劉 建

（上海市種子管理總站，上海 201103）

種子是最基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，人類的衣、食、住、行都與種子相關(guān)，人類糧食的80%以上直接取自種子，眾多工業(yè)、醫(yī)藥的基本原料都來源于種子，種子是人類賴以生存、發(fā)展的基礎(chǔ)，而種子質(zhì)量是決定作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵因素，據(jù)估測(cè)通過更換良種可以提高產(chǎn)量10%左右；通過種子精選加工，可以省種10%～20%，提高產(chǎn)量5%以上[1]。所以加強(qiáng)種子質(zhì)量的監(jiān)督管理，深刻落實(shí)《中華人民共和國(guó)種子法》《植物新品種保護(hù)條例》《農(nóng)作物種子質(zhì)量監(jiān)督抽查管理辦法》等法律法規(guī)，嚴(yán)格保證農(nóng)作物生產(chǎn)用種安全，對(duì)于保證我國(guó)糧食安全，農(nóng)民增產(chǎn)增收，國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定發(fā)展具有重要的意義。

1 當(dāng)前我國(guó)種子質(zhì)量檢測(cè)的主要內(nèi)容

1.1 我國(guó)種子檢驗(yàn)規(guī)程發(fā)展我國(guó)于1983年頒布第1個(gè)農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程，但其內(nèi)容主要源自蘇聯(lián)種子檢驗(yàn)技術(shù)，隨著農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步和農(nóng)作物種子市場(chǎng)的發(fā)展，其已經(jīng)不能滿足我國(guó)種子管理和質(zhì)量監(jiān)督的需要，為了適應(yīng)種子貿(mào)易的發(fā)展，追逐國(guó)外先進(jìn)種子質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)，我國(guó)于1989年開始全面修訂GB 3543-1983《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局盡量采納國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的精神，決定等效采用《1993年國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程》，并根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況進(jìn)行了論證和修改，編制和頒布了GB/T 3543.1～7-1995《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》[2]，也正是目前我國(guó)正在執(zhí)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。主要農(nóng)作物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4404.1～4-2008/2010于2008年和2010年進(jìn)行了重新修訂并頒布。

種子檢驗(yàn)內(nèi)容從過程上看可分為扦樣、檢測(cè)、結(jié)果報(bào)告3個(gè)部分。扦樣是指從種子批中隨機(jī)抽取一小部分規(guī)定數(shù)量的具有代表性的樣品供檢驗(yàn)用。種子檢驗(yàn)的測(cè)定項(xiàng)目包括：凈度分析、發(fā)芽試驗(yàn)、水分測(cè)定、純度測(cè)定、生活力測(cè)定等，目前我國(guó)種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的判定依據(jù)主要是前4項(xiàng)。檢測(cè)報(bào)告是將已檢測(cè)質(zhì)量特性的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、填報(bào)和簽發(fā)。

1.2 種子質(zhì)量檢驗(yàn)的作用農(nóng)作物安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)就是要有優(yōu)質(zhì)種子，《種子法》規(guī)定農(nóng)業(yè)行政主管部門可以委托種子質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)種子質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。種子檢驗(yàn)的作用是多方面的，（1）預(yù)防作用。通過對(duì)新購入種子的復(fù)檢，種子貯藏、運(yùn)輸過程的檢測(cè)，可以防止不合格種子進(jìn)入下一流程。（2）把關(guān)作用。通過在收獲和銷售出庫時(shí)的種子質(zhì)量檢驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)二重質(zhì)量把關(guān)，確保生產(chǎn)用種安全。（3）行政監(jiān)督作用。政府職能部門通過對(duì)生產(chǎn)、流通領(lǐng)域的種子質(zhì)量檢測(cè)，可以及時(shí)打擊假劣種子的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)行為，減少關(guān)于種子質(zhì)量違法犯罪行為。（4）促進(jìn)貿(mào)易。種子檢驗(yàn)報(bào)告是種子貿(mào)易的必備文件，可以促進(jìn)種子貿(mào)易的穩(wěn)定發(fā)展。（5）調(diào)解作用。種子檢驗(yàn)報(bào)告對(duì)于及時(shí)調(diào)解種子糾紛具有重要作用。此外種子檢驗(yàn)可以幫助企業(yè)及時(shí)提供信息和輔助決策，通過種子檢驗(yàn)可以掌握種子生產(chǎn)、加工、貯藏等過程質(zhì)量情況，從而發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，推動(dòng)企業(yè)向前發(fā)展[3]。

1.3 種子的水分、凈度、發(fā)芽率檢測(cè)及其不足研究表明，種子的水分與種子成熟度、安全包裝、機(jī)械損傷、種子的劣變等因素有著密切的關(guān)系，種子水分過高或過低會(huì)嚴(yán)重影響種子的田間出苗率。種子的凈度是指種子的干凈整潔程度，通過了解種子批中可利用種子的真實(shí)重量，以及其他植物種子、雜質(zhì)的種類和含量，可評(píng)價(jià)種子質(zhì)量并決定種子批的取舍。種子的發(fā)芽率是指規(guī)定時(shí)間內(nèi)，長(zhǎng)成正常幼苗數(shù)占供試種子總數(shù)的百分率，在生產(chǎn)上根據(jù)發(fā)芽率的高低來判定種子批的種用價(jià)值，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全用種[4]。根據(jù)農(nóng)業(yè)部頒布的《農(nóng)作物種子質(zhì)量監(jiān)督抽查管理辦法》，每年各級(jí)政府關(guān)于種子質(zhì)量監(jiān)管的文件要求，種子的水分、凈度、發(fā)芽率的測(cè)定是最常用于種子市場(chǎng)檢查的質(zhì)量指標(biāo)，而種子純度、真實(shí)性和轉(zhuǎn)基因的檢測(cè)，因其試驗(yàn)花費(fèi)高、周期長(zhǎng)、技術(shù)門檻要求較高，目前還沒有得到較大層面的普及應(yīng)用，種子的水分、凈度、發(fā)芽率的測(cè)定是作為市、區(qū)種子市場(chǎng)檢查，衡量種子優(yōu)劣的直接依據(jù)。

雖然在種子銷售之前都要進(jìn)行水分、凈度、發(fā)芽率的檢測(cè)，但是在生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)種子的發(fā)芽率很高，水分含量正常，但是田間出苗率很低的情況，這給農(nóng)民安全用種、管理部門監(jiān)控種子質(zhì)量帶來了很大隱患。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因主要是有些老化、劣變的種子在實(shí)驗(yàn)室最適宜的條件下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)時(shí)，其發(fā)芽率并未降低，水分含量也沒有發(fā)生明顯變化，但在田間逆境下其抗逆能力受到很大影響，致使出苗率大大降低。影響種子含水量高低變化的原因是復(fù)雜的，單純的種子標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)也并不能足以表明種子的優(yōu)劣，這就亟需用新的方法來判定種子質(zhì)量的好壞，即開展對(duì)種子活力的評(píng)價(jià)體系的探索。

2 種子活力的起源與發(fā)展

種子活力的出現(xiàn)和發(fā)展經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期，早在1876年德國(guó)的種子學(xué)研究先驅(qū)Nobbe教授就發(fā)現(xiàn)高發(fā)芽率的種子批具有不同的田間出苗率，Nobbe將這種現(xiàn)象歸因于種子“生長(zhǎng)力”的不同。1933年，Goss在通過發(fā)芽試驗(yàn)評(píng)價(jià)種子質(zhì)量時(shí)提出了一個(gè)發(fā)人深省的問題，他認(rèn)為在評(píng)價(jià)發(fā)芽率已經(jīng)很差的種子質(zhì)量時(shí)，發(fā)芽率指標(biāo)已經(jīng)不能很好地衡量種子質(zhì)量，因?yàn)槠洳荒鼙ＷC導(dǎo)致種子劣變的貯藏條件和較長(zhǎng)的年限不會(huì)影響剩下的可以發(fā)芽的種子。Goss的問題引起了種子檢驗(yàn)界的很大反響，此后與種子活力相近的名稱相繼出現(xiàn)，如發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽力、生命力等等。直到1950年，國(guó)際種子檢驗(yàn)協(xié)會(huì)（ISTA）才提出了幼苗活力的概念，并有組織地開展“活力”相關(guān)試驗(yàn)，1977年ISTA終于確定了種子活力的定義：種子活力是指決定種子或種子批在發(fā)芽和出苗期間的活性水平和行為的那些種子特性的綜合表現(xiàn)。在我國(guó)，有人將種子活力概括為：種子活力是指種子的健壯度，包括迅速整齊出苗的發(fā)芽潛力、生長(zhǎng)潛力和生產(chǎn)潛力。2004年《國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)一步闡明了種子活力的表現(xiàn)：（1）種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的速率和整齊度；（2）在不良條件下種子的出苗能力；（3）貯藏后的表現(xiàn)（發(fā)芽能力的保持）。

3 種子活力的生理學(xué)和遺傳學(xué)研究基礎(chǔ)

種子活力在種子發(fā)育成熟過程中逐漸形成，種子發(fā)育一般包括組織分化、成熟和脫水3個(gè)階段。在組織分化過程中，合子細(xì)胞經(jīng)過細(xì)胞分裂和分化形成幼胚和胚乳，伴隨著種子的脫水過程，種子逐漸成熟，這期間由于種子干燥，其體內(nèi)的離子濃度、酸度的增加使得酶鈍化，蛋白質(zhì)和核酸緊密結(jié)合在一起形成復(fù)合體，提供種子發(fā)芽時(shí)必須的養(yǎng)分[5]，種子的代謝不斷降低，種胚進(jìn)入了靜止?fàn)顟B(tài)，種子獲得最大活力。當(dāng)種子生理成熟時(shí)，種子的劣變就已經(jīng)開始。種子的老化是循序漸近地，通常是先產(chǎn)生生化變化，后產(chǎn)生生理變化。自由基的積累和膜系統(tǒng)的損傷是導(dǎo)致種子劣變的主要原因，當(dāng)種子經(jīng)歷自然的老化進(jìn)程或遭遇外界不利環(huán)境的刺激、DNA降解、RNA和蛋白質(zhì)的合成受損，有害物質(zhì)不斷積累，種子膜的完整性被破壞，種子活力下降[6]。Isly將種子活力和發(fā)芽力（種子在適宜條件下長(zhǎng)成正常幼苗的能力，通常用發(fā)芽率表示）與種子劣變的關(guān)系更好地揭示了出來，如圖1所示，種子活力的變化先于發(fā)芽力的變化。當(dāng)種子劣變達(dá)X水平時(shí)，種子發(fā)芽力并未明顯下降，而活力則有所下降；當(dāng)種子劣變達(dá)到Y(jié)水平時(shí)，種子發(fā)芽力開始下降，活力則嚴(yán)重下降；當(dāng)發(fā)芽力下降到50%左右時(shí)，種子活力則已經(jīng)很低了，此時(shí)種子已經(jīng)失去利用價(jià)值。種子活力和發(fā)芽力相互關(guān)系具體如圖2所示。

圖1 種子活力和發(fā)芽力與種子劣變程度圖解

圖2 種子活力和發(fā)芽力相互關(guān)系圖解

種子活力是基因型決定的，因?yàn)椴煌贩N由于種子大小、結(jié)構(gòu)和發(fā)芽等遺傳特性不同，活力水平有較大的差異。種子活力性狀表現(xiàn)在發(fā)芽率、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)、α-淀粉酶含量、可溶性糖含量等諸多方面，由數(shù)量基因控制，J.M.Emile等[7]利用擬南芥的重組近交系測(cè)定發(fā)芽速率、脫落酸含量、老化后發(fā)芽速度等指標(biāo)，檢測(cè)到多個(gè)數(shù)量性狀位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)它們都來自一個(gè)或多個(gè)共同的QTLs位點(diǎn)；K.Miura等[8]利用秈稻粳稻回交后代的98個(gè)家系的耐藏性指標(biāo)進(jìn)行全基因組的關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)了3個(gè)與水稻活力相關(guān)的QTL位點(diǎn)且位于不同的染色體上，qLG-9對(duì)表型的貢獻(xiàn)率最高，達(dá)59.5%。目前也有一些研究認(rèn)為種子活力是多個(gè)微效基因作用的結(jié)果，不存在主效基因，如徐吉臣等[9]定位到2個(gè)控制根長(zhǎng)的QTL，且這2個(gè)QTLs具有加性效應(yīng)；姜旋等[10]通過對(duì)水稻苗期耐冷性的QTL分析，定位了7個(gè)控制水稻種子活力的QTL，每個(gè)QTL對(duì)性狀的貢獻(xiàn)率在5%～16%之間；曹立勇等[11]則認(rèn)為水稻種子活力同時(shí)有加性效應(yīng)和上位性效應(yīng)，他采用秈粳雜交的DH系進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，共發(fā)現(xiàn)了多個(gè)加性QTLs和多個(gè)上位性QTLs，且與環(huán)境之間存在明顯的互作。目前由于關(guān)于種子活力生理指標(biāo)的測(cè)定研究還較少，還未找到控制種子活力的主效基因。所以要加強(qiáng)這方面的研究，如果能找到控制種子活力的主效基因，這對(duì)將來的育種工作具有重要意義。

4 現(xiàn)代種子的活力檢測(cè)

種子活力測(cè)定方法的種類多達(dá)數(shù)十種，主要分為直接法和間接法，直接法是在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬田間不良環(huán)境測(cè)定田間出苗率的方法，比如低溫處理試驗(yàn)，即模擬早春播種的低溫條件，進(jìn)行幼苗生長(zhǎng)和評(píng)定試驗(yàn)；磚砂試驗(yàn)，即模擬田間板結(jié)的條件，進(jìn)行種子活力判定；類似的方法還有冷凍測(cè)定、滲透逆境試驗(yàn)等等。間接法是指在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定與田間出苗率相關(guān)的種子特性的方法，比如酶活性測(cè)定、電導(dǎo)率測(cè)定、加速老化試驗(yàn)等等。這些方法收錄在ISTA的《活力測(cè)定法手冊(cè)》和美國(guó)種子分析協(xié)會(huì)AOSA中推薦的方法中，要根據(jù)不同品種作物、不同實(shí)際生產(chǎn)情況選擇合適的活力測(cè)定方法。下面介紹幾種常用的活力測(cè)定方法。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽法該方法適用于所有作物種子，采用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)后，通過測(cè)定種子的發(fā)芽速度和幼苗的生長(zhǎng)勢(shì)來判斷活力。一般測(cè)定發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)GI、芽長(zhǎng)或根長(zhǎng)、活力指數(shù)VI、干重或鮮重等指標(biāo)。發(fā)芽勢(shì)是指初次計(jì)數(shù)的發(fā)芽率；發(fā)芽指數(shù)GI是指每天發(fā)芽的種子數(shù)與發(fā)芽日數(shù)比值的加和（GI=Gt/Dt，Dt：發(fā)芽日數(shù)，Gt：與 Dt相對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)），反映種子出苗速度和整齊度；活力指數(shù)VI是發(fā)芽指數(shù)和幼苗長(zhǎng)度或重量的乘積[12]（VI=GI×S，S：一定時(shí)期內(nèi)正常幼苗的長(zhǎng)度或重量）。

4.2 逆境試驗(yàn)測(cè)定通過將種子置于不同的逆境條件下，高活力種子抗逆能力強(qiáng)，保持較高的發(fā)芽力，測(cè)定結(jié)果與田間出苗結(jié)果較為密切。測(cè)定方法主要有加速老化試驗(yàn)、低溫發(fā)芽試驗(yàn)、磚砂試驗(yàn)、冷浸試驗(yàn)、復(fù)合逆境試驗(yàn)等等，這些試驗(yàn)方法需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

4.3 生化測(cè)定測(cè)定項(xiàng)目有電導(dǎo)率測(cè)定、TTC定量測(cè)定、ATP含量測(cè)定。電導(dǎo)率測(cè)定的原理是高活力的種子細(xì)胞膜更完整，電解質(zhì)滲出較少，低活力的種子則相反；電導(dǎo)率和田間出苗率負(fù)相關(guān)[13]。TTC法是指將種子中的三苯基甲腙（TTCH）提取出來進(jìn)行測(cè)定，其含量高則表明其活細(xì)胞呼吸作用中的脫氫酶含量高，種子活力高。ATP法是測(cè)定種子的三磷酸腺苷，研究表明吸脹種子的ATP含量和種子活力呈顯著正相關(guān)。雖然測(cè)定種子活力的方法有很多，但是目前只有電導(dǎo)率測(cè)定和加速老化試驗(yàn)被列入ISTA規(guī)程，且只能在特定的品種中使用，如電導(dǎo)率適應(yīng)于測(cè)定豌豆種子，加速老化試驗(yàn)適應(yīng)于測(cè)定大豆種子。關(guān)于不同作物的活力指標(biāo)與田間生產(chǎn)性能的相關(guān)分析還需要進(jìn)一步的研究。

5 展望

種子是最重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，種子活力是種子最重要的品質(zhì)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上對(duì)于種子活力的測(cè)定十分必要，它是保證田間出苗率及生產(chǎn)潛力的必要手段，是種子企業(yè)控制種子質(zhì)量的必要環(huán)節(jié)，是研究種子劣變和培育高活力品種的必要方法。但是影響種子田間生產(chǎn)性能的因素復(fù)雜，目前還缺少有效預(yù)測(cè)田間生產(chǎn)潛力的活力測(cè)定方法，需要進(jìn)一步努力研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，種子活力評(píng)價(jià)測(cè)定研究有了明顯的進(jìn)展，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的Sako等人開發(fā)了生菜、大豆等種子的活力自動(dòng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)；美國(guó)肯塔基大學(xué)研究開發(fā)了借助計(jì)算機(jī)圖像分析種子幼苗大小和生長(zhǎng)速率的鳳仙花屬種子活力測(cè)定系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以大大減少現(xiàn)有種子活力評(píng)價(jià)試驗(yàn)中的人力投入，并提高評(píng)價(jià)鑒定的準(zhǔn)確度、自動(dòng)化程度，是未來進(jìn)行種子活力評(píng)價(jià)測(cè)定的發(fā)展方向。

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