检测后，种子可以继续保存、播种或其它用途。附图说明图1为本专利技术实施例1中利用电子鼻检测气体信号。图2为本专利技术实施例1中油菜“中油821”15％生活力种子的电子鼻10个传感器响应曲线。图3为本专利技术实施例1中油菜“浙油18”47％生活力种子的电子鼻10个传感器响应峰值和均值对比结果。图4为本专利技术实施例1中分别采用10个(A、B)和5个(C、D)主传感器峰值区分油菜“浙油18”不同生活力种子以及利用WinMuster的PCA(A、C)和LDA(B、D)分析法区分不同生活力种子的结果。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。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。实施例1快速无损检测种子生活力的方法1.实验材料随机选用5个油菜品种：浙油18、中油821、中双11、阳光2009和Oro，不同生活力梯度种子的发芽率见表1。表15个品种油菜种子的发芽率2.实验仪器及耗材仪器设备：采用普通称量天平称量种子本文档来自技高网...

【技术保护点】
快速无损检测种子生活力的方法，其特征在于，基于电子鼻原理，采用金属氧化物传感器阵列检测种子产生的挥发气体的成分，将挥发气体的化学信号转变为电信号，根据电信号图谱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，实现对未知种子样品的活力检测。

【技术特征摘要】
1.快速无损检测种子生活力的方法，其特征在于，基于电子鼻
原理，采用金属氧化物传感器阵列检测种子产生的挥发气体的成分，
将挥发气体的化学信号转变为电信号，根据电信号图谱区分不同活力
的种子，结合BP神经网络对采集的电信号进行建模，实现对未知种
子样品的活力检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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、羰基类/醇类
和甲烷类物质敏感的5个金属氧化物传感器组成的传感器阵列。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将适量的种子装入
顶空样品瓶内密封，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。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，取1～5g种子，装入
一定容积的顶空样品瓶内，室温静置10～30分钟后进行测定。
5.根据权利要求4所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛霞，张金梅，尹广鹍，赵婧，陈晓玲，卢新雄，
申请(专利权)人：中国农业科学院作物科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11